特大采高綜采面回撤階段掛網位置研究*

張冬冬朱衛兵徐敬民陳蘇社

（1.中國礦業大學礦業工程學院，江蘇省徐州市，221116；2.神華神東煤炭集團有限責任公司大柳塔煤礦，陜西省神木市，719315）

特大采高綜采面回撤階段掛網位置研究*

張冬冬1朱衛兵1徐敬民1陳蘇社2

（1.中國礦業大學礦業工程學院，江蘇省徐州市，221116；2.神華神東煤炭集團有限責任公司大柳塔煤礦，陜西省神木市，719315）

為解決神東礦區特大采高工作面回撤階段掛網位置選取困難的問題，在分析了礦區多個工作面的回撤掛網案例及對大柳塔煤礦52303工作面回撤階段現場礦壓實測的基礎上，根據工作面回撤階段的礦壓規律，提出了確定掛網合理位置的方法。研究結果表明：掛網位置選取是否合理取決于工作面周期來壓步距、來壓持續長度、柔性網的長度等因素，通過準確預測工作面掛網階段的來壓狀況，將上述3個因素代入相應公式可計算出各種情況下的掛網合理位置，由此計算出大柳塔煤礦52303工作面回撤階段合理的掛網位置應在距主回撤通道19～20 m，保障了工作面的正常接替。

大采高綜采工作面 工作面回撤階段 掛網位置 淺埋煤層 神東礦區

神東礦區綜合機械化采煤工作面普遍推廣并應用多通道快速回撤技術。快速回撤可減少搬家倒面時間，是實現礦井高產、高效的有效途徑。回撤階段中必要的一道工序就是掛柔性網，掛網質量是快速安全回撤的關鍵因素。

工作面在回撤階段，為了保證頂板的支護質量、防止出現冒頂事故、同時提高回撤效率，通常會提前10～20 m實施掛網措施，并要在適當的位置進行讓壓，以保證工作面無來壓貫通。然而工作面在回撤階段的開采過程中，掛網位置的選擇往往由現場人員根據經驗選取，缺乏科學合理的計算方法，可能造成等壓及掛網位置不合理、掛網措施不到位，進而造成工作面出現嚴重的壓架冒頂事故，影響工作面的安全回采，危及工作人員的安全。根據經驗確定掛網位置的方法存在很大缺陷，為此必須找到一種科學合理的確定方法，根據工作面具體的頂板條件和來壓顯現特征進行綜合分析，進而確定合理的掛網位置，但目前尚未發現有涉及神東礦區淺埋綜采面回撤階段掛網合理位置等相關方面的研究，因此科學合理確定掛網位置顯得尤為重要。

基于以上分析，本文以大柳塔煤礦52303工作面為例，從周期來壓與柔性網長度之間關系的角度，對掛網的合理位置進行分析，并對該方法的適用性進行探討，從而為神東淺埋綜采面回撤階段科學有效地選取掛網位置、為工作面安全順利貫通提供參考依據。

1　工作面開采條件

52303工作面是大柳塔煤礦三盤區第2個7 m特大采高工作面，開采5-2煤層，工作面地表大部為第四系松散沉積物覆蓋。工作面寬301.50 m，推進長度4443.30 m，煤層厚度6.6～7.3 m，平均6.93 m，上覆基巖厚度132～245 m。工作面煤層自切眼至回撤通道傾斜，為寬緩單斜構造，傾角1°～3°，最大相對高差為35.86 m。工作面一次采全高，后退式全部垮落綜合機械化采煤方法。煤層基本頂為中粒砂巖，成份以石英為主，泥質膠結，塊狀層理，厚5.2～28.3 m，直接頂為粉砂巖，波狀層理，泥質膠結，厚0～1.85 m，直接底為粉砂巖，泥質膠結，水平層理發育，局部有泥巖、細砂巖薄層發育，厚0.76～5.6 m。工作面布置有主回撤通道和輔助回撤通道，通道間布置6條聯絡巷，巷道間距40 m。工作面巷道布置如圖1所示。

圖1　52303工作面巷道布置

2　52303工作面末采階段礦壓規律

52303工作面配備ZY18000/32/70型液壓支架，液壓支架中心距2.05 m，支護高度3200～7000 mm，額定工作阻力18000 k N。

由于掛網作業工作量大、耗費時間較長，若作業期間工作面處于來壓狀態，必將對打錨索、頂板支護等帶來不利影響，甚至導致冒頂、壓架等事故的發生。因此必須掌握回撤階段工作面的礦壓情況，進而確定掛網位置。

