通風(fēng)立眼在胡底煤業(yè)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

趙 帥，王澤源，王亞峰

（1.晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 胡底煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000；2.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454003）

0 引 言

在煤礦生產(chǎn)過程中，礦井通風(fēng)是排除井下有毒有害氣體以及井下粉塵的重要手段。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，通風(fēng)系統(tǒng)是貫通整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵一環(huán)。在高瓦斯、高突出礦井中，進(jìn)回風(fēng)巷道、瓦斯抽放數(shù)量多、空間分布復(fù)雜交錯，采用安全、可靠的通風(fēng)系統(tǒng)，對于保障煤礦安全生產(chǎn)尤為重要[1-4]。在實(shí)際工程中處理好通風(fēng)問題是必要的，尤其是回采工作面、掘進(jìn)工作面、井底車場等關(guān)鍵地點(diǎn)。隨著通風(fēng)立眼施工技術(shù)的不斷成熟與進(jìn)步[5-10]，靈活運(yùn)用通風(fēng)立眼，能夠直接有效的解決礦井采掘銜接、生產(chǎn)組織、通風(fēng)系統(tǒng)等方面面臨的實(shí)際問題。本文針對胡底煤業(yè)存在的巷道層位交叉影響通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行問題，開展了通風(fēng)立眼的工程設(shè)計(jì)以及應(yīng)用研究，有效減少了巷道工程量，優(yōu)化了通風(fēng)系統(tǒng)，保障了煤礦安全生產(chǎn)。

1 工程概況

1.1 工程施工中存在問題

胡底煤業(yè)屬于高瓦斯高突出礦井，進(jìn)回風(fēng)巷道、瓦斯抽放數(shù)量多、空間分布復(fù)雜交錯，開拓大巷、采面煤巷順槽、采面高抽巷、采面底抽巷等巷道不在同一層位，存在立交現(xiàn)象，致使通風(fēng)距離較長，通風(fēng)管理較困難，主要存在3個(gè)方面的問題。

（1）胡底煤業(yè)1301（上）回采工作面，在回采過程中，回風(fēng)側(cè)的1301軌道回風(fēng)順槽（煤巷）和瓦斯抽采一巷（高抽巷）需要通過回風(fēng)橫川來實(shí)現(xiàn)采面回風(fēng)。高抽巷布置于煤層上方7~9 m的位置，若直接施工回風(fēng)橫川，橫川施工坡度達(dá)到了35°以上，施工過程中存在較大難度，且安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

（2）胡底煤業(yè)為高瓦斯高突出礦井，需布置專用底抽巖巷對順槽煤巷掘進(jìn)提前穿層掩護(hù)，且大巷采用三煤兩巖布置，巖巷工程量大，在輔進(jìn)巷形成了礦井的排矸系統(tǒng)，但運(yùn)矸量大，再加上礦井的下料、回收，易致使礦井輔運(yùn)系統(tǒng)癱瘓。

（3）胡底煤業(yè)1303膠帶順槽已掘進(jìn)長度800 m，拐彎后1303切眼已掘進(jìn)長度220 m，供風(fēng)距離1 230 m。由于礦井采掘銜接制約，1303回風(fēng)順槽在6個(gè)月后才能貫通形成全風(fēng)壓，在此期間1303膠帶順槽是停掘不停風(fēng)的巷道，造成浪費(fèi)；運(yùn)輸過程中經(jīng)常出現(xiàn)刮破風(fēng)筒的現(xiàn)象，且在局部區(qū)域運(yùn)輸空間不足；1303膠帶部分區(qū)域失修嚴(yán)重，但布置兩趟風(fēng)筒，風(fēng)筒側(cè)的頂幫維護(hù)不具備施工空間，耽誤巷道維護(hù)等問題。

1.2 “通風(fēng)立眼”設(shè)計(jì)方案的提出

針對胡底煤業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)中存在的問題，提出了“通風(fēng)立眼”解決方案。

