李 明 姚 飛

(潞安集團 余吾煤業(yè)有限公司，山西 長治 046103)

隨著井下采區(qū)的增加和擴大，掘進工作面出現(xiàn)了煤體酥軟、巷道破斷急聚變化等復雜的地質(zhì)異常區(qū)域，在地質(zhì)異常區(qū)域巷道往往會出現(xiàn)迎頭煤體掉落，或因煤體中節(jié)理面而發(fā)生迎頭片煤，導致迎頭煤體表面出現(xiàn)坡度。傳統(tǒng)的機載臨時支護在諸多實踐工程[1-2]中已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理

傳統(tǒng)的機載臨時支護主要由頂架梁、連接器、主架、油缸、伸縮油缸、高壓油路過濾器、插裝雙向鎖、高壓油路管、分流集流閥、溢流閥、控制操作閥及迎頭護網(wǎng)等[3]組成。如圖1所示。

工作時，用掘進機油泵供油，經(jīng)分流集流閥進入雙向鎖，雙向鎖打開進入油缸，頂架打開升起，主架升高，直到所需的高度、角度停止，停止后將迎頭護網(wǎng)掛在迎頭頂架梁上。

圖1 綜掘機機載臨時支護結(jié)構(gòu)圖

2 機載臨時支護現(xiàn)狀

綜掘機將迎頭煤體割完后，升起機載臨時支護，并將護迎頭護網(wǎng)掛好。機載臨時支護下方在迎頭頂幫煤體較硬且掘進工作面前進方向近水平的情況下可正常進行頂幫的支護。護迎頭護網(wǎng)依托自身重力垂直懸掛于頂架梁的前部。目前隨著礦井采區(qū)的擴大，井下巷道出現(xiàn)坡度變化及迎頭煤體容易片幫等現(xiàn)象。現(xiàn)有的臨時支護暴露出以下幾點不足之處：（1）護網(wǎng)不牢固。由于迎頭護網(wǎng)是懸掛于頂架梁上，護網(wǎng)前后受力之后，容易出現(xiàn)前后擺動，當迎頭出現(xiàn)大塊煤體片幫后，工作面迎頭煤體突出的力會迫使護網(wǎng)產(chǎn)生扭矩，當迎頭片煤出現(xiàn)較大沖擊力時，護網(wǎng)便會產(chǎn)生較大擺動，在護網(wǎng)后方的施工人員容易受到來自護網(wǎng)的動載荷，導致施工人員安全受到影響。（2）機載臨時支護適應(yīng)性差。當巷道上山掘進坡度較大時，迎頭護網(wǎng)處于自然垂直狀態(tài)，護網(wǎng)無法及時緊貼迎頭煤墻，這樣就會擠壓機載臨時支護下方施工人員工作空間，影響正常施工人員施工。（3）護網(wǎng)自身承載能力低。根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，迎頭護網(wǎng)經(jīng)常容易受到大塊煤體或石頭沖擊，護網(wǎng)容易出現(xiàn)破孔，護網(wǎng)破損后，迎頭煤（巖）沖擊能量會直接施加于施工人員身體，造成安全隱患。

3 機載臨時支護的優(yōu)化設(shè)計

3.1 對迎頭護網(wǎng)進行優(yōu)化改進

（1）護網(wǎng)由原先的網(wǎng)中間“兩豎”1.5寸的鋼管橫梁，調(diào)整為“兩橫四豎”橫梁，護網(wǎng)上部橫梁距離護網(wǎng)頂端0.6m，下部橫梁距離護網(wǎng)下端部0.6m，使得橫梁均勻布置在護網(wǎng)中間，通過對護網(wǎng)內(nèi)部橫梁進行優(yōu)化改進，護網(wǎng)承受迎頭煤體或巖體動載沖擊的能力大大增強；（2）在兩橫梁距離護網(wǎng)兩端1.4m位置各焊接一個固定斜撐住的固定點，分別為A、B、a、b。

