張冬冬朱衛(wèi)兵徐敬民陳蘇社

（1.中國礦業(yè)大學礦業(yè)工程學院，江蘇省徐州市，221116；2.神華神東煤炭集團有限責任公司大柳塔煤礦，陜西省神木市，719315）

特大采高綜采面回撤階段掛網(wǎng)位置研究*

張冬冬1朱衛(wèi)兵1徐敬民1陳蘇社2

（1.中國礦業(yè)大學礦業(yè)工程學院，江蘇省徐州市，221116；2.神華神東煤炭集團有限責任公司大柳塔煤礦，陜西省神木市，719315）

為解決神東礦區(qū)特大采高工作面回撤階段掛網(wǎng)位置選取困難的問題，在分析了礦區(qū)多個工作面的回撤掛網(wǎng)案例及對大柳塔煤礦52303工作面回撤階段現(xiàn)場礦壓實測的基礎上，根據(jù)工作面回撤階段的礦壓規(guī)律，提出了確定掛網(wǎng)合理位置的方法。研究結(jié)果表明：掛網(wǎng)位置選取是否合理取決于工作面周期來壓步距、來壓持續(xù)長度、柔性網(wǎng)的長度等因素，通過準確預測工作面掛網(wǎng)階段的來壓狀況，將上述3個因素代入相應公式可計算出各種情況下的掛網(wǎng)合理位置，由此計算出大柳塔煤礦52303工作面回撤階段合理的掛網(wǎng)位置應在距主回撤通道19～20 m，保障了工作面的正常接替。

大采高綜采工作面 工作面回撤階段 掛網(wǎng)位置 淺埋煤層 神東礦區(qū)

神東礦區(qū)綜合機械化采煤工作面普遍推廣并應用多通道快速回撤技術(shù)。快速回撤可減少搬家倒面時間，是實現(xiàn)礦井高產(chǎn)、高效的有效途徑?；爻冯A段中必要的一道工序就是掛柔性網(wǎng)，掛網(wǎng)質(zhì)量是快速安全回撤的關(guān)鍵因素。

工作面在回撤階段，為了保證頂板的支護質(zhì)量、防止出現(xiàn)冒頂事故、同時提高回撤效率，通常會提前10～20 m實施掛網(wǎng)措施，并要在適當?shù)奈恢眠M行讓壓，以保證工作面無來壓貫通。然而工作面在回撤階段的開采過程中，掛網(wǎng)位置的選擇往往由現(xiàn)場人員根據(jù)經(jīng)驗選取，缺乏科學合理的計算方法，可能造成等壓及掛網(wǎng)位置不合理、掛網(wǎng)措施不到位，進而造成工作面出現(xiàn)嚴重的壓架冒頂事故，影響工作面的安全回采，危及工作人員的安全。根據(jù)經(jīng)驗確定掛網(wǎng)位置的方法存在很大缺陷，為此必須找到一種科學合理的確定方法，根據(jù)工作面具體的頂板條件和來壓顯現(xiàn)特征進行綜合分析，進而確定合理的掛網(wǎng)位置，但目前尚未發(fā)現(xiàn)有涉及神東礦區(qū)淺埋綜采面回撤階段掛網(wǎng)合理位置等相關(guān)方面的研究，因此科學合理確定掛網(wǎng)位置顯得尤為重要。

基于以上分析，本文以大柳塔煤礦52303工作面為例，從周期來壓與柔性網(wǎng)長度之間關(guān)系的角度，對掛網(wǎng)的合理位置進行分析，并對該方法的適用性進行探討，從而為神東淺埋綜采面回撤階段科學有效地選取掛網(wǎng)位置、為工作面安全順利貫通提供參考依據(jù)。

1　工作面開采條件

52303工作面是大柳塔煤礦三盤區(qū)第2個7 m特大采高工作面，開采5-2煤層，工作面地表大部為第四系松散沉積物覆蓋。工作面寬301.50 m，推進長度4443.30 m，煤層厚度6.6～7.3 m，平均6.93 m，上覆基巖厚度132～245 m。工作面煤層自切眼至回撤通道傾斜，為寬緩單斜構(gòu)造，傾角1°～3°，最大相對高差為35.86 m。工作面一次采全高，后退式全部垮落綜合機械化采煤方法。煤層基本頂為中粒砂巖，成份以石英為主，泥質(zhì)膠結(jié)，塊狀層理，厚5.2～28.3 m，直接頂為粉砂巖，波狀層理，泥質(zhì)膠結(jié)，厚0～1.85 m，直接底為粉砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，水平層理發(fā)育，局部有泥巖、細砂巖薄層發(fā)育，厚0.76～5.6 m。工作面布置有主回撤通道和輔助回撤通道，通道間布置6條聯(lián)絡巷，巷道間距40 m。工作面巷道布置如圖1所示。