（1）在高抽巷抽放鉆場與煤巷橫川施工通風(fēng)立眼，通過反井鉆正向旋轉(zhuǎn)鉆出導(dǎo)孔、反向旋轉(zhuǎn)擴(kuò)孔的方式，再放炮擴(kuò)刷夠通風(fēng)斷面，采用“煤巷直巷橫川+通風(fēng)立眼”的方式構(gòu)成了回風(fēng)系統(tǒng)，突破了過去的斜巷橫川溝通的通風(fēng)方法，靈活施工通風(fēng)立眼，來有效克服了這一難題。

（2）利用巷道層位的立交關(guān)系，施工井底矸倉和通風(fēng)立眼，有效解決了礦井排矸系統(tǒng)的困難，和排矸巷道獨(dú)頭通風(fēng)的問題。

（3）利用煤巷與底抽間的立交關(guān)系，解決了巷道全風(fēng)壓系統(tǒng)的問題和為礦井的采掘、巷修、運(yùn)輸、安裝等都提高了寶貴的前提條件。

2 不同條件下“通風(fēng)立眼”的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 “煤巷橫川+通風(fēng)立眼”的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1301（上）回采工作面回風(fēng)順槽與區(qū)域抽采一巷作為1301工作面回采的回風(fēng)巷道，兩巷中—中間距為20 m，層位相距約7~9 m，需在兩巷溝通回風(fēng)橫川供采面回采回風(fēng)需要。鑒于斜巷橫川施工的難度和安全系數(shù)較小的情況，研究確定了“煤巷橫川+通風(fēng)立眼”的溝通方式[11-13]（圖1），既解決了采面回采的回風(fēng)系統(tǒng)，又降低了施工難度，提高了施工安全系數(shù)，為采面的順利回采提供了安全技術(shù)保證。

圖1 “煤巷橫川+通風(fēng)立眼”剖面示意Fig.1 Cross-section of“coal roadway Hengchuan+ventilation vertical eye”

煤巷橫川是機(jī)組掘進(jìn)，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式；通風(fēng)立眼是正向旋轉(zhuǎn)鉆出導(dǎo)孔、反向旋轉(zhuǎn)擴(kuò)孔后，在從上往下，四周爆破進(jìn)行擴(kuò)刷，擴(kuò)刷到4×3 m的通風(fēng)斷面，滿足通風(fēng)系統(tǒng)要求。

2.2 “井底矸倉+通風(fēng)立眼”的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

為滿足礦井排矸需要，且根據(jù)礦井的排矸系統(tǒng)的校核比較，確定為輔進(jìn)巷開口施工排矸斜巷與井底車場交叉立交區(qū)域施工一個(gè)井底儲矸倉，施工井底矸倉，供礦井排矸；為緩存井底不連續(xù)礦車排矸需要，則在矸倉立眼后方施工1個(gè)通風(fēng)立眼（圖2），保證專用排矸斜巷通風(fēng)需要。井底矸倉直徑6.3 m，深15 m，通風(fēng)立眼為直徑1.4 m，深16.5 m，矸倉有效容積為320 m3，通風(fēng)立眼斷面為1.54 m2。按照每天掘進(jìn)16 m2斷面的巖巷，按照副立井最大提升能力為350車計(jì)算，可以儲存礦井約15 m巖巷工程的排矸量，很大程度上緩解礦井副立井排矸能力[14]，為礦井底抽巷、大巷巖巷掘進(jìn)提供了掘進(jìn)基礎(chǔ)和空間。

圖2 井底矸倉立眼設(shè)計(jì)剖面示意Fig.2 Indication of vertical design section of bottom hole gangue bin

2.3 “1303切眼/1303底抽二巷+通風(fēng)立眼”的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

（1）在1301工作面回采過程中，1303膠帶順槽巷道變形嚴(yán)重，需要對頂板、幫部進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，但巷道內(nèi)風(fēng)筒占據(jù)很大空間，尤其是風(fēng)筒側(cè)頂板變化嚴(yán)重，無法實(shí)現(xiàn)補(bǔ)強(qiáng)和處理。

（2）1303切眼為停掘不停風(fēng)巷道，為獨(dú)頭遠(yuǎn)距離通風(fēng)，采用2趟直徑800 mm風(fēng)筒，風(fēng)機(jī)無效率運(yùn)行。

