王清峰 李善飛 郭漢青

摘要：隨著裝備水平的提升，綜掘機(jī)械化得到較大的推廣應(yīng)用，加上后配套運(yùn)輸系統(tǒng)逐步完善及機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置的普及，使綜掘機(jī)得到了充分的發(fā)揮，促進(jìn)了綜合單進(jìn)水平的提高，但是掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸不能平行作業(yè)成為制約機(jī)掘巷道單進(jìn)水平提升的瓶頸，翟鎮(zhèn)煤礦自主研發(fā)連體自移超前支架與綜掘機(jī)配套施工，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)→無(wú)支護(hù)→臨時(shí)超前支護(hù)→永久性支護(hù)的連掘連支銜接過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)真正意義上掘錨支平行作業(yè)一體化。

關(guān)鍵詞：連掘連支;掘錨支一體化;平行作業(yè);本質(zhì)安全

翟鎮(zhèn)煤礦根據(jù)綜掘機(jī)使用歷程中經(jīng)驗(yàn)及通過(guò)理論分析和模擬分析總結(jié)出巷道掘進(jìn)中臨時(shí)支護(hù)最佳時(shí)間、臨時(shí)支護(hù)載荷及永久支護(hù)載荷數(shù)據(jù)值，主要從綜掘機(jī)割煤、打眼、錨桿安裝、錨固、支護(hù)配套一體化上人手，進(jìn)行優(yōu)化、創(chuàng)新、突破，發(fā)明設(shè)計(jì)了連體自移超前支架與綜掘機(jī)配套施工，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)→無(wú)支護(hù)→臨時(shí)超前支護(hù)→永久性支護(hù)的連掘連支銜接過(guò)渡，即實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)連續(xù)割煤、支架后連續(xù)支護(hù)并行作業(yè);研發(fā)了全封閉式橋式皮帶、紅外線限位斷電裝置及綜掘機(jī)或支架泵站資源配套的打眼機(jī)具，解決支護(hù)與“破、裝、運(yùn)”不配套、無(wú)法平行作業(yè)的矛盾。

一、連體自移超前支架

連體自移超前支架主要針對(duì)傳統(tǒng)巷道掘進(jìn)技術(shù)中支護(hù)設(shè)備和支護(hù)方法上存在的局限性，研制和開(kāi)發(fā)的新型支護(hù)方式以取代傳統(tǒng)支護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)作業(yè)機(jī)械化自動(dòng)支護(hù)、整體式式掩護(hù)以及提高勞動(dòng)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高安全性的主要支護(hù)設(shè)備〔1〕。連體自移超前支架對(duì)頂板適應(yīng)性強(qiáng)，加大了支護(hù)面積，達(dá)到巷道掘進(jìn)安全支護(hù)自動(dòng)化的目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)和安全生產(chǎn)的重要設(shè)備。連體自移超前支架主要技術(shù)特征：

（1）支架采用手動(dòng)操作，全液壓控制，支架前部支護(hù)空間滿(mǎn)足采掘設(shè)備掘進(jìn)作業(yè)要求，滿(mǎn)足掘進(jìn)巷道鋪網(wǎng)和固定錨桿作業(yè)要求。

（2）支架和綜掘機(jī)相互配套，交替互移，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化支護(hù)。

（3）支架主要前頂梁、后頂梁、伸縮梁、挑梁、聯(lián)動(dòng)梁掩護(hù)梁、四連桿機(jī)構(gòu)、底座等鉸接聯(lián)接，山立柱、調(diào)架千斤、頂推移千斤頂及支架液壓控制系統(tǒng)等完成支架的各種動(dòng)作，完成巷道掘進(jìn)安全支護(hù)自動(dòng)化。

