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，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
本套設備是由液壓元件與金屬構(gòu)件組成，一套設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?？梢耘涮赚F(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)、架設鋼棚梁、打設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。在端頭支架頂部設計有自動鋪網(wǎng)裝置，可以完成巷道頂面自動鋪設尼龍網(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)場應用情況
本套巷道綜合支護設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、二運等設備所在巷道全斷面接頂支護。因為本套支護設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鍵設備。使用本套巷道支護設備可以改變傳統(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，可以適應各種地質(zhì)條件使用要求。
3.本套設備與掘進機（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)建設最基本的工作，掘進的速度與質(zhì)量直接關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，同時有很大的技術改造升級的空間。
本套專利技術開創(chuàng)了一個全新的技術領域，改變了煤礦掘進生產(chǎn)傳統(tǒng)的工序流程。可以與現(xiàn)在通用的各種掘進設備配套使用，一套設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鍵設備。
本套專利設備結(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成果在國家專利局認證授權后，得到了社會各界的廣泛關注。為了更好的優(yōu)化設計，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動態(tài)支撐會產(chǎn)生反復交變剪切應力，對頂板造成破壞，我們的支架在接頂設計上有很大的區(qū)別；我的支架在設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)情況復雜頂板破碎時可以使用嗎？
本套設備在設計時就是按照復雜地質(zhì)條件和破碎頂板條件進行設計的，整體為門式結(jié)構(gòu)，尤其在頂部，本套設備可以完成全面鋪網(wǎng)，在側(cè)幫也是半封閉結(jié)構(gòu)設計，采用獨創(chuàng)的組合邁步A.B架設計，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，購買一套設備能不能滿足煤礦不同巷道使用的技術要求？
本套設備采用可調(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，而且操作簡單，可以在使用中隨時調(diào)整支架支護寬度。解決了設備利用率低的問題。
4.本設備的液壓系統(tǒng)操作是否簡單易行，會不會影響其他掘進工作？
液壓操作技術目前在工業(yè)控制技術領域?qū)儆诔墒旒夹g。本套設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？
本套設備在設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，整套設備整體性強，同時移動靈活。可以在坡度角小于45°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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