EBZ-160掘进机机载临时支护装置的优化设计与应用

李 明 姚 飞

(潞安集团 余吾煤业有限公司，山西 长治 046103)

随着井下采区的增加和扩大，掘进工作面出现了煤体酥软、巷道破断急聚变化等复杂的地质异常区域，在地质异常区域巷道往往会出现迎头煤体掉落，或因煤体中节理面而发生迎头片煤，导致迎头煤体表面出现坡度。传统的机载临时支护在诸多实践工程[1-2]中已经不能满足生产需要。

1 设备结构及工作原理

传统的机载临时支护主要由顶架梁、连接器、主架、油缸、伸缩油缸、高压油路过滤器、插装双向锁、高压油路管、分流集流阀、溢流阀、控制操作阀及迎头护网等[3]组成。如图1所示。

工作时，用掘进机油泵供油，经分流集流阀进入双向锁，双向锁打开进入油缸，顶架打开升起，主架升高，直到所需的高度、角度停止，停止后将迎头护网挂在迎头顶架梁上。

图1 综掘机机载临时支护结构图

2 机载临时支护现状

综掘机将迎头煤体割完后，升起机载临时支护，并将护迎头护网挂好。机载临时支护下方在迎头顶帮煤体较硬且掘进工作面前进方向近水平的情况下可正常进行顶帮的支护。护迎头护网依托自身重力垂直悬挂于顶架梁的前部。目前随着矿井采区的扩大，井下巷道出现坡度变化及迎头煤体容易片帮等现象。现有的临时支护暴露出以下几点不足之处：（1）护网不牢固。由于迎头护网是悬挂于顶架梁上，护网前后受力之后，容易出现前后摆动，当迎头出现大块煤体片帮后，工作面迎头煤体突出的力会迫使护网产生扭矩，当迎头片煤出现较大冲击力时，护网便会产生较大摆动，在护网后方的施工人员容易受到来自护网的动载荷，导致施工人员安全受到影响。（2）机载临时支护适应性差。当巷道上山掘进坡度较大时，迎头护网处于自然垂直状态，护网无法及时紧贴迎头煤墙，这样就会挤压机载临时支护下方施工人员工作空间，影响正常施工人员施工。（3）护网自身承载能力低。根据现场实践经验，迎头护网经常容易受到大块煤体或石头冲击，护网容易出现破孔，护网破损后，迎头煤（岩）冲击能量会直接施加于施工人员身体，造成安全隐患。

3 机载临时支护的优化设计

3.1 对迎头护网进行优化改进

（1）护网由原先的网中间“两竖”1.5寸的钢管横梁，调整为“两横四竖”横梁，护网上部横梁距离护网顶端0.6m，下部横梁距离护网下端部0.6m，使得横梁均匀布置在护网中间，通过对护网内部横梁进行优化改进，护网承受迎头煤体或岩体动载冲击的能力大大增强；（2）在两横梁距离护网两端1.4m位置各焊接一个固定斜撑住的固定点，分别为A、B、a、b。

改进前护网如图2，护网改进后如图3。

3.2 机载临时支护与迎头护网间增加2根斜撑柱

每根斜撑柱由两部分组成，分别为Ⅰ—伸缩部，由1.5寸管路制成；Ⅱ—固定部，由2寸空心管路制成。伸缩部可活动范围为600～1000mm，正常情况下伸缩600mm便可满足临时支护要求。Ⅰ、Ⅱ两部分连接处通过螺丝固定，伸缩完成后，拧紧螺丝固定住伸缩部。如图4所示，斜撑柱一端固定于升降油缸上面，另一端固定在护网中间横梁的固定点A、B、a、b。通过在护网与机载临时支护之间增加斜撑柱，确保了护网的固定，避免了护网摆动造成的安全隐患。对斜撑柱进行优化，实现斜撑柱可伸缩，可实现护网依据迎头煤墙变化，实现护网前后进行扭动，及时将护网紧贴迎头煤墙，避免了迎头煤空帮的情况。

图2 护迎头护网（单位：mm）

图3 改进后的护迎头护网（单位：mm）

图4 增加斜撑柱伸缩示意图（单位：mm）

4 工程实践

余吾煤业公司N1105胶带顺槽综掘面掘进机均使用机载临时支护，巷道断面为5.4×3.8m断面，煤厚为6.3m左右，N1105胶顺沿煤层底板掘进，巷道采用锚网索联合支护，巷道在里程1430～1620m左右煤体破碎，巷道煤体滑面较多，且该段巷道坡度在3～ -7°左右，掘进过程中，巷道坡度变化大，沿巷道底板掘进时，顶煤控制难度加大，掘进机将迎头煤体割出后，迎头煤体发生多次片帮及高顶情况，片帮后的煤体冲击至护网造成护网被冲破，造成一个月内迎头护网多次上井进行维修。改进前的护网靠自身重力悬挂在顶架梁上，护网受冲击后，迎头护网产生摆动，对迎头造成冲击，护网转动情况下给在迎头作业的工作人员造成直接或间接的损害。该段巷道由于煤体破碎，巷道迎头局部煤体片帮时，迎头无法进行有效的防护，破碎煤体缺乏有效的外部支撑，造成迎头煤体持续破碎情况较多。通过对现有掘进机临时支护优化设计产生明显支护效果：（1）机载临时支护适应性大大增加，在巷道坡度发生变化时及迎头发生片帮情况下，通过斜撑柱控制迎头护网，能实现护网对迎头煤体的及时支护，避免了迎头出现空顶及煤体持续片帮的情况。（2）提高了掘进效率，通过对迎头护网自身承载结构的加固，使得护网承载性能大大提高，降低了护网维修的频率，避免了因护网维修而工作面停产的情况发生。（3）迎头作业安全环境得到改善，护网与机载临时支护油缸之间增加斜撑柱，护网不会受到迎头片帮煤体的冲击而来回摆动，斜撑柱承受了冲击动能，迎头作业人员安全系数提高。

5 结论

（1）对目前掘进机机载临时支护整体进行优化设计，增强护迎头护网自身承载能力并增加可上下调节和前后伸缩的斜撑柱，优化后的机载临时支护大大适应了当前井下复杂的掘进作业环境。

（2）通过对井下机载临时支护进行改进，不仅提高了工人施工的安全系数，也节省了机载临时支护维修时间，提高了生产效率，实现了矿井安全高效生产。