（4）支架所有動(dòng)作均采用液壓控制，操作方便，省時(shí)省力。

根據(jù)翟鎮(zhèn)煤礦半煤巖巷道掘進(jìn)狀況，設(shè)計(jì)了ZJC4600/20/32型連體自移超前支架，該支架為分體式支架，由3組4.5米自移超前支架和1組2.5米后維護(hù)支架組成，如圖3-3所示，整組長(zhǎng)度18.1米，展開(kāi)后長(zhǎng)度最大24.6米。后維護(hù)支架主要起到上坡施工防倒及利于永久支護(hù)。自移超前支架通過(guò)前部和后部這樣的分體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自移，其過(guò)程是，當(dāng)支架進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)時(shí)，后部以前部為支撐體，由前部拉動(dòng)后部移動(dòng)步距，而后部則推動(dòng)前部移動(dòng)步距，前后部互為支點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)主要由金屬結(jié)構(gòu)件和液壓元件系統(tǒng)組成。金屬結(jié)構(gòu)件主要包括頂梁、中間伸縮梁、掩護(hù)梁、前連桿、后連桿、底座、順梁、橫梁等;液壓元件主要包括立柱、各種千斤頂、液壓控制元件（單向閥、安全閥等）、液壓輔助元件（膠管、彎頭、三通等）等。

二、“主動(dòng)支護(hù)+輔助支護(hù)”聯(lián)合臨時(shí)支護(hù)理念

11105W運(yùn)輸巷及11106E軌道巷頂板采用全裸露在支架后一次性托放鋼帶及頂網(wǎng)，因前探臂長(zhǎng)度1.5米，一般移機(jī)一次對(duì)頂板反復(fù)沖擊頂板6-7次，不利于頂板支護(hù);加上綜掘機(jī)長(zhǎng)度，整體有10-18巖石自重壓在支架上，安全系數(shù)較低;

礦提出“主動(dòng)支護(hù)+輔助支護(hù)”聯(lián)合臨時(shí)支護(hù)模式，即迎頭破巖后在支架掩護(hù)下第一排頂板自左肩窩第一根錨桿開(kāi)始間隔一根錨桿打設(shè)一根錨桿打設(shè)3根錨桿壓網(wǎng)、第二排自右肩窩第一根錨桿開(kāi)始間隔一根錨桿打設(shè)一根錨桿打設(shè)3根錨桿壓網(wǎng)作為區(qū)段主動(dòng)支護(hù)，再在超前支架輔助支護(hù)，確保整個(gè)懸空頂板穩(wěn)定性，杜絕離層現(xiàn)象。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)利用頂板離層在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)，打設(shè)兩根錨桿在支架雙重維護(hù)下放置10小時(shí)，頂板下沉50-100mm;打設(shè)三根錨桿在支架雙重維護(hù)下放置10小時(shí)，頂板下沉10-25mm;打設(shè)三根錨桿在支架雙重維護(hù)下放置6小時(shí)，頂板無(wú)下沉及離層跡象。

三、全封閉式橋式皮帶

主要存在隱患：一是橋式皮帶為鏤空的皮帶運(yùn)行時(shí)存在撒矸傷人現(xiàn)象;二是橋式皮帶機(jī)尾與主運(yùn)皮帶機(jī)尾搭接，綜掘機(jī)因切割需要需前后及左右調(diào)機(jī)移動(dòng)，橋式皮帶易發(fā)生掉道傷人現(xiàn)象。

將橋式皮帶全部進(jìn)行封閉，同時(shí)將單軌吊梁與支護(hù)錨桿進(jìn)行吊掛，加工占用吊掛裝置2-3道與單軌吊機(jī)車(chē)專(zhuān)用滑動(dòng)輪連接，讓全封閉式橋式皮帶在單軌吊梁上自動(dòng)滑行，不但杜絕了皮帶運(yùn)行時(shí)存在撒矸現(xiàn)象，而且有效杜絕了掉道現(xiàn)象。

四、紅外線限位斷電裝置

綜掘機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中需要反復(fù)前進(jìn)、后退調(diào)整施工狀態(tài)，雖然在支架設(shè)計(jì)中已預(yù)留2-3米空間，但是綜掘機(jī)后退時(shí)機(jī)后無(wú)人看守，即使看守由于綜掘機(jī)開(kāi)動(dòng)及皮帶運(yùn)行噪聲較大，無(wú)法與綜掘機(jī)司機(jī)及時(shí)聯(lián)系，容易造成綜掘機(jī)碰人事故，不利于綜掘機(jī)連續(xù)切割與架后連續(xù)支護(hù)平行作業(yè)。

礦利用紅外線與光感傳感器配合，研發(fā)紅外線限位斷電器，紅外線限位斷電裝置直接安裝在施工地點(diǎn)以里，當(dāng)綜掘機(jī)后退到紅外線限位裝置處，綜掘機(jī)后退功能失效，致使綜掘機(jī)無(wú)法后退，為了避免綜掘機(jī)司機(jī)在上山或退機(jī)速度快原因，紅外線限位斷電裝置安裝在施工地點(diǎn)以里1-2米位置。

