王俊峰：松软易冒顶板煤巷掘进临时支护技术研究 第２１卷第６期 锚 探梁和轻型单体液压支柱相配合共同完成。与永久 置在巷道掘进断面顶板轮廓线上，为了便于钻眼，杆眼与巷道顶板需呈一定的上仰夹角。间距视煤体 支护间的最大距离１．５ ｉｎ，最小距离０．６ ｉｎ。 ２） 支护材料及规格。①前探梁：长３．５ ｉｎ，直 松散情况而定，煤体越松散，间距越小，一般情况下 径６３．５ ｍｍ的钢管。②锚杆：Ｄ２０ ｍｍ—Ｍ２２ ＩＴｌｍ一 不应大于３０ ｃｍ，锚杆眼要保持平行。同时必须保证 ２ ２００ ｍｍ型高强度左旋螺纹钢锚杆，共２根。③钢 管缝式锚杆超前控制长度大于每个循环掘进长度至 ＴＩ以上。掘出规定进尺后，由于管缝式锚杆 圈的固定：通过螺孔紧固在巷道最前两排永久支护 少０．３ Ｉ锚杆上，从两侧帮上数第３根锚杆的外露部位。 １．２临时支护工艺流程 超前长度大于每个循环掘进长度，管缝锚杆的顶部 仍有一部分锚固在岩层里，使得管缝锚杆不能转动 并具有一定的锚固力，其尾部紧紧被棚梁托住，每个 退机组一截割头落地闭锁一敲帮问顶一将钢筋 托梁及金属网置于前探梁上一向前伸前探梁达到排 锚杆都起到一个桥梁作用，使得上部岩石不能离层 距要求一机组截割头与巷道正中托住钢筋托梁护顶 并调整中线一支设轻型单体液压支柱一按钢筋托梁 限定孔位打注巷道顶部临时支护锚杆（从两侧帮上 数第２根）。 １．３ 现有临时支护的支护效果 伯方煤矿二盘区３号煤层普氏系数较小，煤的 单轴抗压强度为８ ＭＰａ左右。巷道掘进过程中顶煤 易冒落，临时支护效果不好。掘进工作面顶煤随掘 随冒，不但影响了巷道掘进速度，而且留下了安全隐 患，巷道局部存在冒顶的危险；巷道掘进过程中锚杆 屡屡失效。部分巷道掘进过程中，顶角锚杆在孔口 向里１００—２００ ｍｍ处出现破断，断口为平面。 为保证掘进作业的顺利进行，保证工作面的安 全作业，提高掘进速度，需对现有临时支护进行改 进。目前国内普遍使用的临时支护方式有：前探梁、 轻型单体液压支柱、机载临时支护装置等。根据伯 方煤矿二盘区３号煤层现场地质条件，以及现阶段 临时支护所面临的具体问题，提出采用水平管缝式 锚杆和机载临时支护装置两种方式进行临时支护。 ２临时支护方式 ２．Ｉ 打水平管缝式锚杆临时支护 管缝式锚杆是一种全长锚固，主动加固围岩的 新型锚杆，它立体部分是一根纵向开缝的高强度钢 管，当安装于比管径稍小的钻孔时，可立即在全长范 围内对孔壁施加径向压力和阻止围岩下滑的摩擦 力，加上锚杆托盘托板的承托力，从而使围岩处于三 向受力状态。 在爆破振动围岩锚移等情况下，后期锚固力有 明显增大，当围岩发生显著位移时，锚杆并不失去其 支护抗力，它比涨壳式锚杆有更好的特性。 管缝式锚杆可用于巷道掘进时的临时支护。巷 道掘进时，在迎头煤壁上打超前锚杆钻孔，安装锚 杆。管缝式锚杆杆体通过自身的涨力对煤体施加径 向力，从而对煤体起到加固作用。 采用管缝式锚杆做超前支护，管缝式锚杆应布 脱落，如图Ｉ所示。 －Ｆ＂ｑ－一Ｈ斗一＿Ｉ，＿÷十一＿｛－｝ 一一 ｒ ｌ ｉ Ｉ Ｉ ｛Ｉ ｌ ｉ ｌ ｌ ；ｌ Ｉ ＼ 薹ｉ 蝴怕贩 一 奠 图１支护走向剖面 管缝式锚杆适用于煤层较松散，构造多，经常通 过构造区，顶板难以控制，冒顶严重的情况。 以水平管缝式锚杆进行临时支护不仅能有效降 低工人的劳动强度，还具有施工速度快，支护成本低 的优点，而且能最大限度地保持了围岩的完整性，巷 道顶部基本为实体，能有效解决巷道顶板易冒落的问 题，提高了围岩强度，同时也减少了巷道后期维修。 ２．２综掘机加装机载液压整体顶梁超前主动临时 支护 随着煤矿巷道开采高效、安全的要求，煤层巷道 掘进多采用掘进机掘进，掘进机临时支护装置也越 来越多地出现在掘进工作面上临时支护装置的应 用。