柔性網(wǎng)在長平礦大采高工作面末采中的應(yīng)用

吳 濤,胡 冰

(晉煤集團,山西 晉城 048000)

隨著煤礦開采技術(shù)的不斷提高,新技術(shù)、新應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)中的推廣,為煤礦安全生產(chǎn)提供了強有力的技術(shù)支持與安全保障[1]。目前,我國綜采工作面快速回撤裝備問題已經(jīng)基本解決,安全高效回撤的關(guān)鍵在于為工作面快速回撤創(chuàng)造條件[2]。近年來,煤礦末采大力引進柔性網(wǎng)代替金屬網(wǎng)進行整體敷設(shè),大大提高了安全性和上網(wǎng)速度,為大采高工作面回撤探索出一條新路徑[3]。

長平礦大采高工作面末采以往采用金屬網(wǎng)加鋼絲繩的上網(wǎng)工藝,每推進一刀煤,都要進行一次運網(wǎng)、鋪網(wǎng)、連網(wǎng),連網(wǎng)工作量大,煤幫作業(yè)時間長,不利于煤礦安全高效生產(chǎn)[4]。4321工作面使用柔性網(wǎng),免除了作業(yè)人員頻繁運網(wǎng)、頻繁進入煤幫作業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié),不僅降低了勞動強度,大幅提高了作業(yè)人員的安全保障,而且縮短了工作面回撤時間,提高了采區(qū)的接續(xù)率。

1 工作面概況

4321綜采工作面位于四盤區(qū),工作面走向長702.9 m,分為A、B、C三段,其中A段走向長321.6 m(幫-停采線),傾斜長195 m,B段走向長216.9 m(第一停采線-第二切眼)、傾斜長92.5 m,C段走向長164.4 m(第二切眼-停采線)、傾斜長195 m。煤層總厚度5.73 m,煤層傾角1°～10°,平均傾角5°,基本頂為灰白色中粒砂巖,直接頂為深灰色粉砂巖,直接底為深灰色粉砂巖,基本底為黑灰色砂質(zhì)泥巖,工作面剩余推進度為20 m時,工作面頂板整體良好,機尾局部區(qū)域頂板壓力顯現(xiàn)明顯,頂板破碎,采高控制在4.5 m～4.8 m,煤壁注漿加固,為施工掛網(wǎng)錨桿提供保障。工作面布置情況示意圖如圖1所示。

圖1 4321工作面平面布置示意圖Fig.1 No.4321 working face layout plan

2 施工工藝

2.1 柔性網(wǎng)技術(shù)參數(shù)

工作面將采用柔性網(wǎng)進行末采,柔性網(wǎng)型號為JD PET 800×800 MS。所用柔性網(wǎng)沿傾斜方向長217 m、沿推進方向長15 m、分三段;柔性網(wǎng)出廠時已將Φ18.5 mm鍍鋅鋼絲繩和網(wǎng)編織為一體,鋼絲繩長為221 m(即分別超出柔性網(wǎng)兩個短邊各2 m)沿傾斜方向布置,鋼絲繩間距為600 mm,沿推進方向從長邊以里5 m開始共布置16趟。

2.2 工藝流程

安裝絞盤→打掛繩錨桿→上起吊環(huán)/馬蹄環(huán)→鋪設(shè)鋼絲繩→運網(wǎng)→掛網(wǎng)→割煤→定架→撤架通道完成。

2.3 上網(wǎng)前準備工作

工作面煤壁距停采線50 m時開始逐步調(diào)整工作面機頭、機尾與停采線的距離。距停采線16 m～40 m 時將采高調(diào)整至4.5 m～4.8 m,以便末采上網(wǎng)作業(yè)。為保證掛網(wǎng)時作業(yè)安全,距停采線20 m時需在上網(wǎng)范圍內(nèi)對煤壁進行注漿加固。

在末采上網(wǎng)前,及時安裝絞盤及定滑輪[5]。安裝絞盤時,所有絞盤統(tǒng)一安裝在支架靠機尾一側(cè)的立柱上。安裝好絞盤后,將鋼絲繩穿過定滑輪(滑輪可向一側(cè)帶開),操作絞盤松動鋼絲繩至大約有5m左右,帶上滑輪,轉(zhuǎn)動銷軸將滑輪鎖死;使用舉鉤將滑輪掛在支架頂梁起吊環(huán)上。拉動鋼絲繩活頭,使鋼絲繩活頭上的鉤自然下垂至與擋煤板平齊高度,然后拉回鉤頭掛到絞盤處。

在距停采線15 m時打頂板掛繩錨桿。根據(jù)頂板情況每1～2架打設(shè)一根,錨桿布置在支架架間且距支架前梁不少于400 mm的頂板上,錨桿外露200 mm ～300 mm,錨桿打設(shè)好后在尾部安裝M24起吊環(huán)用于掛繩。用于掛網(wǎng)的鋼絲繩規(guī)格不得低于Φ15.5 mm。根據(jù)現(xiàn)場情況,將鋼絲繩穿過頂錨桿尾部的起吊環(huán)。鋼絲繩兩頭各做一個繩頭,不少于3個繩卡,在工作面鋼絲繩分段點處頂板上各打1根6.3 m錨索作為繩頭固定點。鋼絲繩鋪設(shè)完成后用刮板輸送機將柔性網(wǎng)運至工作面。

若柔性網(wǎng)運輸過程中發(fā)生翻轉(zhuǎn)、扭曲,必須進行翻網(wǎng),確認柔性網(wǎng)完好無損后,從機頭方向向機尾方向上網(wǎng),保證兩張網(wǎng)網(wǎng)邊搭接不小于3 m,兩側(cè)鋼絲繩搭接長度不小于2 m(見圖2)。

