通风立眼在胡底煤业的设计与应用研究

赵 帅，王泽源，王亚峰

（1.晋能控股煤业集团 胡底煤业有限公司，山西 晋城 048000；2.河南理工大学能源科学与工程学院，河南 焦作 454003）

0 引 言

在煤矿生产过程中，矿井通风是排除井下有毒有害气体以及井下粉尘的重要手段。在整个生产过程中，通风系统是贯通整个生产系统的关键一环。在高瓦斯、高突出矿井中，进回风巷道、瓦斯抽放数量多、空间分布复杂交错，采用安全、可靠的通风系统，对于保障煤矿安全生产尤为重要[1-4]。在实际工程中处理好通风问题是必要的，尤其是回采工作面、掘进工作面、井底车场等关键地点。随着通风立眼施工技术的不断成熟与进步[5-10]，灵活运用通风立眼，能够直接有效的解决矿井采掘衔接、生产组织、通风系统等方面面临的实际问题。本文针对胡底煤业存在的巷道层位交叉影响通风系统的运行问题，开展了通风立眼的工程设计以及应用研究，有效减少了巷道工程量，优化了通风系统，保障了煤矿安全生产。

1 工程概况

1.1 工程施工中存在问题

胡底煤业属于高瓦斯高突出矿井，进回风巷道、瓦斯抽放数量多、空间分布复杂交错，开拓大巷、采面煤巷顺槽、采面高抽巷、采面底抽巷等巷道不在同一层位，存在立交现象，致使通风距离较长，通风管理较困难，主要存在3个方面的问题。

（1）胡底煤业1301（上）回采工作面，在回采过程中，回风侧的1301轨道回风顺槽（煤巷）和瓦斯抽采一巷（高抽巷）需要通过回风横川来实现采面回风。高抽巷布置于煤层上方7~9 m的位置，若直接施工回风横川，横川施工坡度达到了35°以上，施工过程中存在较大难度，且安全风险较大。

（2）胡底煤业为高瓦斯高突出矿井，需布置专用底抽岩巷对顺槽煤巷掘进提前穿层掩护，且大巷采用三煤两岩布置，岩巷工程量大，在辅进巷形成了矿井的排矸系统，但运矸量大，再加上矿井的下料、回收，易致使矿井辅运系统瘫痪。

（3）胡底煤业1303胶带顺槽已掘进长度800 m，拐弯后1303切眼已掘进长度220 m，供风距离1 230 m。由于矿井采掘衔接制约，1303回风顺槽在6个月后才能贯通形成全风压，在此期间1303胶带顺槽是停掘不停风的巷道，造成浪费；运输过程中经常出现刮破风筒的现象，且在局部区域运输空间不足；1303胶带部分区域失修严重，但布置两趟风筒，风筒侧的顶帮维护不具备施工空间，耽误巷道维护等问题。

1.2 “通风立眼”设计方案的提出

针对胡底煤业通风系统中存在的问题，提出了“通风立眼”解决方案。

（1）在高抽巷抽放钻场与煤巷横川施工通风立眼，通过反井钻正向旋转钻出导孔、反向旋转扩孔的方式，再放炮扩刷够通风断面，采用“煤巷直巷横川+通风立眼”的方式构成了回风系统，突破了过去的斜巷横川沟通的通风方法，灵活施工通风立眼，来有效克服了这一难题。

（2）利用巷道层位的立交关系，施工井底矸仓和通风立眼，有效解决了矿井排矸系统的困难，和排矸巷道独头通风的问题。

（3）利用煤巷与底抽间的立交关系，解决了巷道全风压系统的问题和为矿井的采掘、巷修、运输、安装等都提高了宝贵的前提条件。

2 不同条件下“通风立眼”的设计与应用

2.1 “煤巷横川+通风立眼”的设计与应用

1301（上）回采工作面回风顺槽与区域抽采一巷作为1301工作面回采的回风巷道，两巷中—中间距为20 m，层位相距约7~9 m，需在两巷沟通回风横川供采面回采回风需要。鉴于斜巷横川施工的难度和安全系数较小的情况，研究确定了“煤巷横川+通风立眼”的沟通方式[11-13]（图1），既解决了采面回采的回风系统，又降低了施工难度，提高了施工安全系数，为采面的顺利回采提供了安全技术保证。

图1 “煤巷横川+通风立眼”剖面示意Fig.1 Cross-section of“coal roadway Hengchuan+ventilation vertical eye”

煤巷横川是机组掘进，采用锚网索联合支护方式；通风立眼是正向旋转钻出导孔、反向旋转扩孔后，在从上往下，四周爆破进行扩刷，扩刷到4×3 m的通风断面，满足通风系统要求。

