综掘临时支护技术的研究与应用.pdf

第3 6 卷第6 期 2 0 0 8 年6 月 煤炭科学技术 C O A LS C I E N C EA N D7 1 1 E C H N O L O G Y V o L3 6N o ．6 J u n ． 2 0 0 8 综掘临时支护技术的研究与应用 胡林 煤炭科学研究总院南京研究所，江苏南京2 1 0 0 1 8 摘要基于国内综掘临时支护技术的现状，研究了与掘进机配套使用的机载式临时支护装置。该 装置利用掘进机为载体，通过滑台在机身滑道上的移动和内设油缸双层套筒式主臂的伸缩，将可变 面幅的柔性护顶梁送至掘进工作面的空顶区，以实现临时支护。结果表明，增加了临时支护的强 度，成功地实现了综掘临时支护的机械化和一掘多锚工艺，为综掘巷道的快速掘进和施工安全提供 了有效的设备。 关键词综掘工作面；掘进机；临时支护；护顶装置 中图分类号T D 3 5 3 文献标志码A 文章编号0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 0 8 0 6 0 0 0 9 0 3 S t u d ya n da p p l i c a t i o no ft e m p o r a r ys u p p o r tt e c h n o l o g yf o rf u l l y m e c h a n i z e dm i n er o a d w a yh e a d i n g H UL i n N a n j i n gR e s e a r c hI n s t i t u t e ，C h i n aC o a lR e s e a r c hI n s t i t u t e ，N a n k i n g2 1 0 0 1 8 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ep r e s e n ts t a t u so ft h et e m p o r a r ys u p p o r tt e c h n o l o g yf o rt h ef u l l ym e c h a n i z e dm i n er o a d w a yh e a d i n gi nC h i n a ，t h e p a p e rs t u d i e dt h et r u c k m o u n t e dt y p et e m p o r a r ys u p p o r td e v i c ew i t ht h eo p e r a t i o no ft h em i n er o a d h e a d e r ．T a k i n gt h em i n er o a d h e a d e ra s t h ec a r r i e r ，t h et e m p o r a r ys u p p o r td e v i c e ，w i t ht h em o v e m e n tO i lt h es l i d i n gt a b l ea l o n gw i t ht h es l i d i n gt r a c ka n dt h et e l e s c o p i cm o v e m e n t o ft h ei nb u i l tc y l i n d e rd o u b l ec a s i n gm a i nb o o m ，C a l lp u tt h ev a r i a b l eC I O S Ss e c t i o n a lf l e x i b l er o o fs u p p o r tt ot h eu n s u p p o r t e dr o o fa r e ao f t h eh e a d i n gf a c ea st h et e m p o r a r ys u p p o r t ．