机载式临时支护装置是煤矿巷道掘进时的新型 顶板临时支护机械，该装置可快速安装、拆卸，装于 掘进机截割部上，与掘进机一体化连接，如图２所 示。该设备使井下巷道顶板人工支护劳动转化成机 械化操作控制，解决了掘进机与临时支护分体工作 造成的时间上的浪费，以及工人劳动强度大、危险性 高等问题。 机载临时支护装置在掘进机将进行下一个循环 时收拢，沿掘进机机身导轨滑至掘进机后部，抬起主 臂至适当位置，不能妨碍掘进机司机操作。掘出规 定进尺后，掘进机后退至永久支护区域，停放位置不 能影响到支护作业，切断掘进机电源。进行挂网和 钢带作业，然后启动临时支护装置，沿掘进机导轨开 至机身前部。伸出主臂，将网片展平，支护顶板。此 时工人进入掘进工作面进行巷道永久支护作业。 ９ 王俊峰：松软易冒顶板煤巷掘进临时支护技术研究 第２１卷第６期 旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距８５０ ｍｍ×８００ ｍｍ，每 排五根；帮锚杆采用Ｄ２２ ｍｍ×２ ２００ ｍｍ左旋无纵 筋螺纹钢锚杆，问排距８５０ ｍｉｌｌ×８００ ｍｍ，每排四根； 锚索采用Ｄ１５．２４ ｍｍ×８ ０００ ｍｍ的钢绞线，端头锚 固１ ７００ ｍｍ ｘ １ ６００ ｍｍ，每排２根。施工时采用 图２临时支护装置不意 ＥＢＪ一１２０ＴＰ综掘机进行截割，配合胶带输送机进行 出煤。 表１ 井上下对照关系情况 临时支护装置是安装于现有的掘进机上，于井 下掘进工作面使用的护顶装置。所以该装置要能适 应井下的条件，且对掘进机整机参数的影响要尽可 能小。掘进工作面机载临时支护装置要符合以下要 求： ①要具备足够的强度、刚度和稳定性，质量小； ②能保证顶板的完整；③能适应多种巷道；④节约成 本；⑤便于安装和拆卸。 采用综掘机载式临时支护装置进行护顶，不仅 能提高临时支护速度，及时支护空顶区，减轻劳动 强度，还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，同时该 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，最大程度避免掘进工作面人身 安全事故。 考虑到管缝式锚杆临时支护施工时要求锚杆安 装的角度偏差不宜过大，锚杆方向和角度不易掌握， 且支护速度慢，导致空顶时间长，虽然顶板在管缝式 锚杆的作用下形成结构，还是存在冒顶伤人的危险， 而机载临时支护装置能实现临时支护的自动化，支 护速度快，冒顶的几率小，决定最终采用综掘机加装 机载液压整体顶梁做Ｉ临时支护。 ３工程实践 ３．１巷道地质条件 伯方煤矿二盘区３号煤层煤厚５．９５～５．２４ ｍ， 平均５．６ １ＴＩ，倾角２～６。，平均４。，煤层普氏系数ｆ＜ １．５，水平层理发育，直接顶为深灰色粉砂岩，厚 ５．１８ ｍ，老顶为灰色细砂岩，厚６．４４ ｍ，直接底为灰 黑色泥岩，厚０．２５ ｍ，老底为灰色细砂岩，厚１．１４ ｍ。 二盘区回风巷地面相对位置及临近采区开采情 况见表１。 ３．２巷道永久支护 该掘进工作面采用锚网索带支护，巷道断面宽 ４．２ ｍ，高３．１ ｍ，顶锚杆采用Ｄ２２ ｍｍ×２ ２００ ｍｍ左 】０ 萋 篡 下一二一 一未采 握篡 赡近工作面均为未采工作面，对巷道掘进无影 ３．３巷道掘进临时支护 设计采用由煤炭科学研究总院南京所研究的机 载式临时支护装置（导轨滑移式）进行临时支护。 该产品适用于煤矿机掘巷道锚杆支护施工时支护作 业，掘进机截割后及时进行临时护顶，以确保锚杆支 护作业人员的安全。