李紅勇

摘 要：介紹煤礦巷道支護類型，對目前所采用的巷道支護理論進行分析。著重介紹機載式超前支護的結構原理、應用優(yōu)點以及維護使用管理事項。實踐表明，機載超前支護能顯著提高巷道支護效果，保證采煤工作面安全、快速推進、促進煤炭產(chǎn)量提升，已成為我國煤礦巷道首選安全高效地主要支護形式。

關鍵詞：超前支護 機載式 巷道

中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）009-060-02

1 前言

我國是煤炭生產(chǎn)和消費大國，煤炭在我國一次能源消費中占據(jù)主體地位。煤礦將長期是我國的主要能源，煤礦開采分為露天開采和地下開采，然而我國的煤礦資源主要集中在地下，在煤礦地下開采過程中，保持礦井下開掘的巷道暢通和圍巖穩(wěn)定是最重要的安全因素。隨著煤礦開采的規(guī)模日益擴大，礦井的深度不斷加深，地質條件逐漸惡化，增加了煤礦生產(chǎn)難度，也同時使煤礦巷道的安全維護難度加大，采用機械自動化方式進行巷道支護具有現(xiàn)實意義。

從木支護、砌碹支護到型鋼支護、錨桿支護，巷道支護技術的發(fā)展經(jīng)歷了一次一次技術革新，經(jīng)過多年來國內外是實踐檢驗結果，當前，經(jīng)濟而有效的支護技術是機載式超前支護技術。它能在保證煤礦巷道安全生產(chǎn)的同時，降低支護成本，減輕工人勞動強度，進一步簡化了采煤相關超前支護工藝，實現(xiàn)了機械自動化，大幅度提高了煤礦生產(chǎn)產(chǎn)能，因而在國內外各煤礦中機載式超前支護已得到推廣應用。

2 超前支護技術國內外研究狀況

煤礦生產(chǎn)的主要災害之一便是頂板意外冒落事故，頂板事故易造成作業(yè)人員傷亡，設備損壞，生產(chǎn)終止。煤礦頂板事故受頂板巖性、巷道斷面形狀和參數(shù)確定、支護形式等因素制約。在實際煤礦巷道斷面設計、施工過程中，如何選擇支護設備是確保安全生產(chǎn)重點考慮的問題。

煤礦的巷道支護有永久支護、臨時支護和超前支護。所謂永久支護，一般有混凝土支護、料石碹支護、錨網(wǎng)噴支護等，具體選擇哪種支護方式，要根據(jù)巷道圍巖的穩(wěn)定程度不同，選擇既能滿足巷道支護需要，又更易施工、更符合經(jīng)濟合理性原則的型式。

所謂臨時支護，是指永久支護未完成，臨時維護巷道圍巖穩(wěn)定，為施工作業(yè)提供安全作業(yè)條件的支護。像錨網(wǎng)支護、金屬棚支護等。

所謂掘進工作面超前支護，是指在掘進工作面迎頭臨時支護前方空頂處控制頂板、戴帽點柱支護和懸頂梁支護等。

《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定，掘進工作面嚴禁在空頂下作業(yè)，所謂空頂，指在巷道新掘進后，對頂板還沒有進行任何支護，這個時候的巷道頂板稱為空頂。

《作業(yè)規(guī)程》規(guī)定，最小空頂距不得大于0.4m，最大空頂距不得大于2.4m，空頂距過大，巷道的頂板會變得不穩(wěn)定，容易發(fā)生掉頂、冒頂現(xiàn)象，引發(fā)人身傷害和頂板事故。超前支護就是讓作業(yè)人員避免空頂作業(yè)的有效型式。

為了防止巷道圍巖因為煤礦生產(chǎn)過程中采煤工作面超前支承壓力和其它方向支承壓力對巷道圍巖產(chǎn)生的變形、移動和破壞作用，人們普遍使用了巷道超前支護。當前，隨著煤礦開采的機械自動化生產(chǎn)技術不斷得到提高和普遍應用，同時也為煤礦生產(chǎn)帶來更大的安全隱患，因此對巷道采取有效的支護形式是十分必要的。目前，超前支護技術實際應用較多的有三種方式，即：單體液壓支柱配鉸接頂梁、雙排木支柱加橫梁支護和單體液壓支柱架板梁。這三種形式普遍機械自動化程度不高，難以適應現(xiàn)代機械自動化煤礦生產(chǎn)過程中綜采工作面的快速推進要求，研制一種新型的機載式巷道超前支護對提高煤礦生產(chǎn)經(jīng)濟和社會效益具有重要意義。

在我國，煤礦巷道超前支護技術長期滯后，很多還停留在使用臨時支設走向抬棚、打點柱等方式，初撐力低下，安全隱患大，對于巷道斷面面積大、巷道變形量大的復雜情況還難以應對。國際上，現(xiàn)有的超前支護技術其支護效果也不太理想，我國現(xiàn)行的超前支護設備主要有木支柱、注漿點柱、錨桿支護和單體液壓支護幾種。

長期以來由于國內基礎工業(yè)和支護設備機械化水平不高，尤其在小型煤礦生產(chǎn)中，主要使用木支護，木支護使用后回收比較困難，大部分為一次性消耗，對森林保護極為不利。

注漿點柱是利用砂漿泵將水泥砂漿泵入一個由過濾材料縫制密封的口袋，砂漿余水由口袋壁面滲透出，口袋內砂漿凝固后支撐頂板，它是一種被動支護方式，現(xiàn)場作業(yè)時材料運輸困難且工序復雜。