為研究工作面回撤階段的礦壓規律，對工作面回采距回撤通道110～20 m階段的支架工作阻力數據進行采集，見圖2。通過對數據進行分析得出52303工作面末采階段礦壓顯現特征，進而研究掛網位置影響因素之間的關系，科學合理地確定工作面掛網位置。

圖2　液壓支架工作阻力

圖2顯示，52303工作面周期來壓步距為16～18.1 m，平均17.0 m；來壓持續長度1.6～7.2 m，平均4.6 m；來壓期間支架平均循環末阻力為17265 k N；非來壓期間支架循環末阻力為11833 k N，動載系數為1.46。工作面回撤掛網前來壓特征如表1所示。表1中的數據為工作面與回撤通道相距80～20 m區間內的來壓統計即工作面掛網前最近4次的來壓特征統計，包括工作面來壓步距、支架動載系數、來壓持續長度等。

表1　末采階段周期來壓統計

3　回撤階段合理掛網位置的確定

通過對神東礦區的多個綜采工作面回撤階段的掛網案例進行研究發現，掛網位置的合理與否與工作面回撤階段的周期來壓步距、來壓持續長度及柔性網的長度等因素有關，并且各因素間關系可通過數學公式表達，從而準確計算出掛網的合理位置距回撤通道的距離。

通過工作面掛網前4～6次的周期來壓步距計算出平均周期來壓步距L，預計掛網后周期來壓起始位置距主回撤通道的距離Lz。根據平均周期來壓步距L、來壓持續長度Lc以及柔性網長度Xo和掛網位置距回撤通道最短距離（最短掛網距離）Xmin四者之間的關系，代入不同的計算式得出合理的掛網長度X，以保證回撤階段的安全快速生產。

為避免在工作面來壓期間掛網，根據來壓位置距回撤通道距離與掛網極限長度（即最大與最小掛網長度）之間的關系，掛網位置的選取共分3種情況，見圖3。

圖3　來壓位置、柔性網長度與掛網位置關系

（1）周期來壓起始位置距回撤通道距離Lz小于掛網位置距回撤通道最短距離Xmin，即Lz＜Xmin時，見圖3（a），此時的掛網位置距回撤通道距離X可在最短掛網長度Xmin到柔性網長度Xo之間任意選擇，因為此時即使是最短掛網距離位置也處于來壓區域之外，可保證掛網時不會受到周期來壓的影響，實現安全快速的掛網。

（2）周期來壓起始位置距回撤通道距離大于最短掛網長度，但小于柔性網長度，即Xmin≤Lz＜Xo時，如圖3（b）所示，掛網位置距主回撤通道的距離為:

式中:X——掛網位置距主回撤通道的距離，m；

Lz——周期來壓起始位置距回撤通道的距離，m；

n——富余系數，取2～4，通常取3；

d——采煤機截深，神東礦區綜采面采煤機截深一般為0.8 m。

掛網位置之所以要在來壓起始位置的基礎上再加上若干截深長度的距離，原因在于一是工作面割煤過程中在來壓前一刀往往已經出現來壓的趨勢，工作面壓力比非來壓時普遍加大，也有可能導致礦壓顯現加劇，對于掛網前打錨索等作業不利，因此必須在最小距離基礎上加上1～2刀的截深；另外，實際操作過程中，掛網所需時間較長，除檢修班外，往往還占用1～2個生產班甚至更多的時間，根據實測統計結果表明可能導致工作面提前來壓，故應另加上1～2刀的截深。

（3）周期來壓起始位置距回撤通道距離大于柔性網長度（最大掛網距離）即Lz≥Xo時，掛網位置距主回撤通道的距離分兩種情況計算。

第一種情況，如圖3（c）所示，當Lz-Lc≥Xmin時:

式中:Lc——來壓持續長度，m，可根據礦壓實測結果獲取。

第二種情況，如圖3（d）所示，當Lz-Lc＜Xmin時，計算式同式（1）。

此時柔性網長度小于掛網起始位置距回撤通道的距離，掛網長度不足部分后期應采用金屬網進行續接。

綜上所述，計算掛網的合理位置分為3種情況，分別對應一種計算式，合理的掛網長度X計算分別為:

