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        迎頭防護(hù)式液壓前探梁的應(yīng)用研究

        2021-10-14 06:43:06
        山東煤炭科技 2021年9期
        關(guān)鍵詞:泵站

        李 莉

        (晉能控股煤業(yè)集團(tuán)云崗礦,山西 大同 037003)

        在煤礦綜掘巷道掘進(jìn)過程中,掘進(jìn)工作面迎頭臨時支護(hù)安全問題頻發(fā),是困擾煤礦井下生產(chǎn)的一項技術(shù)難題,影響煤礦高產(chǎn)高效安全開采。晉能控股煤業(yè)集團(tuán)各煤礦使用的臨時支護(hù)主要有:竄管式前探梁臨時支護(hù)、機(jī)載液壓前探梁臨時支護(hù)、多排單體液壓支柱加高強(qiáng)度工字鋼棚梁臨時支護(hù)。以上三種臨時支護(hù)僅對巷道頂板進(jìn)行一定程度的防護(hù),可有效降低迎頭冒頂風(fēng)險,但沒有對迎頭工作面進(jìn)行有效防護(hù)。對晉能控股煤業(yè)集團(tuán)2015年—2020年綜掘巷道頂板安全事故分析可知,集團(tuán)各煤礦頂板安全事故中迎頭工作面煤巖垮落傷人事故占75%左右。晉能控股煤業(yè)集團(tuán)各煤礦采用以上三種臨時支護(hù)方式都無法有效地解決綜掘巷道迎頭支護(hù)時的安全問題,同時還影響掘進(jìn)效率。因此,必須對綜掘巷道迎頭工作面支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化[1-6]。

        1 工程概況

        晉能控股煤業(yè)集團(tuán)云崗礦位于大同煤田東北部,核定生產(chǎn)能力480萬t/a,采掘機(jī)械化程度均達(dá)到100%。2019全年實現(xiàn)安全生產(chǎn),但綜掘巷道迎頭工作面煤巖垮落情況多有發(fā)生,因此必須對綜掘巷道迎頭工作面進(jìn)行防護(hù),進(jìn)一步降低煤礦安全事故的發(fā)生率,實現(xiàn)高產(chǎn)高效安全的開采目標(biāo)。

        2 現(xiàn)有臨時支護(hù)及存在的問題分析

        2.1 現(xiàn)有臨時支護(hù)的工作原理

        2.1.1 竄管式前探梁臨時支護(hù)工作原理

        竄管式前探梁由金屬管與吊掛環(huán)組成,金屬管長4.5 m,使用時先在工作面靠近頂板處打眼,眼深500 mm,將金屬管穿入眼中,使用3個吊掛環(huán)將金屬管吊在已支護(hù)頂板的頂錨桿上,在金屬管與頂板之間使用木板背頂,將頂板背實。根據(jù)掘進(jìn)斷面的大小金屬管使用數(shù)量為3~5根。竄管式前探梁臨時支護(hù)示意圖如圖1。

        圖1 竄管式前探梁臨時支護(hù)示意圖

        2.1.2 機(jī)載液壓前探梁臨時支護(hù)工作原理

        機(jī)載液壓前探梁由頂梁架、連接器、主架、油缸、翼架旋轉(zhuǎn)油缸、插裝雙向鎖、高壓油管路、分流集流閥、溢流閥、控制操作閥、泵站等組成,安裝在掘進(jìn)機(jī)截割部上方,工作時,由泵站供油,溢流閥到操作閥,供油經(jīng)分流集流閥分流,進(jìn)入雙向鎖,雙向鎖打開進(jìn)入油缸,主架打開升高,頂架打開升起,主架升高,直到頂架邊緣與待支護(hù)金屬網(wǎng)邊對齊、頂架貼緊頂板后停止。

        2.2 現(xiàn)有臨時支護(hù)存在的問題

        2.2.1 竄管式前探梁臨時支護(hù)存在問題

        (1)竄管式前探梁使用時需在工作面打眼,打眼時存在局部空頂,存在安全隱患;(2)竄管式前探梁使用時需要人工依次架設(shè)、背頂,頂板沒有有效支撐,存在安全隱患;(3)竄管式前探梁臨時支護(hù)屬被動支護(hù),支護(hù)強(qiáng)度小;(4)竄管式前探梁架設(shè)時間長,效率低,影響掘進(jìn)速度。

        2.2.2 機(jī)載液壓前探梁臨時支護(hù)存在問題

        (1)機(jī)載液壓前探梁操作閥組裸露,易發(fā)生誤操作。(2)機(jī)載液壓前探梁沒有對迎頭工作面進(jìn)行防護(hù),人員在支護(hù)過程中容易被工作面垮落的煤巖砸傷。

        3 機(jī)載液壓前探梁臨時支護(hù)設(shè)備的改進(jìn)與應(yīng)用

        3.1 臨時支護(hù)設(shè)備的改進(jìn)

        目前云崗礦臨時支護(hù)75%采用ZLJ-10/21機(jī)載液壓前探梁,改進(jìn)以此機(jī)載液壓前探梁為基礎(chǔ),在護(hù)頂架前端伸縮梁上焊接耳孔,將護(hù)板工作面的主護(hù)板使用銷軸連接在伸縮梁的耳孔上,副護(hù)板使用插銷與主護(hù)板連接。在主護(hù)板中上部安裝兩根可旋轉(zhuǎn)撐桿,撐桿兩頭打孔,同時在兩個副護(hù)板中上部焊接耳座,兩個副護(hù)板打開后使用主護(hù)板上的撐桿固定。在伸縮梁中部焊接一個橫梁,橫梁上焊接銷孔,安裝液壓油缸,油缸活柱與主護(hù)板連接,在操作閥組把手外部加裝護(hù)罩。 改進(jìn)后機(jī)載液壓前探梁臨時支護(hù)如圖2。

