李紅勇

摘 要：介紹煤礦巷道支護(hù)類型，對目前所采用的巷道支護(hù)理論進(jìn)行分析。著重介紹機(jī)載式超前支護(hù)的結(jié)構(gòu)原理、應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)以及維護(hù)使用管理事項(xiàng)。實(shí)踐表明，機(jī)載超前支護(hù)能顯著提高巷道支護(hù)效果，保證采煤工作面安全、快速推進(jìn)、促進(jìn)煤炭產(chǎn)量提升，已成為我國煤礦巷道首選安全高效地主要支護(hù)形式。

關(guān)鍵詞：超前支護(hù) 機(jī)載式 巷道

中圖分類號：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）009-060-02

1 前言

我國是煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國，煤炭在我國一次能源消費(fèi)中占據(jù)主體地位。煤礦將長期是我國的主要能源，煤礦開采分為露天開采和地下開采，然而我國的煤礦資源主要集中在地下，在煤礦地下開采過程中，保持礦井下開掘的巷道暢通和圍巖穩(wěn)定是最重要的安全因素。隨著煤礦開采的規(guī)模日益擴(kuò)大，礦井的深度不斷加深，地質(zhì)條件逐漸惡化，增加了煤礦生產(chǎn)難度，也同時(shí)使煤礦巷道的安全維護(hù)難度加大，采用機(jī)械自動(dòng)化方式進(jìn)行巷道支護(hù)具有現(xiàn)實(shí)意義。

從木支護(hù)、砌碹支護(hù)到型鋼支護(hù)、錨桿支護(hù)，巷道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一次一次技術(shù)革新，經(jīng)過多年來國內(nèi)外是實(shí)踐檢驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)前，經(jīng)濟(jì)而有效的支護(hù)技術(shù)是機(jī)載式超前支護(hù)技術(shù)。它能在保證煤礦巷道安全生產(chǎn)的同時(shí)，降低支護(hù)成本，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步簡化了采煤相關(guān)超前支護(hù)工藝，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械自動(dòng)化，大幅度提高了煤礦生產(chǎn)產(chǎn)能，因而在國內(nèi)外各煤礦中機(jī)載式超前支護(hù)已得到推廣應(yīng)用。

2 超前支護(hù)技術(shù)國內(nèi)外研究狀況

煤礦生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一便是頂板意外冒落事故，頂板事故易造成作業(yè)人員傷亡，設(shè)備損壞，生產(chǎn)終止。煤礦頂板事故受頂板巖性、巷道斷面形狀和參數(shù)確定、支護(hù)形式等因素制約。在實(shí)際煤礦巷道斷面設(shè)計(jì)、施工過程中，如何選擇支護(hù)設(shè)備是確保安全生產(chǎn)重點(diǎn)考慮的問題。

煤礦的巷道支護(hù)有永久支護(hù)、臨時(shí)支護(hù)和超前支護(hù)。所謂永久支護(hù)，一般有混凝土支護(hù)、料石碹支護(hù)、錨網(wǎng)噴支護(hù)等，具體選擇哪種支護(hù)方式，要根據(jù)巷道圍巖的穩(wěn)定程度不同，選擇既能滿足巷道支護(hù)需要，又更易施工、更符合經(jīng)濟(jì)合理性原則的型式。

所謂臨時(shí)支護(hù)，是指永久支護(hù)未完成，臨時(shí)維護(hù)巷道圍巖穩(wěn)定，為施工作業(yè)提供安全作業(yè)條件的支護(hù)。像錨網(wǎng)支護(hù)、金屬棚支護(hù)等。

所謂掘進(jìn)工作面超前支護(hù)，是指在掘進(jìn)工作面迎頭臨時(shí)支護(hù)前方空頂處控制頂板、戴帽點(diǎn)柱支護(hù)和懸頂梁支護(hù)等。

《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定，掘進(jìn)工作面嚴(yán)禁在空頂下作業(yè)，所謂空頂，指在巷道新掘進(jìn)后，對頂板還沒有進(jìn)行任何支護(hù)，這個(gè)時(shí)候的巷道頂板稱為空頂。

《作業(yè)規(guī)程》規(guī)定，最小空頂距不得大于0.4m，最大空頂距不得大于2.4m，空頂距過大，巷道的頂板會(huì)變得不穩(wěn)定，容易發(fā)生掉頂、冒頂現(xiàn)象，引發(fā)人身傷害和頂板事故。超前支護(hù)就是讓作業(yè)人員避免空頂作業(yè)的有效型式。

