论文部分内容阅读
摘 要：对架棚巷道前探梁式超前支护形式进行分析研究，对架棚巷道临时支护前探梁托梁器进行改进和创新，更好地服务生产。
关键词：液压 超前支护 前探梁 托梁器
中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1007—3973（2012）009—059—02
1 前言
近年来，随着煤矿开采深度的增加和地质条件复杂程度的不断加大，煤矿顶板事故在煤矿安全事故中所占的比例不断上升，2000年，已达到40%。有效加强顶板管理并进行技术革新是防治煤矿安全事故的一项重要内容。在架棚巷道掘进时采用前探梁支护形式对顶板进行临时性支护时，如果防范措施不到位，作业人员窜梁时，将探梁卸下迈步向前，再重新固定，或在空顶下作业，极易发生顶板事故，如掉矸砸人，冒顶等。如何解决这些问题，郑煤集团老君堂煤矿对架棚巷道前探梁托梁器进行改进和创新，取得了良好效果。
2 技术改进的过程
掘进巷道临时支护措施不到位或者无临时支护时，使个别岩煤块掉落或薄岩煤层脱落造成冒顶事故。特别是钻爆法掘进，因爆破引起的冲击波和震动使巷道围岩造成裂隙和破坏，爆破后围岩凸凹不平，引起应力集中。另外掘进头顶板悬露面积小，顶板在端面和巷道两侧受到原岩体的支撑和约束，虽然掘进时破坏了原岩体的平衡，但建立在新的平衡过程中并不能引起上覆岩层的大量移动、变形、破坏等，所以掘进头冒顶前一般无明显预兆。因此，临时支护十分重要。
一般来说，在锚喷巷道中使用点柱式超前支护，在架棚巷道使用吊环前探梁式超前支护。架棚支护一般使用U型钢和工字钢，使用的超前临时支护形式为前探梁式。前探梁须使用金属前探梁，选用11kg/m轻轨或12#工字钢或 型钢，长度均为3米，前探梁式超前支护要在等距离平行巷道中心线上布置，当巷道宽度（梯形棚以顶梁长）<=2.4m时，采用2根，宽度>2.4米时，必须采用三根，每根两处固定，一般的固定方式吊环式，用铁链将探梁固定牢靠，铁链两端用螺丝缝合，架棚巷道探梁固定在后面支架上，窜探梁时将支架梁直接挂在探梁上，让探梁将其拖住，然后直接按作业规程要求背顶，用木楔打上劲，超前支护即告完成。由于每次窜梁时都要松掉铁链上的至少2对螺丝，费工费时，这种方式对于老君堂矿大倾角掘进巷道，已经不能满足安全需要。
郑煤集团老君堂矿根据矿井自身的特点，对架棚巷道托梁器进行了改进。由于老君堂煤矿煤系地层是位于区域构造运动发育影响下的全区滑动构造之下的断层与褶曲构造体中，岩性比较破碎，因此掘进巷道一般使用架棚支护形式。在架棚巷道使用前探梁托梁器时，发现通过改进托梁器顶梁装置有利于减少施工工序，采用螺旋式装置进行托梁，通过实践发现螺旋式托梁器比较笨重，操作费时费力，经过反复研究实验，把托梁器托板以下的螺旋结构改成油压装置后，使托梁器的重量减轻大半，操作起来简便易行，但托梁器的强度并没有减轻。随后在老君堂各个掘进头进行实践，很快得到肯定。液压式托梁器在老君堂普及使用后，既有效防止了冒顶事故，又提高了掘进头的工作效率。
3 托梁器的结构及工作原理
液压式多功能前探梁托梁器主要组成部分为托梁器外罩、挂钩、油压装置、底托板等（见图1）。其工作原理是油压装置通过压杆顶住前探梁，底托板与挂钩通过螺丝连接，在悬挂前探梁时，把挂钩挂到支架上，托梁器底托板拖住前探梁，油压装置顶住支架，通过调节油压控制前探梁的松紧。在窜梁前，稍微松开油压装置，待梁窜到位后再升紧托梁器，减少了用铁链松动螺丝的工序，节省了时间和人力，保证窜梁的安全。
油压装置的最大负荷可以根据顶梁及前探梁承受的压力计算，其中掘进工作面空顶范围内的顶压根据松散介质理论计算公式P=（k/f）€譨2€譺计算，k—顶压系数，中硬岩取4/3；f—冒落拱范围内顶板岩石硬度系数，F值取5；a—巷道跨度之半，a=2m；r—冒落范围内顶板岩密度，取r=25KN/m3。
由于掘进工作面一般使用3根金属前探梁，则每根前探梁承受的压力为P/3，掘进工作面最大控顶距为b为1.5米，这样每根前探梁上的线荷载为q=（p/3）€譩，油压装置根据掘进巷道的岩性计算出前探梁所承受的压力，然后就可以选出适当的油压装置，即满足要求，又轻便灵巧。
4 结语
使用液压式多功能前探梁托梁器有两大作用：（1）控制巷道掘进后顶板岩层在不松动情况下及时安设前探梁，杜绝人员进行空顶作业，确保在顶板未进行正规支护时有一个安全可靠的环境。（2）节省人力物力和施工工序，通过托梁器直接窜梁，减少了通过人力松动铁链和螺丝，窜梁后再上紧螺丝的工序，巷道掘进后，及时“敲帮问顶”，将顶板临时支护好，待棚架设完毕，拆除也很方便，在大大提高了安全系数的同时，省时、省力、提高工作效率。这种托梁器即适用工字钢巷道，也适用U型钢巷道，通过在老君堂矿反复研究实验，液压式多功能前探梁托梁器在改善工人工作条件和工作环境方面，起到了很大的作用。
