鋼塑復(fù)合網(wǎng)雙向拉伸塑料網(wǎng)在巷道支護(hù)中的應(yīng)用

白 偉

(陜西陜煤韓城礦業(yè)有限公司象山煤礦，陜西 韓城 715407)

0 引言

隨著煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展，輔助網(wǎng)對預(yù)防巷道變形、頂板離層、漏冒頂、煤壁片幫等起到非常重要的作用。然而近年來現(xiàn)場主要注重的是錨桿的支護(hù)功能，忽略了輔助網(wǎng)的支護(hù)效果。目前礦井用輔助網(wǎng)主要有菱形網(wǎng)、冷拔絲網(wǎng)。菱形網(wǎng)由鐵絲編織形成，具有撓度量大、蠕變量較大、結(jié)點(diǎn)松散的特點(diǎn)，在確保施工質(zhì)量的情況下，金屬網(wǎng)對圍巖的最大作用力約為0.01 MPa。對于松碎圍巖，由于菱形網(wǎng)的強(qiáng)度和剛度太小、延伸率高，當(dāng)網(wǎng)兜的撓度超過120 mm時，金屬網(wǎng)就會失效或撕裂；冷拔絲網(wǎng)整體強(qiáng)度高，但其硬度大，不易彎曲，當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造影響頂板落差或不平整時，易出現(xiàn)冷拔絲網(wǎng)與圍巖之間形成凹凸不平的間隙，使得冷拔絲網(wǎng)與圍巖未結(jié)成整體，延緩了金屬網(wǎng)的承載時效。他們均屬于鐵制品，當(dāng)頂板含水層的水順其裂隙流至輔助網(wǎng)時，日復(fù)一日的腐蝕極大地降低護(hù)表網(wǎng)片的抗壓及抗拉強(qiáng)度。韓城象山煤礦依據(jù)礦井相關(guān)地質(zhì)開采條件，調(diào)研了鋼塑復(fù)合網(wǎng)、雙向拉伸塑料網(wǎng)，并進(jìn)行了工業(yè)性試驗，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工業(yè)性試驗基本情況

1.1 象山礦井概況

韓城象山礦井主采3#及5#煤層，采準(zhǔn)方式為聯(lián)合開采，采區(qū)內(nèi)區(qū)段按照下行方式進(jìn)行開采。其中3#煤層采用切頂卸壓留巷技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)同一條順槽為2個采面回采服務(wù)，5#煤層則采用區(qū)段留煤柱法進(jìn)行回采。

象山礦井支護(hù)體系依次經(jīng)歷“U型支架+菱形網(wǎng)”→“鋼帶+錨索+菱形網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)→“鋼筋梯子梁+錨桿(索)+菱形網(wǎng)、冷拔絲網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)的發(fā)展變化，然而在所有支護(hù)體系中共同之處都使用了菱形網(wǎng)、冷拔絲網(wǎng)作為頂幫支護(hù)護(hù)表網(wǎng)片，使用率達(dá)100%。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

雙向拉伸塑料網(wǎng)假頂是專門為煤礦井下回采工作面假頂支護(hù)和巷道護(hù)幫支護(hù)設(shè)計制造的。鋼塑復(fù)合網(wǎng)是指碳素彈簧鋼絲外包裹聚氯乙烯樹脂，經(jīng)表面處理后而成的網(wǎng)狀制品，如圖1所示。其均采用幾種高分子聚合物并填加其它改性劑，經(jīng)加熱，擠壓，成型，沖孔，拉伸，定型，卷取等工序制造而成，具有重量輕，強(qiáng)度大，各向同性，抗靜電，無腐蝕，阻燃的特點(diǎn)，是一種新型煤礦井下支護(hù)工程用網(wǎng)狀格柵材料。鋼塑復(fù)合網(wǎng)、雙向拉伸塑料網(wǎng)的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 地應(yīng)力現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)和實(shí)驗室?guī)r芯變形參數(shù)測定結(jié)果

圖1 塑鋼復(fù)合網(wǎng)與金屬片網(wǎng)

1.3 主要特點(diǎn)

與混凝土親和力強(qiáng)：鋼塑復(fù)合網(wǎng)、雙向拉伸塑料網(wǎng)外包覆塑料層與混凝土親和力更強(qiáng)，可提高噴漿巷道支護(hù)強(qiáng)度。

抗腐蝕：鋼塑復(fù)合網(wǎng)、雙向拉伸塑料網(wǎng)因其表面聚氯乙烯成分的存在，特不懼怕淋滴水的腐蝕，具有抗腐蝕及抗老化特性。

強(qiáng)度好：鋼塑復(fù)合網(wǎng)單根網(wǎng)帶的拉斷力≥4 000 N，強(qiáng)度達(dá)到或超過10#鐵線編織的菱形網(wǎng)。

網(wǎng)孔均勻：鋼塑復(fù)合網(wǎng)及雙向拉伸塑料網(wǎng)是雙向拉伸而非編織的(菱形網(wǎng)由編制形成)，所以網(wǎng)孔蠕變量較小，而且網(wǎng)孔尺寸均勻，能有效防止碎煤塊的掉落，保護(hù)井下工人的安全和礦車運(yùn)行的安全與暢通。

撓度低：鋼塑復(fù)合網(wǎng)、雙向拉伸塑料網(wǎng)具備撓度低的特性，在其護(hù)表支護(hù)繃緊作用時，等同于冷拔絲網(wǎng)，可及早在巷道圍巖變形初始階段就能對圍巖提供護(hù)表力。