圖1　52303工作面巷道布置

2　52303工作面末采階段礦壓規(guī)律

52303工作面配備ZY18000/32/70型液壓支架，液壓支架中心距2.05 m，支護高度3200～7000 mm，額定工作阻力18000 k N。

由于掛網(wǎng)作業(yè)工作量大、耗費時間較長，若作業(yè)期間工作面處于來壓狀態(tài)，必將對打錨索、頂板支護等帶來不利影響，甚至導致冒頂、壓架等事故的發(fā)生。因此必須掌握回撤階段工作面的礦壓情況，進而確定掛網(wǎng)位置。

為研究工作面回撤階段的礦壓規(guī)律，對工作面回采距回撤通道110～20 m階段的支架工作阻力數(shù)據(jù)進行采集，見圖2。通過對數(shù)據(jù)進行分析得出52303工作面末采階段礦壓顯現(xiàn)特征，進而研究掛網(wǎng)位置影響因素之間的關(guān)系，科學合理地確定工作面掛網(wǎng)位置。

圖2　液壓支架工作阻力

圖2顯示，52303工作面周期來壓步距為16～18.1 m，平均17.0 m；來壓持續(xù)長度1.6～7.2 m，平均4.6 m；來壓期間支架平均循環(huán)末阻力為17265 k N；非來壓期間支架循環(huán)末阻力為11833 k N，動載系數(shù)為1.46。工作面回撤掛網(wǎng)前來壓特征如表1所示。表1中的數(shù)據(jù)為工作面與回撤通道相距80～20 m區(qū)間內(nèi)的來壓統(tǒng)計即工作面掛網(wǎng)前最近4次的來壓特征統(tǒng)計，包括工作面來壓步距、支架動載系數(shù)、來壓持續(xù)長度等。

表1　末采階段周期來壓統(tǒng)計

3　回撤階段合理掛網(wǎng)位置的確定

通過對神東礦區(qū)的多個綜采工作面回撤階段的掛網(wǎng)案例進行研究發(fā)現(xiàn)，掛網(wǎng)位置的合理與否與工作面回撤階段的周期來壓步距、來壓持續(xù)長度及柔性網(wǎng)的長度等因素有關(guān)，并且各因素間關(guān)系可通過數(shù)學公式表達，從而準確計算出掛網(wǎng)的合理位置距回撤通道的距離。

通過工作面掛網(wǎng)前4～6次的周期來壓步距計算出平均周期來壓步距L，預計掛網(wǎng)后周期來壓起始位置距主回撤通道的距離Lz。根據(jù)平均周期來壓步距L、來壓持續(xù)長度Lc以及柔性網(wǎng)長度Xo和掛網(wǎng)位置距回撤通道最短距離（最短掛網(wǎng)距離）Xmin四者之間的關(guān)系，代入不同的計算式得出合理的掛網(wǎng)長度X，以保證回撤階段的安全快速生產(chǎn)。

為避免在工作面來壓期間掛網(wǎng)，根據(jù)來壓位置距回撤通道距離與掛網(wǎng)極限長度（即最大與最小掛網(wǎng)長度）之間的關(guān)系，掛網(wǎng)位置的選取共分3種情況，見圖3。

圖3　來壓位置、柔性網(wǎng)長度與掛網(wǎng)位置關(guān)系

（1）周期來壓起始位置距回撤通道距離Lz小于掛網(wǎng)位置距回撤通道最短距離Xmin，即Lz＜Xmin時，見圖3（a），此時的掛網(wǎng)位置距回撤通道距離X可在最短掛網(wǎng)長度Xmin到柔性網(wǎng)長度Xo之間任意選擇，因為此時即使是最短掛網(wǎng)距離位置也處于來壓區(qū)域之外，可保證掛網(wǎng)時不會受到周期來壓的影響，實現(xiàn)安全快速的掛網(wǎng)。

（2）周期來壓起始位置距回撤通道距離大于最短掛網(wǎng)長度，但小于柔性網(wǎng)長度，即Xmin≤Lz＜Xo時，如圖3（b）所示，掛網(wǎng)位置距主回撤通道的距離為:

式中:X——掛網(wǎng)位置距主回撤通道的距離，m；

Lz——周期來壓起始位置距回撤通道的距離，m；

n——富余系數(shù)，取2～4，通常取3；

d——采煤機截深，神東礦區(qū)綜采面采煤機截深一般為0.8 m。

掛網(wǎng)位置之所以要在來壓起始位置的基礎上再加上若干截深長度的距離，原因在于一是工作面割煤過程中在來壓前一刀往往已經(jīng)出現(xiàn)來壓的趨勢，工作面壓力比非來壓時普遍加大，也有可能導致礦壓顯現(xiàn)加劇，對于掛網(wǎng)前打錨索等作業(yè)不利，因此必須在最小距離基礎上加上1～2刀的截深；另外，實際操作過程中，掛網(wǎng)所需時間較長，除檢修班外，往往還占用1～2個生產(chǎn)班甚至更多的時間，根據(jù)實測統(tǒng)計結(jié)果表明可能導致工作面提前來壓，故應另加上1～2刀的截深。

