柔性网片在综采工作面回撤中的应用研究

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  摘要:随着煤炭市场的不断变化,煤炭效益的大幅下滑,建设安全高效的煤炭企业则更为重要。搬家倒面时间的长短,回撤效率的高低直接影响到矿井安全高效的水平。柔性网片的使用,大大缩短了综采工作面的贯通回撤时间,提高了安全系数,为矿井实现安全高效建设奠定了基础。本文主要对柔性网片在神华神东煤炭集团综采工作面回撤期间的推广应用进行研究探讨。
  关键词:柔性网片;综采;回撤;应用研究
  前 言:神东煤炭集团作为神华集团的产煤大户,年产量在2亿吨以上,各矿井每年的搬家倒面次数频繁,而且都是大采高加长工作面。因此,能否安全高效的回撤直接关系到亿吨矿区的经济效益。过去在工作面贯通期间全部使用8#铅丝金属网,不仅回撤效率低下,而且不够安全。
  一、神东矿区综采工作面基本情况
  神东矿区目前回采的工作面都是大采高加长工作面,采高基本在3米以上,工作面长度一般都在200米以上,有的甚至达300到400米。以榆家梁煤矿52煤为例,老顶多为砂岩或粉砂岩,厚度一般为20米左右,直接顶为泥岩或砂质泥岩,直接底为泥质胶结的粉砂岩。
  水文地质条件较为简单,工作面煤层上覆含水层为顶板砂岩裂隙含水层,厚度68-112m,裂隙较为发育,渗透系数K=0.00492m/d。实际水头高度17m,影响半径R=13.52 m,该含水层富水性较弱、补给水源较少,对工作面涌水量影响较小,工作面涌水量为20m3/h左右。工作面地表沟壑发育,上覆松散层厚度变化较大,工作面的主要充水水源为雨季大气降水,一方面大气降水通过松散层及基岩裂隙直接下渗补给井下,另一方面地表洪水通过采空塌陷裂隙进入采空区。
  为保证工作面设备的顺利回撤,回采工作面在贯通前,需要根据工作面设备的基本参数,提前在顶板铺网,确保工作面与回撤通道的安全贯通,同时也保证工作面设备的安全回撤。过去工作面贯通顶板铺网全部使用8#铁丝网铺网,挂网全靠人工搬运,因此不仅费时费力,而且安全隐患较多,严重影响了工作面的安全高效回撤。
  二、菱形金属网片的使用介绍
  菱形铁丝网片一般由8#或10#铅丝加工制成,网片规格为宽度1米,长度10米。就以一个200米的综采工作面为例,每次挂网约需网片360张,综采工作面越长,需要的网片就越多,搬运铺网也就越困难。
  1.金属网片的性能特点
  经测算,菱形金属网的拉伸强度170-190KN/m,拉断伸长率大于12%, 重量为1.5—3.0KG/M2,网孔边长一般为30mm。综采工作面贯通时使用菱形铁丝网,首先需要人工将金属网扛到工作面相应位置,然后再进行铺网、绑扎、联网、撩网。整个挂网过程,工艺非常繁杂、挂网效率相对低下,需要多次扛网、铺网,同时需要工人频繁搭接,以致工作面所挂的网片整体性较差。
  2.金属网片使用中存在的问题
  综采工作面在末采贯通挂网前,首先用防爆车将网片从地面拉到井下,放置在机头、机尾两顺槽的联巷内,挂网时再由工人将网片扛到工作面内;每割一刀煤,都需要停机联网,且每一道程序都需工人进入溜槽内作业,不仅劳动强度大,而且由于人为原因,经常出现网片连接不牢固,造成顶板漏矸问题,需要人工进行二次补网,给现场带来严重的安全隐患。因此,贯通時使用金属铁丝网,不仅作业效率低下,而且安全隐患较大,从而造成贯通时间加长。
  三、柔性网片基本情况
  矿用柔性网片是一种新型树脂纤维聚合网片,一般采用高强度、高模量、低蠕变的聚合长丝纤维经纬向整体编织及表面涂层处理制成。柔性网片单片宽度5米,长度100-500米,可根据井下工作面实际的使用尺寸提前在地面编织为整体网片。网片经纬向无弯曲状态,交叉点全部用高强纤维长丝针织捆绑结合起来,形成牢固的结合点,可以充分发挥网片的整体稳定性和特殊力学性质。
  四、柔性网片的特点
  矿用柔性网片具有网片面积大、柔韧轻盈、抗拉力强、阻燃抗静电性能优异、重量轻、便于运输的特点。该网片拉伸强度范围为50—1000KN/m,网片施工过程工人劳动强度小、灵活性强,可预制成不同强度和规格;另外由于网片网孔小,减少了顶板漏矸问题,极大地提高了施工安全性。
