基于综采工作面格瑞特柔性网护顶回撤技术分析

高 朝

（阳煤集团安监局，山西 阳泉 045000）

1 工程概况

（1）71503工作面煤层顶底板情况

工作面没有伪顶和伪底；直接顶厚度5.8m，单轴抗压强度为26.0～33.5MPa，主要含泥岩和砂质泥岩，岩石性脆，富含植物化石；基本顶厚度8.0m，单轴抗压强度为93.2～110.0MPa，主要含石英和长石，岩石主要呈灰色，分选性差；直接底厚度5.8m，主要含泥岩和砂质泥岩，岩石性脆，富含植物化石；基本底厚度4.0m，主要含泥岩，岩石主要呈黑色，致密。

（2）80508工作面煤层顶底板情况

直接顶厚度为7.20m，单轴抗压强度为74.6～90.4MPa，主要含泥岩和砂质泥岩，致密；基本顶厚度为6.80m，单轴抗压强度69.0～207.9MPa，主要含细粒砂岩，岩石主要呈深灰色，致密，坚硬；直接底厚度为1.80m，单轴抗压强度62.5～65.7MPa，主要含泥岩、砂质泥岩，岩石主要呈灰黑色，致密，含植物化石；基本底厚度为4.50m，主要含细粒砂岩，岩石主要呈深灰色。

2 格瑞特柔性网关键技术分析

2.1 格瑞特柔性网选型

格瑞特柔性网使用树脂纤维经纬向整体编织而成。通过采用经编定向结构编制高强树脂合成纤维，使得格瑞特柔性网在纬向和经向不存在弯曲状态，该柔性网的每个节点采用高强纤维长丝针织捆绑，因此结构十分牢固并且充分发挥了合成纤维的高强度力学性能。格瑞特柔性网的不同型号采用不同的编制设计，因此强度也有所差异，在使用过程中可以根据具体实际情况对整网部分区域进行增强编制提高整网性能。格瑞特柔性网使用的树脂纤维通过浸渍以及涂覆处理，网片的整体性能得到提高，根据格瑞特柔性网的拉伸试验、阻燃性试验、表面电阻试验，其各项试验结果均符合国家规定，可在煤矿井下使用。

首先确定收尾时全工作面铺设柔性网起始处距工作面停采边界的距离，其计算如公式（1）所示：

式中：

Lw-柔性网沿工作面推采方向的铺设宽度，m；

L1-设计撤除空间的液压支架梁端距，m；

L2-液压支架梁长度，m；

L3-液压支架掩护梁斜长，m；

L4-液压支架掩护梁尾至底板的高度，若非掩护类支架则为顶梁尾端至底板高度，m；

D-采空区侧矸石埋压网头长度，一般取1～3m。

计算得到71503工作面采用柔性网宽度为12.5m，80508工作面采用柔性网宽度为13.5m。

在破碎顶板或厚煤层分层网下开采时，还应计算收尾铺设联合柔体护顶材料的承载破断力，其计算如公式（2）所示：

式中：

FL-液压支架撤除空间单位面积联合柔体护顶材料破断力，kN/m2；

FW-液压支架撤除空间单位面积柔性网破断力，kN/m2；

FS-液压支架撤除空间单位面积护顶钢丝绳破断力，kN/m2。

由于液压支架撤离后顶板悬露面积较大，因此计算上覆岩石重量时冒落高度取采高的3倍，计算如公式（3）所示：

式中：

QJ-单位面积上覆岩石静载荷，kN/m2；

M-工作面采高，m；

r-上覆岩石密度，t/m3。

已知71503工作面采高为2.77m，上覆岩石密度2t/m3；80508工作面采高为2.60m，放煤高度3.2m，煤密度为1.41t/m3，上覆岩石密度2t/m3。带入数据计算得到：

71503工作面上覆岩层载荷：QJ=3×2.77×2×10=166.2kN/m2

80508工作面上覆岩层载荷：QJ=2.60×1.41×1 0+2×2.60×2.5×10=166.7kN/m2

在不考虑上覆岩石冲击载荷的条件下，收尾铺设联合柔体护顶的安全系数就满足公式（4）所示：

带入数据计算得到：

71503工作面安全系数：

80508工作面安全系数：

2.2 格瑞特柔性网运行工艺技术关键

格瑞特柔性网技术引进国外综采工作面回撤通道维护顶板使用的新型技术和材料，结合阳泉煤业（集团）有限责任公司国阳二矿自身条件研发推广。在进行工程实践中顶板控制盒架前挂网主要分以下5个步骤进行。

