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【摘要】针对目前掘进巷道超前支护，介绍超前支护的工作原理，并总结目前超前支护存在的问题。
【关键词】巷道掘进；空顶区域；超前；临时支护
一、巷道掘进技术现状
掘进和回采是煤矿生产的重要环节，采掘技术及其装备水平直接关系到煤矿的生产能力和安全性。高效机械化掘进与支护是保证矿井实现安全高效的必要条件，也是巷道掘进技术的发展方向。
目前，煤矿掘进巷道中大量的是煤巷，占总掘进巷道工程量的70％左右。煤巷掘进设备主要是适应经济截割普氏系数f≤4的煤巷掘进。
煤巷综合机械化掘进设备一般由悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机、单体锚杆钻机、通风除尘设备及供电系统等组成。
纵观国内外现有掘进技术，虽然已经有了各种掘锚机组和许多新技术、新材料、新工艺的出现，降低了由掘进向锚杆支护的切换时间，但是仍未有效地解决掘进和永久支护并行作业的问题，严重制约着综掘机效率的发挥。
在掘进机开机率不足情况下，仅靠增加掘进头、提高掘进机档次等手段，无法有效提高掘进效率。传统的掘进和支护工艺，在掘进头裸露顶板下进行永久支护作业，存在较大的安全隐患。同时，在一些煤层富含瓦斯的高瓦斯矿区，增加掘进头又意味着增大瓦斯事故发生的几率。
二、巷道掘进临时支护技术现状
掘进工作面临时支护的安全问题，是长期困扰煤炭生产的技术难题，因为巷道掘进后顶板裸露，不能有效得到及时支护，容易发生顶板冒落造成伤人事故。
国内大多数矿井掘进工作面均采用临时支护。现普遍采用的临时支护有：前探梁临时支护，支柱加托梁式临时支护和掘进机机载临时支护装置。这几种临时支护方式一定程度的缓解了掘进工作面迎头支护的压力，改善了工作面支护状况，但也存在许多不足。
三、常见的临时支护工作原理及存在问题
1、前探梁临时支护
前探梁临时支护，其结构由吊挂环、插杆、木板等组成。是利用固定在迎头支护锚杆上的吊环的悬吊和迎头岩壁预留孔的支撑将插杆沿顶悬起，插杆上铺设木板，从而防止迎头空顶区顶板掉落伤人。
前探梁临时支护，受巷道成型、顶板平整度以及破碎度等的影响较大，其主要问题是：
（1）前探梁对迎头空顶区的支护为被动支护。
（2）支护没有初撑力，前探插杆容意下滑，存在较大的安全隐患。
（3）不能对空顶区全面进行有效支护，如遇到顶板破碎等情况，使用效果差。
（4）支护操作过程复杂，需要人工移动，劳动强度较大，支护速度慢、效率低。
（5）铺网作业时，操作人员必须进入空顶区，作业安全难以保证。
2、支柱加托梁式临时支护装置
支柱加托梁式临时支护，采用单体支柱、方木；单体支柱上铺设方木以增大护顶面积，从而防止迎头空顶区顶板离层掉落伤人。
支柱加托梁式临时支护，存在安全性低、可靠性差、操作过程复杂、依靠人工作业、支护时间长和临时支护效率低等问题，不能满足矿井安全高效和安全生产的目的。
3、掘进机机载临时支护装置
机载临时支护装置安装在掘进机前中部，主要由左右底座、左右机架、左右翻转架、左右折臂架和顶架梁组成。正常掘进时，该装置折叠收缩在截割减速机背部，不干扰掘进机运动和截割作业；支护作业时，通过操作支护折叠架的液压控制阀控制折叠架位置，使折叠架伸出支撑顶板，完成掘进巷道支护。
机载临时支护装置主要问题是：
（1）当掘进巷道高度在3200mm及以下时，机载临时支护无法伸展或伸展不开，难以形成有效支护。
（2）临时支护装置顶梁一般长2.2m，宽1.7m。一般安全高效工作面，顺槽宽度通常3.5～4m。临时支护面积及有效支护空间小，不能实现对掘进巷道的全断面支护，存在安全隐患。
（3）进行掘进巷道永久支护时，操作人员在空顶区下作业，存在安全隐患。
