一、煤矿掘进生产中存在的问题

目前，煤矿掘进作业主要以综掘与炮掘为主，随着装备与技术的不断进步，综合机械化掘进必将成为将来煤矿开拓掘进的主流方向。现在掘进机已经从以前的传统机型发展为掘锚一体机和连采机，但是无论使用什么型号的掘进机，不管它的掘进速度有多快，样式有多么复杂，都无法真正突破目前煤矿掘进生产中面临的最大技术瓶颈，那就是掘进前进到一定长度时，必须停止掘进机作业，对工作面迎头的顶板及俩帮进行支护，严禁空顶作业。这样，就出现了如下的问题：

1.掘进与支护无法同时平行作业，在掘进作业时，掘进机前面不得有其他人员作业，在工作面进行支护作业时，掘进机必须截割头落地并且停电闭锁。以常见的综掘锚网工艺为例，考虑到顶板及侧帮煤岩牢固及人员安全，在巷道掘进到规定距离时（一般为0.8-1.5米），必须停机进行支护，人员不能在没有支护的环境中工作，必须先进行临时支护，然后进行永久支护。掘进和支护工序不能同步进行，在掘进时，支护工必须停止支护作业，而在支护时，掘进作业必须停止。掘进作业和支护作业互相影响互相制约，严重影响了设备及人员的生产效率，严重影响掘进速度，影响单班掘进产量，从而影响企业效益和收入。

2.人员在工作面进行临时支护及永久支护作业时，存在高处坠落、顶板及侧帮围岩垮落伤人等安全风险。

二、煤矿掘进巷道综合支护装置的研发背景

本套巷道综合支护成套设备研发团队成员均来自煤矿采掘机电一线，有丰富的实际生产经验，通过多年总结探索和科研攻关，不断修订完善，最终攻克了这一困扰煤矿掘进生产的历史性难题，本套技术成果在2017年已经取得2项国家发明专利和1项实用新型专利。主要可以用于煤矿及非煤井工矿的井开拓掘进巷道支护、长壁式回采工作面上下安全出口超前支护、充填式开采综合支护等生产场所。

三、煤矿掘进巷道综合支护装置具体介绍

本套设备是由液压元件与金属构件组成，一套设备可以用于不同断面尺寸的拱形巷道、矩形巷道、梯形巷道等不同断面结构巷道支护使用。可以配套现在市场上所有掘进机、连采机作业。它能实现机械自动化支撑、移架、铺网、架设钢棚梁、打设锚杆锚索和洒水喷雾等一整套工序。不仅具有支护性能好、强度高，移架速度快、安全可靠等优点，最主要的是减轻了一线人员的劳动强度，改善了整个作业场所的工作环境和安全状况，同时具有很大的技术升级空间。 

其整体为门式结构，由端头支架、中部支架、支护平台等几部分组成。在端头支架顶部设计有自动铺网装置，可以完成巷道顶面自动铺设尼龙网（铁丝网）。在端头支架侧壁可以安装2套巷柱式探水钻机，需要进行探水作业时可以快速伸出钻臂，不用时钻机缩回支架侧壁内，不影响其他作业。支架部分整体为组合迈步式结构，采用独创的AB架互补结构，在整套设备前进时，始终有一组支架可靠静态完全接顶支护，不会对顶板造成二次破坏。在其尾部布置有综合支护平台，平台上面可以打锚杆、锚索，完成巷道永久支护。

1.现场应用情况

本套巷道综合支护设备用于煤矿巷道掘进时与掘进机（连采机）没有直接连接，可以全断面对巷道进行支护。它随着掘进面推进自动组合迈步式前移，其采用独创的AB架结构，在移架时可以始终保持工作面及掘进机、二运等设备所在巷道全断面接顶支护。因为本套支护设备可以随着掘进机迅速前移，所以掘进面迎头空顶距很小，不用临时支护，而且把整个永久支护环节放在整套设备尾部，所以掘进和支护互不影响，可以平行作业，是整个作业流程特别顺畅，人员可以各司其职，设备使用率可以显著提升。最重要的是它突破了巷道掘进常规工序的互相制约互相影响的局限，实现了掘进中各个工序的平行作业，大大提高了掘进速度，它的应用将对增加掘进工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产起到不可估量的作用。必将成为掘进综合机械化和自动化不可缺少的关键设备。使用本套巷道支护设备可以改变传统掘进作业的流程，极大的提高掘进速度，减轻现场工作人员的劳动强度，显著提高施工作业场所的安全性。保守的计算，可以将单班掘进产量提高2.5倍以上。

2.本套设备作为长壁式回采工作面上下安全出口超前支护的前景与效益

超前液压支架是2000年之后逐步出现，支护可靠性较好劳动强度不大。其不足之处主要是在其移架时空顶时间较长，如果遇到破碎顶板或突然来压，可能出现漏顶及压垮的危险因素。本套设备以高压液体为动力，随着采煤工作面回采自动迈步式前移，其采用独创的AB架结构，在移架时可以始终保持所在巷道全断面静态接顶支护，提高了安全性能，而且操作简单，可以适应各种地质条件使用要求。