  五、柔性网片铺网方法
  1.回顺纤维网运输方法
  根据工作面的长度在地面将树脂纤维网编织成一定规格网片折叠在专用框架内,再用专用搬运车的固定链将网片绞紧固定后,运至挂网工作面顺槽与停采线位置交叉口卸车。捆绑纤维网时,首先将纤维网一端折叠25m,然后用14#双股铁丝将纤维网捆绑固定在40T链环上,再用40T链环与纤维网捆绑。
  2.工作面纤维网运输方法
  运网前准备工作:
  (1)为减少纤维网摩擦,在回顺运输机机尾距煤壁正帮500mm左右支设三根单体;
  (2)在刮板机尾棱角处铺好废旧皮带,将纤维网标有记号的一端折叠25m,然后用40T马蹄环捆绑牢固;
  (3)距工作面停采线一定距离(榆家梁煤矿一般为11m)时,煤壁留好高为1m左右的台阶后将刮板机转空,刮板机停电闭锁;
  (4)每台支架顶梁起吊重环处安设一台定滑轮,每台支架左立柱处安设一台绞盘卡箍滑轮,并安设好尼绒绳和钢丝绳;
  (5)在距工作面停采线一定距离位置,两顺槽距离煤壁2m打三根锚杆,要求三根锚杆成等边三角形,其中一头刚好位于11m停采线位置;
  (6)在运网前,确保柔性网在工作面展开后网片放置方向正确,保证网片进入工作面后可向支架侧打开。
  运输过程:
  为将纤维网标有记号的一端折叠25m用链子固定在机尾端头支架护帮板上,通过护帮板将纤维网运至停在机尾的运输机链条处,用起重小链将纤维网上准备好的40T马蹄环捆绑至煤机破碎机上(煤机停机尾),慢速将纤维网运至机头,然后人工将折回的25m纤维网拉至机头。在牵引过程中分为14段(每10架1人)在支架内扩音电话附近监护网子拖拉状况,防止网卷被输送机等物刮坏,发现纤维网破损立即闭锁运输机并用扩音电话通知现场指挥人员,处理好后方可继续运输。   3.工作面上网、铺网具体操作方法
  (1)运网:按上述办法将网运到位
  (2)展网:将每个绞盘上面安装好的钢丝绳,在网片下面绕过钢丝绳与柔性网网边起始端的钢丝绳连接。展开纤维网,确保网片展开后没有扭曲。
  (3)上网:距停采线11m时,人工分为20段(40人,2人一组,每组负责7架)展开,用美工刀将外面捆纤维网的丝带剪断,松开折叠的部分,每隔一个架(奇数架)将绞盘上的钢丝绳绕过锚杆上的马蹄环与柔性网端的钢丝绳相连接,端头5架每架均连接,用于起吊网片。
  若工作面到达停采线时工作面顶板破碎,则将绞盘上的钢丝绳绕过锚杆上的钢丝绳勾在柔性网起始端的钢丝绳上,用于起吊网片。
  (4)挂网完毕后,逐架使用手动绞盘绞紧将纤维网吊在前梁下方,然后开机扫底煤,推溜正常割煤。
  (5)开始割煤时,每割一个采煤机机身长度拉架一次,拉架前先使用手摇绞盘将拉架附近网片放下,并将偶数号支架一级护帮打至顶板挑起纤维网,然后拉奇数号支架,待奇数号支架全部拉过后,逐架将偶数架一级护帮板收回,随后拉偶数架、升紧偶数架,以确保纤维网全部紧贴于顶板上,依此方法将整个工作面纤维网铺至顶板。
  (6)纤维网铺至顶板,用手动绞盘绞紧将纤维网吊在前梁下方,正常跟机推溜,按照正常拉架顺序进行,拉架前松开相应区域支架手动绞盘上的钢丝绳,让纤维网下落3m(如因捆绑绳扣导致不能降落3m,可将纤维网捆绑绳扣剪断),撩网要尽可能紧贴支架顶梁,防止因网松弛造成煤机刮网;放网滞后煤机底滚筒不小于3架,防止距离滚筒太近,造成滚筒缠网。
  然后依次拉架,完成整个工作面的割煤,然后摇动手绞盘将网再次置于支架前梁下方,依照上述方法重复割煤、铺网程序。(如下收放网过程图)
  (7)在贯通后,如果回撤通道内纤维网长度不够,回撤通道内顶板可使用双层塑钢网替代纤维网,连网时长边对接,短边搭接,搭接长度为200mm,并用14#铅丝扣扣相连,至少拧三圈连接。
  收、放网及割煤、移架的过程图
  4.挑梁、连网、清浮煤
  (1)挑梁时支架前梁与回撤通道内的钢带必须挑接可靠,如果支架前梁与顶板未贴紧,必须用木板、道木等填实,除指定支架工外任何人员不得随意乱动支架。
  (2)挑梁过程中泵站系统压力必须达到315bar,每台支架挑梁后初撑力必须达到252bar。
