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(jí)為煤與瓦斯突出礦井，為確保巷道掘進(jìn)安全及井下安全生產(chǎn)，有必要施工專(zhuān)用回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷，形成掘進(jìn)工作面的獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)該煤層分布特征及通風(fēng)系統(tǒng)改造情況，只有通過(guò)施工風(fēng)橋[1-3]，形成風(fēng)橋上部進(jìn)風(fēng)(回風(fēng))、風(fēng)橋下部回風(fēng)(進(jìn)風(fēng))的風(fēng)流形式，方可實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面獨(dú)立通風(fēng)[4-7]。本研究根據(jù)該礦2802工作面的地質(zhì)特征，對(duì)其回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)橋施工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)詳細(xì)的施工工藝流程進(jìn)行探討。

1 工作面概況

陳四樓煤礦2802上順槽回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷主要擔(dān)負(fù)2802上順槽掘進(jìn)及2802工作面回采期間回風(fēng)及瓦斯排放任務(wù)。該巷道設(shè)計(jì)全長(zhǎng)72 m，巷道沿二2煤層頂、底板掘進(jìn)，煤層傾角8°～13°，平均9°。巷道斷面為梯形斷面，設(shè)計(jì)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(hù)方案，巷道掘進(jìn)采用掘進(jìn)機(jī)割煤方式，刮板輸送機(jī)、膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸。為形成獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，有必要在回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷與八采區(qū)皮帶巷交叉位置施工風(fēng)橋(圖1)，該風(fēng)橋連接2802上順槽回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷與聯(lián)絡(luò)巷。

圖1 風(fēng)橋施工位置

2 風(fēng)橋施工方案

經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析2802上順槽獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)，可知2802上順槽回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷施工過(guò)程中需要穿過(guò)八采區(qū)皮帶巷，八采區(qū)皮帶巷為進(jìn)風(fēng)巷，2條巷道的位置關(guān)系為交叉貫通，無(wú)法形成完整的通風(fēng)系統(tǒng)，需要在貫通處施工風(fēng)橋，并設(shè)計(jì)風(fēng)橋上部為進(jìn)風(fēng)風(fēng)路、風(fēng)橋下部為回風(fēng)風(fēng)路。通過(guò)風(fēng)橋既可實(shí)現(xiàn)八采區(qū)皮帶巷進(jìn)風(fēng)，又可實(shí)現(xiàn)2802上順槽回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷回風(fēng)[8]。根據(jù)八采區(qū)皮帶巷與2802上順槽回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷的位置關(guān)系，可對(duì)八采區(qū)皮帶巷進(jìn)行挑頂施工和拉底施工。兩者對(duì)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(fù)雜，且安全系數(shù)更低；②挑頂施工對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的破壞程度較大，巷道不易支護(hù)；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(hù)材料，施工成本較高；④挑頂施工對(duì)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(hù)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(lèi)施工工藝。

2.1 風(fēng)橋下部巷道拉底施工工藝

施工風(fēng)橋時(shí)首先對(duì)八采區(qū)皮帶巷進(jìn)行拉底，根據(jù)設(shè)計(jì)的拉底坡度確定拉底的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)；然后根據(jù)坡度標(biāo)出施工腰線(xiàn)，確保拉底的深度和寬度。八采區(qū)皮帶巷既為進(jìn)風(fēng)巷，又負(fù)責(zé)回采期間運(yùn)煤，因此施工坡度設(shè)計(jì)需顧及到后期鋪設(shè)皮帶形成運(yùn)煤系統(tǒng)，故而坡度不宜過(guò)大，變坡點(diǎn)需盡可能圓滑以減小巷道起伏，確保皮帶能夠平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，具體施工工藝為在八采區(qū)皮帶巷導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)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(fēng)聯(lián)絡(luò)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(fēng)橋施工過(guò)程示意

2.2 巷道支護(hù)工藝

支護(hù)工藝設(shè)計(jì)主要包括：①對(duì)八采區(qū)皮帶巷拉底之前，需預(yù)先對(duì)拉底范圍內(nèi)的巷道頂板、交叉口及兩幫進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)；②拉底施工完畢后，需對(duì)拉底段的兩幫及風(fēng)橋的下部巷道進(jìn)行支護(hù)；③對(duì)風(fēng)橋進(jìn)行混凝土澆筑噴漿支護(hù)，而后在風(fēng)橋兩側(cè)施工密閉[2]。