為了防止巷道圍巖因?yàn)槊旱V生產(chǎn)過程中采煤工作面超前支承壓力和其它方向支承壓力對巷道圍巖產(chǎn)生的變形、移動(dòng)和破壞作用，人們普遍使用了巷道超前支護(hù)。當(dāng)前，隨著煤礦開采的機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)不斷得到提高和普遍應(yīng)用，同時(shí)也為煤礦生產(chǎn)帶來更大的安全隱患，因此對巷道采取有效的支護(hù)形式是十分必要的。目前，超前支護(hù)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用較多的有三種方式，即：單體液壓支柱配鉸接頂梁、雙排木支柱加橫梁支護(hù)和單體液壓支柱架板梁。這三種形式普遍機(jī)械自動(dòng)化程度不高，難以適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化煤礦生產(chǎn)過程中綜采工作面的快速推進(jìn)要求，研制一種新型的機(jī)載式巷道超前支護(hù)對提高煤礦生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益具有重要意義。

在我國，煤礦巷道超前支護(hù)技術(shù)長期滯后，很多還停留在使用臨時(shí)支設(shè)走向抬棚、打點(diǎn)柱等方式，初撐力低下，安全隱患大，對于巷道斷面面積大、巷道變形量大的復(fù)雜情況還難以應(yīng)對。國際上，現(xiàn)有的超前支護(hù)技術(shù)其支護(hù)效果也不太理想，我國現(xiàn)行的超前支護(hù)設(shè)備主要有木支柱、注漿點(diǎn)柱、錨桿支護(hù)和單體液壓支護(hù)幾種。

長期以來由于國內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)和支護(hù)設(shè)備機(jī)械化水平不高，尤其在小型煤礦生產(chǎn)中，主要使用木支護(hù)，木支護(hù)使用后回收比較困難，大部分為一次性消耗，對森林保護(hù)極為不利。

注漿點(diǎn)柱是利用砂漿泵將水泥砂漿泵入一個(gè)由過濾材料縫制密封的口袋，砂漿余水由口袋壁面滲透出，口袋內(nèi)砂漿凝固后支撐頂板，它是一種被動(dòng)支護(hù)方式，現(xiàn)場作業(yè)時(shí)材料運(yùn)輸困難且工序復(fù)雜。

錨桿支護(hù)是近年來迅速發(fā)展普及應(yīng)用的有效支護(hù)方法，屬于隱性支護(hù)，對支護(hù)質(zhì)量和可靠性檢測困難，對變形量很大的軟巖、塑性較大的回采巷道，支護(hù)效果不易保證。

單體液壓支柱其結(jié)構(gòu)類似一個(gè)油壓千斤頂，其工作行程大，安全管理成本低，支護(hù)強(qiáng)度和安全穩(wěn)定性都較好，適用壽命也較長，但僅適用于煤層傾角小于35度的煤層回采工作面，且其制造成本較高。

當(dāng)前，單體支護(hù)、木支護(hù)等一些傳統(tǒng)支護(hù)方式各有優(yōu)劣，但是巷道超前支護(hù)技術(shù)的發(fā)展十分迅速，自動(dòng)化程度高，初撐力及支撐強(qiáng)度大、更加適應(yīng)地質(zhì)條件、更加方便使用的超前支護(hù)設(shè)備更具有發(fā)展前景。

3 機(jī)載式超前支護(hù)應(yīng)用特點(diǎn)

本文以ZLJ-10/21型機(jī)載式超前支護(hù)為例具體介紹機(jī)載式超前支護(hù)應(yīng)用特點(diǎn)。該機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：

適用巷道高度：2.2-4.2米；支護(hù)最大寬度：2.8米；最大支撐力：14.8千牛；支護(hù)面積：2米？.7米；支護(hù)超出炮頭距離：1-1.8米；展開時(shí)間：70秒；頂架可傾斜：≤20度；折疊后最小高度：250毫米；額定壓力：16兆帕；整極重量：0.96噸。

該機(jī)于2009年6月開始在漳村礦使用，運(yùn)行情況良好，機(jī)載式超前支護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是：

（1）機(jī)載式超前支護(hù)通過控制各部的動(dòng)作，改變了傳統(tǒng)臨時(shí)支護(hù)形式，能夠跟隨掘進(jìn)機(jī)行走，動(dòng)力由綜掘機(jī)提供。

（2）提升了生產(chǎn)工藝和掘進(jìn)效率，實(shí)現(xiàn)了一割兩排的生產(chǎn)工藝。并隨著掘進(jìn)機(jī)一起推進(jìn)，加快了掘進(jìn)速度。