  (3)严格执行敲帮问顶制度,作业人员进入作业地点,首先对作业环境进行全面检查,确认安全后,方可进行作业。
  (4)待工作面贯通顶板稳定后,由跟班队长对主回撤通道顶板情况进行全面检查,确认安全后,方准进行挑梁作业。
  (5)贯通联网后,开始进行扫底及清煤工作。
  六、铺网注意事项
  1.铺网前要安排有经验的人员将顶板、煤壁的活煤、活矸处理干净,确保作业环境安全。在处理顶板、煤壁隐患时,必须在跟班领导的监护下进行。
  2.工作面上网、铺网期间需要停开机时,必须由跟班队长先做全面巡查,确认安全并且可以开停机时再与控制台电工联系;控制台电工只能听从跟班队长的指令,听清并重复指令,确定无误后方可开停机。
  3.支架工每班要对全工作面液压支架进行一次全面认真的检查,发现问题及时处理,确保顶板的支护质量。
  4.割煤、移架的过程中,注意观察网片,防止采煤机滚筒、采煤机机身或者支架损坏网片,当出现网片刮坏时,使用单片柔性网或双层金属网进行修补,综采一队各段负责人员补网加密,对搭接长度、绑扎距离要认真检查,务必要符合要求。
  5.逐架推移支架,滞后采煤机后滚筒十架拉架,降架时,支架顶部与网片有足够的间隙,防止网片与支架出现刮磨,损坏网片;移架过程中,控制好移架的速度,放慢匀速操作;操作时支架操作工和煤机司机要密切配合,协调作业。
  6.拉移支架工作必须不低于两人,一人操作支架,一人观察支架与网的情况,不得出现支架顶网、刮网、穿网、撕网等现象。
  7.收、打护帮板必须由专职支架工操作,严禁其他人员操作。
  8.上端头的网片与煤壁齐直,在上下两巷端超出支架的网片用铁丝将网片与巷道顶板的金属网捆绑在一起。
  9.停止移架时,保证网边能压在架后冒落区下面2米左右。
  七、柔性网片与菱形金属网的效果对比
  1.在挂网过程中可免除人工在溜槽内联网、进一步提高挂网的安全保障性;其次,可以加快推进速度、减轻顶板压力影响,减少顶板漏矸的可能,同时也可以提高末采速度,降低采空区自燃发火风险,保证回采期间的安全;另外可以杜绝贯通期间移架时出现压架、串矸、埋架现象。
  2.柔性网片的抗拉强度大,网片延伸率底,且网孔均匀,网孔间节点强度较高,漏矸兜护能力大,大大提高了顶板的控制效果。
  3.网片的大小可以根据工作面的实际需要一次加工到位,挂网时整个工作面整体一次性铺设,不存在中途联网及补网现象,不会出现因联网质量问题而顶板漏矸的现象。且柔性网片具有较强的抗静电、耐腐蚀、抗老化能力。
  4.采用柔性网片铺网时不需要工人进入溜槽内铺网,使用专用的铺网工具即可实现自动化铺网及机械化上网,不仅提高了铺网效率,而且保证了铺网期间工人的安全。同時可免除频繁手工联网,进一步简化贯通联网程序,也可节约停机时间,加快循环进度,减少用工人数,大幅提高挂网工效。榆家梁煤矿一个300米工作面采用金属网挂网每班至少需100人,需8-10小班才能贯通。现采用高强度聚酯纤维柔性网支护的新挂网工艺每班只需20人,只需4-6个小班即可完成,极大地提高了贯通回撤的安全和效率。
  八、结论
  随着我国煤矿开采技术的高速发展和采掘机械化程度的不断提高,大型综合机械化采煤设备使矿井产量增长的同时也使矿井的接续更加频繁。回采推进速度的提高,使综采工作面接续时间越来越短,搬家倒面越来越频繁,由以前一年搬家一次到两次三次,甚至一个矿井一年高达七八次。另外综采工作面的回撤工作一直是煤矿安全管理的难点,特别是顶板状况差的工作面更是安全管理的重中之重。频繁的搬家倒面不仅严重影响了矿井产量的提升,高效的实现,也给矿井带来较大的安全隐患。如何缩短搬家倒面时间,实现综采工作面安全快速的回撤,已成为各高产高效矿井着力研究的对象。因此,缩短综采工作面贯通回撤时间、提高回撤效率、实现安全高效回撤是现代化矿井必须面对的问题之一。
  实践证明,采用整体纤维柔性网解决工作面贯通时的顶板支护问题效果明显,可以极大地减少工作面贯通时的安全隐患,提高工作面的贯通效率。采用高强度聚酯纤维柔性网支护的挂网新工艺对于实现煤矿安全高效开采具有重要促进作用。
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