圖2 相鄰兩片網(wǎng)及鋼絲繩搭接標準示意圖Fig.2 Lapping standard plan of two adjacent meshes and steel wire ropes

掛網(wǎng)時,一方面可將單號架絞盤鋼絲繩活頭先后穿過對應(yīng)支架滑輪及前方頂錨桿上的鋼絲繩,然后直接掛在距柔性網(wǎng)邊200 mm范圍內(nèi)的網(wǎng)孔上(如圖3-a所示);另一方面可將雙號支架絞盤鋼絲繩活頭先后穿過對應(yīng)滑輪及網(wǎng)卷底部,而后掛在頂錨桿起吊環(huán)或鋼絲繩上(如圖3-b所示)。隨后操作絞盤將網(wǎng)卷側(cè)網(wǎng)片吊起展開,采取一上一下吊網(wǎng),不僅起吊網(wǎng)邊,同時起吊整卷網(wǎng)。在支架前方頂錨桿處,直接將網(wǎng)邊鋼絲繩與起吊環(huán)之間的鋼絲繩使用彈簧卸扣進行連接,而后摘下掛在網(wǎng)片上的鋼絲繩鉤頭,并使用麻繩或鋼絲繩等將絞盤鋼絲繩鉤頭從網(wǎng)卷下方繞過帶至頂板,而后鉤掛至網(wǎng)邊鋼絲繩或上網(wǎng)鋼絲繩上(即將圖3-a所示絞盤鋼絲繩吊掛方式更改為圖3-b所示吊掛方式)。

3-a 單號架拉網(wǎng)頭

3-b 雙號架兜網(wǎng)圖3 單號架和雙號架網(wǎng)頭兜網(wǎng)示意圖Fig.3 Blanket net of single and double frames

2.4 生產(chǎn)環(huán)節(jié)

在工作面網(wǎng)片全部上到頂板后,操作手動絞盤兜起網(wǎng)卷,開始割煤。正常循環(huán)割煤時順序?qū)⒐ぷ髅嬷Ъ茏o幫板收回,通過使用支架立柱上的手動絞盤將網(wǎng)片逐架吊起進行割煤、落網(wǎng)、拉架、推溜等工序。循環(huán)作業(yè)方式為:

超前采煤機前滾筒收護幫板、吊網(wǎng),最多不超過30架;滯后后滾筒至少10架落網(wǎng)。當(dāng)頂板破碎時,要及時拉超前架。在不影響機組割煤、不割網(wǎng)的情況下,可采取追機拉架。如需開溜子拉架,則落網(wǎng)時網(wǎng)卷下端距離溜子1 200 mm以上,嚴防放網(wǎng)過多造成大塊炭摩擦損壞網(wǎng)片的情況發(fā)生，如圖4所示。

柔性網(wǎng)在老塘壓實后定架。定架后需分別在護幫板間距底板800 mm、1 500 mm位置補打兩排玻璃鋼錨桿。

4-a 割煤時絞盤將網(wǎng)收起

4-b 拉架時絞盤將網(wǎng)放下圖4 割煤及拉架時網(wǎng)的狀態(tài)Fig.4 Mesh state when coal cutting and support pulling

3 技術(shù)優(yōu)勢

柔性網(wǎng)分兩卷一次鋪設(shè)工作面,對于之前的金屬網(wǎng)上網(wǎng)過程,每推進一刀煤,都要進行一次運網(wǎng)、鋪網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng),免除了作業(yè)人員頻繁運網(wǎng)、頻繁進入煤幫作業(yè)等環(huán)節(jié),降低了勞動強度。

使用金屬網(wǎng)時每班平均割煤2刀,而柔性網(wǎng)每班平均割煤4刀;柔性網(wǎng)分三段鋪設(shè),工作面只需在2處進行停機連網(wǎng),對比金屬網(wǎng)每10 m進行一次掛網(wǎng)的頻率,極大地提高了開機率,縮短了末采時間,可有效預(yù)防礦井銜接緊張。

柔性網(wǎng)整體性較強,拉伸強度為800 kN/m(金屬網(wǎng)拉伸強度約200 kN/m),且柔性網(wǎng)編織過程中直接加入鋼絲繩,鋼絲繩與柔性網(wǎng)搭接規(guī)則、均勻,整體強度較高,相比金屬網(wǎng)而言,減少了工作面運輸鋼絲繩的時間、人力、物力,也減少了聯(lián)鋼絲繩所耗費的時間和人力,提高了上網(wǎng)效率,增加了上網(wǎng)時人員作業(yè)的安全系數(shù)。

從經(jīng)濟角度考慮(如表1、表2所示),使用柔性網(wǎng)與金屬網(wǎng)產(chǎn)生費用基本持平,但柔性網(wǎng)不需人員進入煤幫作業(yè),安全系數(shù)較高[6]。

表1 使用聚酯纖維增強塑料網(wǎng)Table 1 Using polyester fiber reinforced plastic mesh

表2 使用金屬網(wǎng) Table 2 Using meatl mesh

4 結(jié)束語

長平礦4321大采高工作面此次末采使用聚酯纖維增強塑料網(wǎng)作為假頂,末采僅用了3 d時間,比以往傳統(tǒng)工藝快了近3 d～4 d時間,縮短了定架時間,人員不需進入刮板輸送機作業(yè),降低了事故發(fā)生率,期間也未發(fā)生頂板破碎或漏冒事故,不僅經(jīng)濟高效,而且方便安全。因此，建議在類似條件礦井推廣應(yīng)用。