薄煤层综采工作面末采区域柔性网护顶技术研究与应用

2022-02-23陈小云

山东煤炭科技 2022年1期

陈小云

（山西保利铁新煤业有限公司，山西灵石 031300）

1 工程概况

铁新煤业2201工作面位于二采区，工作面北部和南部均为实体煤，工作面东部为井田边界，西部为二采区运输大巷。工作面开采2#煤层，煤层平均厚度为1.1 m，属大部分稳定可采煤层。煤层顶板岩层主要为泥岩和粉砂岩，底板岩层为泥岩和细粒砂岩。2201工作面距二采区运输大巷11.7 m处为工作面停采线，2201工作面进行末采阶段时，为保障末采期间回撤通道围岩的稳定，拟采用柔性网护顶技术进行破碎顶板的控制。

2 柔性网护顶技术

工作面末采区域采用普通金属网护顶作业时，存在的主要问题有3方面：（1）工作面每推进一刀即需进行一次铺网联网作业，且联网时需要人工操作较多，劳动强度大；（2）运网和联网工作需要在刮板运输机和煤壁前进行作业，安全系数低；（3）工作面铺设金属网作业时间长，联网质量不易保证，造成工作面推进速度慢，不利于采空区的防火管理[1-3]。

柔性网护顶技术中采用的网片材质主要为聚酯纤维，聚酯纤维柔性网具有重量轻、体积小和柔软的特征。采用柔性网护顶技术能够有效免除末采期间作业人员的频繁运网、联网和吊网工作[4]，可大幅提升末采期间的回采速度，降低劳动强度。

柔性网护顶施工时，主要分为5个步骤实施：（1）柔性网片运至现场后，将其展开，并将钢丝绳吊挂完毕；（2）将柔性网片吊起后，进行工作面的割煤进刀作业；（3）工作面进刀后，液压支架进行间隔移架，并将护帮板依次循环顶出，在顶板打设锚杆索及钢带；（4）柔性网片铺设完毕后，通过打设锚杆进行固定，并依次进行撤架作业；（5）在工作面撤架位置间隔采用木垛或木柱进行临时支护。

工作面末采期间采用柔性网护顶工艺时，当确认网片吊挂到位后，将卷的搭接部分进行联结，确保工作面两端头部分的网片与顶板固定牢靠后方可进行割煤作业。在工作面拉出超前支架将网片全部上到顶板后，通过液压支架上的手动绞盘将网卷兜起，开始进行割煤作业。具体生产工艺循环如图1所示[5-6]。

图1 工作面生产循环工艺示意图

工作面采煤机割煤前，通过手动绞盘将柔性网进行铰起，随后进行割煤作业。当采煤机割煤后，在距机组后滚筒10架左右的位置处，确保每个液压支架降低幅度，松开手动绞盘后将纤维网放下，随后进行移架。液压支架拉架后，再一次将纤维网拉起，进行割煤作业。在顶板进行上网过程中，充分利用支架的推移进行挑网、压网和吊挂。具体柔性网施工过程中网片拉起、放下的方式如图2所示。

图2 工作面末采区域柔性网护顶工艺

3 回撤通道围岩控制

3.1 围岩控制方案

当2201工作面推采至停采线9 m时，需打锚杆、铺柔性网、挂钢丝支护顶板，共需要挂钢丝绳8根，具体柔性挂网施工方案如下：

（1）当工作面距离停采线9 m时，割煤后及时拉移支架使支架顶梁距离煤壁0.3 m，在距支架顶梁前端0.15 m的位置，按倾向方向打设第一排锚杆（未上托盘和螺母），锚杆间距3.0 m，然后从机头向机尾铺设柔性网，柔性网沿工作面走向方向铺设，2张柔性网卷（82.5 m×10 m），网片压茬3 m，搭接处每200 mm用14#镀锌铁丝联结牢固。铺设完网后上紧托盘和螺母。柔性网铺设完毕后，采煤机开始割煤，推进够1.8 m时，开始挂第一根钢丝绳，在运输巷、材料巷两端头各打设两根锚杆，锚杆间距200 mm，将钢丝绳的两头分别用三个绳卡固定在端头所打设的两根锚杆上，钢丝绳绕过锚杆的距离不得小于1 m。钢丝绳固定完毕后，将第一根钢丝绳与柔性网用14#铁丝双股扭转720°进行捆绑，捆绑间距200 mm。第一排钢丝绳与柔性网连接完毕后，在钢丝绳下方打设一排锚杆托住钢丝绳与柔性网，托绳锚杆间距10 m。

