摘要： 目前現(xiàn)代化礦井存在掘、支時(shí)間比例失調(diào)的矛盾，臨時(shí)支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，支護(hù)速度影響掘進(jìn)速度，分析了目前國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用以及存在的問題，提出今后掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向。

Abstract： At present， modern mine has the proportion in time contradiction of excavation and supporting， temporary support has high labor intensity and low efficiency， supporting speed affects the driving speed. The current development and application of supporting technology and the existing problems on tunnelling face in domestic and overseas is analyzed， the development direction of support technology on excavation work face in the future are put forward.

關(guān)鍵詞： 掘進(jìn)；臨時(shí)支護(hù)；發(fā)展；應(yīng)用

Key words： driving；temporary support；development；application

中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2015）22-0110-03

0 引言

在巷道掘進(jìn)過程中，為避免空頂距作業(yè)引起頂板發(fā)生沉降離層和變形，引發(fā)事故，在永久支護(hù)前，采用合理的臨時(shí)支護(hù)尤為重要。我國(guó)煤礦煤系地層中具有復(fù)雜地質(zhì)條件的礦井分布十分廣泛，具有復(fù)雜地質(zhì)條件的礦井遍布全國(guó)各主要產(chǎn)煤區(qū)，隨著開采深度的增加，復(fù)雜地質(zhì)條件煤礦的數(shù)量和分布范圍將會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大，復(fù)雜地質(zhì)條件巷道圍巖穩(wěn)定性差、圍巖變形和破壞強(qiáng)烈，造成臨時(shí)支護(hù)量大，嚴(yán)重影響了巷道支護(hù)速度，造成巷道掘進(jìn)進(jìn)尺低下，滿足不了綜掘快速推進(jìn)的要求，造成掘進(jìn)與支護(hù)時(shí)間嚴(yán)重失調(diào)。

1 掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

在巷道掘進(jìn)施工中造成冒頂傷亡事故的主要原因是空頂下作業(yè)，有資料顯示，煤礦安全事故中大約有四成是冒頂事故，而總冒頂事故的兩成是掘進(jìn)工作面冒頂，因此在實(shí)際的巷道掘進(jìn)施工中，為了保證施工人員的生命安全，為人員建立安全的施工環(huán)境，應(yīng)在進(jìn)行永久支護(hù)前使用臨時(shí)支護(hù)。

《煤礦安全規(guī)程》第36條規(guī)定“掘進(jìn)工作面永久支護(hù)之間，必須使用臨時(shí)支護(hù)，嚴(yán)禁空頂作業(yè)”。臨時(shí)支護(hù)是相對(duì)于永久支護(hù)來而言，它的作用是暫時(shí)的，其支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)面積都不及永久支護(hù)，是在永久支護(hù)前對(duì)頂板加以防護(hù)，防止頂板事故發(fā)生，給空頂作業(yè)人員以安全保護(hù)。由于巷道掘進(jìn)后頂板裸露，若未能有效及時(shí)支護(hù)，很可能發(fā)生頂板冒落，造成人員傷亡，因此掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)的安全問題一直是困擾掘進(jìn)工作面快速生產(chǎn)的技術(shù)難題。

我國(guó)煤礦掘進(jìn)工作面的支護(hù)形式一般分為臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)，國(guó)內(nèi)大多數(shù)礦井掘進(jìn)工作面均采用臨時(shí)支護(hù)，目前掘進(jìn)工作面常用的臨時(shí)支護(hù)形式有前探梁架棚、支柱加橫梁、懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置和掘錨機(jī)組配套的臨時(shí)護(hù)頂裝置。這幾種臨時(shí)支護(hù)方式雖然一定程度上減輕了掘進(jìn)工作面迎頭支護(hù)的壓力，改善了工作面支護(hù)狀況，但仍存在很多不完善的地方。隨著掘進(jìn)技術(shù)和錨桿支護(hù)技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，提高臨時(shí)支護(hù)的速度，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，解決臨時(shí)支護(hù)中存在的問題極為重要。

2 掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 前探梁架棚

前探梁架棚臨時(shí)支護(hù)，見圖1所示，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由吊梁卡、吊環(huán)、前探梁鋼管、木板等組成。是利用固定在迎頭支護(hù)錨桿上的吊環(huán)的懸吊和迎頭巖壁預(yù)留孔的支撐將前探梁鋼管沿頂懸起，鋼管上鋪設(shè)木板，從而防止迎頭空頂區(qū)頂板掉落傷人。

前探梁臨時(shí)支護(hù)中存在下列問題：

①承載力小，控頂距不能超過2m，不能滿足一掘多錨的要求；

②支護(hù)面積小，不能對(duì)空頂區(qū)進(jìn)行全面支護(hù)，如遇到頂板破碎的情況，使用效果較差；

③鋪網(wǎng)作業(yè)時(shí)，進(jìn)行前探梁前移操作，操作人員進(jìn)入空頂區(qū)，在頂板不穩(wěn)定的地質(zhì)條件工況，易造成冒頂，安全性差。

2.2 支柱加托梁式臨時(shí)支護(hù)裝置

支柱加托梁式臨時(shí)支護(hù)，見圖2所示，常采用單體液壓支柱上鋪設(shè)方木以增大護(hù)頂面積，防止意外發(fā)生。包括立柱、升柱、卸壓回柱等幾個(gè)操作步驟。

支柱加托梁臨時(shí)支護(hù)，支撐力比前探梁臨時(shí)支護(hù)有所提高，但支護(hù)面積小，立柱、升柱、卸壓回柱的操作過程復(fù)雜，支柱需要人工頻繁移動(dòng)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大，造成輔助作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，無法滿足礦井生產(chǎn)的需要。

