掘进机机载临时支护对掘进工作面顶板管理的重要性

一、引言

随着矿山开采、隧道工程等地下建设规模的不断扩大，掘进工作面顶板事故频发已成为制约行业发展的重要因素。据统计，在矿山掘进作业中，因顶板管理不善引发的事故占比超过 30% ，严重威胁人员生命安全并造成巨大经济损失。传统临时支护方式存在支护滞后、工序衔接不畅等问题，难以满足快速掘进需求。掘进机机载临时支护技术将支护装置集成于掘进机，实现了掘进与支护的同步作业，为顶板管理提供了新的解决方案。深入研究该技术对掘进工作面顶板管理的重要性，对推动地下工程安全高效施工具有重要现实意义。

二、传统伸缩梁临时支护的局限性

（一）使用效率低下

传统伸缩梁临时支护依赖人工操作，需在掘进完成后逐根穿梁并固定，工序繁琐。以某煤矿岩巷掘进为例，单次伸缩梁支护作业耗时约 15-25 分钟，且需 3-4 名工人协同操作。由于支护滞后于掘进，顶板暴露时间长，易引发围岩变形，导致后续永久支护施工难度增加，整体掘进效率降低。据统计，采用伸缩梁支护的巷道月进尺仅为 150 米。

（二）支护强度不足

伸缩梁结构通常为双梁形式，支撑点少且分布不均，难以对顶板形成有效全覆盖支撑。在破碎岩层或松软煤层中，伸缩梁易出现无法有效支撑顶板，无法抵御顶板的不均匀沉降，造成接顶不实，存在较大安全隐患。

（三）人员劳动强度大

伸缩梁的安装、调整及回收均需人工手动操作，工人需频繁搬运、升降钢梁，劳动强度极大。在每班按照 3 个循环的高强度作业下，工人易出现疲劳作业，导致操作失误风险增加。同时，人工操作过程中存在人员登高作业，安全风险显著提升。

三、掘进机机载临时支护的技术优势

（一）技术原理与结构组成

掘进机机载临时支护通过液压机械装置与掘进机机身刚性连接，主要由支护梁、护帮板、液压控制系统及监测模块组成。当掘进机完成一个循环掘进后，支护装置可通过液压驱动快速展开，对顶板进行有效支撑，形成掘进迎头临时有效支护，杜绝出现人员在空顶作业下作业的重大风险情况，同时机载临时支护顶梁可以有效将顶板压力通过液压支撑柱均匀传递至底板，杜绝发生顶板事失稳的情况。

（二）核心技术特点

1.实时响应：支护装置与掘进机联动，可在掘进完成后 3-5 分钟内完成支护作业，实现“随掘随支”。

2.智能调控：液压系统可根据顶板压力自动调节支撑力，适应不同地质条件。

3.整体支护：支护结构覆盖整个掘进断面，避免局部应力集中，提升支护可靠性。

四、掘进机机载临时支护对顶板管理的重要性

（一）增强顶板稳定性

1.及时支护作用：掘进机机载临时支护能够在顶板暴露后立即提供支撑，有效抑制围岩变形。在某煤矿巷道掘进中，采用机载支护后，顶板下沉量较传统支护方式减少 60% ，显著提升了顶板稳定性。

2.整体支护效果：支护装置覆盖整个掘进断面，形成连续的支撑结构，避免局部应力集中。例如，在软岩隧道掘进中，机载支护与锚杆支护结合，可将围岩变形控制在安全范围内，防止顶板垮落。

（二）大幅增强支护强度

1.高覆盖支撑：机载临时支护通过多组液压支撑梁与护帮板，实现对顶板的 70% 的覆盖支护，

2.动态自适应调节：液压控制系统可实时监测顶板压力，自动调整支撑力。实测数据表明，机载支护的最大支撑力可达 30kN，能够有效控制顶板下沉。某煤矿应用后，顶板最大下沉量降至 30mm ，远低于安全标准。

（三）降低顶板事故风险

1.预防事故发生：通过快速支护，机载临时支护有效降低了冒顶、片帮等事故的发生概率。在地质条件复杂的掘进工作面，该技术可提前对破碎顶板进行支护，减少事故隐患。

2.保障人员安全：机载临时支护为作业人员提供了安全的工作空间，特别是在打眼、装药等工序中，有效降低了顶板突然垮落对人员的伤害风险。

（四）提高施工效率

1.减少工序转换时间：掘进机机载临时支护实现了掘进与支护的一体化作业，省去了传统支护中设备搬运、安装等环节，大幅缩短施工周期。某矿山应用该技术后，巷道月掘进效率提高 30% 。

2.优化施工流程：支护与掘进的协同作业，使施工流程更加紧凑。通过自动化控制，支护装置可根据掘进进度自动调整，减少人工干预，提高施工自动化水平。

（五）降低施工成本

1.减少设备损耗：稳定的顶板管理可避免因顶板事故造成的设备损坏，降低设备维修和更换成本。据统计，采用机载临时支护后，设备故障率下降 40% 。

2.缩短工期节约成本：施工效率的提升意味着工期缩短，人工、设备租赁等成本显著降低。同时，提前完成工程可带来额外的经济效益。

五、应用案例分析

（一）案例一：某煤矿巷道掘进工程

该煤矿在- ⋅500m 水平巷道掘进中，原采用伸缩梁支护，月进尺 100 米，且每月发生 1-3 次局部冒顶事故。更换为掘进机机载临时支护后，月进尺提升至 150 米，冒顶事故发生率降为零。同时现场支护作业人员由 6 人减少至 4 人，劳动强度显著降低。经济测算显示，年度设备维修成本减少 40% ，综合经济效益提升 600 万元/年。

（二）案例二：某矿山巷道掘进工程

在穿越破碎带的巷道施工中，传统伸缩梁支护导致顶板最大下沉量达120mm ，严重影响施工安全。采用机载临时支护后，通过锚杆与液压梁协同支护，顶板下沉量控制在 25mm 以内。施工效率提高 50% ，支护作业劳动强度降低 65% ，有效保障了工程进度与人员安全。

六、现存问题与改进方向

（一）存在的问题

1.设备适应性不足：在极软岩地层中及巷道开口拐弯，现有机载支护装置的承载能力与覆盖范围难以满足需求。

2.智能化水平待提升：部分设备仍需人工干预调节，未能实现完全自动化控制。

3.维护成本较高：液压系统与智能监测设备的维护要求较高，增加了运营成本。

（二）改进措施

1.研发新型结构：针对复杂地质条件，开发大跨度、高承载的模块化支护装置，提升设备适应性。

2.推进智能化升级：引入物联网与人工智能技术，实现支护参数的自动感知与智能调控。

3.优化维护体系：建立设备监测系统，通过预测性维护降低故障率与维修成本。

七、结论

实际工程案例表明，该技术在提升掘进效率、降低事故风险、节约成本等方面具有显著优势。未来，随着技术的持续优化与智能化升级，掘进机机载临时支护将在地下工程顶板管理中发挥更重要的作用，推动行业向安全高效方向发展。

参考文献

[1]国家矿山安全监察局.2024 年矿山安全生产事故统计报告[R].北京:国家矿山安全监察局,2024.