机载临时支护在煤矿掘进中的应用.pdf

-55- CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INATION Jun.2020中国科技信息 2020 年第 11 期10 万～ 30 万◎ 随着矿井开采规模的扩大或机械化程度的提高，掘进工 作面掘进效率直接影响着采煤工作面的接替。支护工艺在煤 矿机械化发展的进程中相对滞后，气动锚杆机和液压单体临 时支护是制约岩巷快速掘进的主要因素，液压单体频繁挪移 和空顶区的安装不利于煤矿安全生产。如何实现煤矿岩巷的 快速掘进，除了使用综合机械化掘进设备、优化现场管理、 提高皮带运输效率，投入使用机载临时支护装备提高支护效 率和安全也是高效掘进的关键要素。 工程概况 140502 工作面高位瓦斯抽排巷位于口孜东煤矿－ 967m 水平西四采区，该巷道拨门位置位于 5 煤顶板岩层中， 设计总长度 1172.702m，掘进断面积 14.29m2。该巷道在 掘进过程中将依次揭露泥岩（4.4m）、细砂岩（4.8m）、 泥岩（8.1m）、7 煤（2.6m）、细砂岩（2.50m）、砂泥 岩互层 （2.0m） 及泥岩 （8.5m） 、 8煤 （2.9m） 、 泥岩 （2.8m） 、 9 煤（1.1m）、泥岩（5.8m）。施工范围内岩层总体为一单 斜构造，岩层产状 208∠ 5～ 18，沿巷道掘进方向岩 层剖面南倾约 5～ 16，断面东倾约 1～ 2。140502 工作面高位瓦斯抽排巷埋藏较深，地压较大，穿越多岩层施 工，顶板不稳定，支护工序交替频繁，支护强度较高。 140502 工作面高位瓦斯抽排巷采用综掘施工工艺，迎 头配备了EBZ－260H综掘机、 SSJ－800皮带机、 转载机、 DMZ50F － 2 单轨吊等先进设备。煤矿机械化程度的提高， 大大减少了工人的劳动强度，增加了煤矿生产的安全可靠性， 但巷道掘进后空顶作业给顶板管理带来了很大的风险，同时 行业曲线 linkindustryappraisement DOI10.3969/j.issn.1001- 8972.2020.11.019 可替代度 影响力 可实现度 行业关联度 真实度 落后的临时支护工艺影响了掘进效率。为解决该问题，口孜 东矿在 140502 高位瓦斯抽排巷进行了 ZLJ － 16 机载临时 支护装置的研究与应用。 原临时支护情况 原临时支护采用轻型液压单体配合柱帽、木鞋等支护工 艺。 支护形式 点 柱 采 用 轻 型 液 压 单 体 支 柱， 规 格 为 DWB28 － 30/100，额定工作阻力 30 kN，额定压力 3.8 Mpa，工作 行程 0.57 m，最大高度 2.8 m，最小高度 2.23 m，使用静 压水作工作介质。 柱帽采用长1.3 m、 厚0.12 m的优质方木。 单体必须打在硬底上，若底板为煤或软岩时，单体必须穿石 鞋或木鞋，并牢固可靠，其规格为 300300100 mm。 轻型单体支柱的初撑力不得低于 7.5 kN，若水压过小，液压 支柱起不到临时支护作用时，则使用木点柱代替，木点柱选 用直径不小于 150 mm、长度不小于 2.5 m 的优质圆木。施 工地点至少备有 1 根轻型单体支柱和 2 组木质点柱（1 柱 1 帽为 1 组），且备用木点柱及轻型单体支柱距离迎头不得超 过 100 m，损坏的点柱及柱帽要及时更换。 施工方法 （1）掘进机截割出毛断面后人员进入迎头，人员站在已 支护好的顶板下，按由外向里、先顶后帮的顺序，用专用找顶 工具对准备支护的区域进行敲帮问顶，找净迎头危岩浮矸。 （2）施工人员站在已支护好的区域内将已压茬的锚网 铺开（最前一排锚杆施工时提前压茬下一循环锚网，掘进前 把锚网向后折起并用 14 铁丝固定，防止掘进机割窑时损 坏），并将下一循环顶板支护锚网提前进行联网。 （3）由于巷道掘进高度 3.6m，考虑到点柱伸起后不能 直接支撑到顶板，故采用台阶法施工，即掘进时迎头预留台 阶（台阶的上分层距巷道顶板的距离保持在 2.3 ～ 2.5m， 下一循环掘进时先对上一循环的下分层进行截割并对两帮进 行支护）。 任重远 机载临时支护在煤矿掘进中的应用 中煤新集能源股份有限公司口孜东矿 任重远（1981 －）男，汉族， 山东菏泽人，2007 年毕业于山东科技大学采 矿工程专业，中煤新集口孜东矿工程师。 