关键词：液压 超前支护 前探梁 托梁器
中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1007—3973（2012）009—059—02
1 前言
近年来，随着煤矿开采深度的增加和地质条件复杂程度的不断加大，煤矿顶板事故在煤矿安全事故中所占的比例不断上升，2000年，已达到40%。有效加强顶板管理并进行技术革新是防治煤矿安全事故的一项重要内容。在架棚巷道掘进时采用前探梁支护形式对顶板进行临时性支护时，如果防范措施不到位，作业人员窜梁时，将探梁卸下迈步向前，再重新固定，或在空顶下作业，极易发生顶板事故，如掉矸砸人，冒顶等。如何解决这些问题，郑煤集团老君堂煤矿对架棚巷道前探梁托梁器进行改进和创新，取得了良好效果。
2 技术改进的过程
掘进巷道临时支护措施不到位或者无临时支护时，使个别岩煤块掉落或薄岩煤层脱落造成冒顶事故。特别是钻爆法掘进，因爆破引起的冲击波和震动使巷道围岩造成裂隙和破坏，爆破后围岩凸凹不平，引起应力集中。另外掘进头顶板悬露面积小，顶板在端面和巷道两侧受到原岩体的支撑和约束，虽然掘进时破坏了原岩体的平衡，但建立在新的平衡过程中并不能引起上覆岩层的大量移动、变形、破坏等，所以掘进头冒顶前一般无明显预兆。因此，临时支护十分重要。
一般来说，在锚喷巷道中使用点柱式超前支护，在架棚巷道使用吊环前探梁式超前支护。架棚支护一般使用U型钢和工字钢，使用的超前临时支护形式为前探梁式。前探梁须使用金属前探梁，选用11kg/m轻轨或12#工字钢或 型钢，长度均为3米，前探梁式超前支护要在等距离平行巷道中心线上布置，当巷道宽度（梯形棚以顶梁长）<=2.4m时，采用2根，宽度>2.4米时，必须采用三根，每根两处固定，一般的固定方式吊环式，用铁链将探梁固定牢靠，铁链两端用螺丝缝合，架棚巷道探梁固定在后面支架上，窜探梁时将支架梁直接挂在探梁上，让探梁将其拖住，然后直接按作业规程要求背顶，用木楔打上劲，超前支护即告完成。由于每次窜梁时都要松掉铁链上的至少2对螺丝，费工费时，这种方式对于老君堂矿大倾角掘进巷道，已经不能满足安全需要。
郑煤集团老君堂矿根据矿井自身的特点，对架棚巷道托梁器进行了改进。由于老君堂煤矿煤系地层是位于区域构造运动发育影响下的全区滑动构造之下的断层与褶曲构造体中，岩性比较破碎，因此掘进巷道一般使用架棚支护形式。在架棚巷道使用前探梁托梁器时，发现通过改进托梁器顶梁装置有利于减少施工工序，采用螺旋式装置进行托梁，通过实践发现螺旋式托梁器比较笨重，操作费时费力，经过反复研究实验，把托梁器托板以下的螺旋结构改成油压装置后，使托梁器的重量减轻大半，操作起来简便易行，但托梁器的强度并没有减轻。随后在老君堂各个掘进头进行实践，很快得到肯定。液压式托梁器在老君堂普及使用后，既有效防止了冒顶事故，又提高了掘进头的工作效率。
3 托梁器的结构及工作原理
液压式多功能前探梁托梁器主要组成部分为托梁器外罩、挂钩、油压装置、底托板等（见图1）。其工作原理是油压装置通过压杆顶住前探梁，底托板与挂钩通过螺丝连接，在悬挂前探梁时，把挂钩挂到支架上，托梁器底托板拖住前探梁，油压装置顶住支架，通过调节油压控制前探梁的松紧。在窜梁前，稍微松开油压装置，待梁窜到位后再升紧托梁器，减少了用铁链松动螺丝的工序，节省了时间和人力，保证窜梁的安全。
油压装置的最大负荷可以根据顶梁及前探梁承受的压力计算，其中掘进工作面空顶范围内的顶压根据松散介质理论计算公式P=（k/f）€譨2€譺计算，k—顶压系数，中硬岩取4/3；f—冒落拱范围内顶板岩石硬度系数，F值取5；a—巷道跨度之半，a=2m；r—冒落范围内顶板岩密度，取r=25KN/m3。
由于掘进工作面一般使用3根金属前探梁，则每根前探梁承受的压力为P/3，掘进工作面最大控顶距为b为1.5米，这样每根前探梁上的线荷载为q=（p/3）€譩，油压装置根据掘进巷道的岩性计算出前探梁所承受的压力，然后就可以选出适当的油压装置，即满足要求，又轻便灵巧。
4 结语
使用液压式多功能前探梁托梁器有两大作用：（1）控制巷道掘进后顶板岩层在不松动情况下及时安设前探梁，杜绝人员进行空顶作业，确保在顶板未进行正规支护时有一个安全可靠的环境。（2）节省人力物力和施工工序，通过托梁器直接窜梁，减少了通过人力松动铁链和螺丝，窜梁后再上紧螺丝的工序，巷道掘进后，及时“敲帮问顶”，将顶板临时支护好，待棚架设完毕，拆除也很方便，在大大提高了安全系数的同时，省时、省力、提高工作效率。这种托梁器即适用工字钢巷道，也适用U型钢巷道，通过在老君堂矿反复研究实验，液压式多功能前探梁托梁器在改善工人工作条件和工作环境方面，起到了很大的作用。