该护顶机主要由滑道、滑台、主 臂和护顶梁四大结构部件及液压系统、外配套电气 设备等组成，采用全液压传动，如图３所示。 １一护顶梁；２一主臂；３一糟台；４一滑遁；５一掘进机 图３支护装置与掘进机配套示意 ３．４该护顶装置具有以下特点 １） 选位合理，配套简便，对掘进机的改制量很 小，不干扰掘进机的运动和截割、装载作业功能。 ２） 单独配置泵站，使其具有独自的动力系统 和运动功能，方便生产厂家直接检验出厂和现场配 套。 ３）在空顶区及时快速临时护顶。 ４） 以护为主，护顶面积大，承载力大，满足临 时支护的要求。 该临时支护装置的主要技术指标见表２。 ３．５机载临时支护装置的应用效果 １） 加快了掘进速度，提高了掘进效率。采用 机载超前支护装置后，综掘掘进进尺有了较大提高， 采用“一掘两锚”施工工艺， （下转第３Ｏ页） 戚飞飞：风机在线监测的设计与核心部件选型 第２１卷第６期 原理与ＦＣ４功能相同。 ５结语 使用高可靠性的工控ＰＬＣ设计和实现通风机 的在线监测及控制，通过与中央控制室工业控制计 算机联网，实现了通风机的远程监视和控制，解决了 以前风机监测系统过于简单、部分关键参数（如风 机流量）监测精度较低、监测内容不全面、未与调度 中心进行信息系统集成等问题。实现了对各种影响 风机运行情况的及时报警，保证了风机的安全、高效 和稳定运行。 图６ ＦＣ８功能的梯形图 电 ［责任编辑：王伟瑾］ 图７ ＦＣ９功能的梯形图 ‘．＾．＾ ‘＾． ．＾． ’ ．＾．＾．＾．＾． ’ ．＾．＾．＾． ＾＾‘ ． ＾．＾＾４ ’ ． ．＾＾．＾＾． －。．＾． ‘． ‘ － ． ’。．－’－～．＾．＾，’一．一 ． ．＾．， ．＾．＾． ’ ．＾． ’ ．＾．＾ ＾＾． ． ．＾． ’ ‘＾． ＾ （上接第１０页）日进尺比原来提高４．０～５．０ ｍ，掘 进效率提高３０％左右。 障率低，维护量小。 ２） 及时支护空顶区，减轻劳动强度。原采用 １） 管缝式锚杆用于巷道掘进时的临时支护 的锚杆前探梁和轻型单体液压支柱相配合的临时支 护方式，工人劳动强度大，费工费时。用临时支护装 时，通过自身的涨力对煤体施加径向力，从而对煤体 置替代后，实现了综掘自动临时支护，取得了良好的 起到加固作用。管缝式锚杆临时支护能使巷道围岩 形成结构，有效控制冒顶事故的发生，适用于煤层较 支护效果。 构造多，经常通过构造区，顶板难以控制的情 ３） 该临时支护装置为主动支护与被动支护相 松散， 结合，能有效减少冒顶事故的发生，最大程度避免掘 况。４结语 进工作面人身安全事故，提高了作业面的安全度；故 表２主要技术指标 ２） 综掘机载式临时支护装置实现了临时支 参考文献： ［１］ 张乾，赵顺法，赵建军．开拓巷道过断层带超前临时 护的机械化，提高了临时支护速度，及时支护空顶 区，减轻劳动强度，初期还能提供更大的承载力，增 加了临时支护的强度，同时该装置进行临时支护时， 支护技术［Ｊ］．煤，２００６，１５（１）：３１—３２． ［２］孙汉春．掘进头超前支护的研制［Ｊ］．煤炭科学技术， １９９１（１２）：４２—４５． 为主动支护与被动支护相结合，能最大限度的减少 冒顶事故的发生。 ［３］ 段７１． 石，白运华，黄义通．机载式临时支护装置在济宁 ３） 伯方煤矿二盘区回风巷掘进采用机载式 临时支护装置后，临时支护全机械化，实现了综掘自 二号煤矿的应用［Ｊ］．煤矿现代化，２０１０，３６（３）：７０— ［４］ 闫翠萍．掘进机机载临时支护装置的应用［Ｊ］．山西煤 炭，２０１１，３１（４）：３３—３４． 动临时支护，日进尺比原来提高４．０～５．０ Ｉｎ，掘进 效率显著提高，在３０％左右，工作面的安全情况也 有了显著的改善。 ３０ ［责任编辑：王伟瑾］