        圖2 改進(jìn)后機(jī)載液壓前探梁臨時支護(hù)示意圖

        3.2 應(yīng)用方案

        改進(jìn)后的機(jī)載液壓前探梁在云崗礦二水平8415工作面輔運順槽施工中進(jìn)行了臨時支護(hù)的工業(yè)性試驗。臨時支護(hù)工序如下:

        當(dāng)前探梁移至距迎頭小于0.3 m的位置,升起機(jī)載液壓前探梁時,啟動泵站,先交替操作翻轉(zhuǎn)油缸與折疊油缸閥組,將護(hù)頂架升起至水平位置。護(hù)頂架升起后,先操作閥組將伸縮油缸伸出,主、副護(hù)板隨伸縮梁整體伸出,使伸縮梁前端頂在工作面煤壁上。然后,操作升降油缸將護(hù)頂架貼緊在待支護(hù)的頂板上,再操作閥組將護(hù)板油缸伸出。護(hù)板油缸伸出至主、副護(hù)板與底板垂直時,停機(jī)閉鎖泵站,人工將兩側(cè)副護(hù)板打開。打開后將主護(hù)板撐桿轉(zhuǎn)到兩側(cè)副護(hù)板的耳座上,使用銷軸將副護(hù)板與撐桿連接,保證主副護(hù)板處于同一平面上。再啟動泵站,操作閥組將護(hù)板油缸伸出至主護(hù)板底部橫梁頂在煤壁上為止,然后停機(jī)閉鎖泵站。

        降下機(jī)載液壓前探梁時,啟動泵站,先整體收回主、副護(hù)板,使主副護(hù)板與底板垂直,停機(jī)閉鎖泵站。人工將撐桿摘掉恢復(fù)到原位置,將兩側(cè)副護(hù)板收回,人員離開后啟動泵站。操作護(hù)板油缸,將護(hù)板收回折疊,把護(hù)頂架降至最低,交替操作翻轉(zhuǎn)油缸與折疊油缸閥組,將前探梁主體放在截割部上面。改進(jìn)后機(jī)載液壓前探梁臨時支護(hù)使用效果如圖3。

        圖3 改進(jìn)后機(jī)載液壓前探梁臨時支護(hù)使用效果

        3.3 效果分析

        8415工作面輔運順槽使用改進(jìn)后機(jī)載液壓前探梁臨時支護(hù)的效果理想。該裝置實現(xiàn)了對迎頭工作面的安全防護(hù),迎頭工作面無一起煤巖垮落傷人安全事故發(fā)生,完全可以代替以往使用的柔性網(wǎng)防護(hù),安全性能較好。改進(jìn)后的臨時支護(hù)設(shè)備有效提高了8415工作面輔運順槽掘進(jìn)效率,每個循環(huán)節(jié)約時間20 min,按6個循環(huán)/d和日進(jìn)尺12 m計算,可提高進(jìn)尺30 m/月,經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時,該設(shè)備還具有以下優(yōu)點:

        (1)改進(jìn)后的機(jī)載液壓前探梁由于對操作閥組把手進(jìn)行了防護(hù),杜絕了誤操作,防止其他人員作業(yè)時誤碰操作把手導(dǎo)致前探梁動作。

        (2)改進(jìn)后的機(jī)載液壓前探梁對工作面進(jìn)行了防護(hù),主、副護(hù)板總面積可達(dá)到7.58 m2。工作面支護(hù)時,工作面需要防護(hù)的面積為10.59 m2,對工作面的防護(hù)面積達(dá)到71.5%,有效遮擋了垮落的大塊煤巖,確保作業(yè)人員的安全,從環(huán)境上降低風(fēng)險,實現(xiàn)掘進(jìn)迎頭的安全生產(chǎn)。

        (3)合理改進(jìn)、優(yōu)化設(shè)計,使用機(jī)械加人工的方式配合操作,減輕了主、副護(hù)板的重量,最大程度上降低折疊油缸的負(fù)荷,使各個油缸與銷軸都工作在力矩承受范圍內(nèi),確保機(jī)械部件能長時間使用。

        (4)降低了工人勞動強(qiáng)度,工人臨時支護(hù)不再使用繁瑣、沉重的前探梁,保護(hù)安全的同時還減少了安裝設(shè)備的時間,提高了掘進(jìn)效率。

        4 結(jié)語

        改進(jìn)后迎頭防護(hù)式液壓前探梁在云崗礦8415工作面輔運順槽掘進(jìn)施工中進(jìn)行了工業(yè)性試驗。迎頭防護(hù)式液壓前探梁一方面能夠支撐頂板,防止冒頂,另一方面能夠?qū)τ^工作面進(jìn)行防護(hù),防止煤巖垮落傷人,有效地解決了迎頭工作面垮落的安全問題,完全可以代替以往使用的柔性網(wǎng)防護(hù)。該裝置可以在晉能控股煤業(yè)集團(tuán)進(jìn)行全面推廣使用。

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