一、煤礦掘進生產(chǎn)中存在的問題
目前，煤礦掘進作業(yè)主要以綜掘與炮掘為主，隨著裝備與技術(shù)的不斷進步，綜合機械化掘進必將成為將來煤礦開拓掘進的主流方向?，F(xiàn)在掘進機已經(jīng)從以前的傳統(tǒng)機型發(fā)展為掘錨一體機和連采機，但是無論使用什么型號的掘進機，不管它的掘進速度有多快，樣式有多么復(fù)雜，都無法真正突破目前煤礦掘進生產(chǎn)中面臨的最大技術(shù)瓶頸，那就是掘進前進到一定長度時，必須停止掘進機作業(yè)，對工作面迎頭的頂板及倆幫進行支護，嚴禁空頂作業(yè)。這樣，就出現(xiàn)了如下的問題：
1.掘進與支護無法同時平行作業(yè)，在掘進作業(yè)時，掘進機前面不得有其他人員作業(yè)，在工作面進行支護作業(yè)時，掘進機必須截割頭落地并且停電閉鎖。以常見的綜掘錨網(wǎng)工藝為例，考慮到頂板及側(cè)幫煤巖牢固及人員安全，在巷道掘進到規(guī)定距離時（一般為0.8-1.5米），必須停機進行支護，人員不能在沒有支護的環(huán)境中工作，必須先進行臨時支護，然后進行永久支護。掘進和支護工序不能同步進行，在掘進時，支護工必須停止支護作業(yè)，而在支護時，掘進作業(yè)必須停止。掘進作業(yè)和支護作業(yè)互相影響互相制約，嚴重影響了設(shè)備及人員的生產(chǎn)效率，嚴重影響掘進速度，影響單班掘進產(chǎn)量，從而影響企業(yè)效益和收入。
2.人員在工作面進行臨時支護及永久支護作業(yè)時，存在高處墜落、頂板及側(cè)幫圍巖垮落傷人等安全風險。
二、煤礦掘進巷道綜合支護裝置的研發(fā)背景
本套巷道綜合支護成套設(shè)備研發(fā)團隊成員均來自煤礦采掘機電一線，有豐富的實際生產(chǎn)經(jīng)驗，通過多年總結(jié)探索和科研攻關(guān)，不斷修訂完善，最終攻克了這一困擾煤礦掘進生產(chǎn)的歷史性難題，本套技術(shù)成果在2017年已經(jīng)取得2項國家發(fā)明專利和1項實用新型專利。主要可以用于煤礦及非煤井工礦的井開拓掘進巷道支護、長壁式回采工作面上下安全出口超前支護、充填式開采綜合支護等生產(chǎn)場所。
三、煤礦掘進巷道綜合支護裝置具體介紹
本套設(shè)備是由液壓元件與金屬構(gòu)件組成，一套設(shè)備可以用于不同斷面尺寸的拱形巷道、矩形巷道、梯形巷道等不同斷面結(jié)構(gòu)巷道支護使用。可以配套現(xiàn)在市場上所有掘進機、連采機作業(yè)。它能實現(xiàn)機械自動化支撐、移架、鋪網(wǎng)、架設(shè)鋼棚梁、打設(shè)錨桿錨索和灑水噴霧等一整套工序。不僅具有支護性能好、強度高，移架速度快、安全可靠等優(yōu)點，最主要的是減輕了一線人員的勞動強度，改善了整個作業(yè)場所的工作環(huán)境和安全狀況，同時具有很大的技術(shù)升級空間。
其整體為門式結(jié)構(gòu)，由端頭支架、中部支架、支護平臺等幾部分組成。在端頭支架頂部設(shè)計有自動鋪網(wǎng)裝置，可以完成巷道頂面自動鋪設(shè)尼龍網(wǎng)（鐵絲網(wǎng)）。在端頭支架側(cè)壁可以安裝2套巷柱式探水鉆機，需要進行探水作業(yè)時可以快速伸出鉆臂，不用時鉆機縮回支架側(cè)壁內(nèi)，不影響其他作業(yè)。支架部分整體為組合邁步式結(jié)構(gòu)，采用獨創(chuàng)的AB架互補結(jié)構(gòu)，在整套設(shè)備前進時，始終有一組支架可靠靜態(tài)完全接頂支護，不會對頂板造成二次破壞。在其尾部布置有綜合支護平臺，平臺上面可以打錨桿、錨索，完成巷道永久支護。
1.現(xiàn)場應(yīng)用情況