（1）步骤一：进入工作面撤架位置后展开格瑞特柔性网片，吊挂钢丝绳；

（2）步骤二：格瑞特柔性网片吊挂完成后，再用采煤机进行割煤进刀作业；

（3）步骤三：工作面采煤机割煤进刀后，液压支架采用间隔推移的方式，循环进行伸缩护帮板和铺设顶网；

（4）步骤四：完成格瑞特柔性网网片铺设后，使用锚杆固定柔性网网片并支护顶板，然后依次撤离液压架；

（5）步骤五：采用木柱或者木垛等作为临时支护维护撤架空间顶板。

使用格瑞特柔性网与工作面推移液压架、割煤配合时的关键步骤如图1所示：

（1）采煤机截割煤壁之前，首先绞动手动绞盘将格瑞特柔性网升起，然后开动采煤机割煤，如图1（a）所示。

（2）采煤机截割煤壁之后，松开手动绞盘将格瑞特柔性网放下，然后推移刮板输送机和液压支架，如图1（b）所示。

（3）推移液压支架后，绞动手动绞盘将格瑞特柔性网升起，开动采煤机返机清理工作面浮煤，如图1（c）所示。

2.3 格瑞特柔性网使用期间的关键施工工序

（1）调齐工作面设备。根据工作面实际情况调整刮板输送机机头、机尾与设计停采线之间的距离，并将液压支架和刮板输送机调齐，防止设备回撤过程中液压支架和刮板输送机上窜、下滑。

（2）随时掌握工作面推进度。当工作面推进到距离停采线30m时，测量并调整工作面的截割高度和层位，推进到设计的位置。

（3）工作面挂网。保证顶底板、煤壁条件好，所有液压支架支撑力达到初撑力，铺网工序和人员安排合理。在工作面安设2台单体液压钻机，1台备用；按要求将格瑞特柔性网、钻杆、锚索、锚杆、树脂、14#网丝、尼龙绳等材料运送到运输平巷和工作面的指定位置，并按指定顺序堆放整齐；每隔一个液压支架安装连接钢丝绳的滑轮和绞盘，锁扣按要求将钢丝绳引向铺设柔性网的区域。

图1 格瑞特柔性网使用关键步骤过程图

2.4 安装实施操作程序关键步骤

（1）提前工作面挂网贯通作业2天，将格瑞特柔性网运送至区段回风平巷。往工作面内拉网前在回风顺槽三角区安置导向装置或打单体支柱，有利于柔性网的运输，防止网片被刮坏。导向装置可利用皮带辊筒或在拐角处打设多根单体支柱，如图2所示。为防止柔性网网片运送时刮伤，放置3m左右废旧皮带在煤壁和区段平巷拐角处。

（2）在挂网前采煤机割完一刀煤时，工作面整体先不推移液压支架，处理工作面煤壁片帮等隐患，将刮板输送机内的煤清空，确保作业空间安全后才可进行挂网作业。

（3）固定工作面的导向装置，柔性网网片和刮板输送机或采煤机的连接使用直径19mm的钢丝绳，沿刮板输送机机头位置方向慢速拖动柔性网网片。

（4）保证工作面的柔性网起始端的钢丝绳全长清晰可见，网片整体不扭曲，剪断包装时捆绑使用的绳索，展开折叠的网片，外露3.5m便于上网安装。

（5）使用钢丝绳穿过柔性网网片，连接并固定起始端的钢丝绳和手动绞盘。

（6）从网片两端开始挑网，顶板完整时可使用降架挑网方法，其他采用人工挑网方式。

（7）防止网片因自身重力作用，使网卷向中间收缩，在网卷的两端使用倒链拉紧。

（8）使用铁丝搭接柔性网两网片，搭接长度为3m。

（9）网片边缘固定好后将支架的护帮板全部打开，然后再收护帮板进行移架、推移刮板输送机操作，为保证工作面采煤机正常割煤，需要用绞动手动绞盘上的钢丝绳将柔性网网片吊起。

（10）拉出工作面待拆除液压支架后，再绞动手动绞盘上的钢丝绳将柔性网网片吊起，重复割煤、放网、拉架、收网、割煤等工序，直到到达设计停采位置。为了保护煤帮，在采煤机未到达前，可以使网片下垂在煤壁前并打开护帮板，在采煤机将至时，再收护帮板并将网卷收吊起，综采工作面撤架挂格瑞特柔性网效果如图2所示。

（11）工作面推进到停采位置后，液压支架保持不动，使用单体液压支柱推移刮板输送机，用采煤机截割宽2.8m、高3.5m的工作面设备回撤通道。

图2 综采工作面撤架挂格瑞特柔性网效果图

3 结语

通过71503综采工作面使用实践表明，使用格瑞特柔性网护顶后平均每天多回撤液压支架2台以上，工作面设备撤出总时间减少4d，实现了工作面设备的快速和安全撤离。此次柔性网使用实践为类似综采工作面搬家提供了丰富的经验，尤其是80508综放工作面柔性网的试用成功，为阳煤集团在综放工作面的推广使用提供了可靠的参考资料，为其他矿井类似条件下工作面搬家使用格瑞特柔性网提供现实依据。