（2）第一根钢丝绳挂设完毕，当工作面推进0.6 m时，采煤机每割15 m，停机闭锁采煤机和刮板输送机，在靠工作面煤壁侧使用DW22型单体液压支柱配合半圆木（L=1.2 m，Ф=150～200 mm）将柔性网贴至顶板进行临时支护，单体柱间距1500 mm，开始在距第一根钢丝绳0.6 m的位置挂第二根钢丝绳，依次类推。继续向前推进1.0 m后，挂第三根钢丝绳，依次类推，直至8根钢丝绳挂设完毕。

（3）当工作面距离停采线剩余6.3 m时，开始在距停采线6.3 m的位置打设锚杆，锚杆间排距为5000 mm×1200 mm。锚索在距第五排锚杆0.3 m的距离处开始打设，间排距为1500 mm×1200 mm。支架顶梁上共计打设4排锚杆，回撤通道内共计打设4排锚杆、2排锚索。

具体回撤通道施工前柔性网挂设及锚杆索支护参数如图3所示。

图3 末采期间柔性网挂设及回撤通道支护平面图

当2201工作面回采至距离停采线2.4 m时，开始施工回撤通道，回撤通道宽度×高度= 2.4 m×1.9 m，采用煤机扩回撤通道，共需扩4刀，具体施工方法如下：

（1）支架顶梁距离停采线2.4 m时，停止拉架，此时通道内共支护4排锚杆、2排锚索以及“一架两棚”支护。

（2）工作面继续推进，采煤机每割15 m，停机闭锁采煤机和刮板输送机，在煤壁侧使用单体液压支柱配合半圆木（L=1.2 m，Ф=150～200 mm）扶棚进行临时支护，临时支护打设完毕后，开始支护第五排锚杆，锚杆间排距800 mm×600 mm。

（3）工作面推进够1.2 m后，采煤机每割15 m，停机闭锁采煤机和刮板输送机，在煤壁侧使用单体液压支柱配合半圆木（L=1.2 m，Ф=150～200 mm）扶棚进行临时支护。临时支护打设完毕后，开始支护第六排锚杆，间排距800 mm×600 mm，并支护第一排锚索，间排距1500 mm×1200 mm。

（4）支护完毕后，开始割第三刀，采煤机每割15 m，停机闭锁采煤机和刮板输送机，在煤壁侧使用单体液压支柱配合半圆木（L=1.2 m，Ф=150～200 mm）扶棚进行临时支护。临时支护打设完毕后，开始支护第七排锚杆，锚杆间排距为

800 mm×600 mm。

（5）支护完毕后，继续割第四刀煤，采煤机每割15 m，停机闭锁采煤机和刮板输送机。工作面打好临时支护后，开始支设第八排锚杆，锚杆间排距800 mm×600 mm，并支护第二排锚索，锚索间排距1500 mm×1200 mm。顶板支护完毕后，在工作面煤壁打设三排锚杆并挂菱形网支护，锚杆间排距为800 mm×800 mm。

（6）煤壁支护完毕后，在煤壁侧使用DW22型单体液压支柱配合π型梁（L=2.8 m）支护顶板，单体柱间距750 mm，π型梁一头搭接在液压支架顶梁上方，搭接长度不小于300 mm。所有打设的单体柱必须拴好防倒绳。

具体2201工作面回撤通道支护断面如图4所示。

图4 2201工作面回撤通道支护断面图（mm）

3.2 效果分析

2201工作面末采区域采用柔性网护顶技术后，通过一次铺网，免去频繁运网、联网的过程，降低了工人的劳动强度。柔性网铺设后工作面可直接推进至停采线位置，大幅缩短末采时间，提升了生产效率。根据现场生产观测可知，柔性网护顶技术对顶板的维护效果较好，顶板无大范围漏冒现象出现，确保了2201工作面内综采设备的顺利回撤。