探析复杂地质条件下巷道快速综掘临时支护技术

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【摘要】本文在研究复杂地质条件下巷道快速综掘临时支护技术的过程中，首先是分析了在复杂地质条件下掘进支护技术的关键点，在明确支护重点后，描述了当前使用普遍的几种临时支护技术。接着对综合机械化掘进临时支护技术体系进行详细分析，该体系的应用缩短了作业时间，是适应目前煤矿的实用临时支护技术。最后对临时支护技术的未来发展作出展望。

【关键词】复杂地质条件；巷道快速综掘；支护技术

随着经济的快速发展，社会对煤矿的需求量也越来越大。但是在煤矿开采强度和深度不断增加的同时，开采过程中面对的地质条件也越来越复杂。在复杂的地质条件下对煤矿进行开采，掘进技术会受到临时支护技术的影响。因而为了保证煤矿的生产能力，加大巷道的机械化快速掘进和支护技术的发展是矿井高产高效、安全生产的重要手段。目前我国煤矿开采中主要是采用锚杆支护的机掘巷道，同时也采用临时支护技术，避免了由于空顶时间过长而引起的顶板沉降和变形。国内煤矿所使用的临时支护主要有窜管前探梁和支柱加横梁两种形式。前一种支护的面积小，无法适应一掘多锚的要求；第二种方式支护速度慢，工作时间长，顶板容易下落且劳动强度大。因此，只有提高综掘工具和改善临时支护技术，才能加快掘进速度，满足煤矿生产要求。

一、复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术的关键

1.1综掘机与普掘机的临界点确定

一般情况下，综掘机与普掘机的临界点是所挖掘的巷道的长度[1]。在开采时，对综掘机与普掘机的选择要根据实际的操作水平而定。一般而言，对于施工长度在300m以下的工作面，可以采用普掘机，当工作面的施工长度在300m以上时则采用综掘机。这样的分配可以将两种掘机的各自特点发挥出来，同时也使得施工工艺变得合理。在需要快速掘进时，综掘机的使用可以大幅缩短准备时间，在工艺技术上也是能够满足煤矿工程的施工进度和相关需要。

1.2综掘机的选型

综掘机的选型需要考虑以下几点：满足巷道工作的断面、机器本身的紧凑程度、所开采煤矿的强度、综掘机的自身体积、设备的截割功率和强度、设备的运行效率、设备的配件供应、设备的后期维修量等。

1.3截齿的选择问题

选择截齿是主要考虑的是耐磨度。耐磨度越高的截齿，更有利于提高煤矿掘进的截割速度，并减少对截齿的磨损。但是，当开采的岩石的硬度大于截齿的刚度时，就应该考虑用爆破的方式来加快掘进速度。切记盲目使用综掘机截割，以免损坏设备。此外，在爆破过程中要注意对综掘机的保护。

1.4临时支护技术的应用

在综掘机工作过程中提供动力的是综掘机的液压系统，因此要考虑液压系统的稳定性以及其停开机时的闭锁装置。在这种研究中我们主要应用的是综掘机的机载液压锁临时采取的支护技术。而该支护技术的应用不仅可以降低工作强度，而且施工过程更加安全可靠。

1.5综掘机的配套系统问题和施工组织管理问题

对综掘机的使用与管理要有一套科学合理的施工机制，确保拥有过硬的组织管理技术水平，完善的组织管理技术体系，从而实现综掘机的高效率作业。例如在弯道的掘进中，综掘机在大角度长距离的拐弯掘进与小角度的连续拐弯中，其工作角度最大可达到26°[2]。对于这种需要连续运行的状况，可以减少皮带的配置，实现快速掘进。同时，在皮带机的尾部安装自动卸料的装置也能够保障工作的可靠性，且能降低皮带的磨损。此外，在施工组织管理中，要合理安排施工工艺，确保将掘进机的最佳性能发挥出来。而且还要不断的加强对专业人员的培养，优化施工工艺，对设备进行有效的维护和保养，从而为实现煤矿的掘进任务打下物质基础和技术基础。

二、复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术

2.1悬臂式托梁器临时支护技术

综掘机的炮头是由液压机械及电控双闭锁装置组成，采取“炮头+托梁器托钢带”作为临时支护的方式，能改善炮头临时支护的安全可靠性，使用起来方便快捷且又能降低工人劳动强度。具体支护方式如图1所示。

