基于綜采工作面格瑞特柔性網(wǎng)護頂回撤技術(shù)分析

高 朝

（陽煤集團安監(jiān)局，山西 陽泉 045000）

1 工程概況

（1）71503工作面煤層頂?shù)装迩闆r

工作面沒有偽頂和偽底；直接頂厚度5.8m，單軸抗壓強度為26.0～33.5MPa，主要含泥巖和砂質(zhì)泥巖，巖石性脆，富含植物化石；基本頂厚度8.0m，單軸抗壓強度為93.2～110.0MPa，主要含石英和長石，巖石主要呈灰色，分選性差；直接底厚度5.8m，主要含泥巖和砂質(zhì)泥巖，巖石性脆，富含植物化石；基本底厚度4.0m，主要含泥巖，巖石主要呈黑色，致密。

（2）80508工作面煤層頂?shù)装迩闆r

直接頂厚度為7.20m，單軸抗壓強度為74.6～90.4MPa，主要含泥巖和砂質(zhì)泥巖，致密；基本頂厚度為6.80m，單軸抗壓強度69.0～207.9MPa，主要含細粒砂巖，巖石主要呈深灰色，致密，堅硬；直接底厚度為1.80m，單軸抗壓強度62.5～65.7MPa，主要含泥巖、砂質(zhì)泥巖，巖石主要呈灰黑色，致密，含植物化石；基本底厚度為4.50m，主要含細粒砂巖，巖石主要呈深灰色。

2 格瑞特柔性網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 格瑞特柔性網(wǎng)選型

格瑞特柔性網(wǎng)使用樹脂纖維經(jīng)緯向整體編織而成。通過采用經(jīng)編定向結(jié)構(gòu)編制高強樹脂合成纖維，使得格瑞特柔性網(wǎng)在緯向和經(jīng)向不存在彎曲狀態(tài)，該柔性網(wǎng)的每個節(jié)點采用高強纖維長絲針織捆綁，因此結(jié)構(gòu)十分牢固并且充分發(fā)揮了合成纖維的高強度力學性能。格瑞特柔性網(wǎng)的不同型號采用不同的編制設計，因此強度也有所差異，在使用過程中可以根據(jù)具體實際情況對整網(wǎng)部分區(qū)域進行增強編制提高整網(wǎng)性能。格瑞特柔性網(wǎng)使用的樹脂纖維通過浸漬以及涂覆處理，網(wǎng)片的整體性能得到提高，根據(jù)格瑞特柔性網(wǎng)的拉伸試驗、阻燃性試驗、表面電阻試驗，其各項試驗結(jié)果均符合國家規(guī)定，可在煤礦井下使用。

首先確定收尾時全工作面鋪設柔性網(wǎng)起始處距工作面停采邊界的距離，其計算如公式（1）所示：

式中：

Lw-柔性網(wǎng)沿工作面推采方向的鋪設寬度，m；

L1-設計撤除空間的液壓支架梁端距，m；

L2-液壓支架梁長度，m；

L3-液壓支架掩護梁斜長，m；

L4-液壓支架掩護梁尾至底板的高度，若非掩護類支架則為頂梁尾端至底板高度，m；

D-采空區(qū)側(cè)矸石埋壓網(wǎng)頭長度，一般取1～3m。

計算得到71503工作面采用柔性網(wǎng)寬度為12.5m，80508工作面采用柔性網(wǎng)寬度為13.5m。

在破碎頂板或厚煤層分層網(wǎng)下開采時，還應計算收尾鋪設聯(lián)合柔體護頂材料的承載破斷力，其計算如公式（2）所示：

式中：

FL-液壓支架撤除空間單位面積聯(lián)合柔體護頂材料破斷力，kN/m2；

FW-液壓支架撤除空間單位面積柔性網(wǎng)破斷力，kN/m2；

FS-液壓支架撤除空間單位面積護頂鋼絲繩破斷力，kN/m2。

由于液壓支架撤離后頂板懸露面積較大，因此計算上覆巖石重量時冒落高度取采高的3倍，計算如公式（3）所示：

式中：

QJ-單位面積上覆巖石靜載荷，kN/m2；

M-工作面采高，m；

r-上覆巖石密度，t/m3。

已知71503工作面采高為2.77m，上覆巖石密度2t/m3；80508工作面采高為2.60m，放煤高度3.2m，煤密度為1.41t/m3，上覆巖石密度2t/m3。帶入數(shù)據(jù)計算得到：

