掘进工作面临时支护技术研究及应用

李 波

（山西宏厦第一建设有限责任公司， 山西 阳泉 045000）

引言

在矿井煤巷掘进过程中，临时支护技术的应用，可有效避免顶板发生变形和沉降离层，确保永久支护施工顺利进行，故在巷道掘进工作中，必须要采取合理的临时支护。煤矿资源主要集中在地质复杂环境下，随着开采深度的增加，煤矿分布范围和数量呈直线上升趋势，且地质条件表现得更为复杂，煤巷围岩破坏强烈、围岩变形和稳定性差，故为了确保施工的安全性，必须要使用大量的临时支护，确保施工安全，而传统的带帽顶柱、悬吊式钢管、内注式单体液压支护技术很难全面保障掘进工作的安全，故需要借助先进技术设备，利用当下最先进的掘进机机载临时支护装置，可大幅度提升临时支护效果，保障掘进工作面的安全，同时还能提升掘进工作效率[1]。

1 工作面临时支护技术

临时支护是相对永久支护提出的一种重要支护方式，是在煤巷开挖后，永久支护前，使用顶板加以防护，提高围岩自支撑能力，防止在后续施工过程中发生顶板离层以及开挖扰动导致冒顶事故。临时支护的作用是暂时的，安全保护空顶作业人员。通常情况下巷道开挖后，都需要及时进行临时支护，因为永久支护耗时长、要求高，直接进行永久支护很容易引发围岩破坏，造成严重的安全事故，对永久支护来说还会增加支护费用，降低永久支护的可靠性[2]。所以在永久支护前，为了减少冒顶事故的发生，必须要根据实际情况，采取有效的措施，在掘进工作面进行临时支护，常见的临时支护技术有掘锚一体机支护、移动式支架支护、架棚机支护和前探梁临时支护。

2 掘进工作面临时支护技术的应用

2.1 掘锚机组临时支护

掘锚机组是一种新型掘进一体化设备，是在悬臂式掘进机和连续采煤机的基础上演变而来，主要用于高效、高产矿井煤巷掘进中。掘锚机组是集快速掘进、护盾防护、超前钻探与疏放、同步锚护等各种功能于一体的多功能煤矿巷道快速掘进装置，其特点有一次成型大截割面，适用全岩巷、半煤岩巷、煤巷，振动小、大机重、稳定高、结构紧凑，满足大、中型巷道[3]。掘锚机组最大的优势在于将临时支护装置和掘进有效整合起来，具体装置有临时护顶装置、两台侧帮锚杆钻机和四台顶板锚杆钻机，这种设备可大大减少支护工艺和掘进之间的切换时间。

掘锚机组只适用较大断面巷道，且只能掘进矩形断面巷道，因为掘锚机组整体宽度较大，对顶板和底板要求较高，若顶板易破碎或者松软也不能使用掘锚机组。另外掘锚机组受到采掘技术和配套设备的影响，导致临时支护工艺复杂，很难实现自动化快速支护。

2.2 悬臂式掘进机机载临时支护

悬臂式掘进机机载临时支护装置是在悬臂式掘进机的基础上，将掘进机和临时支护系统有效集成在一起，在各个煤矿开采中都比较常见，其中有两种形式，一种是临时支护装置在掘进机机身上部（如图1所示），利用轨道的方式将临时支护装置移动到机头位置，实现实时掘进和临时支护的目的；另一种临时支护装置是直接安装在切割部的正上方（如图2所示），利用升降装置实现临时支护的目标。

图1 机身机载临时支护装置

图2 截割部机载临时支护装置

以上两种临时支护装置都具有较好的支护效果，且满足部分断面形状巷道掘进要求，在快速掘进的过程中，既能实现良好的支护效果，还能提高巷道支护强度和掘进工作面的安全，促使巷道掘进面工作效率大幅度提升，实现机械化巷道掘进的目的，并减少工作人员的劳动强度，增加了锚护时工作人员的安全性，实现了锚网的机械化铺架[4]。

截割部机载临时支护装置的类型有很多，具体包括多用途锚网钢带型临时支护、工字钢型临时支护、U型棚型临时支护，不同临时支护类型有不同的用途。无论是哪种支护形式都能从根本上改变传统支护形式，且操作简单方便，大大降低了工人劳动强度。

截割部机载临时支护装置的主要技术参数主要包括以下方面：适用巷道断面为矩形、梯形；适用巷道尺寸为巷道净高≥2.2 m，巷道净宽≥3.0 m范围之内的系列产品；支护面积为3.24～9.4 m2；支护超出炮头的距离为0.6～2 m；顶架横向倾斜角为-20°～+20°；顶架前后倾斜角为0°～120°

悬臂式掘进机机载临时支护装置并非是完美的，相比而言存在一定问题，比如临时支护装置安置在截割部位的正上方，会影响到整个掘进机的工作性能，同时还会影响到截割视线。悬臂式掘进机本身体积不大，机载临时支护面积最大为9.4 m2，有效支护空间较小，且只能支护巷道断面的正上方位置，对巷道断面形状局限性影响较大，无法实现全断面支护掘进巷道[5]。悬臂式掘进机的动力来源是液压泵，额定压力为16 MPa，额定流量为50 L/min。可见在巷道掘进面掘进过程中，掘进机必须要始终处于开机状态，如果临时支护的工作机构和掘进机的工作机构互锁不可靠，那么在掘进过程中，就会因人员操作不当而引发安全事故。

2.3 可伸缩支柱加托梁式临时支护

在大中型煤矿掘进开采中，支护加托梁式临时支护方式比较少见，随着技术人员不断研究，对传统支柱加托梁式临时支柱装置进行优化和完善。如今已经研发出可伸缩式支柱加托梁式临时支护装置（如图3所示），该临时支护装置具有方便快捷运输特点，可有效避免重复支护，同时支护面积大，辅助作业时间短，工人劳动强度较小，可有效保障矿井掘进工作面的生产安全问题，因此在小型矿井中得到广泛的应用，并有效解决了掘进工作锚速和掘进速度失衡等问题，实现了永久支护作业安全的问题[6]。

2.4 前探梁架棚临时支护

在大中型矿井中，前探梁架棚临时支护装置比较少见，前探梁架棚（如图4所示）结构简单，主要由木板、前探梁钢管、吊环、吊梁卡等主要结构组成，前探梁架棚主要依靠迎头岩壁预留孔支撑、迎头支护锚杆上的吊环悬吊悬起，在永久梯子梁的上放搭铺绞顶木板，在绞顶木板上方安置临时护帮装置，可有效防止迎头空顶区顶板意外掉落[7]。但是前探梁临时支护存在承载力小、支护面积小、铺网作业安全性差等问题，故应用领域较小[8]。

图3 可伸缩支柱加托梁式临时支护装置

图4 前探梁临时支护示意图

3 结语

掘进机机载式临时支护装置的应用可大大提高临时支护强度和安全性，减轻工人劳动强度，满足快速掘进、安全高产的需求，对我国煤矿生产具有重要意义。