（4）装置结构强度较低，使用过程中易出现断裂、开焊等情况。
（5）对顶板适应性较差。掘进作业时，若遇到顶底板起伏、巷道变低等情况，机载临时支护不能完全展开，达不到对初撑力要求。
（6）对破碎煤岩顶板，临时支护装置难以提供有效支撑，影响锚杆等永久支护效果。
（7）必须对迎头进行永久支护后，才能实现拉移转载皮带等后续工作，影响掘进速度。
（8）临时支护时掘进机处于开机状态，操作人员在掘进机截割头附近进行支护和联网作业，存在安全隐患。
四、ZJC2×880/22/35型迈步式超前支护装置的应用情况
1、设备介绍
该锚网巷道综掘超前支护装置是辽宁天安矿山科技有限公司根据原有超前支护装备的基础上，结合范各庄煤矿煤岩特征及巷道掘进工艺设备等条件，研制的巷道掘进临时支护设备该装备采用了两组横梁加顺梁的复合顶梁，并通过立柱支撑的框架交错式结构。
两组复合顶梁互为支撑，通过位于顶梁内的移架千斤顶相互推拉行走。在移架过程中，两组顶梁交替支撑，始终有一组处于接顶状态；支撑顶板的一组同时也为降架的一组提供行走滑道。同时通过两组顺梁的合理分布布置，在满足接顶支护的同时，留设了允许打锚杆作业的顺梁间隙。采用铰接顺梁，前端设导网和钢带辅助机构。
2、移架：操作步骤
1、收前梁向下旋转，左右笃定架滑落至最低位置。2、将事先好的网挂在前梁上。3、将前梁伸出，向上旋转。4、联网。5、综掘机掘进1m。6、收阀片，将前辅立柱与后辅立柱收至距地面高400mm。7、伸阀片，左右移架千斤顶伸出状态，操作时必须左右运道一致；若发生不同步时，用单侧千斤顶进行调整，顶网自动铺设，行程为1m；8、伸阀片，将前辅立柱与后辅立柱伸至接好顶板。9、收閥片，将前立柱与后立柱收至距地面高度400mm。10、收阀片，左右移架千斤顶收缩状态，操作时必须左右运动一致；若发生不同步时，用单侧千斤顶进行调正。11、伸阀片，将前立柱与后立柱伸至接好顶板。12、掘进机继续掘进，每掘进1m，重复6-11步骤。13、掘进机停机，从装置中退出。14、人员进入，将锚杆机、锚杆等搬入装置内。15、铺设两边帮网，视情况可随顶网预先铺设。16、进行永久支护。
3、生产使用情况分析
1、优点
1）有足够的支护强度，能有效地管理掘进工作面控顶区的顶板，确保掘进工作面的作业安全。
2）从设计理念看，应该是目前国内在临时支护方面，较为先进的技术，实现了对顶板的主动支护，有较好的安全效果。
2、不足之处
1）受顶板条件的限制，使用此装置后掘进单进效率没有达到预期的效果
2）操作工序复杂。掘进进尺时，在正常一个循环过程中，为完成割煤、超前临时支护、永久支护这个几个大的步骤，操作过程中共涉及十几项内容，内容多、操作复杂，耗时较长，平均每移动一个循环需要40分钟，制约了掘进效率。
3）地质条件发生变化时，对顶板支护能力的适应性差。当掘进遇断层或顶部破碎易冒落时，该设备不能达到接顶要求，为能有效控制顶板，并对顶板有一定的初撑力，需在支架与顶板支架空顶部分打木垛接顶，增加的劳动强度。当巷道由于地质变化，顶、底板突然出现起伏较大或顶板出现台阶时，该支架不能及时适应条件变化，影响正常生产。
4）行走支架时，易对原有支护造成破坏。在移架、升架的过程中，支架的横梁、顺梁容易挂卡原有的顶锚杆，对原有支护造成破坏。且由于本支架需接顶，造成迎头无法布置锚索，只能在掘进机转载后打锚索，造成锚索支护不能及时布置到迎头，对顶板支护不利。
5）拆安装、运输困难。每次安装所需时间约3-4天，支架部件多、体积重量较大，运输不方便；安装时需整体起吊框架，由于本体重量较大，起吊困难，危险系数大。
五、结论
目前锚网巷道超前支护方式有很多种，均在不同程度上提高了掘进作业的安全系数。但是无形中也增加了掘进支护的操作工序，降低了有效的劳动时间。今后巷道临时支护要兼顾以下两个方面：提高掘进机开机率和掘进效率；保障工人在支护作业时的安全；确保超前支护的强度的前提下，尽量做到轻便、操作简单上手。