T h ea p p l i c a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed e v i c eh a di m p r o v e dt h es t r e n g t ho ft h et e m p o r a r ys u p - p o r t ．T h ed e v i c eh a ds u c c e s s f u l l yp r a c t i c e dt h et e m p o r a r ys u p p o r tm e c h a n i z a t i o na n dh e a d i n gw i t hm u l t ib o l t i n gt e c h n o l o g yf o rt h ef u l l y m e c h a n i z e dh e a d i n g ．T h ed e v i c eh a dp r o v i d e dt h ee f f e c t i v ee q u i p m e n tf o rt h er a p i dh e a d i n ga n dc o n s t r u c t i o ns a f e t yo ft h ef u l l ym e c h a n i z e d g a t e w a yh e a d i n g ． K e yw o r d s m i n ef u l l ym e c h a n i z e dr o a d w a yh e a d i n gf a c e ；m i n er o a d h e a d e r ；t e m p o r a r ys u p p o r t ；r o o fs u p p o r td e v i c e 随着综采工作面生产能力的提高，采准工作面 布置量日趋增加，采准巷道的快速掘进和支护成为 矿井高产高效、安全生产的关键点。目前我国煤矿 综掘巷道采用的临时支护几乎均采用手工作业方 式，施工存在速度慢、劳动强度大、支护强度低、 安全性能差等问题，无法实现一掘多锚。研究一种 快速而安全的机械化临时支护装置已迫在眉捷。 1 国内外相关技术研究状况 由于国外产煤大国所开采煤层的赋存条件，其 巷道顶板条件好、巷道断面大，巷道掘进设备为配 基金项目2 0 0 5 年国家科技部科研院所技术开发研究专项资金资 助项目 N C 伽一2 0 0 5 一J K Z X 一1 8 9 套顶板锚杆机的连采机和掘进机，支护形式较为单 一，采用大跨距、高强度、高预拉力锚杆全长锚 固，实行一次性永久支护基本无临时支护的措施。 采用以上掘锚设备和支护工艺，因顶板条件好，不 易发生较大的顶板沉降和变形，则仅在顶板锚杆机 司机位置处安设一块护顶板，保护人员的安全。 目前我国推行锚杆支护的综掘巷道，由于巷道 围岩多为中等稳定和不稳定状况，顶板较破碎，支 护形式为多种联合支护。因巷道断面小，在综掘施 工巷道中支护机具大多配备风动单体锚杆钻机，钻 进效能低、占用辅助时间长，由于掘锚速度慢，为 避免空顶时间长引起顶板沉降和变形均采用临时支 护。使用的形式为窜管前探梁和支柱加横梁2 种方 式，前一种形式支护面积小、效果差、速度慢，不 9 2 0 0 8 年第6 期煤炭科学技术第3 6 卷 能满足一掘多锚的要求。第二种形式则支护速度 慢，导致空顶时间长，顶板易发生沉降和变形，而 且工人劳动强度大。虽然国内有掘进机厂进行掘进 机临时支护配套研究，但一般仅在掘进机的截割臂 或回转盘上安装一个连杆机构，该方式护顶力小， 护顶梁不能进人掘进后的空顶区，不能满足一掘多 锚且机械化程度高的f 临时支护的要求。 