河南陳四樓礦煤巷掘進工作面專用回風聯(lián)絡巷風橋施工技術

雷喜良 顧洪江

(河南龍宇能源股份有限公司陳四樓煤礦)

目前，陳四樓煤礦已升級為煤與瓦斯突出礦井，為確保巷道掘進安全及井下安全生產(chǎn)，有必要施工專用回風聯(lián)絡巷，形成掘進工作面的獨立通風系統(tǒng)。根據(jù)該煤層分布特征及通風系統(tǒng)改造情況，只有通過施工風橋[1-3]，形成風橋上部進風(回風)、風橋下部回風(進風)的風流形式，方可實現(xiàn)掘進工作面獨立通風[4-7]。本研究根據(jù)該礦2802工作面的地質(zhì)特征，對其回風聯(lián)絡巷風橋施工方案進行設計，并對詳細的施工工藝流程進行探討。

1 工作面概況

陳四樓煤礦2802上順槽回風聯(lián)絡巷主要擔負2802上順槽掘進及2802工作面回采期間回風及瓦斯排放任務。該巷道設計全長72 m，巷道沿二2煤層頂、底板掘進，煤層傾角8°～13°，平均9°。巷道斷面為梯形斷面，設計斷面規(guī)格為4.0 m×2.6 m(凈寬×凈高)，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方案，巷道掘進采用掘進機割煤方式，刮板輸送機、膠帶輸送機運輸。為形成獨立的通風系統(tǒng)，有必要在回風聯(lián)絡巷與八采區(qū)皮帶巷交叉位置施工風橋(圖1)，該風橋連接2802上順槽回風聯(lián)絡巷與聯(lián)絡巷。

圖1 風橋施工位置

2 風橋施工方案

經(jīng)過詳細分析2802上順槽獨立通風系統(tǒng)，可知2802上順槽回風聯(lián)絡巷施工過程中需要穿過八采區(qū)皮帶巷，八采區(qū)皮帶巷為進風巷，2條巷道的位置關系為交叉貫通，無法形成完整的通風系統(tǒng)，需要在貫通處施工風橋，并設計風橋上部為進風風路、風橋下部為回風風路。通過風橋既可實現(xiàn)八采區(qū)皮帶巷進風，又可實現(xiàn)2802上順槽回風聯(lián)絡巷回風[8]。根據(jù)八采區(qū)皮帶巷與2802上順槽回風聯(lián)絡巷的位置關系，可對八采區(qū)皮帶巷進行挑頂施工和拉底施工。兩者對比分析表明：①挑頂施工相比拉底施工難度更大，施工工序較復雜，且安全系數(shù)更低；②挑頂施工對巷道圍巖穩(wěn)定性的破壞程度較大，巷道不易支護；③挑頂施工相比拉底施工需要更多的施工人員，且需要更多的支護材料，施工成本較高；④挑頂施工對于巷道圍巖破壞較大，巷道壓力重新分布，易造成頂板離層，巷道后期維護工作量較大；⑤拉底施工相比挑頂施工安全性更高。為此，本研究采用拉底施工方案，該方案包括如下幾類施工工藝。

2.1 風橋下部巷道拉底施工工藝

施工風橋時首先對八采區(qū)皮帶巷進行拉底，根據(jù)設計的拉底坡度確定拉底的起始點和結束點；然后根據(jù)坡度標出施工腰線，確保拉底的深度和寬度。八采區(qū)皮帶巷既為進風巷，又負責回采期間運煤，因此施工坡度設計需顧及到后期鋪設皮帶形成運煤系統(tǒng)，故而坡度不宜過大，變坡點需盡可能圓滑以減小巷道起伏，確保皮帶能夠平穩(wěn)運轉。根據(jù)相關施工經(jīng)驗，具體施工工藝為在八采區(qū)皮帶巷導線點8SFP11前15.8 m處按11°下山拉底施工至八采區(qū)皮帶巷與2802上順槽回風聯(lián)絡巷的交岔口處(17.6 m)，再按0°拉底施工8 m，最后按4°上山拉底施工至2802上順槽口(34.2 m)(圖2)[9-10]。