工作原理：將光感傳感器與綜掘機(jī)后退液壓油管上安裝的溢流閥連接，綜掘機(jī)送電后將光感傳感器開(kāi)關(guān)打開(kāi)，光感傳感器能接收到紅外線光線時(shí)綜掘機(jī)可以正常后退、前進(jìn)，且不影響其正常動(dòng)作;當(dāng)光感傳感器無(wú)法接收到紅外線光線時(shí)后退油管上的溢流閥自動(dòng)關(guān)閉，使后退油管內(nèi)無(wú)液壓油，致使后退操作閥操作失效，有效避免前后聯(lián)系不暢通現(xiàn)象，為實(shí)現(xiàn)迎頭綜掘機(jī)連續(xù)掘進(jìn)與支架后永久支護(hù)平行作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

五、經(jīng)濟(jì)效益

1、提出了機(jī)掘工作面“主動(dòng)支護(hù)+輔助支護(hù)”聯(lián)合臨時(shí)支護(hù)理念，相比被動(dòng)受壓的支護(hù)方式，提高了巷道掘進(jìn)中的安全和效率，為臨時(shí)支護(hù)設(shè)備的研發(fā)提供了依據(jù)。

2、研發(fā)機(jī)掘工作面綜掘機(jī)與連體自移超前支架配套模式，打破傳統(tǒng)掘進(jìn)施工模式，實(shí)現(xiàn)掘、錨、支平行作業(yè)一體化，提高了綜掘綜合單進(jìn)及工作效率，單進(jìn)由12年335米提高到543米，提高208米，年節(jié)省8個(gè)月進(jìn)300米綜掘隊(duì)。

3、發(fā)明設(shè)計(jì)連體自移超前支架，3組4.5米自移超前支架和1組2.5米后維護(hù)支架組成，每組橫梁上安裝兩組前探臂及架間安裝雙向伸縮油缸，加大移機(jī)步距，并保證在支架全部展開(kāi)工作狀態(tài)下人員始終處在支架掩護(hù)下;實(shí)現(xiàn)了無(wú)空頂化施工，增加了施工人員在臨時(shí)支護(hù)下的安全性。

4、研發(fā)全封閉橋式皮帶、紅外線限位斷電裝置，解決支護(hù)與“破裝運(yùn)”不配套、無(wú)法平行作業(yè)的矛盾，實(shí)現(xiàn)真正意義上掘錨支平行作業(yè)一體化。

5、通過(guò)配套模式研究與應(yīng)用，不但提高了臨時(shí)支護(hù)的安全程度，而且達(dá)到了減人提效，高掘高效的目的。

六、結(jié)論

掘、支、運(yùn)是掘進(jìn)過(guò)程中基礎(chǔ)工序，如何實(shí)現(xiàn)三者合理的兼容或平行作業(yè)，成為制約實(shí)現(xiàn)掘錨支一體化的瓶頸;翟鎮(zhèn)煤礦通過(guò)論證巷道開(kāi)挖后應(yīng)力分布規(guī)律及頂板離層時(shí)空關(guān)系〔2〕，得出最佳臨時(shí)支護(hù)時(shí)間，研發(fā)連體自移式超前支架與綜掘機(jī)配套施工，實(shí)現(xiàn)迎頭連續(xù)掘進(jìn)、架后連續(xù)永久支護(hù)平行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)掘巷道單進(jìn)水平質(zhì)的飛越，為掘錨支一體化技術(shù)拓展了思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜長(zhǎng)龍 多功能巷道臨時(shí)支架 《江蘇煤炭》 1993年

[2]蔡美峰 巖石力學(xué)與工程 北京：科學(xué)出版社 2002年

作者簡(jiǎn)介：

王清峰（1983.1-），男，山東泰安人，本科學(xué)歷，畢業(yè)于山東科技大學(xué)采礦工程專(zhuān)業(yè)，長(zhǎng)期從事煤礦生產(chǎn)管理工作，現(xiàn)在任新汶礦業(yè)集團(tuán)公司翟鎮(zhèn)煤礦副總工程師。