高強度聚酯纖維柔性網(wǎng)在綜采工作面中的應(yīng)用

趙乾甫

(山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司 杜兒坪煤礦,山西 太原 030200)

綜采工作面末采工藝、工序較為復(fù)雜,而末采收尾的工作效率及安全施工直接影響礦井綜采工作面的安全生產(chǎn)接替以及礦井的經(jīng)濟(jì)效益,因此如何更加安全高效地末采成為煤礦一項重要的研究課題[1-3]。傳統(tǒng)的方式是采用經(jīng)緯金屬網(wǎng),在距停采線一定距離時開始在支架上方鋪設(shè)網(wǎng)片,需要人工進(jìn)行頻繁地頂網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)作業(yè),特別是需要進(jìn)入煤幫進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)作業(yè),勞動強度大、安全保障性低。為解決這一問題,通過分析調(diào)研,杜兒坪礦于68307工作面引入高強度聚酯纖維柔性網(wǎng)進(jìn)行收尾試用。

1 工程背景

1.1 工作面概況

68307工作面8號煤厚4.10～5.85 m,平均煤厚4.3 m,煤層傾角0°～14°,平均6°,采用一次采全高開采方法。工作面走向長1 202.5 m,傾向長203 m.工作面8號煤厚度穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,煤層總厚為4.10～5.85 m.煤層中含1～2層夾石,夾石總厚度變化較大為0.00～1.30 m,平均0.8 m,局部區(qū)段煤層中含有0～2.4 m劣質(zhì)煤。該工作面屬于“孤島工作面”,工作面兩側(cè)為已回采結(jié)束的68306工作面及68308工作面。

1.2 頂?shù)装鍘r性

68307工作面頂板屬Ⅲ類,難冒落型。 頂?shù)装鍘r性如表1所示。

表1 頂?shù)装鍘r性

2 柔性網(wǎng)收尾應(yīng)用

2.1 柔性網(wǎng)特點

柔性網(wǎng)以高強聚酯合成纖維為原料,采用經(jīng)緯向整體編制結(jié)構(gòu),交叉點用高強纖維長絲針織捆綁結(jié)合起來,形成牢固的結(jié)合點,并且可根據(jù)不同的強度需求進(jìn)行不同規(guī)格的編制設(shè)計,也可以根據(jù)使用需要對局部區(qū)域采取增強編織等手段,提高了網(wǎng)片的整體性能,具有強度高、重量輕、施工方便、耐酸堿、耐腐蝕、耐高低溫、抗老化、使用壽命長、阻燃、抗靜電等性能[4]。柔性網(wǎng)每平方米的最小拉力強度達(dá)40 kN,最大拉力強度可達(dá)1 200 kN,而傳統(tǒng)金屬網(wǎng)的拉力強度只有35 kN左右;柔性網(wǎng)每平方米重量為1 kg,而傳統(tǒng)金屬網(wǎng)每平方米重量為30 kg左右[5-6]。

2.2 收尾前準(zhǔn)備工作

1) 采高調(diào)整。考慮收尾期間支護(hù)高度的要求,當(dāng)工作面推進(jìn)至距停采線30 m 時,工作面將采高調(diào)整為4.0 m±0.1 m.

2) 鋪網(wǎng)線確定。柔性網(wǎng)采用兩片搭接,結(jié)合現(xiàn)場實際情況以及支架尺寸,最終采空區(qū)壓網(wǎng)長度不低于1 m,綜合考慮確定工作面采至距停采線14.5 m時開始鋪網(wǎng),共鋪網(wǎng)18道循環(huán)。采用柔性網(wǎng)通鋪整個工作面直至網(wǎng)全部下垂至底板,然后進(jìn)行通道施工。

3) 柔性網(wǎng)定制。根據(jù)工作面實際長度確定68307工作面收尾采用2片網(wǎng)進(jìn)行搭接,每段網(wǎng)寬19 m,長110 m,搭接長度為3.5 m.鋼絲繩共有4根(Φ15.5 mm×110 m),間距1 300 mm,第1根鋼絲繩位于掩護(hù)梁上,第2、3根鋼絲繩位于頂梁上,第4根鋼絲繩位于前探梁上,廠家提前編入網(wǎng)內(nèi),根據(jù)最后停采位置確定。

4) 運輸。出廠前網(wǎng)外明確標(biāo)注進(jìn)網(wǎng)方向(順時針內(nèi)旋方向),在運網(wǎng)前,確保纖維網(wǎng)在工作面展開后網(wǎng)片放置方向正確,網(wǎng)拉至機尾三角區(qū)后,打設(shè)3根單體支柱起導(dǎo)向作用,以減少柔性網(wǎng)摩擦和防止刮壞柔性網(wǎng)。兩片網(wǎng)分別拉運,保證搭接長度不小于3.5 m.

