柔性網在長平礦大采高工作面末采中的應用

吳 濤,胡 冰

(晉煤集團,山西 晉城 048000)

隨著煤礦開采技術的不斷提高,新技術、新應用在煤礦生產中的推廣,為煤礦安全生產提供了強有力的技術支持與安全保障[1]。目前,我國綜采工作面快速回撤裝備問題已經基本解決,安全高效回撤的關鍵在于為工作面快速回撤創造條件[2]。近年來,煤礦末采大力引進柔性網代替金屬網進行整體敷設,大大提高了安全性和上網速度,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加鋼絲繩的上網工藝,每推進一刀煤,都要進行一次運網、鋪網、連網,連網工作量大,煤幫作業時間長,不利于煤礦安全高效生產[4]。4321工作面使用柔性網,免除了作業人員頻繁運網、頻繁進入煤幫作業的生產環節,不僅降低了勞動強度,大幅提高了作業人員的安全保障,而且縮短了工作面回撤時間,提高了采區的接續率。

1 工作面概況

4321綜采工作面位于四盤區,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,機尾局部區域頂板壓力顯現明顯,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 柔性網技術參數

工作面將采用柔性網進行末采,柔性網型號為JD PET 800×800 MS。所用柔性網沿傾斜方向長217 m、沿推進方向長15 m、分三段;柔性網出廠時已將Φ18.5 mm鍍鋅鋼絲繩和網編織為一體,鋼絲繩長為221 m(即分別超出柔性網兩個短邊各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/馬蹄環→鋪設鋼絲繩→運網→掛網→割煤→定架→撤架通道完成。

2.3 上網前準備工作

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

在末采上網前,及時安裝絞盤及定滑輪[5]。安裝絞盤時,所有絞盤統一安裝在支架靠機尾一側的立柱上。安裝好絞盤后,將鋼絲繩穿過定滑輪(滑輪可向一側帶開),操作絞盤松動鋼絲繩至大約有5m左右,帶上滑輪,轉動銷軸將滑輪鎖死;使用舉鉤將滑輪掛在支架頂梁起吊環上。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。根據頂板情況每1～2架打設一根,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,錨桿打設好后在尾部安裝M24起吊環用于掛繩。用于掛網的鋼絲繩規格不得低于Φ15.5 mm。根據現場情況,將鋼絲繩穿過頂錨桿尾部的起吊環。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。鋼絲繩鋪設完成后用刮板輸送機將柔性網運至工作面。

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

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

掛網時,一方面可將單號架絞盤鋼絲繩活頭先后穿過對應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邊200 mm范圍內的網孔上(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滑輪及網卷底部,而后掛在頂錨桿起吊環或鋼絲繩上(如圖3-b所示)。隨后操作絞盤將網卷側網片吊起展開,采取一上一下吊網,不僅起吊網邊,同時起吊整卷網。在支架前方頂錨桿處,直接將網邊鋼絲繩與起吊環之間的鋼絲繩使用彈簧卸扣進行連接,而后摘下掛在網片上的鋼絲繩鉤頭,并使用麻繩或鋼絲繩等將絞盤鋼絲繩鉤頭從網卷下方繞過帶至頂板,而后鉤掛至網邊鋼絲繩或上網鋼絲繩上(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 單號架拉網頭

3-b 雙號架兜網圖3 單號架和雙號架網頭兜網示意圖Fig.3 Blanket net of single and double frames

2.4 生產環節

在工作面網片全部上到頂板后,操作手動絞盤兜起網卷,開始割煤。正常循環割煤時順序將工作面支架護幫板收回,通過使用支架立柱上的手動絞盤將網片逐架吊起進行割煤、落網、拉架、推溜等工序。循環作業方式為:

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

柔性網在老塘壓實后定架。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 割煤時絞盤將網收起

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

3 技術優勢

柔性網分兩卷一次鋪設工作面,對于之前的金屬網上網過程,每推進一刀煤,都要進行一次運網、鋪網、聯網,免除了作業人員頻繁運網、頻繁進入煤幫作業等環節,降低了勞動強度。

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

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

從經濟角度考慮(如表1、表2所示),使用柔性網與金屬網產生費用基本持平,但柔性網不需人員進入煤幫作業,安全系數較高[6]。

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

表2 使用金屬網 Table 2 Using meatl mesh

4 結束語

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作為假頂,末采僅用了3 d時間,比以往傳統工藝快了近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,降低了事故發生率,期間也未發生頂板破碎或漏冒事故,不僅經濟高效,而且方便安全。因此，建議在類似條件礦井推廣應用。