2.2尖锥探梁临时支护技术

尖锥探梁临时支护系统由以下几部分组成：钢轨制探梁、专用吊环及DWB-28-30/100轻型支柱[3]。采用尖锥探梁临时支护后，减少了探梁过顶的工艺，也就缩短了工作时间。另外又采用单体液压支柱作为补充的支护手段，能够对顶板产生较大的初撑力，可以有效地控制顶板的变形。因此该项技术的应用对综掘机的快速掘进是具有很大帮助的。具体支护方式如图2所示。

2.3综掘机自动支撑临时支护技术

将机载液压临时支护机与综掘机配套使用，就可以实现综掘机的自动支撑临时支护。机载液压临时支护机主要由底座、机架、翻转架、折臂架和顶梁等部分组成。机载液压临时支护机使用较多的型号有ZLJ-10/21/30，通过更换不同型号的底座，就可适用于不同的综掘机；根据所掘进的巷道的断面情况，可选择适应于巷道断面的有效临时支护面积；综掘机自动支撑临时支护装置可以有效地降低劳动强度、缩短支护时间，从而提高支护速度，为巷道掘进工作提供一个安全可靠的工作区域。

机载液压临时支护机适用于2.6m以上的机掘巷道，当需要使用不同型号的液压临时支护机时，只需更换不同型号的底座，便可适用于综掘机。在安装自动支撑临时支护装置时，首先拆除综掘机切割部的护板，然后将铰接销轴进行改造，便可完成安装。

（1）结构与工作原理

综掘机自动支撑临时支护装置由掩护梁部件、折叠架部件、折叠架体、框架、摆动底座、连杆、掩护梁油缸、折叠架油缸、架体主油缸、架体副油缸、摆动底座油缸以及管路、控制阀等组成。其侧视剖面图参见图3。

其工作原理过程如下：设备液压系统启动后，泵站开始供油，液压油经操纵阀、液压锁流入油缸。油缸压力增大，推动连杆机构动作，使掩护梁顶向顶板从而起到支撑的作用[4]。工作中，掩护梁的压力逐渐上升，当压力增大到溢流阀预定压力时，溢流阀动作使得液压油回流，油缸回至初始位置。

（2）主要技术参数及特点

综掘机自动支撑临时支护体系的主要技术参数如下图所示。

主要技术特点：第一，有效的支护面积大、初撑力和工作阻力较大；第二，系统由液压控制，动作平稳，展开迅速；第三，全液压控制，保护性能高；第四，结构紧凑、布局合理、便于维修、安全度高。

三、复杂地质条件下巷道支护技术展望

尽管目前在复杂地质条件巷道支护技术方面获得了很大的进步，但依然存在很多问题需要更加深入全面的研究和试验。因此，在巷道支护技术方面还需要做到以下几点：（l）全面、系统地开展深部高地应力巷道支护理论与技术研究；（2）开发适合困难条件巷道的新型支护材料；（3）深入开展巷道底鼓机理与防治技术研究；（4）积极开展巷道围岩地质力学测试；（5）完善与提高锚杆支护施工机具，开发新产品；（6）完善锚杆施工质量检测与监测技术。

四、总结

综上所述，为了改变传统的临时支护方式速度慢、效果差、空顶时间长的不利因素，提高在复杂地质条件下快速综掘巷道支护速度，研发了综合机械化掘进临时支护技术体系。该体系在克服了传统临时支护方式的弊端同时，还具有高安全度、高可靠性的优点，此外该系统由液压控制，操作过程平稳。因而该系统可以满足当前复杂地质条件下对巷道实施快速综掘的要求。同时，我们也要认识到，未来在临时支护技术方面依然有很大的发展空间，因此要紧跟技术的发展脚步。

参考文献

[1]祝二亮.综掘工作面临时支护的改进[J].煤矿现代化，2009.

[2]赵义胜.近距离煤层采空区下掘进巷道支护形式的选择[J].西山科技，2011.

[3]王安著.现代化亿吨矿区生产技术[M].煤炭工业出版社，2010.

[4]周金城，盖建平，刘存玉，韩进忠.在复杂地质条件下综掘施工技术研究[J]. 河北建筑科技学院学报，2009.