錨桿支護是近年來迅速發(fā)展普及應用的有效支護方法，屬于隱性支護，對支護質量和可靠性檢測困難，對變形量很大的軟巖、塑性較大的回采巷道，支護效果不易保證。

單體液壓支柱其結構類似一個油壓千斤頂，其工作行程大，安全管理成本低，支護強度和安全穩(wěn)定性都較好，適用壽命也較長，但僅適用于煤層傾角小于35度的煤層回采工作面，且其制造成本較高。

當前，單體支護、木支護等一些傳統(tǒng)支護方式各有優(yōu)劣，但是巷道超前支護技術的發(fā)展十分迅速，自動化程度高，初撐力及支撐強度大、更加適應地質條件、更加方便使用的超前支護設備更具有發(fā)展前景。

3 機載式超前支護應用特點

本文以ZLJ-10/21型機載式超前支護為例具體介紹機載式超前支護應用特點。該機主要技術參數(shù)如下：

適用巷道高度：2.2-4.2米；支護最大寬度：2.8米；最大支撐力：14.8千牛；支護面積：2米？.7米；支護超出炮頭距離：1-1.8米；展開時間：70秒；頂架可傾斜：≤20度；折疊后最小高度：250毫米；額定壓力：16兆帕；整極重量：0.96噸。

該機于2009年6月開始在漳村礦使用，運行情況良好，機載式超前支護的主要優(yōu)點是：

（1）機載式超前支護通過控制各部的動作，改變了傳統(tǒng)臨時支護形式，能夠跟隨掘進機行走，動力由綜掘機提供。

（2）提升了生產(chǎn)工藝和掘進效率，實現(xiàn)了一割兩排的生產(chǎn)工藝。并隨著掘進機一起推進，加快了掘進速度。

（3）該型支護系統(tǒng)顯著改善了支護效果，屬于主動支護。

（4）節(jié)省了人力資源，降低了工人勞動負荷。

（5）機載式超前支護在作業(yè)時升起頂梁后再伸出伸縮梁，保證了足夠大的有效空頂支護面積，對巷道和頂板適應性好，保證超前支護緊貼頂板。

（6）具有獨立的作業(yè)功能，該機在使用時展開，不使用時可折疊，較少了支護輔助時間，操作簡便。

（7）有效給予頂板施加初撐力，支護強度可靠，確保了工作面迎頭安全，提升了工作面整體安全性。

（8）操作閥組及管路都較少，操作簡單，易于維護。

（9）使工人作業(yè)環(huán)境得到改善，有效改進了掘進工作面迎頭的支護狀況。

（10）可與不同型號掘進機配套使用，成本低廉，利用效率高。

4 機載式超前支護結構原理

以ZLJ-10/21型機載式超前支護為例，支護機由底座、橫架、翻轉梁、頂梁機構及其配套液壓系統(tǒng)組成。底座、橫架、翻轉梁分別對稱安裝在掘進及叉升架兩側，頂梁鉸接在叉升架之上部，掘進機通過叉升架前后兩對銷軸與底座連接，使底座固定。液壓系統(tǒng)配置由獨立的泵站提供的液壓源，與各油缸通過高壓膠管連接。

當掘進機截割完畢后，截割頭落地，機載式支護系統(tǒng)開始動作，通過溢流閥到操作閥供油，經(jīng)分流集流閥分流進入雙向鎖，雙向鎖打開進入油缸，打開操作閥，根據(jù)現(xiàn)場實際情況使主架打開升起升高至預定高度和角度時停止，操作控制閥，使頂梁放平并支撐住頂板，掘進機停電閉鎖，完成臨時支護動作。

該支護裝置自投入運行以來使用效果良好，消除了人工操作的安全隱患，使用方便快捷，工作面掘進過程中的支護狀況得到顯著改善。

5 機載式超前支護維護管理

機載式超前支護系統(tǒng)在使用中藥時時注意維護和保養(yǎng)工作，可以從以下幾個方面考慮：

（1）維護管理人員要掌握液壓支架有關知識，了解各零部件結構、規(guī)格、材質、性能和作用，熟練地進行維護和檢修，遵守維護規(guī)程，及時排除故障，保持設備完好，保證正常安全生產(chǎn)。

（2）日常維護保養(yǎng)工作要做到堅持經(jīng)常保養(yǎng)，維護的重點是液壓系統(tǒng)。維護時要檢查連接件、液壓部件是否齊全；閥類無漏堵、立柱千斤頂無漏堵、管路無漏堵。對于液壓件的維修盡量做到井下更換、井下拆檢。

（3）在設備維修前要清楚維護的項目和重點，并準備好必須專業(yè)工具盒備用配件。

（4）堅持做到每班隨檢、每日小檢、每月進行大檢、每個季度做總檢。

6 結束語

煤礦巷道的支護技術是一項復雜的工作，尤其是礦井向深部轉移后，地下各種復雜的地質條件嚴重影響礦井的經(jīng)濟效益和安全狀況。因此，必須根據(jù)巷道的基本情況進行研究，確定合理的支護技術方式。機載式超前支護能實現(xiàn)安全、經(jīng)濟、合理、高效的支護，社會效益和經(jīng)濟效益明顯，推廣應用前景廣闊，有效提升了掘進速度，改善了支護狀況，對實現(xiàn)機械自動化的安全生產(chǎn)具有重大現(xiàn)實意義。