圖2 風橋施工過程示意

2.2 巷道支護工藝

支護工藝設計主要包括：①對八采區(qū)皮帶巷拉底之前，需預先對拉底范圍內(nèi)的巷道頂板、交叉口及兩幫進行加強支護；②拉底施工完畢后，需對拉底段的兩幫及風橋的下部巷道進行支護；③對風橋進行混凝土澆筑噴漿支護，而后在風橋兩側施工密閉[2]。

對拉底范圍的巷道頂板、交叉口及兩幫進行加強支護時，可在設計的拉底范圍內(nèi)，對頂板采用3排錨索梁加強支護，錨索間排距設計為1 300 mm×1 500 mm，錨索選用φ18.9 mm×6 300 mm鋼絞線。對拉底段的兩幫及風橋的下部巷道進行支護時，在拉底施工后，巷道兩幫采用金屬網(wǎng)+φ18 mm×2 200 mm 高強錨桿+碟形托盤的支護方案，拉底兩幫分布有煤層時，巷道兩幫采用金屬網(wǎng)+φ18 mm×2 200 mm高強錨桿+M鋼帶的支護方案。巷道高度超過 3.5 m 時，在巷道兩幫施工6.3 m幫錨索梁進行加強支護。巷幫采用金屬網(wǎng)+φ18 mm×2 200 mm 高強錨桿+碟形托盤的支護方案時，每根φ18 mm×2 200 mm 高強錨桿配合使用碟形托盤(規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm(長×寬×高))、扭矩螺母以及減阻增壓墊片；巷幫采用金屬網(wǎng)+φ18 mm×2 200 mm 高強錨桿+M鋼帶的支護方案時，每根錨桿配合使用M型托盤(150 mm×150 mm×8 mm(長×寬×高))、扭矩螺母以及減阻增壓墊片[9]。需要加固錨索梁時，錨索梁為3.0 m長的12#槽鋼梁，一梁三索，錨索間距設計為1 300 mm，錨索由φ18.9 mm×6 300 mm鋼絞線制成[3]。

巷道施工風橋時，交叉口處通過架設工字鋼棚和澆筑混凝土進行支護，同時在巷幫與棚腿之間使用混凝土填實。具體施工工藝為：

(1)架工字鋼棚。鋼棚由11#工字鋼加工而成。按0°架棚時，支架前傾后仰不大于±1°。架棚時，棚腿扎腳為80°，柱窩深不少于200 mm，棚距為1 000 mm。頂梁與頂梁之間安設2道連接板，端部連接板距梁內(nèi)口700 mm；棚腿與棚腿之間安設2道連接板，連接板間距1 250 mm，上部連接板距腿端部500 mm。架棚時，在棚腿與巷幫之間緊貼棚腿鋪設金屬網(wǎng)和雙抗網(wǎng)各1層，金屬網(wǎng)鋪設于雙抗網(wǎng)外側，采用連網(wǎng)繩將雙抗網(wǎng)與金屬網(wǎng)綁扎牢固(圖3)。

圖3 風橋架棚支護示意(單位：mm)

(2)澆筑混凝土。澆筑混凝土前，首先在棚梁上方交錯鋪設2層金屬網(wǎng)，將雙層不帶孔的雙抗網(wǎng)鋪設于金屬網(wǎng)上方，采用連網(wǎng)繩將雙抗網(wǎng)與金屬網(wǎng)綁扎牢固；然后對架棚段頂板及棚腿與巷幫之間采用混凝土澆筑，頂板澆筑厚度約0.2 m，確保2802上順槽回風聯(lián)絡巷高度不小于2 m，棚腿與巷幫之間填實[10]。澆筑混凝土的強度標號為C30，水泥、黃沙、大石子的配合比(質(zhì)量比)為0.38∶1.11∶2.72，水灰比為0.38。施工完畢后，需對兩巷交岔點采用密閉進行封閉。風橋施工澆筑完畢后，對棚梁頂部及兩幫、八采區(qū)皮帶巷拉底段兩幫、2802上順槽回風聯(lián)絡巷(風橋施工段)進行噴漿支護，確保不漏風[4]。