本套巷道綜合支護設(shè)備用于煤礦巷道掘進時與掘進機（連采機）沒有直接連接，可以全斷面對巷道進行支護。它隨著掘進面推進自動組合邁步式前移，其采用獨創(chuàng)的AB架結(jié)構(gòu)，在移架時可以始終保持工作面及掘進機、二運等設(shè)備所在巷道全斷面接頂支護。因為本套支護設(shè)備可以隨著掘進機迅速前移，所以掘進面迎頭空頂距很小，不用臨時支護，而且把整個永久支護環(huán)節(jié)放在整套設(shè)備尾部，所以掘進和支護互不影響，可以平行作業(yè)，是整個作業(yè)流程特別順暢，人員可以各司其職，設(shè)備使用率可以顯著提升。最重要的是它突破了巷道掘進常規(guī)工序的互相制約互相影響的局限，實現(xiàn)了掘進中各個工序的平行作業(yè)，大大提高了掘進速度，它的應(yīng)用將對增加掘進工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)起到不可估量的作用。必將成為掘進綜合機械化和自動化不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備。使用本套巷道支護設(shè)備可以改變傳統(tǒng)掘進作業(yè)的流程，極大的提高掘進速度，減輕現(xiàn)場工作人員的勞動強度，顯著提高施工作業(yè)場所的安全性。保守的計算，可以將單班掘進產(chǎn)量提高2.5倍以上。
2.本套設(shè)備作為長壁式回采工作面上下安全出口超前支護的前景與效益
超前液壓支架是2000年之后逐步出現(xiàn)，支護可靠性較好勞動強度不大。其不足之處主要是在其移架時空頂時間較長，如果遇到破碎頂板或突然來壓，可能出現(xiàn)漏頂及壓垮的危險因素。本套設(shè)備以高壓液體為動力，隨著采煤工作面回采自動邁步式前移，其采用獨創(chuàng)的AB架結(jié)構(gòu)，在移架時可以始終保持所在巷道全斷面靜態(tài)接頂支護，提高了安全性能，而且操作簡單，可以適應(yīng)各種地質(zhì)條件使用要求。
3.本套設(shè)備與掘進機（連采機）配合進行充填開采前景與效益
充填開采可以對構(gòu)筑物下及水體下的資源進行開采，目前國家政策對環(huán)保及生態(tài)保護的力度越來越大，這也是以后礦物質(zhì)開采的必選之路，本套設(shè)備可以與掘進機（連采機）配合完成充填開采，機動靈活，安全高效，效益顯著。
四、在實際生產(chǎn)中的意義
掘進與開拓是煤礦生產(chǎn)建設(shè)最基本的工作，掘進的速度與質(zhì)量直接關(guān)系到煤礦安全與效益，本套掘進支護裝置根據(jù)我們多年的煤礦生產(chǎn)經(jīng)驗結(jié)合煤礦的采掘技術(shù)歷時8年研究而成，其有效的解決了目前煤礦生產(chǎn)中的實際問題，降低了生產(chǎn)成本，提高了安全與設(shè)備的綜合利用率和單班產(chǎn)量，理順了生產(chǎn)的工序，加快了生產(chǎn)的速度，減輕了人員的勞動強度，同時有很大的技術(shù)改造升級的空間。
本套專利技術(shù)開創(chuàng)了一個全新的技術(shù)領(lǐng)域，改變了煤礦掘進生產(chǎn)傳統(tǒng)的工序流程?？梢耘c現(xiàn)在通用的各種掘進設(shè)備配套使用，一套設(shè)備可以滿足不同斷面結(jié)構(gòu)和不同地質(zhì)條件及不同支護形式使用。必將成為未來現(xiàn)代化煤礦機械化掘進必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。
本套專利設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，使用本裝置后，正常掘進作業(yè)進度是傳統(tǒng)工藝流程的2.5倍以上，而且降低了人員勞動強度，考慮到其它因素，按2倍保守計算，目前煤巷掘進單價2000元/米以上，按照2000元計算，每天可以多掘進6-10米以上，每天可以多創(chuàng)造掘進產(chǎn)值12000元以上，煤礦企業(yè)投入使用后，在幾個月就可以收回投資成本。由于本套專利設(shè)備是全斷面接頂支護，極大的提高了掘進工作面的安全狀況，所創(chuàng)造的安全效益無法用現(xiàn)金來衡量。對于一個煤礦企業(yè)來說，只要真正的解決了他們的實際問題，提高了他們的實際經(jīng)濟利潤和安全效益，才是檢驗我們的成果唯一標準。