4　工程應用

根據52303工作面末采階段礦壓規律可知，平均周期來壓步距17 m，來壓持續長度為4.6 m。由表1可知掛網前最后一次來壓起始位置在距回撤通道33.8 m處，故預測掛網期間周期來壓位置在距回撤通道16.8 m處。工作面的最小掛網長度在12 m左右。即Lz=16.8m，Lc=4.6 m，Xmin=12 m，Xo=20 m，故Xmin≤Lz＜Xo，滿足式（4）條件，計算可得X=19.2 m，即工作面應至少在距回撤通道19.2 m處掛網。

原生產計劃在距主回撤通道16 m處掛網，而根據末采階段礦壓實測統計結果，工作面將在約16.8 m處來壓。若按原計劃掛網，則掛網時恰受到工作面來壓影響，極易導致工作面掛網時出現冒頂壓架問題，影響工作面安全生產。為此，建議掛網位置應該選擇在距主回撤通道19～20 m處，考慮到柔性網長度為20 m，故實際掛網位置確定為19 m，掛網后工作面推進4刀合計3.2 m后出現周期來壓，表明回撤階段實際周期來壓位置為距離主回撤通道15.8 m處，掛網位置的正確選擇保障了工作面的順利貫通。

5　結論

（1）通過對礦區多起掛網案例的研究，確定了影響掛網位置選取的3個要素，即:周期來壓步距、來壓持續長度、柔性網的長度，并得出了回撤階段合理掛網位置的計算公式。

（2）根據提出的掛網位置確定方法，在大柳塔煤礦52303工作面進行了實踐驗證，最終掛網期間無來壓，工作面實現了安全順利貫通，保證了工作面的正常接替。

［1］ 林光僑.特種支架在內外輔巷多通道快速回撤工藝中的應用［J］.中國煤炭，2010（9）

［2］ 汪青倉.神東礦區綜采工作面快速搬家技術［J］.中國煤炭，2005（5）

［3］ 孫建明.神東礦區快速搬家倒面的順利實現［J］.煤炭科學技術，2002（10）

［4］ 郭凡進.綜采工作面多通道回撤柔性樹脂纖維網掛網工藝［J］.煤礦安全，2011（4）

［5］ 黃永安，張建國，苗彥平.淺埋煤層大采高工作面回撤掛網技術研究［J］.陜西煤炭，2010（6）

［6］ 姜士振，馮春喜.傾斜長壁綜放工作面快速回撤研究與實踐［J］.煤炭工程，2011（12）

［7］ 尹發忠，劉生福.柔性樹脂網護頂技術在綜放工作面的應用［J］.神華科技，2012（2）［8］ 代貴生，范文勝.7 m大采高綜采工作面貫通方法實踐［J］.中國煤炭，2012（3）

［9］ 高浩然，朱衛兵，王路軍等.大柳塔煤礦52304綜采面過溝谷地形礦壓顯現實測［J］.煤炭工程，2013（10）

［10］ 王曉振，鞠金峰，許家林.神東淺埋綜采面末采段讓壓開采原理及應用［J］.采礦與安全工程學報，2012（9）

Study on the net hanging location in fully mechanized face with extra large mining height during equipment removing stage

Zhang Dongdong1，Zhu Weibing1，Xu Jingmin1，Chen Sushe2
（1.School of Mines，China University of Mining&Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China；2.Daliuta Coal Mine，Shenhua Shendong Coal Group Co.，Ltd.，Shenmu，Shaanxi 719300，China）

In order to find the reasonable net hanging location during equipment removing of of fully mechanized face with extra large mining height in Shendong mining area，the net hanging cases in several mining faces and field rock pressure measurements during equipment removing of No.52303 working face in Daliuta Coal Mine were analyzed，then the determination method of net hanging location was put forward according to the strata behavior regularity during the equipment removing stage.The research results showed that the reasonable hanging location was determined by periodic weighting length，the distance of weighting，the length of flexible net and so on.Through perfect forecast of weighting status during net hanging stage in working face，the reasonable locations under any conditions could be figured out by corresponding formulas on basis of three factors above.Finally reasonable net hanging location in No.52303 working face of Daliuta Coal Mine was 19～20 m away to the main equipment remove gateway，which ensured the normal succession of mining faces.

fully mechanized mining face with extra large mining height，equipment removing stage in working face，net hanging location，shallow coal seam，Shendong mining area

TD353

A

張冬冬（1991-），男，江蘇徐州人，碩士研究生，主要從事巖層移動與綠色開采方面的研究工作。

（責任編輯 張毅玲）

國家重點基礎研究發展計劃（973）項目（2013CB227900），國家“十二五”科技支撐計劃項目（2012BAK04B06）