顶分层大采高综采架后高效铺网试验研究.docx

? ? 顶分层大采高综采架后高效铺网试验研究 ? ? 张 震，张洪清，谭德永，冯立友 (1.中煤科工开采研究院有限公司，北京 100013；2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013；3.煤炭科学研究总院开采研究分院，北京 100013；4.扎赉诺尔煤业有限责任公司，内蒙古 满洲里 021410；5.山东鑫天河新材料科技有限公司，山东 泰安 271000) 我国厚煤层煤炭储量丰富，在我国煤炭资源的分布中，厚煤层的可采储量约占全国可采储量的45%左右，每年厚煤层的开采量占全国煤炭产量的40%～50%，目前厚煤层的开采已是我国实现安全高效开采的主力技术[1-3]。 当前我国厚及特厚煤层开采以整层综放开采为主，综放开采技术已成为我国现阶段实现高产高效矿井建设和进行采煤工艺改革的有效途径。但特厚煤层综放开采受煤层赋存地质条件影响较大，存在着高含矸率、低回收率的问题，尤其在“煤硬顶软”综放开采条件下，这种现象更为突出。在“煤硬顶软”地质赋存条件下，由于顶板松软的特殊赋存条件，顶煤和顶板破碎时间及块度差别较大，顶板破碎后顶煤仍呈大块状态，支架顶梁上方的顶煤在裂隙张开并回转的过程中，直接顶中的碎矸随即进入大块顶煤的裂缝中，煤矸分界线交错，综放开采时顶煤的回收率低、含矸率高。为提高“煤硬顶软”特殊地质覆存条件下煤层回收率及煤质，国内学者及生产矿井开展了大量的研究与现场试验工作[4-11]，主要包括：采法及放煤工艺优化、综放顶煤爆破或水力压裂弱化，但由于顶板松软的特性，其效果并不明显。基于此，论文提出了松软围岩特厚煤层顶分层大采高综采架后高效铺网技术，以期探讨该技术在松软围岩特厚煤层高效高回率开采的可行性。 1 铺网材质及联网方式发展现状 我国从1975年开始进行上分层机械化铺网液压支架的研制及铺网工程实践以来，经过多年的分层开采实践，在网的材质、铺网工艺等方面积累了丰富的生产经验[12-16]。 1.1 铺网材质 当前煤矿井下铺网工作面使用的铺网材质主要分为金属网和高强度聚酯纤维柔性网两大类，其中金属网抗腐蚀性差，下分层开采时网的整体强度较差，不能有效的阻挡上分层采空内的破碎岩体，无法满足下分层综放开采时对煤质的要求，其次金属网铺设时需逐片连接，每开采一个循环需进行一次联网，联网时间长，严重影响工作面推进速度，同时频繁的运网及联网作业时人员的劳动强度高、安全系数低。近年来，随着矿用新材料研发的不断更新，高强度聚酯纤维柔性网在井下应用范围不断扩展[17-23]，尤其在工作面回撤铺网中得到了广泛应用。柔性网具有抗拉强度大(100～1000kN/m2)、延伸率高(13%～20%)、兜护能力大、耐腐蚀不变质等性能优势，由于其柔性可折叠的特性，可以实现整体一次性铺设，克服了金属网联网搭接可靠性差的难题，在工作面回撤中逐步取代了金属网。 1.2 铺网方式 工作面联网方式主要有架上铺网、架前铺网和架后铺网[12]。架上铺网是将网卷悬挂于支架顶梁下，利用钢丝绳通过顶梁下定滑轮与立柱上的手动摇盘实现网卷的自动展开，该方式操作空间充足，运网及联网方便，目前该铺网方式已在工作面末采期间铺网控顶进行了广泛应用，但对顶板状态较差或裂隙较发育的正常回采大采高工作面，由于支架支护的不及时性，该种铺网方式极易造成架前冒顶、煤壁严重片帮，对生产影响相对较大。架前铺网是将网卷置于前部刮板输送机电缆槽侧，底网从支架底座通过铺设在底煤上，通过支架前移实现网的伸展，该支架的推移机构和铺联网机构连为一体，借助刚性推杆与铺联网机构用销轴连接，铺联网机构的前端与输送机铰接，由于其空间及连接件的限制，该方式不适宜目前整张大片网的铺设，目前国内矿区基本无应用。架后铺网即网卷挂在支架尾梁后方，移架时网自动展开铺设在架后的底煤上，该铺网方式网不经过支架底座下方，易于铺展。 近年来国内部分矿井尝试了采用铺网的方式以提高回收率及煤质[21]，2009年淮南矿业谢一煤矿试验了顶分层架后金属网铺网[17]，2011年平庄风水沟煤矿尝试了分层架后多片柔性网铺网，河南煤业化工集团赵固一矿开展了顶分层架后铺网，2016年枣庄矿业集团新安煤矿尝试了顶分层架上铺网。受支架后部空间及铺网材料的限制，目前国内正常回采工作面开展过的铺网均为每个支架对应单片网(长20～30m，宽1.5m)的铺展，铺网材料为金属网或柔性网，工人的劳动环境恶劣，联网劳动强度大，同时大量单片网的联结造成网的整体性较差，强度较低。 2 顶分层大采高综采架后高效铺网方法及工艺 为实现松软围岩特厚煤层安全、高效、高回收率开采，提出了“特厚煤层顶分层大采高综采架后高效铺网开采+下分层整层综放开采”的方式。其中顶分层大采高综采架后高效铺网是通过专用的压缩、运网、牵引及铺网系统，实现柔性网在大采高支架后方的整体运输及沿工作面倾向方向