2 综掘机载式临时支护装置的研究 由煤炭科学研究总院南京所研究的综掘机载式 临时支护装置已成功解决了综掘巷道机械化临时支 护的难题，该I 临时支护装置主要由滑道、滑台、主 臂和护顶梁四大部件及液压系统、外配套电气设备 等组成，采用全液压传动 图1 。 1 一护顶梁；2 - - 主臂；3 一滑台；4 - - 滑道；5 - - 掘进机 图1支护装置与掘进机配套示意 滑台上配置了泵站、油箱、操作台、回转体、 支臂油缸、摆动臂油缸和引导油缸等。滑台下配置 了滑道油缸和滚轮，可使滑台在滑道上前后移动。 滑道通过3 组横梁固定在掘进机的中上部。主臂采 用双层套筒式伸缩结构，内置变幅油缸，可使主臂 伸缩变幅。主臂后端与滑台上回转体铰接，并受支 臂油缸的支撑，可实现上下运动。回转体在摆臂油 缸的作用，可使主臂左右摆动。主臂前端安装仰俯 油缸并与护顶梁铰接。仰俯油缸用以调整护顶梁的 仰俯角，使护顶梁始终平行于巷道顶板。护顶梁由 延伸油缸、斜撑油缸、上下双层护板、左右两侧护 板及导向杆等组成。延伸油缸和导向杆用以推动上 层护板向前伸长，使护顶长度增加。斜撑油缸用以 展开两侧铰接的侧护板，使护顶宽度增加。该临时 支护装置可与M R H S 1 0 0 ／S 1 5 0 ／S 2 0 0 ／E B J 一 1 2 0 T P ，E L M B 一7 5 B 型等各种掘进机配套，同 时还可以根据巷道的形状、锚杆布置以及网梁托板 形式等工况条件，设计出不同类型和尺寸的护顶 1 0 梁，以满足不同巷道临时支护的需要。 3 综掘机载式临时支护装置工作原理 该临时支护装置在掘进机截割掘进时，收拢后 沿轨道退至机身后部，将主臂抬至适当的位置，以 不挡掘进机司机视线为准。待掘进机掘进规定距离 后，将掘进机后退已经支护的区域，停放在巷道的 一侧，切断掘进机的电源。待挂好网片和钢带后， 启动临时支护装置，将临时支护装置从掘进机的后 部开至前部。摆动和伸出主臂，展开双层护顶板将 网片展平，护顶板到位后，将其压紧巷道顶板，关 闭临时支护装置动力源。此时，人工进入掘进工作 面进行锚杆支护作业。 4 综掘机载式临时支护装置的应用情况 4 ．1 在兖矿集团南屯煤矿的应用 综掘机载式临时支护装置在南屯煤矿七采区 7 3 2 0 工作面回风巷进行应用。掘进机截割时间 3 排 为6 0m i n 左右，采用该装置临时支护时间 包括铺网、挂钢筋梯子梁 为5m i n ，锚杆支护 的时间为4 0 6 0m i n 。掘锚3 排用时1 2 0m i n 左 右。掘锚3 个循环，临时支护3 次，搬运锚杆钻 机、拉管子等3 次。而采用窜管方式，每个循环只 允许掘进2 排，掘锚9 排必须用5 个循环，临时支 护5 次，搬运锚杆钻机、拉管子等5 次。由此可 见，掘锚同样的进尺，采用该装置要比采用窜管方 式节省纯临时护顶时间和搬运锚杆钻机、拉管子等 辅助时间。采用窜管方式，三班每天共掘锚1 6 排， 掘锚进尺为1 4 ．4m ／d 。采用该装置方式，三班每 天共掘锚2 2 排，最高掘锚进尺达1 9 ．8m ／d 以上。 4 ．2 在兰花集团伯方煤矿的应用 综掘机载式临时支护装置在伯方煤矿一盘区回 风巷道进行应用。由于其顶板条件所限，只能实现 一掘两锚。采用窜管方式每班4 排，三班每天共掘 锚1 2 排，掘锚进尺为1 0 ．8m ／d 。采用该护顶装置 方式，每班6 排，最高的一班达到7 排，三班每天 共掘锚1 8 排，掘锚进尺达1 6 ．2m ／d 以上。 5 综掘机载式护顶装置与其他临时支护装 置分析对比 5 ．1 技术比较 从装置的结构原理、选位功能、受力状况、适 胡林综掘临时支护技术的研究与应用2 0 0 8 年第6 期 应性等方面对综掘机载式护顶装置与其他临时支护装置进行技术比较，见表1 。 表1综掘机载式护顶装置与其他临时支护装置比较 从表1 中可知，综掘机载式护顶装置无论设备 功能还是安全性能，都优于其他临时支护装置。 