2 象山煤礦使用效果評價

2.1 材料及礦壓對比分析

對象山煤礦在用的網(wǎng)片規(guī)格及材質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，通過的支護(hù)輔助網(wǎng)(鋼塑復(fù)合網(wǎng)、雙向拉伸塑料網(wǎng))及象山煤礦目前使用的冷拔絲網(wǎng)、菱形網(wǎng)片，材料對比分析見表2。

表2 材料對比分析

在象山煤礦21507東采面兩順槽及綜采切眼幫部依次使用冷拔絲網(wǎng)-菱形網(wǎng)-塑料網(wǎng)作為幫部錨桿支護(hù)的輔助網(wǎng)，現(xiàn)場觀測不同支護(hù)輔助網(wǎng)條件下巷道頂?shù)?、兩幫位移移近量，并依此分析鋼塑?fù)合網(wǎng)、雙向拉伸塑料網(wǎng)是否可在象山煤礦進(jìn)行應(yīng)用，其中新型支護(hù)輔助網(wǎng)實(shí)際支護(hù)長度810 m。礦壓對比分析見表3。

表3 礦壓對比分析

由表3可知，在21507運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷，使用塑料網(wǎng)和使用菱形網(wǎng)對兩巷兩幫的位移移近量大小的影響不是很劇烈，使用塑料網(wǎng)和菱形網(wǎng)就能滿足生產(chǎn)用途?？紤]到象山煤礦巷道水量較大，菱形網(wǎng)易受腐蝕變形，故建議象山煤礦使用塑料網(wǎng)。

2.2 象山煤礦的應(yīng)用情況

幫部收斂量：通過21507東采面兩順槽幫部收斂量觀測，可知5#煤回采巷道在機(jī)掘的情況下幫部使用雙向拉伸塑料網(wǎng)完全滿足生產(chǎn)支護(hù)需求。5#煤回采巷道：21507采面兩順槽幫部均使用雙向拉伸塑料網(wǎng)作為護(hù)表網(wǎng)片，現(xiàn)正幫最大收斂量45～127 mm。21507順槽設(shè)計長度1 160 m。

正幫護(hù)表網(wǎng)片：3#煤回采巷道因采用切頂卸壓留巷，其正幫回采后不復(fù)存在，前期掘進(jìn)所使用支護(hù)的正幫護(hù)表網(wǎng)片僅滿足一次回采動壓影響，特可考慮使用雙向拉伸塑料網(wǎng)。3#煤回采巷道：正幫采用雙向拉伸塑料網(wǎng)作為護(hù)表網(wǎng)片，現(xiàn)正幫最大收斂量21 mm。21309輔助進(jìn)風(fēng)巷設(shè)計長度2 100 m。

網(wǎng)片的適應(yīng)性：炮掘巷道，幫部使用的雙向拉伸塑料網(wǎng)因其強(qiáng)度低，炮后被崩落的矸石撕扯破裂。因此不建議炮掘巷道使用雙向拉伸塑料網(wǎng)。鋼塑復(fù)合網(wǎng)其內(nèi)部鋼絲具有一定抗拉作用，故炮掘?qū)ζ溆绊懖淮?。南?#回風(fēng)上山幫部采用鋼塑復(fù)合網(wǎng)作為護(hù)表網(wǎng)片，設(shè)計長度610 m，現(xiàn)幫部最大收斂量13 mm；21309輔助進(jìn)風(fēng)巷回風(fēng)聯(lián)巷幫部采用鋼塑復(fù)合網(wǎng)作為護(hù)表網(wǎng)片，設(shè)計長度920 m，現(xiàn)幫部最大收斂量10 mm。

維修巷道：南采3#煤邊界回風(fēng)下山采用架設(shè)9 m2支架加固頂板支護(hù)，其U支背頂幫網(wǎng)片均采用鋼塑復(fù)合網(wǎng)替代菱形網(wǎng)，實(shí)際支護(hù)長度80 m。

與混凝土親和力：鋼塑復(fù)合網(wǎng)外包覆塑料層與混凝土親和力更強(qiáng)，可提高噴漿巷道支護(hù)強(qiáng)度，可用于象山煤礦斜巷支護(hù)護(hù)表網(wǎng)。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

冷拔絲網(wǎng)為32元/m2；菱形網(wǎng)為22元/m2；則平均價為27元/m2。雙向拉伸塑料網(wǎng)為8.0元/m2；鋼塑復(fù)合網(wǎng)為8.5元/m2；則平均價為8.25元/m2。2016年計劃進(jìn)尺8 330 m，平均巷高按照2.4 m計算，則延米節(jié)資51元，合計降低支護(hù)成本費(fèi)用77萬元。

3 結(jié)論

(1)在21507運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷使用塑料網(wǎng)作為輔助網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，兩幫位移移近量分別為<127 mm、<45 mm；而使用菱形網(wǎng)作為輔助網(wǎng)支護(hù)，兩幫位移移近量分別為<1 050 mm、<33 mm，塑料網(wǎng)、菱形網(wǎng)均滿足生產(chǎn)要求。

(2)考慮到菱形網(wǎng)屬于鐵制品，受頂板水、巷道動壓、煤柱壓力等影響較大，故建議象山煤礦使用鋼塑復(fù)合網(wǎng)、雙向拉伸塑料網(wǎng)。

(3)鋼塑復(fù)合網(wǎng)、雙向拉伸塑料網(wǎng)在象山煤礦的使用，適應(yīng)了錨桿(索)支護(hù)輔助網(wǎng)片“以塑代鋼”的發(fā)展總體方向，與此同時提高了象山煤礦巷道整體支護(hù)強(qiáng)度，極大地縮減了象山煤礦支護(hù)成本。因此，建議在韓城礦務(wù)局內(nèi)其它礦井也投入使用。