掘进机机载临时支护与人工支护的对比分析

赵 岩

（河南煤化集团永煤公司 陈四楼煤矿，河南 永城 476600）

掘进巷道临时支护是一道必不可少的工序,对安全生产和正规循环作业的影响都非常大，而临时支护方式一直是煤矿工程技术人员潜心研究的技术性难题，严重困扰着安全生产。目前我矿掘进工作面普遍采用串前探梁方式或单体柱+π型梁进行临时支护。这种传统人工临时支护方式虽然在技术上达到了要求，对掘进工作面迎头支护提供了支撑力，且具有加工方便等特性，但仍存在如下缺点：

（1）采用单体柱+π型梁这种人工临时支护虽有一定的初撑力，能有效防止顶板离层但易出现柱子倾倒情况；在巷道超高时无法接顶；当顶板破碎且不平时，与顶板的不密贴；当液压油压力小时，初撑力达不到要求；落煤后需将柱窝处的煤、矸除掉，人工在迎头空顶区附近作业，无法保证安全；临时支护一次需三人操作，每进一排前移一次临时支护，每移一次耗时15分钟到20分钟左右。

（2）采用前探梁进行人工临时支护时，前探梁对空顶区为被动支护，没有初撑力，安全性差；前探梁与顶板间接触面积小，支护效果差，不能对空顶区进行有效保护；人员操作起来复杂，人工移动，劳动强度大，每移一次速度慢，效率较低；若有人进入空顶区进行架设作业，为安全埋下重大隐患。

对比以上两种人工临时支护方式存在的缺点，可看出在使用中都消耗大量的人工，人员使用临时支护有时会操作不当，给安全带来一定的隐患。因此，需要对以上两种人工临时支护方式进行改进，减少人员投入，提高安全性能。

为了提高安全性，可变被动支护为主动支护，在综掘工作面可充分利用掘进机作为载体，搭载支护装置，并通过掘进机液压系统提供动力实现临时支护，为此我们采用ZLJ-10/21机载临时支护装置代替原人工临时支护。

1 临时支护工作原理及技术参数

机载临时支护装置主要是通过对综掘机切割部与本体部铰接销轴的改造进行安装。掘进机机载临时支护装置主要由顶梁架、连接器、主架、油缸翼架、分流溢流阀、三位两通阀、控制操作阀等组成。利用掘进机的液压泵站供油，通过加装的三位两通阀经过溢流阀到操作阀来控制临时支护装置工作。

机载临时支护装置的工作原理：工作时用综掘机的泵站供油，经分流进入油缸，顶架向两侧打开升起，主架向上打开逐渐升高，直到接触顶板满足需要的高度、角度即可。该装置用来对掘进工作面截割后的空顶区进行主动临时支护，当掘进机完成一个循环后，升起支架靠支撑力托住顶板，可以迅速在掘进机截割头前方形成一个最大达到3m×3.4m的支护面积，为下一步在该空顶区进行支护作业的人员提供一个安全可靠的作业空间。该装置的技术参数如表1。

表1 ZLJ-10/21机载临时支护装置主要技术参数

2 临时支护装置的现场应用

2.1 工作面条件

21401轨顺工作面布置在二2煤层中，沿煤层顶板掘进。二2煤层厚2.07～3.5m，平均厚2.74m，属稳定煤层，顺槽处于宽缓的单斜构造，煤层倾角为1°～23°，平均8°，工作面总体倾角较缓，预计在掘进过程中将不会揭露断层。21401轨顺工作面为梯形断面，一次掘进支护断面净宽4000mm，净高2600mm。21401轨顺工作面巷道选择“锚网带”的支护形式，临时支护采用轻型单体液压支柱+π型梁[1]支护形式，如图1所示。

图1 21401轨顺工作面支护断面图

2.2 操作步骤

掘进机完成截、割、装煤作业后，将截割头放下。检查支护装置各部位零件及管路，在保证完好的状态下，操作二位三通阀，使液压油切换到支护装置油路。副司机把锚网支护所用的钢带和金属网放在顶架上，且使顶架上的磁铁将其吸住；掘进机司机操作支护装置使钢带和金属网同顶板吻合，然后在掘进机机载临时支护下进行打孔、上锚杆，即完成该次支护任务，确定锚固无误后，开始收回支架。先把主架下降到最低位置，然后折合顶架，直到顶架全部落到掘进机上为止，完成一次完整的支护工作结束。以上动作通过反向拉动多路换向阀相应的手柄完成，需掘进机正副司机两人完成，节省了劳动人员，提高了生产效率。而窜管前探梁和支柱加横梁这两种方式，操作起来太困难，需要多人配合才能完成，同时延长了作业工序时间，降低了掘进效率。

ZLJ-10/21机载临时支护装置进行临时支护时，一个循环可截割3排（2.4m），最大控顶距离为 2.6m，最小空顶距离为0.4m。ZLJ-10/21机载临时支护装置平、剖面图如图2所示。

图2 机械机载临时支护装置平、剖面图

3 应用效果对比分析

ZLJ-10/21机载临时支护装置代替单体液压支柱+π型梁支护应用在21401轨顺后，增加了施工的安全性，提高了掘进速度和效率，降低了工人的工作强度[2]，临时支护效果明显提高。

(1)安全性高：单体柱+π型梁属于被动支护，而临时支护装置由原来的被动支护变为一种宏观意义的主动支护，支护作业时升起顶梁后可再伸出伸缩梁，有效加大了空顶支护面积。该装置主动给予顶板支撑力，让顶板时刻处于安全支护状态，安全可靠系数高，大大改善了掘进工作面迎头的支护状况及操作人员的作业安全性。

(2)掘进速度加快：采用单体柱+π型梁支护方式，一循环掘2排，每班掘6排，而临时支护装置方式下一循环掘3排，每班掘8排，进尺提高1.6m。单体柱+π型梁支护方式需要人工架柱子，耗时长，临时支护装置可随掘进机一起推进，整个操作过程仅用5min，在一定程度上提升了掘进效率，支护时间明显缩短。

(3)劳动强度明显降低：单体柱+π型梁支护方式下靠多名人工操作，工人劳动强度大，而机载临时支护方式只需要2人操作，操作简单，减少了劳动强度，提高了劳动工效。

4 结语

通过在陈四楼煤矿21401轨顺的应用分析，掘进巷道采用机载临时支护装置可有效地加强掘进工作面锚网支护时对于顶板的控制，防止空顶作业，杜绝人员伤亡事故，减轻工人劳动强度，创造了安全作业环境。既提高了综掘掘进速度，又能保证人员进行支护时的安全性，以便推进我矿综掘机械化的进一步提高。社会经济效益明显，推广应用前景广阔，对提升煤巷快速掘进和临时支护的机械化有着现实和深远的意义。

[1]胡林．综掘临时支护技术的研究与应用[J].煤炭科学技术，2008(6)：9-11

[2]崔明奎.ZLJ-10/21机载临时支护装置在云冈矿的应用[J]．山东煤炭科技，2009(6)：76-77