2.2 “井底矸仓+通风立眼”的设计与应用

为满足矿井排矸需要，且根据矿井的排矸系统的校核比较，确定为辅进巷开口施工排矸斜巷与井底车场交叉立交区域施工一个井底储矸仓，施工井底矸仓，供矿井排矸；为缓存井底不连续矿车排矸需要，则在矸仓立眼后方施工1个通风立眼（图2），保证专用排矸斜巷通风需要。井底矸仓直径6.3 m，深15 m，通风立眼为直径1.4 m，深16.5 m，矸仓有效容积为320 m3，通风立眼断面为1.54 m2。按照每天掘进16 m2断面的岩巷，按照副立井最大提升能力为350车计算，可以储存矿井约15 m岩巷工程的排矸量，很大程度上缓解矿井副立井排矸能力[14]，为矿井底抽巷、大巷岩巷掘进提供了掘进基础和空间。

图2 井底矸仓立眼设计剖面示意Fig.2 Indication of vertical design section of bottom hole gangue bin

2.3 “1303切眼/1303底抽二巷+通风立眼”的设计与应用

（1）在1301工作面回采过程中，1303胶带顺槽巷道变形严重，需要对顶板、帮部进行补强支护，但巷道内风筒占据很大空间，尤其是风筒侧顶板变化严重，无法实现补强和处理。

（2）1303切眼为停掘不停风巷道，为独头远距离通风，采用2趟直径800 mm风筒，风机无效率运行。

（3）1303胶带顺槽为主要运输线路，回采工作面液压支架、采煤机、刮板输送机等都要从该路线运输到1303工作面进行安装，但1303胶带的2趟风筒布置，占用巷道内很大空间，甚至占用运输线路空间，造成很大的安全隐患。

综合以上因素，1303胶带顺槽形成全风压就成为了改善突破点[15-20]。研究确定利用与1303底抽二巷交错点的层位关系，使用反井钻机施工通风立眼，形成全风压系统，如图3所示。

图3 通风立眼施工设计示意Fig.3 Construction design of ventilation shaft

3 通风立眼的应用效果

3.1 推广应用情况

胡底煤业采面布置为“两进一回，底抽巷自成一进一回的通风系统”，“底抽穿层保掘，高位顺层保采”瓦斯抽采模式，顺槽沿煤层顶板掘进，底抽巷为煤层下方，沿K6灰岩为顶板进行掘进，在煤巷顺槽与底抽巷的立交区域或其他巷道之间的立交点根据生产情况施工立眼。

通过上述典型的立眼施工，对矿井灵活运用交叉点区域的施工提供了新的思路和创新点。

（1）主要大巷与大巷跨巷联络巷的交叉点区域。

（2）主要大巷与采面顺槽开口的交叉点区域。（3）采面顺槽与采面底抽巷交叉点区域。

3.2 经济效益

针对不同的立眼施工方式及具体的使用功能，灵活运用各巷道间的层位立交关系，施工立眼，可对生产系统、通风系统、采面“U”型通风系统、掘进系统等优化起到创新的改进作用和巨大的经济效益。

3.3 社会效益

（1）该方案安全可靠，系统合理，满足矿井使用要求，并对矿井的采掘衔接、系统优化起到了重大的推动作用。

（2）该方案在实施过程中安全高效，节省了材料、人工和二次投入的费用，降低了能耗损失和无效率低效率的现象。

（3）自施工开始后，至应用多半年之久，立眼无较大变形，满足矿井使用要求。

4 结 论

本文针对胡底煤业开拓大巷、采面煤巷顺槽、采面高抽巷、采面底抽巷等巷道存在立交现象、通风系统复杂的难题，开展了“通风立眼”的设计与应用研究，得出以下结论。

（1）“煤巷横川+通风立眼”的设计施工，很大程度上解决了采面顺槽和高抽巷横川的施工工艺。

（2）“井底矸仓立眼”的设计施工，解决了矿井排矸系统的形成和排矸巷道通风的需要，为矿井的采掘衔接起到了重大作用。

（3）“1303切眼/1303底抽二巷通风立眼”的形成，解决了1303胶带顺槽通风系统、巷道维护、矿压治理、风筒维护和运输安全和1303底抽二巷改善作业环境等等一系列问题，为矿井的安全生产带来不可预估的安全生产效益。

（4）矿井通风系统设计不能只局限于平面的贯通通风，还应结合立体式的贯通通风，解决通风、巷道维护和巷道矿压治理等等一系列问题，确保煤矿安全高效生产。