（3）1303膠帶順槽為主要運(yùn)輸線路，回采工作面液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等都要從該路線運(yùn)輸?shù)?303工作面進(jìn)行安裝，但1303膠帶的2趟風(fēng)筒布置，占用巷道內(nèi)很大空間，甚至占用運(yùn)輸線路空間，造成很大的安全隱患。

綜合以上因素，1303膠帶順槽形成全風(fēng)壓就成為了改善突破點(diǎn)[15-20]。研究確定利用與1303底抽二巷交錯點(diǎn)的層位關(guān)系，使用反井鉆機(jī)施工通風(fēng)立眼，形成全風(fēng)壓系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 通風(fēng)立眼施工設(shè)計(jì)示意Fig.3 Construction design of ventilation shaft

3 通風(fēng)立眼的應(yīng)用效果

3.1 推廣應(yīng)用情況

胡底煤業(yè)采面布置為“兩進(jìn)一回，底抽巷自成一進(jìn)一回的通風(fēng)系統(tǒng)”，“底抽穿層保掘，高位順層保采”瓦斯抽采模式，順槽沿煤層頂板掘進(jìn)，底抽巷為煤層下方，沿K6灰?guī)r為頂板進(jìn)行掘進(jìn)，在煤巷順槽與底抽巷的立交區(qū)域或其他巷道之間的立交點(diǎn)根據(jù)生產(chǎn)情況施工立眼。

通過上述典型的立眼施工，對礦井靈活運(yùn)用交叉點(diǎn)區(qū)域的施工提供了新的思路和創(chuàng)新點(diǎn)。

（1）主要大巷與大巷跨巷聯(lián)絡(luò)巷的交叉點(diǎn)區(qū)域。

（2）主要大巷與采面順槽開口的交叉點(diǎn)區(qū)域。（3）采面順槽與采面底抽巷交叉點(diǎn)區(qū)域。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

針對不同的立眼施工方式及具體的使用功能，靈活運(yùn)用各巷道間的層位立交關(guān)系，施工立眼，可對生產(chǎn)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、采面“U”型通風(fēng)系統(tǒng)、掘進(jìn)系統(tǒng)等優(yōu)化起到創(chuàng)新的改進(jìn)作用和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 社會效益

（1）該方案安全可靠，系統(tǒng)合理，滿足礦井使用要求，并對礦井的采掘銜接、系統(tǒng)優(yōu)化起到了重大的推動作用。

（2）該方案在實(shí)施過程中安全高效，節(jié)省了材料、人工和二次投入的費(fèi)用，降低了能耗損失和無效率低效率的現(xiàn)象。

（3）自施工開始后，至應(yīng)用多半年之久，立眼無較大變形，滿足礦井使用要求。

4 結(jié) 論

本文針對胡底煤業(yè)開拓大巷、采面煤巷順槽、采面高抽巷、采面底抽巷等巷道存在立交現(xiàn)象、通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜的難題，開展了“通風(fēng)立眼”的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究，得出以下結(jié)論。

（1）“煤巷橫川+通風(fēng)立眼”的設(shè)計(jì)施工，很大程度上解決了采面順槽和高抽巷橫川的施工工藝。

（2）“井底矸倉立眼”的設(shè)計(jì)施工，解決了礦井排矸系統(tǒng)的形成和排矸巷道通風(fēng)的需要，為礦井的采掘銜接起到了重大作用。

（3）“1303切眼/1303底抽二巷通風(fēng)立眼”的形成，解決了1303膠帶順槽通風(fēng)系統(tǒng)、巷道維護(hù)、礦壓治理、風(fēng)筒維護(hù)和運(yùn)輸安全和1303底抽二巷改善作業(yè)環(huán)境等等一系列問題，為礦井的安全生產(chǎn)帶來不可預(yù)估的安全生產(chǎn)效益。

（4）礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不能只局限于平面的貫通通風(fēng)，還應(yīng)結(jié)合立體式的貫通通風(fēng)，解決通風(fēng)、巷道維護(hù)和巷道礦壓治理等等一系列問題，確保煤礦安全高效生產(chǎn)。