2.3 收尾工藝

1) 柔性網(wǎng)鋪設(shè)。柔性網(wǎng)拉移到位后,安裝輔助鋪網(wǎng)工具,展開網(wǎng)卷,用手動絞盤上的鋼絲繩鉤吊起網(wǎng)邊,然后放下網(wǎng)卷推溜子移架,支架移到位后,將網(wǎng)卷吊起開始割煤,依次循環(huán)作業(yè)。柔性網(wǎng)鋪設(shè)如圖1所示。

圖1 柔性網(wǎng)鋪設(shè)圖

工作面開始收尾,采煤機切割第7道循環(huán)結(jié)束后,開始固定第一根鋼絲繩,將鋼絲繩兩端固定在機軌巷與回風(fēng)巷頂板專用錨桿托盤內(nèi)。第2、3、4根鋼絲繩每隔5道支架打設(shè)1根錨桿固定鋼絲繩。

2) 施工收尾通道?；爻吠ǖ烙刹擅簷C切割而成,其斷面規(guī)格為4 300 mm(凈寬)×4 000 mm(凈高)。在第13刀割煤鋪網(wǎng)移架后支架停止前移,同時將工作面支架調(diào)整成一條直線,等支護(hù)完畢推溜后采煤機開始割第14刀,開始施工通道,通道內(nèi)共割6刀煤(最后一刀步距400 mm),在每割完一刀煤后及時進(jìn)行支護(hù)。

3) 通道支護(hù)。通道的支護(hù)方式為:第14、16、18刀均采用錨桿支護(hù),間距3.5 m.15刀、17刀采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù),錨桿、錨索交錯打設(shè),呈五花眼布置[4],間距3.5 m.回撤通道施工完畢后,必須將通道內(nèi)的浮煤、浮渣清理干凈。具體頂板支護(hù)方式如圖2所示。

圖2 通道頂板支護(hù)方式圖(單位:mm)

回撤通道的幫部支護(hù)采用3排左旋螺紋鋼錨桿(Φ20 mm×L1 800 mm)加柔性網(wǎng)支護(hù),第一排距頂板400 mm,間排距1 750 mm×1 200 mm.具體支護(hù)方式如圖3所示。

圖3 通道幫部支護(hù)圖(單位:mm)

3 收尾效果分析

1) 降低了勞動強度,提高了安全系數(shù)。與傳統(tǒng)的收尾方法相比,使用柔性網(wǎng)配合錨桿(索) 進(jìn)行收尾作業(yè),省去了頻繁運輸、聯(lián)接金屬網(wǎng)工序,避免了進(jìn)入煤幫作業(yè),既降低了職工的勞動強度,又增強了收尾作業(yè)的安全性,縮短了收尾時間,加快了收尾進(jìn)度。

2) 提高了支護(hù)強度。相較于傳統(tǒng)的經(jīng)緯金屬網(wǎng),柔性網(wǎng)一次鋪設(shè)省去了金屬網(wǎng)的多次搭接,抗腐蝕性好、網(wǎng)片面積大、整體性好,支護(hù)強度得到了提高。

3) 相較于傳統(tǒng)收尾方式,時間縮短了40%,為設(shè)備的安全快速回撤奠定了良好的基礎(chǔ),保障了工作面的正常接替。

4) 按照每日8刀煤,工作面長220 m,采高4 m計算,收尾時間縮短1天即可推進(jìn)6.4 m,增加實體煤產(chǎn)量8 355 t,按照噸煤均價400元計算,可增加收入約334萬元。

4 推廣應(yīng)用

68307工作面收尾后,在73907工作面、62709工作面收尾工作中也進(jìn)行了柔性網(wǎng)的試用,收尾效率明顯提升。柔性網(wǎng)收尾工藝在該礦2號、3號、8號煤層中的不同頂板條件下都真正實現(xiàn)了綜采工作面快速收尾,對提高工作面安全保障性和回撤效率具有重要的意義。

目前,該礦綜采工作面在通過斷層及陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造時,頂板也利用柔性網(wǎng)進(jìn)行鋪網(wǎng)作業(yè),減少了工人進(jìn)入煤壁作業(yè)的次數(shù),網(wǎng)片面積大,整體性好。同時,柔性網(wǎng)還不怕水,具有較強的抗腐蝕性能,避免了金屬網(wǎng)因水淋銹蝕而出現(xiàn)失效的現(xiàn)象,在通過構(gòu)造期間獲得了良好的應(yīng)用效果。

5 不足及展望

鋪網(wǎng)時工序較為繁瑣,整片網(wǎng)重量大,起吊時較為困難;柔性網(wǎng)具有彈性,支架拉移過程中切眼兩端容易造成網(wǎng)邊回縮而導(dǎo)致覆蓋不足;當(dāng)遇到采高低、頂板破碎的工作面時,網(wǎng)卷吊掛于頂梁下端,采煤機不易通過,且容易形成網(wǎng)兜發(fā)生鉤掛,進(jìn)而損壞柔性網(wǎng)。柔性網(wǎng)已經(jīng)在綜采工作面得到了初步應(yīng)用,下一步將探索在掘進(jìn)工作面是否實用。由于柔性網(wǎng)整體性好,在巷道中使用可以有效避免回采時斷網(wǎng),提高安全性。

6 結(jié) 語

高強度聚酯纖維柔性網(wǎng)的成功應(yīng)用降低了職工的勞動強度,有效保證了采煤工作面收尾、回撤設(shè)備時的安全性,真正實現(xiàn)了綜采工作面快速收尾,對提高工作面安全性和回撤效率有重要的意義,同時為工作面的生產(chǎn)銜接提供了保障,并為具有相同條件的礦井提供了借鑒。