迎头防护式液压前探梁的应用研究

李 莉

（晋能控股煤业集团云岗矿，山西 大同 037003）

在煤矿综掘巷道掘进过程中，掘进工作面迎头临时支护安全问题频发，是困扰煤矿井下生产的一项技术难题，影响煤矿高产高效安全开采。晋能控股煤业集团各煤矿使用的临时支护主要有：窜管式前探梁临时支护、机载液压前探梁临时支护、多排单体液压支柱加高强度工字钢棚梁临时支护。以上三种临时支护仅对巷道顶板进行一定程度的防护，可有效降低迎头冒顶风险，但没有对迎头工作面进行有效防护。对晋能控股煤业集团2015年—2020年综掘巷道顶板安全事故分析可知，集团各煤矿顶板安全事故中迎头工作面煤岩垮落伤人事故占75%左右。晋能控股煤业集团各煤矿采用以上三种临时支护方式都无法有效地解决综掘巷道迎头支护时的安全问题，同时还影响掘进效率。因此，必须对综掘巷道迎头工作面支护进行优化[1-6]。

1 工程概况

晋能控股煤业集团云岗矿位于大同煤田东北部，核定生产能力480万t/a，采掘机械化程度均达到100%。2019全年实现安全生产，但综掘巷道迎头工作面煤岩垮落情况多有发生，因此必须对综掘巷道迎头工作面进行防护，进一步降低煤矿安全事故的发生率，实现高产高效安全的开采目标。

2 现有临时支护及存在的问题分析

2.1 现有临时支护的工作原理

2.1.1 窜管式前探梁临时支护工作原理

窜管式前探梁由金属管与吊挂环组成，金属管长4.5 m，使用时先在工作面靠近顶板处打眼，眼深500 mm，将金属管穿入眼中，使用3个吊挂环将金属管吊在已支护顶板的顶锚杆上，在金属管与顶板之间使用木板背顶，将顶板背实。根据掘进断面的大小金属管使用数量为3～5根。窜管式前探梁临时支护示意图如图1。

图1 窜管式前探梁临时支护示意图

2.1.2 机载液压前探梁临时支护工作原理

机载液压前探梁由顶梁架、连接器、主架、油缸、翼架旋转油缸、插装双向锁、高压油管路、分流集流阀、溢流阀、控制操作阀、泵站等组成，安装在掘进机截割部上方，工作时，由泵站供油，溢流阀到操作阀，供油经分流集流阀分流，进入双向锁，双向锁打开进入油缸，主架打开升高，顶架打开升起，主架升高，直到顶架边缘与待支护金属网边对齐、顶架贴紧顶板后停止。

2.2 现有临时支护存在的问题

2.2.1 窜管式前探梁临时支护存在问题

（1）窜管式前探梁使用时需在工作面打眼，打眼时存在局部空顶，存在安全隐患；（2）窜管式前探梁使用时需要人工依次架设、背顶，顶板没有有效支撑，存在安全隐患；（3）窜管式前探梁临时支护属被动支护，支护强度小；（4）窜管式前探梁架设时间长，效率低，影响掘进速度。

2.2.2 机载液压前探梁临时支护存在问题

（1）机载液压前探梁操作阀组裸露，易发生误操作。（2）机载液压前探梁没有对迎头工作面进行防护，人员在支护过程中容易被工作面垮落的煤岩砸伤。

3 机载液压前探梁临时支护设备的改进与应用

3.1 临时支护设备的改进

目前云岗矿临时支护75%采用ZLJ-10/21机载液压前探梁，改进以此机载液压前探梁为基础，在护顶架前端伸缩梁上焊接耳孔，将护板工作面的主护板使用销轴连接在伸缩梁的耳孔上，副护板使用插销与主护板连接。在主护板中上部安装两根可旋转撑杆，撑杆两头打孔，同时在两个副护板中上部焊接耳座，两个副护板打开后使用主护板上的撑杆固定。在伸缩梁中部焊接一个横梁，横梁上焊接销孔，安装液压油缸，油缸活柱与主护板连接，在操作阀组把手外部加装护罩。 改进后机载液压前探梁临时支护如图2。

图2 改进后机载液压前探梁临时支护示意图

3.2 应用方案

改进后的机载液压前探梁在云岗矿二水平8415工作面辅运顺槽施工中进行了临时支护的工业性试验。临时支护工序如下：

当前探梁移至距迎头小于0.3 m的位置，升起机载液压前探梁时，启动泵站，先交替操作翻转油缸与折叠油缸阀组，将护顶架升起至水平位置。护顶架升起后，先操作阀组将伸缩油缸伸出，主、副护板随伸缩梁整体伸出，使伸缩梁前端顶在工作面煤壁上。然后，操作升降油缸将护顶架贴紧在待支护的顶板上，再操作阀组将护板油缸伸出。护板油缸伸出至主、副护板与底板垂直时，停机闭锁泵站，人工将两侧副护板打开。打开后将主护板撑杆转到两侧副护板的耳座上，使用销轴将副护板与撑杆连接，保证主副护板处于同一平面上。再启动泵站，操作阀组将护板油缸伸出至主护板底部横梁顶在煤壁上为止，然后停机闭锁泵站。

降下机载液压前探梁时，启动泵站，先整体收回主、副护板，使主副护板与底板垂直，停机闭锁泵站。人工将撑杆摘掉恢复到原位置，将两侧副护板收回，人员离开后启动泵站。操作护板油缸，将护板收回折叠，把护顶架降至最低，交替操作翻转油缸与折叠油缸阀组，将前探梁主体放在截割部上面。改进后机载液压前探梁临时支护使用效果如图3。

图3 改进后机载液压前探梁临时支护使用效果

3.3 效果分析

8415工作面辅运顺槽使用改进后机载液压前探梁临时支护的效果理想。该装置实现了对迎头工作面的安全防护，迎头工作面无一起煤岩垮落伤人安全事故发生，完全可以代替以往使用的柔性网防护，安全性能较好。改进后的临时支护设备有效提高了8415工作面辅运顺槽掘进效率，每个循环节约时间20 min，按6个循环/d和日进尺12 m计算，可提高进尺30 m/月，经济效益显著。同时，该设备还具有以下优点：

（1）改进后的机载液压前探梁由于对操作阀组把手进行了防护，杜绝了误操作，防止其他人员作业时误碰操作把手导致前探梁动作。

（2）改进后的机载液压前探梁对工作面进行了防护，主、副护板总面积可达到7.58 m2。工作面支护时，工作面需要防护的面积为10.59 m2，对工作面的防护面积达到71.5%，有效遮挡了垮落的大块煤岩，确保作业人员的安全，从环境上降低风险，实现掘进迎头的安全生产。

（3）合理改进、优化设计，使用机械加人工的方式配合操作，减轻了主、副护板的重量，最大程度上降低折叠油缸的负荷，使各个油缸与销轴都工作在力矩承受范围内，确保机械部件能长时间使用。

（4）降低了工人劳动强度，工人临时支护不再使用繁琐、沉重的前探梁，保护安全的同时还减少了安装设备的时间，提高了掘进效率。

4 结语

改进后迎头防护式液压前探梁在云岗矿8415工作面辅运顺槽掘进施工中进行了工业性试验。迎头防护式液压前探梁一方面能够支撑顶板，防止冒顶，另一方面能够对迎头工作面进行防护，防止煤岩垮落伤人，有效地解决了迎头工作面垮落的安全问题，完全可以代替以往使用的柔性网防护。该装置可以在晋能控股煤业集团进行全面推广使用。