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

巷道施工風(fēng)橋時(shí)，交叉口處通過(guò)架設(shè)工字鋼棚和澆筑混凝土進(jìn)行支護(hù)，同時(shí)在巷幫與棚腿之間使用混凝土填實(shí)。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(shí)，支架前傾后仰不大于±1°。架棚時(shí)，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(shè)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(shè)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(shí)，在棚腿與巷幫之間緊貼棚腿鋪設(shè)金屬網(wǎng)和雙抗網(wǎng)各1層，金屬網(wǎng)鋪設(shè)于雙抗網(wǎng)外側(cè)，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(fēng)橋架棚支護(hù)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(cuò)鋪設(shè)2層金屬網(wǎng)，將雙層不帶孔的雙抗網(wǎng)鋪設(shè)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(duì)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(fēng)聯(lián)絡(luò)巷高度不小于2 m，棚腿與巷幫之間填實(shí)[10]。澆筑混凝土的強(qiáng)度標(biāo)號(hào)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(duì)兩巷交岔點(diǎn)采用密閉進(jìn)行封閉。風(fēng)橋施工澆筑完畢后，對(duì)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(fēng)聯(lián)絡(luò)巷(風(fēng)橋施工段)進(jìn)行噴漿支護(hù)，確保不漏風(fēng)[4]。

2.3 混凝土原料運(yùn)輸工藝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，軌道鋪設(shè)僅能到達(dá)八采區(qū)3#聯(lián)絡(luò)巷，并且八采區(qū)皮帶巷風(fēng)橋兩側(cè)需構(gòu)筑2道調(diào)節(jié)風(fēng)窗，運(yùn)輸線(xiàn)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(chē)場(chǎng)(18 m)、2802上順槽回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷(62 m)到達(dá)施工地點(diǎn)，運(yùn)輸線(xiàn)路長(zhǎng)，區(qū)段運(yùn)輸距離短，導(dǎo)致運(yùn)輸設(shè)備難以發(fā)揮作用。澆筑地點(diǎn)設(shè)置于2802上順槽回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷，材料需人工舉運(yùn)至風(fēng)橋上方，屬于重物上運(yùn)，施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全工作難度系數(shù)大。為此，本研究提出了如下運(yùn)輸方案：①利用八采區(qū)皮帶巷內(nèi)的刮板輸送機(jī)直接將混凝土材料運(yùn)至風(fēng)橋頂部(工字鋼棚上方鋪設(shè)金屬網(wǎng)+雙抗網(wǎng)，防止混凝土滲漏，同時(shí)作為施工平臺(tái)使用)，運(yùn)輸人員由2802上順槽回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷到達(dá)風(fēng)橋上方；②在八采區(qū)3#聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)從礦車(chē)上將原材料卸下后立即進(jìn)行攪拌，并運(yùn)輸至刮板輸送機(jī)；由刮板輸送機(jī)卸于施工平臺(tái)后進(jìn)行二次攪拌，可縮短物料運(yùn)輸距離及倒料次數(shù)，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度；③將刮板輸送機(jī)機(jī)頭部位抬起，在工字鋼棚頂部布設(shè)簡(jiǎn)易施工平臺(tái)，澆筑時(shí)直接將混凝土“扔下”即可，省時(shí)省力[5]；④刮板輸送機(jī)中部槽開(kāi)口自動(dòng)卸載，減少運(yùn)輸中人工裝卸料環(huán)節(jié)。

3 方案實(shí)施效果

原施工方案運(yùn)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(chē)場(chǎng)(18 m)、2802上順槽回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷(62 m)，共146 m，倒運(yùn)次數(shù)5次，施工時(shí)間為18個(gè)班次，每天三班制，每個(gè)班次14人。本研究方案澆筑施工僅需9個(gè)班次，按照陳四樓煤礦掘進(jìn)人員工資120元/人計(jì)算，可累計(jì)節(jié)約人工成本約15 120元。此外，方案設(shè)計(jì)將拌料、澆筑平臺(tái)設(shè)置位于風(fēng)橋頂部，減少了物料上運(yùn)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(hù)，按照前后各5 m范圍挑頂計(jì)算，累計(jì)15 m，21排，每班次挑頂2排，需累計(jì)施工11個(gè)班次，而拉底8 m施工速度較快，2個(gè)班次即可施工完畢，相比挑頂方案可節(jié)省8個(gè)班次，節(jié)約經(jīng)費(fèi)約13 440元。挑頂施工需要進(jìn)行重新支護(hù)，累計(jì)支護(hù)21排，根據(jù)挑頂厚度及拉底厚度，幫部支護(hù)費(fèi)用相互抵消，而拉底后無(wú)需重新支護(hù)頂板，相對(duì)于挑頂施工，每排支護(hù)成本約為864元，可累計(jì)節(jié)約經(jīng)費(fèi)約18 144元。

4 結(jié) 語(yǔ)

為確保陳四樓煤礦2802工作面巷道掘進(jìn)安全，對(duì)該工作面回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)橋施工方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)采用拉低工藝進(jìn)行施工，并對(duì)相應(yīng)的工藝實(shí)施流程進(jìn)行了闡述。實(shí)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(lèi)似礦山借鑒。

參 考 文 獻(xiàn)

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