3.本套设备与掘进机（连采机）配合进行充填开采前景与效益

充填开采可以对构筑物下及水体下的资源进行开采，目前国家政策对环保及生态保护的力度越来越大，这也是以后矿物质开采的必选之路，本套设备可以与掘进机（连采机）配合完成充填开采，机动灵活，安全高效，效益显著。

四、在实际生产中的意义

掘进与开拓是煤矿生产建设最基本的工作，掘进的速度与质量直接关系到煤矿安全与效益，本套掘进支护装置根据我们多年的煤矿生产经验结合煤矿的采掘技术历时8年研究而成，其有效的解决了目前煤矿生产中的实际问题，降低了生产成本，提高了安全与设备的综合利用率和单班产量，理顺了生产的工序，加快了生产的速度，减轻了人员的劳动强度，同时有很大的技术改造升级的空间。

本套专利技术开创了一个全新的技术领域，改变了煤矿掘进生产传统的工序流程。可以与现在通用的各种掘进设备配套使用，一套设备可以满足不同断面结构和不同地质条件及不同支护形式使用。必将成为未来现代化煤矿机械化掘进必不可少的关键设备。

本套专利设备结构简单、操作方便，使用本装置后，正常掘进作业进度是传统工艺流程的2.5倍以上，而且降低了人员劳动强度，考虑到其它因素，按2倍保守计算，目前煤巷掘进单价2000元/米以上，按照2000元计算，每天可以多掘进6-10米以上，每天可以多创造掘进产值12000元以上，煤矿企业投入使用后，在几个月就可以收回投资成本。由于本套专利设备是全断面接顶支护，极大的提高了掘进工作面的安全状况，所创造的安全效益无法用现金来衡量。对于一个煤矿企业来说，只要真正的解决了他们的实际问题，提高了他们的实际经济利润和安全效益，才是检验我们的成果唯一标准。

五、对于前期市场调研中各位专家和社会各界提出的疑问解答

煤矿掘进巷道综合支护装置等整套技术成果在国家专利局认证授权后，得到了社会各界的广泛关注。为了更好的优化设计，找出不足之处，我们在山东、内蒙古、河北、山西等地邀请了许多煤炭生产及煤机制造领域的专家对本套科技成果进行了多次专题调研，各位专家提出了很多宝贵的建议和意见，现整理如下：

1.现在市场上也有掘进支架，但是反复支撑会对顶板造成二次破坏，请问本装置如何解决？

现在市场上的掘进巷道支架由于反复动态支撑会产生反复交变剪切应力，对顶板造成破坏，我们的支架在接顶设计上有很大的区别；我的支架在设计时就考虑到这一问题，移架采用组合迈步式结构，我们支架分为A·B两组支架在任何一组支架降低高度不接顶移架时；另一组支架全断面可靠静态接顶支护，同时在液压支撑系统也做了防过压保护，而且最重要的是在顶梁设计为铰接曲面结构，不会对顶板围岩造成二次破坏。

2.在地质情况复杂顶板破碎时可以使用吗？

本套设备在设计时就是按照复杂地质条件和破碎顶板条件进行设计的，整体为门式结构，尤其在顶部，本套设备可以完成全面铺网，在侧帮也是半封闭结构设计，采用独创的组合迈步A.B架设计，在移架时，保证全断面静态接顶支护，不会对顶板造成二次破坏。

3.煤矿巷道由于功能不同可能存在断面形状及尺寸变化，购买一套设备能不能满足煤矿不同巷道使用的技术要求？

本套设备采用可调式顶梁结构，一套装备可以完成不同规格尺寸的拱形，矩形、梯形巷道支护任务，而且操作简单，可以在使用中随时调整支架支护宽度。解决了设备利用率低的问题。

4.本设备的液压系统操作是否简单易行，会不会影响其他掘进工作？

液压操作技术目前在工业控制技术领域属于成熟技术。本套设备液压元件属于简单类型，液压操作系统有就地手动操作和远程遥控操作2种操作模式，本套设备液压系统不管是手动模式还是遥控模式都比较简单易操作。

5.巷道综合支护装置稳定性如何，会不会出现栽头、后仰等现象？

本套设备在设计时就综合考虑了稳定性和灵活性兼顾的问题，在巷道断面的4个拐点分别有单独的推移油缸连接，整套设备整体性强，同时移动灵活。可以在坡度角小于45°的巷道内正常使用。

6.现在市场上有的掘进机上布置了超前支护机构和锚杆机，甚至还有了掘锚一体机供使用，为什么还要这套巷道综合支护装置？

现在有的掘进机上配备了超前支护机构和锚杆机，还有掘锚一体机也有应用，但是不管是什么配置，在支护作业时，必须停止掘进作业，在掘进机掘进时，无法进行超前支护及安装锚杆等操作。而本套综合支护就是彻底解决了这个问题，让掘进作业和支护作业可以平行进行，理顺了操作作业流程，提高了生产效率。

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