为加快巷道掘进速度，提高效率，针对岩巷快速掘进作业线设备 配置及支护工艺存在的问题，本文分析了岩巷综掘工作面快速掘进的 影响因素，深入剖析了支护工序对掘进效率的影响，口孜东矿在某掘 进工作面安装应用了 ZLJ － 16 机载临时支护装置，解决了影响掘进 的瓶颈问题，缓解采掘接续紧张的不利局面，取得了较好的现场效果 和经济效益，具有良好的推广应用前景。 中国科技信息 2020 年第 11 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INATION Jun.2019 -56- ◎ 10 万～ 30 万 （4）安设点柱时，首先在台阶上分层掏出柱窝，然后 将点柱放入柱窝内。 （5）立起点柱后将柱帽放置在点柱上并注水加压，随 着点柱的升起，柱帽将锚网顶起直到压紧顶板。 （6）点柱打好后，使用 10 铁丝将顶板锚网与点柱连 接起来，做好点柱的二次保护，防止点柱倾倒伤人。 支护要求 （1）戴帽点柱采用“一帽一柱”的形式配置，柱帽按 照垂直巷道中线布置，点柱一端打在柱帽的中部，另一端要 打在硬底上。 （2）掘出断面核好尺寸后，将该循环联好的锚网（不 少于 2 片）、钢带连同柱帽一起打在迎头空顶下。点柱施工 位置距巷道中线的距离约 1000 mm，距迎头第一排锚杆的 距离约 650 mm。 （3）戴帽点柱打好后，使用 10 铁丝将顶板锚网、柱 帽和点柱连接起来，做好戴帽点柱的二次保护，防止点柱倾 倒伤人。 （4） 戴帽点柱打上后必须稳固有力， 若出现卸压情况时， 则必须及时注水加压；若液压点柱损坏不能使用时，则及时 使用备用木点柱进行替换。 （5）临时支护必须支设牢固，否则禁止迎头作业。临 时支护使用的轻型液压单体要严格按照新集二矿轻型单体 管理规定执行。 临时支护平、剖示意图，如图 1 所示。 新型支护装置 ZLJ － 16 机载临时支护装置适用于净高度不低于 2.5 m 的机掘巷道，在巷道开挖后配合 EBZ260 悬臂式掘进机 使用。该机器用来对掘进工作面新揭露的空顶区进行临时支 护，当掘进机的掘进循环完成后，将该机器打开，可以迅速 在掘进机切割头前方形成一个 3.2m1.65 m 的支护面积， 为下一步在该区域进行支护作业的人员提供一个安全可靠的 工作空间。 机载临时支护装置的技术特点 （1）支护面积大、初撑力和工作阻力大。 （2）可在低顶板巷道的工况下，顺利翻转打开和收拢。 （3）结构紧凑、布局合理、操纵平稳，展开迅速。 （4）利用掘进机的泵站做动力，全液压控制，有利于 对机器实现自我保护。 （5）明显缩短临时支护时间，降低职工劳动强度、提 高掘进效率。 机载临时支护装置参数表 ZLJ － 16 机载临时支护装置参数，见表 1。 表 1 ZLJ － 16 机载临时支护装置参数表 基本性能参数单位ZLJ － 16备注 额定工作压力MPa16 最大支护强度kN16 额定供液压力MPa16 护顶面积 （长 X 宽）M1.98（3.2）X1.86 巷道顶部横向坡度16 整机重量kg136515 配接掘进机后最大支护高度m4.5 配接掘进机后最小支护高度m2.5 配套掘进机型号EBZ260 悬臂式掘进机 机载临时支护施工工艺 ZLJ － 16 机载临时支护装置结构图，见图 2。 工艺流程 （1）掘进机正常掘进工作时机载临时支护装置折叠收 缩于掘进机切割电机减速箱背部。当掘进机掘进进尺达两个 锚杆间距时停止掘进，将掘进机退回两个锚杆间距，尽量能 停止在巷道中线上。 （2） 切割头落地， 同时操纵机载临时支护装置翻转油缸、 支撑油缸控制阀，使顶梁顺利翻转到切割头前方的适合位置。 （3）操纵前伸缩顶粱控制阀使前伸粱伸至需要长度。 （4）将锚网、钢带预先放置在支护装置的顶梁上。同 时操纵翻转油缸、支撑油缸使翻转梁向上拉起，结合操纵顶 梁的俯仰，使之平行于顶板并逐步接近顶板。 图 1 临时支护平、剖示意图 图 2 ZLJ － 16 机载临时支护装置结构图 （下转第 58 页） 中国科技信息 2020 年第 11 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INATION Jun.2019 -58- ◎ 10 万～ 30 万 GIS 技术 近年来，土地被非法占用和浪费的现象十分严重，对农 业和国民经济的发展影响很大。采用 GIS 技术是保证土地资 源得到有效利用和可持续利用的得力手段。如图形面积快速 准确量算与统计和计算机辅助制图，大大提高了规划方案的 技术含量和可操作性。现阶段的土地数据大多数是逐级上报 的统计数据。核定用地测量过程中制作 GIS 数据便于录入城 乡规划管理系统，有利于土地数据的统计。