2.3 懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置

結(jié)合懸臂式掘進(jìn)機(jī)自身的工作特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，我國(guó)許多廠家研制的懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)與掘進(jìn)機(jī)集成，常見有兩種結(jié)構(gòu)，一種布置在掘進(jìn)機(jī)截割部上方，見圖3所示，利用截割部的升降和臨時(shí)支護(hù)裝置的伸展實(shí)現(xiàn)臨時(shí)支護(hù)；另一種是在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身上部，見圖4所示，利用軌道將臨時(shí)支護(hù)裝置移至迎頭，完成臨時(shí)支護(hù)。這兩種臨時(shí)支護(hù)形式，可以滿足部分?jǐn)嗝嫘螤钕锏赖目焖倬蜻M(jìn)成巷支護(hù)要求，提高巷道支護(hù)強(qiáng)度、作業(yè)安全性，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，巷道的支護(hù)速度、綜掘巷道掘進(jìn)機(jī)械化程度和掘進(jìn)機(jī)的開機(jī)率也大幅提高。

2.3.1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置存在的主要問題

①影響掘進(jìn)機(jī)的工作性能，布置在截割機(jī)構(gòu)上，對(duì)掘進(jìn)司機(jī)的截割視線有一定的影響；

②機(jī)載臨時(shí)支護(hù)的支護(hù)面積及有效支護(hù)空間小，且對(duì)巷道的斷面形狀有局限性，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)巷道的全斷面支護(hù)；

③利用掘進(jìn)機(jī)液壓泵站作為臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)力源，臨時(shí)支護(hù)工作時(shí)掘進(jìn)機(jī)處于開機(jī)狀態(tài)，掘進(jìn)機(jī)的工作機(jī)構(gòu)和臨時(shí)支護(hù)的工作機(jī)構(gòu)如果互鎖機(jī)構(gòu)不可靠，易誤操作造成的人員傷害。

2.3.2 山西天地煤機(jī)裝備有限公司在EBZ120掘進(jìn)機(jī)截割部上機(jī)載了臨時(shí)支護(hù)裝置，主要適用于煤及半煤巖巷的支護(hù)。

①主要技術(shù)參數(shù)：

巷道斷面形狀 矩形或拱形

適應(yīng)巷道斷面（m2） ≥3.4×2.9

支架初撐力（kN） 20

支護(hù)面積（m2） 2×2

支護(hù)高度（m） 2.9～3.8

②使用效果：2008年4月在蒲白礦務(wù)局白水煤礦掘進(jìn)二區(qū)進(jìn)行了井下工業(yè)性試驗(yàn)。巷道寬度3.6m，高度3.1m，支護(hù)形式為錨網(wǎng)支護(hù)，設(shè)計(jì)斷面10.3m2。在試驗(yàn)期內(nèi)，各元部件運(yùn)行良好，沒有發(fā)生故障；整機(jī)工作正常，運(yùn)行良好，動(dòng)作到位，支護(hù)高度和寬度均達(dá)設(shè)計(jì)要求；支護(hù)時(shí)間由原來20～30分鐘節(jié)約到5～8分鐘，同時(shí)支護(hù)強(qiáng)度、安全性能也進(jìn)一步提高。

2.4 掘錨機(jī)組臨時(shí)支護(hù)裝置

掘錨機(jī)組是適用于高產(chǎn)高效礦井煤巷高效掘進(jìn)的一體化設(shè)備，見圖5所示，是在連續(xù)采煤機(jī)和懸臂式掘進(jìn)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型掘進(jìn)機(jī)型。掘錨機(jī)組是將掘進(jìn)與支護(hù)有機(jī)地組合起來，裝置包括四臺(tái)頂板錨桿鉆機(jī)和兩臺(tái)側(cè)幫錨桿鉆機(jī)及其配套的臨時(shí)護(hù)頂裝置，掘進(jìn)和支護(hù)工藝只需在同一設(shè)備上進(jìn)行，減少了兩者切換的時(shí)間。

掘錨機(jī)雖然實(shí)現(xiàn)了掘錨平行作業(yè)，由于掘錨組整體寬度較大，只能在較大斷面巷道使用且只能掘進(jìn)矩形斷面巷道。對(duì)頂板和底板的要求較高，松軟易破碎的頂板不適用。受設(shè)備配套和采掘技術(shù)等因素限制，在錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)條件下支護(hù)工藝復(fù)雜，鋪網(wǎng)、施工錨索沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，不利于實(shí)現(xiàn)快速支護(hù)。

3 掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

研制出與掘進(jìn)機(jī)相互集成的機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)裝置，改變傳統(tǒng)的掘進(jìn)和支護(hù)工藝方式。對(duì)減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高臨時(shí)支護(hù)強(qiáng)度、安全性能，縮短掘進(jìn)工作面作業(yè)循環(huán)中的支護(hù)作業(yè)時(shí)間有重要意義，是國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域重點(diǎn)研究和開發(fā)的方向。目前快速掘進(jìn)支護(hù)裝置的研究，代表了煤礦綜掘巷道快速掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向，是高產(chǎn)、高效礦井技術(shù)的重要組成部分，對(duì)促進(jìn)我國(guó)煤炭生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王帥.懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)研究[J].煤礦機(jī)械，2014，35（1）：122-124.

[2]曾石清，劉相壽，黃志彬.掘進(jìn)機(jī)工作面臨時(shí)支護(hù)問題討論[J].能源技術(shù)與管理，2004（3）：29-30.

[3]張玉寬，吳少先，李靖，等.錨噴巷道簡(jiǎn)支梁式臨時(shí)支護(hù)的研究[J].礦山壓力與頂板管理，2004（4）：59-64.