（3）該型支護(hù)系統(tǒng)顯著改善了支護(hù)效果，屬于主動(dòng)支護(hù)。

（4）節(jié)省了人力資源，降低了工人勞動(dòng)負(fù)荷。

（5）機(jī)載式超前支護(hù)在作業(yè)時(shí)升起頂梁后再伸出伸縮梁，保證了足夠大的有效空頂支護(hù)面積，對巷道和頂板適應(yīng)性好，保證超前支護(hù)緊貼頂板。

（6）具有獨(dú)立的作業(yè)功能，該機(jī)在使用時(shí)展開，不使用時(shí)可折疊，較少了支護(hù)輔助時(shí)間，操作簡便。

（7）有效給予頂板施加初撐力，支護(hù)強(qiáng)度可靠，確保了工作面迎頭安全，提升了工作面整體安全性。

（8）操作閥組及管路都較少，操作簡單，易于維護(hù)。

（9）使工人作業(yè)環(huán)境得到改善，有效改進(jìn)了掘進(jìn)工作面迎頭的支護(hù)狀況。

（10）可與不同型號掘進(jìn)機(jī)配套使用，成本低廉，利用效率高。

4 機(jī)載式超前支護(hù)結(jié)構(gòu)原理

以ZLJ-10/21型機(jī)載式超前支護(hù)為例，支護(hù)機(jī)由底座、橫架、翻轉(zhuǎn)梁、頂梁機(jī)構(gòu)及其配套液壓系統(tǒng)組成。底座、橫架、翻轉(zhuǎn)梁分別對稱安裝在掘進(jìn)及叉升架兩側(cè)，頂梁鉸接在叉升架之上部，掘進(jìn)機(jī)通過叉升架前后兩對銷軸與底座連接，使底座固定。液壓系統(tǒng)配置由獨(dú)立的泵站提供的液壓源，與各油缸通過高壓膠管連接。

當(dāng)掘進(jìn)機(jī)截割完畢后，截割頭落地，機(jī)載式支護(hù)系統(tǒng)開始動(dòng)作，通過溢流閥到操作閥供油，經(jīng)分流集流閥分流進(jìn)入雙向鎖，雙向鎖打開進(jìn)入油缸，打開操作閥，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況使主架打開升起升高至預(yù)定高度和角度時(shí)停止，操作控制閥，使頂梁放平并支撐住頂板，掘進(jìn)機(jī)停電閉鎖，完成臨時(shí)支護(hù)動(dòng)作。

該支護(hù)裝置自投入運(yùn)行以來使用效果良好，消除了人工操作的安全隱患，使用方便快捷，工作面掘進(jìn)過程中的支護(hù)狀況得到顯著改善。

5 機(jī)載式超前支護(hù)維護(hù)管理

機(jī)載式超前支護(hù)系統(tǒng)在使用中藥時(shí)時(shí)注意維護(hù)和保養(yǎng)工作，可以從以下幾個(gè)方面考慮：

（1）維護(hù)管理人員要掌握液壓支架有關(guān)知識，了解各零部件結(jié)構(gòu)、規(guī)格、材質(zhì)、性能和作用，熟練地進(jìn)行維護(hù)和檢修，遵守維護(hù)規(guī)程，及時(shí)排除故障，保持設(shè)備完好，保證正常安全生產(chǎn)。

（2）日常維護(hù)保養(yǎng)工作要做到堅(jiān)持經(jīng)常保養(yǎng)，維護(hù)的重點(diǎn)是液壓系統(tǒng)。維護(hù)時(shí)要檢查連接件、液壓部件是否齊全；閥類無漏堵、立柱千斤頂無漏堵、管路無漏堵。對于液壓件的維修盡量做到井下更換、井下拆檢。

（3）在設(shè)備維修前要清楚維護(hù)的項(xiàng)目和重點(diǎn)，并準(zhǔn)備好必須專業(yè)工具盒備用配件。

（4）堅(jiān)持做到每班隨檢、每日小檢、每月進(jìn)行大檢、每個(gè)季度做總檢。

6 結(jié)束語

煤礦巷道的支護(hù)技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，尤其是礦井向深部轉(zhuǎn)移后，地下各種復(fù)雜的地質(zhì)條件嚴(yán)重影響礦井的經(jīng)濟(jì)效益和安全狀況。因此，必須根據(jù)巷道的基本情況進(jìn)行研究，確定合理的支護(hù)技術(shù)方式。機(jī)載式超前支護(hù)能實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、合理、高效的支護(hù)，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯，推廣應(yīng)用前景廣闊，有效提升了掘進(jìn)速度，改善了支護(hù)狀況，對實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化的安全生產(chǎn)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。