改進前護網(wǎng)如圖2，護網(wǎng)改進后如圖3。

3.2 機載臨時支護與迎頭護網(wǎng)間增加2根斜撐柱

每根斜撐柱由兩部分組成，分別為Ⅰ—伸縮部，由1.5寸管路制成；Ⅱ—固定部，由2寸空心管路制成。伸縮部可活動范圍為600～1000mm，正常情況下伸縮600mm便可滿足臨時支護要求。Ⅰ、Ⅱ兩部分連接處通過螺絲固定，伸縮完成后，擰緊螺絲固定住伸縮部。如圖4所示，斜撐柱一端固定于升降油缸上面，另一端固定在護網(wǎng)中間橫梁的固定點A、B、a、b。通過在護網(wǎng)與機載臨時支護之間增加斜撐柱，確保了護網(wǎng)的固定，避免了護網(wǎng)擺動造成的安全隱患。對斜撐柱進行優(yōu)化，實現(xiàn)斜撐柱可伸縮，可實現(xiàn)護網(wǎng)依據(jù)迎頭煤墻變化，實現(xiàn)護網(wǎng)前后進行扭動，及時將護網(wǎng)緊貼迎頭煤墻，避免了迎頭煤空幫的情況。

圖2 護迎頭護網(wǎng)（單位：mm）

圖3 改進后的護迎頭護網(wǎng)（單位：mm）

圖4 增加斜撐柱伸縮示意圖（單位：mm）

4 工程實踐

余吾煤業(yè)公司N1105膠帶順槽綜掘面掘進機均使用機載臨時支護，巷道斷面為5.4×3.8m斷面，煤厚為6.3m左右，N1105膠順沿煤層底板掘進，巷道采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護，巷道在里程1430～1620m左右煤體破碎，巷道煤體滑面較多，且該段巷道坡度在3～ -7°左右，掘進過程中，巷道坡度變化大，沿巷道底板掘進時，頂煤控制難度加大，掘進機將迎頭煤體割出后，迎頭煤體發(fā)生多次片幫及高頂情況，片幫后的煤體沖擊至護網(wǎng)造成護網(wǎng)被沖破，造成一個月內(nèi)迎頭護網(wǎng)多次上井進行維修。改進前的護網(wǎng)靠自身重力懸掛在頂架梁上，護網(wǎng)受沖擊后，迎頭護網(wǎng)產(chǎn)生擺動，對迎頭造成沖擊，護網(wǎng)轉(zhuǎn)動情況下給在迎頭作業(yè)的工作人員造成直接或間接的損害。該段巷道由于煤體破碎，巷道迎頭局部煤體片幫時，迎頭無法進行有效的防護，破碎煤體缺乏有效的外部支撐，造成迎頭煤體持續(xù)破碎情況較多。通過對現(xiàn)有掘進機臨時支護優(yōu)化設(shè)計產(chǎn)生明顯支護效果：（1）機載臨時支護適應(yīng)性大大增加，在巷道坡度發(fā)生變化時及迎頭發(fā)生片幫情況下，通過斜撐柱控制迎頭護網(wǎng)，能實現(xiàn)護網(wǎng)對迎頭煤體的及時支護，避免了迎頭出現(xiàn)空頂及煤體持續(xù)片幫的情況。（2）提高了掘進效率，通過對迎頭護網(wǎng)自身承載結(jié)構(gòu)的加固，使得護網(wǎng)承載性能大大提高，降低了護網(wǎng)維修的頻率，避免了因護網(wǎng)維修而工作面停產(chǎn)的情況發(fā)生。（3）迎頭作業(yè)安全環(huán)境得到改善，護網(wǎng)與機載臨時支護油缸之間增加斜撐柱，護網(wǎng)不會受到迎頭片幫煤體的沖擊而來回擺動，斜撐柱承受了沖擊動能，迎頭作業(yè)人員安全系數(shù)提高。

5 結(jié)論

（1）對目前掘進機機載臨時支護整體進行優(yōu)化設(shè)計，增強護迎頭護網(wǎng)自身承載能力并增加可上下調(diào)節(jié)和前后伸縮的斜撐柱，優(yōu)化后的機載臨時支護大大適應(yīng)了當前井下復雜的掘進作業(yè)環(huán)境。

（2）通過對井下機載臨時支護進行改進，不僅提高了工人施工的安全系數(shù)，也節(jié)省了機載臨時支護維修時間，提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了礦井安全高效生產(chǎn)。