河南陈四楼矿煤巷掘进工作面专用回风联络巷风桥施工技术

2018-06-11雷喜良顾洪江

现代矿业 2018年5期

雷喜良顾洪江

(河南龙宇能源股份有限公司陈四楼煤矿)

目前，陈四楼煤矿已升级为煤与瓦斯突出矿井，为确保巷道掘进安全及井下安全生产，有必要施工专用回风联络巷，形成掘进工作面的独立通风系统。根据该煤层分布特征及通风系统改造情况，只有通过施工风桥[1-3]，形成风桥上部进风(回风)、风桥下部回风(进风)的风流形式，方可实现掘进工作面独立通风[4-7]。本研究根据该矿2802工作面的地质特征，对其回风联络巷风桥施工方案进行设计，并对详细的施工工艺流程进行探讨。

1 工作面概况

陈四楼煤矿2802上顺槽回风联络巷主要担负2802上顺槽掘进及2802工作面回采期间回风及瓦斯排放任务。该巷道设计全长72 m，巷道沿二2煤层顶、底板掘进，煤层倾角8°～13°，平均9°。巷道断面为梯形断面，设计断面规格为4.0 m×2.6 m(净宽×净高)，采用锚网索联合支护方案，巷道掘进采用掘进机割煤方式，刮板输送机、胶带输送机运输。为形成独立的通风系统，有必要在回风联络巷与八采区皮带巷交叉位置施工风桥(图1)，该风桥连接2802上顺槽回风联络巷与联络巷。

图1 风桥施工位置

2 风桥施工方案

经过详细分析2802上顺槽独立通风系统，可知2802上顺槽回风联络巷施工过程中需要穿过八采区皮带巷，八采区皮带巷为进风巷，2条巷道的位置关系为交叉贯通，无法形成完整的通风系统，需要在贯通处施工风桥，并设计风桥上部为进风风路、风桥下部为回风风路。通过风桥既可实现八采区皮带巷进风，又可实现2802上顺槽回风联络巷回风[8]。根据八采区皮带巷与2802上顺槽回风联络巷的位置关系，可对八采区皮带巷进行挑顶施工和拉底施工。两者对比分析表明：①挑顶施工相比拉底施工难度更大，施工工序较复杂，且安全系数更低；②挑顶施工对巷道围岩稳定性的破坏程度较大，巷道不易支护；③挑顶施工相比拉底施工需要更多的施工人员，且需要更多的支护材料，施工成本较高；④挑顶施工对于巷道围岩破坏较大，巷道压力重新分布，易造成顶板离层，巷道后期维护工作量较大；⑤拉底施工相比挑顶施工安全性更高。为此，本研究采用拉底施工方案，该方案包括如下几类施工工艺。

2.1 风桥下部巷道拉底施工工艺

施工风桥时首先对八采区皮带巷进行拉底，根据设计的拉底坡度确定拉底的起始点和结束点；然后根据坡度标出施工腰线，确保拉底的深度和宽度。八采区皮带巷既为进风巷，又负责回采期间运煤，因此施工坡度设计需顾及到后期铺设皮带形成运煤系统，故而坡度不宜过大，变坡点需尽可能圆滑以减小巷道起伏，确保皮带能够平稳运转。根据相关施工经验，具体施工工艺为在八采区皮带巷导线点8SFP11前15.8 m处按11°下山拉底施工至八采区皮带巷与2802上顺槽回风联络巷的交岔口处(17.6 m)，再按0°拉底施工8 m，最后按4°上山拉底施工至2802上顺槽口(34.2 m)(图2)[9-10]。

图2 风桥施工过程示意

2.2 巷道支护工艺

支护工艺设计主要包括：①对八采区皮带巷拉底之前，需预先对拉底范围内的巷道顶板、交叉口及两帮进行加强支护；②拉底施工完毕后，需对拉底段的两帮及风桥的下部巷道进行支护；③对风桥进行混凝土浇筑喷浆支护，而后在风桥两侧施工密闭[2]。

对拉底范围的巷道顶板、交叉口及两帮进行加强支护时，可在设计的拉底范围内，对顶板采用3排锚索梁加强支护，锚索间排距设计为1 300 mm×1 500 mm，锚索选用φ18.9 mm×6 300 mm钢绞线。对拉底段的两帮及风桥的下部巷道进行支护时，在拉底施工后，巷道两帮采用金属网+φ18 mm×2 200 mm 高强锚杆+碟形托盘的支护方案，拉底两帮分布有煤层时，巷道两帮采用金属网+φ18 mm×2 200 mm高强锚杆+M钢带的支护方案。巷道高度超过 3.5 m 时，在巷道两帮施工6.3 m帮锚索梁进行加强支护。巷帮采用金属网+φ18 mm×2 200 mm 高强锚杆+碟形托盘的支护方案时，每根φ18 mm×2 200 mm 高强锚杆配合使用碟形托盘(规格为150 mm×150 mm×8 mm(长×宽×高))、扭矩螺母以及减阻增压垫片；巷帮采用金属网+φ18 mm×2 200 mm 高强锚杆+M钢带的支护方案时，每根锚杆配合使用M型托盘(150 mm×150 mm×8 mm(长×宽×高))、扭矩螺母以及减阻增压垫片[9]。需要加固锚索梁时，锚索梁为3.0 m长的12#槽钢梁，一梁三索，锚索间距设计为1 300 mm，锚索由φ18.9 mm×6 300 mm钢绞线制成[3]。