5 ．2 效益比较 1 经济效益分析。通过井下试验，将综掘机 载临时护顶装置与目前我国煤矿普遍使用的窜管方 式试验进行了对比。采用综掘机载临时护顶装置要 比窜管方式纯临时支护工效提高3 倍，辅助运输等 工效提高3 0 ％，每年可多进尺18 1 4m ，护顶力 大，主动支护，有自动报警功能，安全好。3 排循 环的支护时间为8 0r a i n ，而窜管方式2 排循环的支 护时间为6 0m i n 左右。对比情况见表2 。 表22 种临时护顶方式对比 项目 堂篓竺苎竺 窜管方式 时护顶装置 ⋯‘’ 临时支护时间／r a i n 5 2 0 班循环数早班2 个，其余3 个早班2 个，其余3 个 每循环排数／排2 或3 2 平均班进尺9 排，8 ．1m6 排，5 ．4 I n 平均日进尺2 2 排，1 9 ．8m1 4 排，1 4 ．4m 综合月进尺 2 8d 计 ／m 5 5 4 ．44 0 3 ．2 劳动强度小较大 2 社会效益分析。采用窜管方式进行临时支 护，需要人工向前窜管，支护速度慢，导致顶板空 顶时间过长，增加顶板冒顶的概率。窜管临时支护 方式是依靠已锚固的锚杆作为其生根点，护顶力 小，一旦顶板压力过大，会影响到已支护的顶板， 造成冒顶事故。采用综掘机载式临时支护装置进行 护顶，能提高临时支护速度，及时支护空顶区，减 轻劳动强度。该装置进行临时支护为主动支护与被 动支护相结合，支护初始时采用主动支护顶板，减 少顶板变形和离层，从而减少冒顶事故的发生。当 顶板出现下沉时，装置呈被动受力，如顶板来压超 过最大承载力时，自动降位让压，以保护设备，装 置同时报警，提醒施工人员注意巷道顶板变化，最 大程度避免掘进工作面人身安全事故。 6 结语 通过机载式临时支护装置及其技术的研究、现 场工试及获得的显著绩效证明，在我国煤矿现行综 掘巷道布置形式和工况条件下，采用该装置完成临 时支护，对实现一掘多锚，加快掘锚速度，缓解普 遍存在的采掘失调、接续紧张的被动局面，增强临 时支护的可靠性是十分有效的。该装置的推广应 用，对提升综掘快速掘进和临时支护的机械化有着 现实和深远的意义。 作者简介胡 林 1 9 5 5 一 ，男，江苏南京人。高级工程 师。现任煤炭科学研究总院南京研究所副所长。T e l 0 2 5 5 7 7 1 6 3 7 3 。E m a i l , , l a x m g 札C O I l l 收稿日期2 0 0 8 0 2 1 8 ；责任编辑朱拴成 1 1 综掘临时支护技术的研究与应用综掘临时支护技术的研究与应用 作者胡林， HU Lin 作者单位煤炭科学研究总院,南京研究所,江苏,南京,210018 刊名 煤炭科学技术 英文刊名COAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷期2008，366 被引用次数2次 相似文献10条相似文献10条 1.期刊论文 刘绪玉.LIU Xu-yu 综掘工作面快速掘进系统设备的改造 -煤矿机电2008,““3 介绍了兴隆庄煤矿综掘工作面设备改造和生产工艺的优化情况,经改造后,提高了综掘工作面生产能力,并取得了良好的经济效益. 2.期刊论文 刘奎.李爱菊.汪春梅.郭胜均.郭振新 液动除尘器与掘进机配套理论及应用研究 -矿业安全与环保 2009,36z1 为更好地治理煤矿井下综掘面的粉尘危害,提出了“液动除尘器与掘进机一体化配套机载降尘“理论,并对配套系统的液动除尘器动力来源、除尘机理 、吸尘罩口距掘进工作面的合理距离、排放口距供风装置出风口的合理距离、配套系统适应于掘进面巷道的供风量等进行了理论分析.现场应用表明,由 于液动除尘器体积较小、质量较轻,实现了掘进机机载随机移动;掘进机能提供满足液动除尘器正常工作所需要的高压油流量及油压,通过调节高压油流量 ,实现了除尘器的无级调速功能;配套降尘系统运转可靠,除尘效率达到90.1,取得了良好的降尘效果. 