挂卡式超前支护装置在掘进巷道中的应用

陈 军

（大同煤矿集团虎龙沟煤业有限公司， 山西 怀仁 038300）

1 大同煤矿集团虎龙沟煤业有限公司概况

在煤矿掘进工作面安装超前支护装置能够有效地防止顶板冒落事故的发生，保障工作人员的生命安全。随着现代化矿井不断建设，传统的锚杆支护方式已经不能满足现代化掘进巷道的生产需求。对此，虎龙沟煤矿通过技术研究，设计了一套新型挂卡式超前支护装置，并在51505 巷掘进中进行应用，防止决定工作面冒顶事故的发生，确保工作人员的安全支护的可靠性。

大同煤矿集团虎龙沟煤业有限公司51505 巷位于，巷道设计长度为1 200 m，巷道断面规格为宽×高为4.5 m×3.5 m，施工巷道采用综合机械化掘进施工工艺，截止目前巷道已掘进320 m；施工巷道掘进煤层为5 号煤层，煤层成破碎状，巷道掘进期间煤壁片帮严重，导致工作面空顶面积大，不利于巷道安全施工，对此，为了保证巷道后期安全掘进，分析了传统超前支护装置主要存在的问题，并设计了一套新型挂卡式超前支护装置。

2 传统方式存在的缺陷

2.1 通常采用的临时支护方式

1）穿管式。将钢管穿在已经锚固好的锚杆吊环上，将钢管的另一端支护在顶板冒落区。

2）支柱加横梁式。在相邻的两根支柱上安装横梁，H 型结构能够起到较好的支护效果。

3）机载式。在掘进机上安装一套辅助的液压临时支护设备，在掘进机停止工作后对顶板进行临时支护。

2.2 主要存在的问题

以上三种支护方式均能达到良好的支护效果，前两种需要人工进行操作，具有工作效率低、劳动强度大、危险系数大、可靠性差、支护面积小等特点[1]。第三种支护方式的劳动强度低、安全性高，但是需要有液压设备辅助，而且当巷道比较高时支护高度达不到支护高度。

3挂卡式超前支护装置结构及原理

3.1 装置结构组成

为了满足现代化矿井掘进要求，避免掘进巷道冒顶事故的发生，技术人员设计了一套挂卡式超前支护装置，该装置主要是利用巷道的工字钢搭建横梁，通过挂卡组件将超前支护捆绑在横梁上。该装置主要有以下装置组成：工字钢、挂卡组件、液压胶管、方型钢板、掩护式护帮板、前梁组件、护顶护帮及伸缩千斤顶，如图1 所示。

图1 新型挂卡式超前支护装置结构示意图

3.2 工作原理

1）在具体实际操作时，工作人员先将滑卡组件固定在工字钢横梁上，后将前梁两侧的固定卡打开，利用伸缩千斤顶将前梁顶出，按照设计最大的伸出长度为1.8 m，顶部的工字钢能够起到对顶部的保护作用。

2）通过护帮千斤顶能够将护帮板打开，并与前梁保持垂直的角度，防止巷道片帮的煤壁对人员设备造成伤害。在超前支护装置附近搭建2 个临时棚，能够确保工作人员在安全的区域对巷道的煤泥及矸石进行清理[2]。

3）当该区域的永久支护按安装完毕后，工作人员可以通过利用伸缩千斤顶将前梁收回，通过护帮千斤顶将护帮板收回，完成一个循环支护作业。掘进机向前移动，开始第二个循环作业。

4）当掘进机移动2 个棚的距离后，工作人员通过伸缩千斤顶将前梁顶出2 个棚的距离，再将前端永久梁与前梁固定卡连接，断开尾端连接机构，通过伸缩千斤顶移动超前支护前进两个位置后，将前梁恢复原状。固定尾滑卡后，工作人员需将全部挂卡件从前到后移动2 个棚的距离，移动过程中不能同时将多个挂卡松开，移动完一个挂卡固定一个。全部完成后将各组件恢复原状，再进行下一个循环[3-4]。

3.3 装置优缺点

1）该装置结构相对简单，便于操作维护，整套设备成本费用仅需0.87 万元，成本费用低、故障率低。

2）该支护装置安全性高、操作性简单、支护效果高、永久性强、支护面积大、支护强度高的优点，不仅减少了工作人员的劳动量，还能根据井下各掘进巷道的地质构造进行改造，非常适用于井下地质构造复杂的掘进工作面。

3）该装置能够在掘进巷道还没有形成永久支护前，利用各类护帮板对作业场所的工作人员进行保护，确保了工作场所人员的安全。该装置现已在各煤矿中使用，取得了良好的使用效果。

4）该装置在实际应用中还存在一些不足，主要表现在以下几方面：装置质量大，在安装时劳动强度大；由于巷道在掘进过程中粉尘浓度大，导致装置液压系统污染严重，需定期进行清理[5]。

4 实际应用效果

截止2019 年5 月51505 巷已掘进到位，巷道在后期掘进过程中采用了挂卡式超前支护装置后，通过现场应用效果观察发现，采用该装置后控制巷道迎头片帮现象，减小了空顶距，防止了工作面空顶超限现象，顶板最大空顶距控制在0.5 m 以下，保证了人员施工安全。