巷道施工风桥时，交叉口处通过架设工字钢棚和浇筑混凝土进行支护，同时在巷帮与棚腿之间使用混凝土填实。具体施工工艺为：

(1)架工字钢棚。钢棚由11#工字钢加工而成。按0°架棚时，支架前倾后仰不大于±1°。架棚时，棚腿扎脚为80°，柱窝深不少于200 mm，棚距为1 000 mm。顶梁与顶梁之间安设2道连接板，端部连接板距梁内口700 mm；棚腿与棚腿之间安设2道连接板，连接板间距1 250 mm，上部连接板距腿端部500 mm。架棚时，在棚腿与巷帮之间紧贴棚腿铺设金属网和双抗网各1层，金属网铺设于双抗网外侧，采用连网绳将双抗网与金属网绑扎牢固(图3)。

图3 风桥架棚支护示意(单位：mm)

(2)浇筑混凝土。浇筑混凝土前，首先在棚梁上方交错铺设2层金属网，将双层不带孔的双抗网铺设于金属网上方，采用连网绳将双抗网与金属网绑扎牢固；然后对架棚段顶板及棚腿与巷帮之间采用混凝土浇筑，顶板浇筑厚度约0.2 m，确保2802上顺槽回风联络巷高度不小于2 m，棚腿与巷帮之间填实[10]。浇筑混凝土的强度标号为C30，水泥、黄沙、大石子的配合比(质量比)为0.38∶1.11∶2.72，水灰比为0.38。施工完毕后，需对两巷交岔点采用密闭进行封闭。风桥施工浇筑完毕后，对棚梁顶部及两帮、八采区皮带巷拉底段两帮、2802上顺槽回风联络巷(风桥施工段)进行喷浆支护，确保不漏风[4]。

2.3 混凝土原料运输工艺

根据现场实际情况，轨道铺设仅能到达八采区3#联络巷，并且八采区皮带巷风桥两侧需构筑2道调节风窗，运输线路仅能经由八采区皮带巷(16 m)、2802上顺槽(50 m)、2802上顺槽车场(18 m)、2802上顺槽回风联络巷(62 m)到达施工地点，运输线路长，区段运输距离短，导致运输设备难以发挥作用。浇筑地点设置于2802上顺槽回风联络巷，材料需人工举运至风桥上方，属于重物上运，施工人员劳动强度大、安全工作难度系数大。为此，本研究提出了如下运输方案：①利用八采区皮带巷内的刮板输送机直接将混凝土材料运至风桥顶部(工字钢棚上方铺设金属网+双抗网，防止混凝土渗漏，同时作为施工平台使用)，运输人员由2802上顺槽回风联络巷到达风桥上方；②在八采区3#联络巷内从矿车上将原材料卸下后立即进行搅拌，并运输至刮板输送机；由刮板输送机卸于施工平台后进行二次搅拌，可缩短物料运输距离及倒料次数，大大降低劳动强度；③将刮板输送机机头部位抬起，在工字钢棚顶部布设简易施工平台，浇筑时直接将混凝土“扔下”即可，省时省力[5]；④刮板输送机中部槽开口自动卸载，减少运输中人工装卸料环节。

3 方案实施效果

原施工方案运输区段包括为八采区皮带巷(16 m)、2802上顺槽(50 m)、2802上顺槽车场(18 m)、2802上顺槽回风联络巷(62 m)，共146 m，倒运次数5次，施工时间为18个班次，每天三班制，每个班次14人。本研究方案浇筑施工仅需9个班次，按照陈四楼煤矿掘进人员工资120元/人计算，可累计节约人工成本约15 120元。此外，方案设计将拌料、浇筑平台设置位于风桥顶部，减少了物料上运环节，并且施工安全性得到了大幅提升。

正常挑顶期间巷道顶板需要重新支护，按照前后各5 m范围挑顶计算，累计15 m，21排，每班次挑顶2排，需累计施工11个班次，而拉底8 m施工速度较快，2个班次即可施工完毕，相比挑顶方案可节省8个班次，节约经费约13 440元。挑顶施工需要进行重新支护，累计支护21排，根据挑顶厚度及拉底厚度，帮部支护费用相互抵消，而拉底后无需重新支护顶板，相对于挑顶施工，每排支护成本约为864元，可累计节约经费约18 144元。