五、對于前期市場調(diào)研中各位專家和社會各界提出的疑問解答
煤礦掘進巷道綜合支護裝置等整套技術(shù)成果在國家專利局認證授權(quán)后，得到了社會各界的廣泛關(guān)注。為了更好的優(yōu)化設(shè)計，找出不足之處，我們在山東、內(nèi)蒙古、河北、山西等地邀請了許多煤炭生產(chǎn)及煤機制造領(lǐng)域的專家對本套科技成果進行了多次專題調(diào)研，各位專家提出了很多寶貴的建議和意見，現(xiàn)整理如下：
1.現(xiàn)在市場上也有掘進支架，但是反復(fù)支撐會對頂板造成二次破壞，請問本裝置如何解決？
現(xiàn)在市場上的掘進巷道支架由于反復(fù)動態(tài)支撐會產(chǎn)生反復(fù)交變剪切應(yīng)力，對頂板造成破壞，我們的支架在接頂設(shè)計上有很大的區(qū)別；我的支架在設(shè)計時就考慮到這一問題，移架采用組合邁步式結(jié)構(gòu)，我們支架分為A·B兩組支架在任何一組支架降低高度不接頂移架時；另一組支架全斷面可靠靜態(tài)接頂支護，同時在液壓支撐系統(tǒng)也做了防過壓保護，而且最重要的是在頂梁設(shè)計為鉸接曲面結(jié)構(gòu)，不會對頂板圍巖造成二次破壞。
2.在地質(zhì)情況復(fù)雜頂板破碎時可以使用嗎？
本套設(shè)備在設(shè)計時就是按照復(fù)雜地質(zhì)條件和破碎頂板條件進行設(shè)計的，整體為門式結(jié)構(gòu)，尤其在頂部，本套設(shè)備可以完成全面鋪網(wǎng)，在側(cè)幫也是半封閉結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用獨創(chuàng)的組合邁步A.B架設(shè)計，在移架時，保證全斷面靜態(tài)接頂支護，不會對頂板造成二次破壞。
3.煤礦巷道由于功能不同可能存在斷面形狀及尺寸變化，購買一套設(shè)備能不能滿足煤礦不同巷道使用的技術(shù)要求？
本套設(shè)備采用可調(diào)式頂梁結(jié)構(gòu)，一套裝備可以完成不同規(guī)格尺寸的拱形，矩形、梯形巷道支護任務(wù)，而且操作簡單，可以在使用中隨時調(diào)整支架支護寬度。解決了設(shè)備利用率低的問題。
4.本設(shè)備的液壓系統(tǒng)操作是否簡單易行，會不會影響其他掘進工作？
液壓操作技術(shù)目前在工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域?qū)儆诔墒旒夹g(shù)。本套設(shè)備液壓元件屬于簡單類型，液壓操作系統(tǒng)有就地手動操作和遠程遙控操作2種操作模式，本套設(shè)備液壓系統(tǒng)不管是手動模式還是遙控模式都比較簡單易操作。
5.巷道綜合支護裝置穩(wěn)定性如何，會不會出現(xiàn)栽頭、后仰等現(xiàn)象？
本套設(shè)備在設(shè)計時就綜合考慮了穩(wěn)定性和靈活性兼顧的問題，在巷道斷面的4個拐點分別有單獨的推移油缸連接，整套設(shè)備整體性強，同時移動靈活?？梢栽谄露冉切∮?5°的巷道內(nèi)正常使用。
6.現(xiàn)在市場上有的掘進機上布置了超前支護機構(gòu)和錨桿機，甚至還有了掘錨一體機供使用，為什么還要這套巷道綜合支護裝置？
現(xiàn)在有的掘進機上配備了超前支護機構(gòu)和錨桿機，還有掘錨一體機也有應(yīng)用，但是不管是什么配置，在支護作業(yè)時，必須停止掘進作業(yè)，在掘進機掘進時，無法進行超前支護及安裝錨桿等操作。而本套綜合支護就是徹底解決了這個問題，讓掘進作業(yè)和支護作業(yè)可以平行進行，理順了操作作業(yè)流程，提高了生產(chǎn)效率。
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