GIS 数据中主要 包含图形图像数据、 属性数据。 如地块图形、 面积、 用地单位、 规划用地性质等信息。 AutoCAD VBA 程序开发技术 核定用地测量是一项具有法律效力的测量工作，同时 对其准确性也提出了更高的要求。如界桩点坐标精确至毫 米级、面积最大允许误差 0.1 平方米等。传统做法根据土 地利用条制作地块边界线，手动查询转折点坐标值（精确 至毫米级），利用 AutoCAD 手动描画出地块边界线，该 做法过于繁琐工作量大且容易产生错误，不利于图形检查。 因此利用 AutoCAD VBA 程序开发出应用于核定用地测 量系统至关重要。使用 VBA 开发 AutoCAD 可以随意定 制 AutoCAD 应用程序，自动执行一些重复任务，大大地 节省时间，制作出更加复杂图形。目前我们使用 VBA 功 能已经成功开发出坐标自动提取，成图文件自动生成，图 形自动生成，自动检查等功能。大大地提高了工作效率， 节省了时间。 三维建模技术 为完善规划方法和管理手段，三维建模技术在城规划和 建设领域得到了广泛应用，信息的获取逐渐从二维图像向三 维模型过度。为了更加规范地上和地下空间的利用，三维模 型技术发挥了相当重要的作用。依据核定用地利用空间界址 点平面坐标，将各点顺序连线，并过每条连线分别做空间基 准面的垂面，建立利用空间的各个侧面；按照核定用地条件 中给定的垂直空间范围分别做空间基准面的平行面，确立利 用空间的底面和顶面；地上利用空间与现状进行纵向相接时， 实测现状建（构）筑物主体顶面为地上利用空间的底面；地 下利用空间与现状进行纵向相接时，实测地下建（构）筑物 基础底板垫层的下边缘为地下利用空间顶面；各侧面、顶面 和底面所围合的空间范围即为核定用地利用空间。依据三维 模型对地上、地下利用空间进行有效的管理。 结束语 近年来，随着社会的发展与进步，对建设用地管理有着 更高的要求。核定用地测量质量直接影响城乡建设用地管理 水平。核定用地测绘技术在具体应用中遇到的问题需要高度 重视，采取有效措施解决问题，提高核定用地测量的水平和 质量，确保城乡建设用地管理工作有条不紊地进行，最终加 快我国城乡规划建设的步伐。 （5）操纵升降油缸控制阀，使升降油缸升起推动顶梁 接触顶板加力，操纵支撑油缸控制阀支撑使顶粱形成初撑力， 形成完整、可靠的临时支护。 （6）然后掘进机停电闭锁，临时支护工作完成。 （7）使用气动锚杆钻机透过支护装置顶梁空隙和钢带 孔眼打锚杆，完成锚杆支护作业。 （8）启动掘进机泵站，操纵支护装置收拢复位。即可 进入下一个掘进作业循环。 安全措施 （1）综掘机对巷道进行开挖后，展开临时支护装置对 顶板进行支护后，施工人员进入前加强对顶帮的观察和检查， 经常性的“敲帮问顶”找尽迎头危岩浮矸，排除隐患。 （2）使用机载临时支护时迎头最大控顶距 1.8 m，循 环进尺 1.6 m。 （3） 组织施工人员学习、 阅读设备图纸及相关技术资料， 熟悉设备的结构及相关数据。 （4）支护装置操作人员必须是掘进机司机或综掘工区 指定的专人。 （5）在支护装置展开并完成支护前掘进机切割头前方 不得站人，以防止误操作导致安全事故的发生。 （6）支护装置展开完成支撑后，不得再操作掘进机进行 任何动作，防止掘进机的动作对机载临时支护装置造成损伤。 （7）定期检查临时支护装置与掘进机之间的连接件， 发现松动必须及时紧固。定期检查支护装置主体结构件状态， 发现影响安全使用的焊缝开裂、销轴或主体结构件变形，必 须及时处理。 （8） 未尽事宜执行 煤矿安全规程 、 掘进作业规程 。 效果评价 （1）提高了临时支护期间的安全可靠程度。采用 ZLJ － 16 机载临时支护装置后，临时支护工艺由传统的点 柱支护升级为机械化支护，减少了空顶支护作业的安全风险， 提高了顶板管理的可靠性。 （2）提高了掘进单进水平。该机载临时支护装置的投 入使用，减少了综掘机的频繁移动和单体的多循环挪移，大 大缩短了临时支护的时间，提高了综掘机的开机率和有效工 作时间。140502 高位瓦斯抽排巷投入使用该装置后，通过 支护工艺革新岩巷月单进提高了 25。 结语 实践表明，通过在 1140502 工作面高位瓦斯抽排巷投入 使用 ZLJ － 16 机载临时支护装置，该装置故障率低，支护面 积广，巷道开挖后能有效的控制顶板，安全效果显著。支护工 艺的革新，加快了该巷道的掘进支护速度，提高了掘进单进水 平。缓解了采掘接替的紧张局面，具有较好的推广应用价值。 （上接第 56 页）