2.3 混凝土原料運輸工藝

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，軌道鋪設僅能到達八采區(qū)3#聯(lián)絡巷，并且八采區(qū)皮帶巷風橋兩側需構筑2道調(diào)節(jié)風窗，運輸線路僅能經(jīng)由八采區(qū)皮帶巷(16 m)、2802上順槽(50 m)、2802上順槽車場(18 m)、2802上順槽回風聯(lián)絡巷(62 m)到達施工地點，運輸線路長，區(qū)段運輸距離短，導致運輸設備難以發(fā)揮作用。澆筑地點設置于2802上順槽回風聯(lián)絡巷，材料需人工舉運至風橋上方，屬于重物上運，施工人員勞動強度大、安全工作難度系數(shù)大。為此，本研究提出了如下運輸方案：①利用八采區(qū)皮帶巷內(nèi)的刮板輸送機直接將混凝土材料運至風橋頂部(工字鋼棚上方鋪設金屬網(wǎng)+雙抗網(wǎng)，防止混凝土滲漏，同時作為施工平臺使用)，運輸人員由2802上順槽回風聯(lián)絡巷到達風橋上方；②在八采區(qū)3#聯(lián)絡巷內(nèi)從礦車上將原材料卸下后立即進行攪拌，并運輸至刮板輸送機；由刮板輸送機卸于施工平臺后進行二次攪拌，可縮短物料運輸距離及倒料次數(shù)，大大降低勞動強度；③將刮板輸送機機頭部位抬起，在工字鋼棚頂部布設簡易施工平臺，澆筑時直接將混凝土“扔下”即可，省時省力[5]；④刮板輸送機中部槽開口自動卸載，減少運輸中人工裝卸料環(huán)節(jié)。

3 方案實施效果

原施工方案運輸區(qū)段包括為八采區(qū)皮帶巷(16 m)、2802上順槽(50 m)、2802上順槽車場(18 m)、2802上順槽回風聯(lián)絡巷(62 m)，共146 m，倒運次數(shù)5次，施工時間為18個班次，每天三班制，每個班次14人。本研究方案澆筑施工僅需9個班次，按照陳四樓煤礦掘進人員工資120元/人計算，可累計節(jié)約人工成本約15 120元。此外，方案設計將拌料、澆筑平臺設置位于風橋頂部，減少了物料上運環(huán)節(jié)，并且施工安全性得到了大幅提升。

正常挑頂期間巷道頂板需要重新支護，按照前后各5 m范圍挑頂計算，累計15 m，21排，每班次挑頂2排，需累計施工11個班次，而拉底8 m施工速度較快，2個班次即可施工完畢，相比挑頂方案可節(jié)省8個班次，節(jié)約經(jīng)費約13 440元。挑頂施工需要進行重新支護，累計支護21排，根據(jù)挑頂厚度及拉底厚度，幫部支護費用相互抵消，而拉底后無需重新支護頂板，相對于挑頂施工，每排支護成本約為864元，可累計節(jié)約經(jīng)費約18 144元。

4 結 語

為確保陳四樓煤礦2802工作面巷道掘進安全，對該工作面回風聯(lián)絡巷風橋施工方案進行了設計，設計采用拉低工藝進行施工，并對相應的工藝實施流程進行了闡述。實踐表明：該方案有助于減少施工成本，提高施工效率，施工安全性較高，可供類似礦山借鑒。

參 考 文 獻

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