（3）周期來壓起始位置距回撤通道距離大于柔性網(wǎng)長度（最大掛網(wǎng)距離）即Lz≥Xo時，掛網(wǎng)位置距主回撤通道的距離分兩種情況計算。

第一種情況，如圖3（c）所示，當Lz-Lc≥Xmin時:

式中:Lc——來壓持續(xù)長度，m，可根據(jù)礦壓實測結(jié)果獲取。

第二種情況，如圖3（d）所示，當Lz-Lc＜Xmin時，計算式同式（1）。

此時柔性網(wǎng)長度小于掛網(wǎng)起始位置距回撤通道的距離，掛網(wǎng)長度不足部分后期應采用金屬網(wǎng)進行續(xù)接。

綜上所述，計算掛網(wǎng)的合理位置分為3種情況，分別對應一種計算式，合理的掛網(wǎng)長度X計算分別為:

4　工程應用

根據(jù)52303工作面末采階段礦壓規(guī)律可知，平均周期來壓步距17 m，來壓持續(xù)長度為4.6 m。由表1可知掛網(wǎng)前最后一次來壓起始位置在距回撤通道33.8 m處，故預測掛網(wǎng)期間周期來壓位置在距回撤通道16.8 m處。工作面的最小掛網(wǎng)長度在12 m左右。即Lz=16.8m，Lc=4.6 m，Xmin=12 m，Xo=20 m，故Xmin≤Lz＜Xo，滿足式（4）條件，計算可得X=19.2 m，即工作面應至少在距回撤通道19.2 m處掛網(wǎng)。

原生產(chǎn)計劃在距主回撤通道16 m處掛網(wǎng)，而根據(jù)末采階段礦壓實測統(tǒng)計結(jié)果，工作面將在約16.8 m處來壓。若按原計劃掛網(wǎng)，則掛網(wǎng)時恰受到工作面來壓影響，極易導致工作面掛網(wǎng)時出現(xiàn)冒頂壓架問題，影響工作面安全生產(chǎn)。為此，建議掛網(wǎng)位置應該選擇在距主回撤通道19～20 m處，考慮到柔性網(wǎng)長度為20 m，故實際掛網(wǎng)位置確定為19 m，掛網(wǎng)后工作面推進4刀合計3.2 m后出現(xiàn)周期來壓，表明回撤階段實際周期來壓位置為距離主回撤通道15.8 m處，掛網(wǎng)位置的正確選擇保障了工作面的順利貫通。

5　結(jié)論

（1）通過對礦區(qū)多起掛網(wǎng)案例的研究，確定了影響掛網(wǎng)位置選取的3個要素，即:周期來壓步距、來壓持續(xù)長度、柔性網(wǎng)的長度，并得出了回撤階段合理掛網(wǎng)位置的計算公式。

（2）根據(jù)提出的掛網(wǎng)位置確定方法，在大柳塔煤礦52303工作面進行了實踐驗證，最終掛網(wǎng)期間無來壓，工作面實現(xiàn)了安全順利貫通，保證了工作面的正常接替。

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Study on the net hanging location in fully mechanized face with extra large mining height during equipment removing stage

Zhang Dongdong1，Zhu Weibing1，Xu Jingmin1，Chen Sushe2
（1.School of Mines，China University of Mining&Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China；2.Daliuta Coal Mine，Shenhua Shendong Coal Group Co.，Ltd.，Shenmu，Shaanxi 719300，China）

In order to find the reasonable net hanging location during equipment removing of of fully mechanized face with extra large mining height in Shendong mining area，the net hanging cases in several mining faces and field rock pressure measurements during equipment removing of No.52303 working face in Daliuta Coal Mine were analyzed，then the determination method of net hanging location was put forward according to the strata behavior regularity during the equipment removing stage.The research results showed that the reasonable hanging location was determined by periodic weighting length，the distance of weighting，the length of flexible net and so on.Through perfect forecast of weighting status during net hanging stage in working face，the reasonable locations under any conditions could be figured out by corresponding formulas on basis of three factors above.Finally reasonable net hanging location in No.52303 working face of Daliuta Coal Mine was 19～20 m away to the main equipment remove gateway，which ensured the normal succession of mining faces.

fully mechanized mining face with extra large mining height，equipment removing stage in working face，net hanging location，shallow coal seam，Shendong mining area

TD353

A

張冬冬（1991-），男，江蘇徐州人，碩士研究生，主要從事巖層移動與綠色開采方面的研究工作。

（責任編輯 張毅玲）

國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973）項目（2013CB227900），國家“十二五”科技支撐計劃項目（2012BAK04B06）