71503工作面上覆巖層載荷：QJ=3×2.77×2×10=166.2kN/m2

80508工作面上覆巖層載荷：QJ=2.60×1.41×1 0+2×2.60×2.5×10=166.7kN/m2

在不考慮上覆巖石沖擊載荷的條件下，收尾鋪設聯(lián)合柔體護頂?shù)陌踩禂?shù)就滿足公式（4）所示：

帶入數(shù)據(jù)計算得到：

71503工作面安全系數(shù)：

80508工作面安全系數(shù)：

2.2 格瑞特柔性網(wǎng)運行工藝技術(shù)關(guān)鍵

格瑞特柔性網(wǎng)技術(shù)引進國外綜采工作面回撤通道維護頂板使用的新型技術(shù)和材料，結(jié)合陽泉煤業(yè)（集團）有限責任公司國陽二礦自身條件研發(fā)推廣。在進行工程實踐中頂板控制盒架前掛網(wǎng)主要分以下5個步驟進行。

（1）步驟一：進入工作面撤架位置后展開格瑞特柔性網(wǎng)片，吊掛鋼絲繩；

（2）步驟二：格瑞特柔性網(wǎng)片吊掛完成后，再用采煤機進行割煤進刀作業(yè)；

（3）步驟三：工作面采煤機割煤進刀后，液壓支架采用間隔推移的方式，循環(huán)進行伸縮護幫板和鋪設頂網(wǎng)；

（4）步驟四：完成格瑞特柔性網(wǎng)網(wǎng)片鋪設后，使用錨桿固定柔性網(wǎng)網(wǎng)片并支護頂板，然后依次撤離液壓架；

（5）步驟五：采用木柱或者木垛等作為臨時支護維護撤架空間頂板。

使用格瑞特柔性網(wǎng)與工作面推移液壓架、割煤配合時的關(guān)鍵步驟如圖1所示：

（1）采煤機截割煤壁之前，首先絞動手動絞盤將格瑞特柔性網(wǎng)升起，然后開動采煤機割煤，如圖1（a）所示。

（2）采煤機截割煤壁之后，松開手動絞盤將格瑞特柔性網(wǎng)放下，然后推移刮板輸送機和液壓支架，如圖1（b）所示。

（3）推移液壓支架后，絞動手動絞盤將格瑞特柔性網(wǎng)升起，開動采煤機返機清理工作面浮煤，如圖1（c）所示。

2.3 格瑞特柔性網(wǎng)使用期間的關(guān)鍵施工工序

（1）調(diào)齊工作面設備。根據(jù)工作面實際情況調(diào)整刮板輸送機機頭、機尾與設計停采線之間的距離，并將液壓支架和刮板輸送機調(diào)齊，防止設備回撤過程中液壓支架和刮板輸送機上竄、下滑。

（2）隨時掌握工作面推進度。當工作面推進到距離停采線30m時，測量并調(diào)整工作面的截割高度和層位，推進到設計的位置。

（3）工作面掛網(wǎng)。保證頂?shù)装?、煤壁條件好，所有液壓支架支撐力達到初撐力，鋪網(wǎng)工序和人員安排合理。在工作面安設2臺單體液壓鉆機，1臺備用；按要求將格瑞特柔性網(wǎng)、鉆桿、錨索、錨桿、樹脂、14#網(wǎng)絲、尼龍繩等材料運送到運輸平巷和工作面的指定位置，并按指定順序堆放整齊；每隔一個液壓支架安裝連接鋼絲繩的滑輪和絞盤，鎖扣按要求將鋼絲繩引向鋪設柔性網(wǎng)的區(qū)域。