【关键词】巷道掘进；空顶区域；超前；临时支护
一、巷道掘进技术现状
掘进和回采是煤矿生产的重要环节，采掘技术及其装备水平直接关系到煤矿的生产能力和安全性。高效机械化掘进与支护是保证矿井实现安全高效的必要条件，也是巷道掘进技术的发展方向。
目前，煤矿掘进巷道中大量的是煤巷，占总掘进巷道工程量的70％左右。煤巷掘进设备主要是适应经济截割普氏系数f≤4的煤巷掘进。
煤巷综合机械化掘进设备一般由悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机、单体锚杆钻机、通风除尘设备及供电系统等组成。
纵观国内外现有掘进技术，虽然已经有了各种掘锚机组和许多新技术、新材料、新工艺的出现，降低了由掘进向锚杆支护的切换时间，但是仍未有效地解决掘进和永久支护并行作业的问题，严重制约着综掘机效率的发挥。
在掘进机开机率不足情况下，仅靠增加掘进头、提高掘进机档次等手段，无法有效提高掘进效率。传统的掘进和支护工艺，在掘进头裸露顶板下进行永久支护作业，存在较大的安全隐患。同时，在一些煤层富含瓦斯的高瓦斯矿区，增加掘进头又意味着增大瓦斯事故发生的几率。
二、巷道掘进临时支护技术现状
掘进工作面临时支护的安全问题，是长期困扰煤炭生产的技术难题，因为巷道掘进后顶板裸露，不能有效得到及时支护，容易发生顶板冒落造成伤人事故。
国内大多数矿井掘进工作面均采用临时支护。现普遍采用的临时支护有：前探梁临时支护，支柱加托梁式临时支护和掘进机机载临时支护装置。这几种临时支护方式一定程度的缓解了掘进工作面迎头支护的压力，改善了工作面支护状况，但也存在许多不足。
三、常见的临时支护工作原理及存在问题
1、前探梁临时支护
前探梁临时支护，其结构由吊挂环、插杆、木板等组成。是利用固定在迎头支护锚杆上的吊环的悬吊和迎头岩壁预留孔的支撑将插杆沿顶悬起，插杆上铺设木板，从而防止迎头空顶区顶板掉落伤人。
前探梁临时支护，受巷道成型、顶板平整度以及破碎度等的影响较大，其主要问题是：
（1）前探梁对迎头空顶区的支护为被动支护。
（2）支护没有初撑力，前探插杆容意下滑，存在较大的安全隐患。
（3）不能对空顶区全面进行有效支护，如遇到顶板破碎等情况，使用效果差。
（4）支护操作过程复杂，需要人工移动，劳动强度较大，支护速度慢、效率低。
（5）铺网作业时，操作人员必须进入空顶区，作业安全难以保证。
2、支柱加托梁式临时支护装置
支柱加托梁式临时支护，采用单体支柱、方木；单体支柱上铺设方木以增大护顶面积，从而防止迎头空顶区顶板离层掉落伤人。
支柱加托梁式临时支护，存在安全性低、可靠性差、操作过程复杂、依靠人工作业、支护时间长和临时支护效率低等问题，不能满足矿井安全高效和安全生产的目的。
3、掘进机机载临时支护装置
机载临时支护装置安装在掘进机前中部，主要由左右底座、左右机架、左右翻转架、左右折臂架和顶架梁组成。正常掘进时，该装置折叠收缩在截割减速机背部，不干扰掘进机运动和截割作业；支护作业时，通过操作支护折叠架的液压控制阀控制折叠架位置，使折叠架伸出支撑顶板，完成掘进巷道支护。
机载临时支护装置主要问题是：
（1）当掘进巷道高度在3200mm及以下时，机载临时支护无法伸展或伸展不开，难以形成有效支护。
（2）临时支护装置顶梁一般长2.2m，宽1.7m。一般安全高效工作面，顺槽宽度通常3.5～4m。临时支护面积及有效支护空间小，不能实现对掘进巷道的全断面支护，存在安全隐患。
（3）进行掘进巷道永久支护时，操作人员在空顶区下作业，存在安全隐患。
（4）装置结构强度较低，使用过程中易出现断裂、开焊等情况。