3.期刊论文 杜贻晶.顾颖诗.苏显明 机载式临时支护装置在济宁二号煤矿的应用 -煤矿现代化2010,““2 基于国内综掘临时支护技术的现状,研究了与掘进机配套使用的机载武临时支护装置.该临时支护装置利用掘进机为载体,通过在机身中前部安装临时 支护顶架和配套的液压系统,将顶架送至掘进工作面的空顶区,以实现临时支护.结果表明,增加了临时支护的强度,成功地实现了综掘临时支护的机械化 ,缩短了工序时间,为综掘巷道的安全高效掘进和施工安全提供了有效的设备. 4.期刊论文 王金豹.Wang Jinbao 综掘工作面过落差大于9 m逆断层的技术探析 -中州煤炭2010,““3 通过对逆断层产状和煤层赋存情况的综合分析,因地制宜地采取了掘进机上山过逆断层的安全生产技术,并进行大胆的创新.介绍了在复杂地质条件下 ,尤其是巷道围岩条件较差情况下,采取掘进机掘进配合松动爆破、缩短转载架、施工超前骨架、实施煤矸分离及锚索梁联合支护等技术措施,顺利实现综 掘工作面过落差大于9 m逆断层的技术方案. 5.期刊论文 冯琪.Feng Qi 采用混合式通风技术降低综掘工作面粉尘浓度 -建井技术2010,311 介绍了采用“长压短抽“混合式通风方式,显著降低岩巷综掘工作面粉尘浓度,改善作业条件,保护工人健康,保证施工安全的经验,对巷道掘进中的通风 防尘具有借鉴意义. 6.期刊论文 郑瑞霞.ZHENG Rui-xia ZLJ-10/21型掘进机机载超前支护在漳村矿的应用 -煤2010,191 介绍了ZLJ-10/21型掘进机机载超前支护在漳村矿的使用情况.该装置结构设计更加合理,操作简单,实用性较强.使用成本低,利用率高,可对掘进工作 面空顶区实现快速有效支护,并可实现主动支撑顶板,为综掘工作面营造了一个安全的工作环境,有利于矿井的顶板安全管理.该装置的成功应用,对煤矿井 下综掘工作面迎头支护具有里程碑的意义. 7.期刊论文 孔健.李国庆 协庄煤矿综掘工作面煤尘防治技术研究 -科技信息2008,““25 通过对煤巷掘进工作面进行煤层高压快速注水工艺,安装使用湿式除尘风机,改进掘进机喷雾装置,使综掘工作面的煤尘浓度大幅度下降,取得了良好 的降尘效果,改善了掘进工作面的空气环境. 8.期刊论文 蔡成功 综掘工作面卸压槽防突措施试验研究 -中国安全科学学报2004,144 通过对卸压槽防突机理的系统分析,研制了直接利用掘进机自身动力驱动和控制开挖连续卸压槽装置,进行了水平槽、两帮竖槽开挖工艺试验,成功地 开挖出连续卸压槽,对卸压槽的瓦斯排放效果、有效排放半径进行了考察.试验结果表明,卸压槽有效地消除了激发突出的应力,排放了煤体中的瓦斯,增大 了煤体抑制突出的阻力,很好地起到了综合防突的作用. 9.会议论文 高建顺.李堂 综掘工作面粉尘综合治理 2007 通过对煤巷掘进工作面进行煤层高压快速注水工艺。安装使用湿式除尘风机，改进掘进机喷雾装置，使综掘工作面的煤尘浓度大幅度下降，取得了 良好的降尘效果，改善了掘进工作面的空气环境。 10.期刊论文 佟军.刘耀宇.李杰林 浅谈薄煤层综掘工作面粉尘的防治 -南北桥2009,““2 掘进工作面的粉尘是指弥漫在掘进工作面范围内,能够较长时问呈悬浮状态的微小粉尘颗粒.它们在整个工作面飞扬,使井下的空气遭到严重的污染 ,不仅危害工人的身体健康,也破坏了设备的工作环境,加速机械的磨损,降低掘进机司机的视觉能见度,增加事故发生率.因此,必须对综掘工作面的粉尘防 治加以高度的重视. 引证文献2条引证文献2条 1.徐锁庚 综掘巷道机械化临时支护技术[期刊论文]-煤炭科学技术 20097 2.徐锁庚 综掘机载临时支护装置技术研究[期刊论文]-煤矿机械 200911 本文链接 授权使用黑龙江科技学院hljkjxy，授权号a0cd83b4-ef6a-42dd-a457-9e11012b8d2b 下载时间2010年10月16日