圖1 格瑞特柔性網(wǎng)使用關(guān)鍵步驟過程圖

2.4 安裝實施操作程序關(guān)鍵步驟

（1）提前工作面掛網(wǎng)貫通作業(yè)2天，將格瑞特柔性網(wǎng)運送至區(qū)段回風平巷。往工作面內(nèi)拉網(wǎng)前在回風順槽三角區(qū)安置導向裝置或打單體支柱，有利于柔性網(wǎng)的運輸，防止網(wǎng)片被刮壞。導向裝置可利用皮帶輥筒或在拐角處打設多根單體支柱，如圖2所示。為防止柔性網(wǎng)網(wǎng)片運送時刮傷，放置3m左右廢舊皮帶在煤壁和區(qū)段平巷拐角處。

（2）在掛網(wǎng)前采煤機割完一刀煤時，工作面整體先不推移液壓支架，處理工作面煤壁片幫等隱患，將刮板輸送機內(nèi)的煤清空，確保作業(yè)空間安全后才可進行掛網(wǎng)作業(yè)。

（3）固定工作面的導向裝置，柔性網(wǎng)網(wǎng)片和刮板輸送機或采煤機的連接使用直徑19mm的鋼絲繩，沿刮板輸送機機頭位置方向慢速拖動柔性網(wǎng)網(wǎng)片。

（4）保證工作面的柔性網(wǎng)起始端的鋼絲繩全長清晰可見，網(wǎng)片整體不扭曲，剪斷包裝時捆綁使用的繩索，展開折疊的網(wǎng)片，外露3.5m便于上網(wǎng)安裝。

（5）使用鋼絲繩穿過柔性網(wǎng)網(wǎng)片，連接并固定起始端的鋼絲繩和手動絞盤。

（6）從網(wǎng)片兩端開始挑網(wǎng)，頂板完整時可使用降架挑網(wǎng)方法，其他采用人工挑網(wǎng)方式。

（7）防止網(wǎng)片因自身重力作用，使網(wǎng)卷向中間收縮，在網(wǎng)卷的兩端使用倒鏈拉緊。

（8）使用鐵絲搭接柔性網(wǎng)兩網(wǎng)片，搭接長度為3m。

（9）網(wǎng)片邊緣固定好后將支架的護幫板全部打開，然后再收護幫板進行移架、推移刮板輸送機操作，為保證工作面采煤機正常割煤，需要用絞動手動絞盤上的鋼絲繩將柔性網(wǎng)網(wǎng)片吊起。

（10）拉出工作面待拆除液壓支架后，再絞動手動絞盤上的鋼絲繩將柔性網(wǎng)網(wǎng)片吊起，重復割煤、放網(wǎng)、拉架、收網(wǎng)、割煤等工序，直到到達設計停采位置。為了保護煤幫，在采煤機未到達前，可以使網(wǎng)片下垂在煤壁前并打開護幫板，在采煤機將至時，再收護幫板并將網(wǎng)卷收吊起，綜采工作面撤架掛格瑞特柔性網(wǎng)效果如圖2所示。

（11）工作面推進到停采位置后，液壓支架保持不動，使用單體液壓支柱推移刮板輸送機，用采煤機截割寬2.8m、高3.5m的工作面設備回撤通道。

圖2 綜采工作面撤架掛格瑞特柔性網(wǎng)效果圖

3 結(jié)語

通過71503綜采工作面使用實踐表明，使用格瑞特柔性網(wǎng)護頂后平均每天多回撤液壓支架2臺以上，工作面設備撤出總時間減少4d，實現(xiàn)了工作面設備的快速和安全撤離。此次柔性網(wǎng)使用實踐為類似綜采工作面搬家提供了豐富的經(jīng)驗，尤其是80508綜放工作面柔性網(wǎng)的試用成功，為陽煤集團在綜放工作面的推廣使用提供了可靠的參考資料，為其他礦井類似條件下工作面搬家使用格瑞特柔性網(wǎng)提供現(xiàn)實依據(jù)。