（5）对顶板适应性较差。掘进作业时，若遇到顶底板起伏、巷道变低等情况，机载临时支护不能完全展开，达不到对初撑力要求。
（6）对破碎煤岩顶板，临时支护装置难以提供有效支撑，影响锚杆等永久支护效果。
（7）必须对迎头进行永久支护后，才能实现拉移转载皮带等后续工作，影响掘进速度。
（8）临时支护时掘进机处于开机状态，操作人员在掘进机截割头附近进行支护和联网作业，存在安全隐患。
四、ZJC2×880/22/35型迈步式超前支护装置的应用情况
1、设备介绍
该锚网巷道综掘超前支护装置是辽宁天安矿山科技有限公司根据原有超前支护装备的基础上，结合范各庄煤矿煤岩特征及巷道掘进工艺设备等条件，研制的巷道掘进临时支护设备该装备采用了两组横梁加顺梁的复合顶梁，并通过立柱支撑的框架交错式结构。
两组复合顶梁互为支撑，通过位于顶梁内的移架千斤顶相互推拉行走。在移架过程中，两组顶梁交替支撑，始终有一组处于接顶状态；支撑顶板的一组同时也为降架的一组提供行走滑道。同时通过两组顺梁的合理分布布置，在满足接顶支护的同时，留设了允许打锚杆作业的顺梁间隙。采用铰接顺梁，前端设导网和钢带辅助机构。
2、移架：操作步骤
1、收前梁向下旋转，左右笃定架滑落至最低位置。2、将事先好的网挂在前梁上。3、将前梁伸出，向上旋转。4、联网。5、综掘机掘进1m。6、收阀片，将前辅立柱与后辅立柱收至距地面高400mm。7、伸阀片，左右移架千斤顶伸出状态，操作时必须左右运道一致；若发生不同步时，用单侧千斤顶进行调整，顶网自动铺设，行程为1m；8、伸阀片，将前辅立柱与后辅立柱伸至接好顶板。9、收閥片，将前立柱与后立柱收至距地面高度400mm。10、收阀片，左右移架千斤顶收缩状态，操作时必须左右运动一致；若发生不同步时，用单侧千斤顶进行调正。11、伸阀片，将前立柱与后立柱伸至接好顶板。12、掘进机继续掘进，每掘进1m，重复6-11步骤。13、掘进机停机，从装置中退出。14、人员进入，将锚杆机、锚杆等搬入装置内。15、铺设两边帮网，视情况可随顶网预先铺设。16、进行永久支护。
3、生产使用情况分析
1、优点
1）有足够的支护强度，能有效地管理掘进工作面控顶区的顶板，确保掘进工作面的作业安全。
2）从设计理念看，应该是目前国内在临时支护方面，较为先进的技术，实现了对顶板的主动支护，有较好的安全效果。
2、不足之处
1）受顶板条件的限制，使用此装置后掘进单进效率没有达到预期的效果
2）操作工序复杂。掘进进尺时，在正常一个循环过程中，为完成割煤、超前临时支护、永久支护这个几个大的步骤，操作过程中共涉及十几项内容，内容多、操作复杂，耗时较长，平均每移动一个循环需要40分钟，制约了掘进效率。
3）地质条件发生变化时，对顶板支护能力的适应性差。当掘进遇断层或顶部破碎易冒落时，该设备不能达到接顶要求，为能有效控制顶板，并对顶板有一定的初撑力，需在支架与顶板支架空顶部分打木垛接顶，增加的劳动强度。当巷道由于地质变化，顶、底板突然出现起伏较大或顶板出现台阶时，该支架不能及时适应条件变化，影响正常生产。
4）行走支架时，易对原有支护造成破坏。在移架、升架的过程中，支架的横梁、顺梁容易挂卡原有的顶锚杆，对原有支护造成破坏。且由于本支架需接顶，造成迎头无法布置锚索，只能在掘进机转载后打锚索，造成锚索支护不能及时布置到迎头，对顶板支护不利。
5）拆安装、运输困难。每次安装所需时间约3-4天，支架部件多、体积重量较大，运输不方便；安装时需整体起吊框架，由于本体重量较大，起吊困难，危险系数大。
五、结论
目前锚网巷道超前支护方式有很多种，均在不同程度上提高了掘进作业的安全系数。但是无形中也增加了掘进支护的操作工序，降低了有效的劳动时间。今后巷道临时支护要兼顾以下两个方面：提高掘进机开机率和掘进效率；保障工人在支护作业时的安全；确保超前支护的强度的前提下，尽量做到轻便、操作简单上手。