掘进巷道新型临时支护装置设计应用

杨梦帆

（山西晋煤集团长平煤业有限责任公司，山西晋城 048000）

0 引言

巷道在掘进过程中，裸露的顶板在得不到及时支护的情况下，容易造成煤壁严重破碎，甚至有可能发生顶板整体冒落的大事故。因此，巷道掘进后顶板的支护效果直接关系到掘进工作的安全。目前，中国采用的临时支护主要有常用的吊挂环穿管式前探梁临时支护和掘进机机载临时支护。这两种临时支护在国内矿井掘进支护上取得了较好的使用效果。然而，随着掘进速度的不断加快，传统的临时支护方式已经不能满足生产要求，而且安全系数也比较低[1]。

某53083 巷北部为4326 采面（正在布置），东部为4322综采工作面（正在回采），西部为Ⅲ5309综采工作面（尚未布置），南部为五盘区北翼泄水巷（已掘）。53083巷设计长度为1 151 m，巷道设计断面规格为4.5 m 3.5 m（宽 高），截至目前，巷道已掘进350 m；由于53083巷掘进煤层不稳定，相对破碎，巷道在掘进过程中顶板破碎、煤壁片帮严重，当巷道掘进至320 m处时揭露一条正断层，导致顶板空顶距加大，最大空顶距达1.8 m，严重威胁巷道支护的施工安全。

1 掘进前期顶板临时支护措施

1.1 前探梁临时支护

（1）53083巷在前期掘进过程中对空顶处顶板主要采用丝杠式前探梁超前支护进行临时支护，该支护装置主要由3根横梁、3根纵梁、丝杠、吊环等部分组成；其中横梁、纵梁均由10#槽钢焊制而成，长度为4.0 m，每根横梁上焊制3个直径为30 mm的圆孔。

使用时首先将3组吊环分别安装在工作面前3排顶板锚杆上，然后将3 根横梁横穿在吊环上，3 根横梁安装后将3 根纵梁铺放在横梁上，纵梁另一端延伸至工作面迎头，然后旋转丝杠使纵梁升起并与顶板接触严实，从而起到超前支护作用。

1.2 问题分析

（1）安装难度大。由于前探梁临时支护各配件重量大，临时支护需3人搭设工作盘进行安装，安装难度大，安装工序繁琐，且在安装时危险系数高[2]。

（2）支护效果差。受构造及煤层稳定性影响，53083巷掘进后顶板破碎严重，采用传统前探梁临时支护时，前探梁与顶板接触不严实，导致临时支护效果差。

（3）支护损坏严重。由于53083 巷安装的机械设备数量多，前探梁临时支护使用过程中损坏严重，增加了装置维修成本费用[3]。

2 新型临时支护装置设计应用

为了弥补传统前探梁临时超前支护在使用中存在的不足，通过技术研究，设计一套气垛式前探梁临时支护。

2.1 结构

（1）新型临时支护装置主要由底座、支护装置、探梁、高压胶管、探梁铰链、液压铰链、探梁伸缩杆、探梁液压缸、气垛、气垛支架、千斤顶、锚杆、绷带、固定管等部分组成，如图1所示。

图1 新型临时支护装置结构示意图

（2）该设备的底座可以进行全方位调节，能够对巷道各个方向进行支护，底座与探梁之间通过探梁铰链进行铰接，通过操控液压缸控制探梁的长度，液压铰链将探梁下表面与液压伸缩杆一端进行铰接，通过调节液压伸缩杆来控制支护装置的移动，完成全部临时支护后对气垛进行放气。

（3）液压铰链将底座与液压伸缩杆另一端进行铰接，探梁液压缸安装在探梁上表面靠近底座一侧，充气装置安装在探梁上表面远离底座一侧，利用胶管将气垛与充气装置进行连接，气垛支架安装在支护板上表面，气垛安装在气垛支架上表面。

（5）气垛使用绷带进行全方位捆绑，同时将4 个千斤顶固定在气垛的前、后方，将固定管分别与支护板的上表面四角进行连接，将锚杆插接在固定管内，使用固定架将固定管固定在支护板上表面。

2.2 工作原理

（1）该装置能够对掘进巷起到临时支护的目的，其底座可以全方位地进行旋转，大大节约了装置的使用面积，底座与掘机主体进行连接后能够方便地对角度进行调节，不会干扰掘进机的正常生产。操作人员可以通过调节过探梁和液压伸缩杆，在掘进巷道内控制支护装置前后左右进行支护，为加快支护速度起到了很大的作用[4]。

（2）该装置能够将固定管直接安装在支护装置上，工作人员在使用时可以直接将锚杆送入顶板的锚杆孔内，降低了工作人员的操作难度，同时该装置使用气垛能够将顶板的压力平均分散到气垛，不会发生顶板局部应力集中，防止局部煤壁发生冒落伤人事故，提高了支护效果的同时，确保了人员的安全。此外，安装在支护板的4根千斤顶能够均匀地将顶板压力进行分解，确保了掘进巷道的支护效果。

3 新型临时支护装置优缺点及实际应用分析

3.1 优点

（1）材料便宜。该设备采用的材料都是日常生产中较为常见的材料，价格公开透明，比较适合可持续发展的理念，能为矿井节约开支[5]。

（2）结构简单。该设备使用结构较为简单，支护人员在日常使用时操作简单，后期的维护费用相对低，提高了煤矿经济效益。

（3）支护效果好。通过实际应用效果来看，该装置在断层带处能够及时对破碎顶板进行支护，比传统的支护方式具有更好的使用效果。该设备能够在巷道内全方位地对各个角度进行移动支护，确保了支护效果的同时，保证了工作人员的生命安全，同时气垛的使用降低了顶板出现局部破碎冒落的情况，不会出现传统钢性支护材料对顶板的切顶现象及钢板变形、断裂的情况[6]。

（3）使用范围大。该支护方式由于可以多方位进行移动且占用面积小，不仅能够在煤矿掘进巷道使用，还能在地面桥梁铺设及其他领域使用，值得向其他行业推荐。

3.2 缺点

（1）由于该装置采用气垛直接对顶板进行支护，当遇到顶板破碎较严重时，使用气垛很容易造成气垛被砸破，日常生产时对气垛的存放要求比较苛刻[7]。

（2）掘进巷道的工作环境比较恶劣，在正常生产时液压系统的各类胶管很容易被砸伤，影响支护的强度，而且由于掘进巷道灰尘比较大，很容易使液压系统的油质受到污染，影响支护效果[8]。

3.3 实际应用效果分析

53083 巷掘进至400 m处时对工作面采用了新型临时支护装置，截至2019年11月27日，航道已掘进到位。通过几个月的实际应用效果观察发现，采用该装置后，有效控制了顶板破碎现象，顶板空顶距减小为0.6 m以下，施工人员在该装置掩护下进行永久支护时未出现一起顶板碎石伤人事故，保证了巷道支护施工安全；而且该装置便于安装维护，仅需1人操作即可，与传统丝杠式超前支护相比，全年可减少装置维修费用及劳动成本费用达37万元。

4 结束语

对53083 巷掘进前期采用临时支护存在的主要问题进行分析，并对原支护进行优化，设计了一套新型临时支护装置。通过实际应用效果来看，该装置支护效果好，且便于操作，对空顶处破碎顶板起到了良好的支护效果，并在其他煤矿进行推广应用。