涼水井煤礦綜采工作面風橋優化設計研究

董衛峰

(陜西匯森煤業開發有限責任公司，陜西 西安 710045)

0 引言

為了減少巷道施工工程量，將422盤區42205工作面3條回采巷道變為422盤區隧道北區42201-42204工作面的開拓大巷，即42205工作面回風巷作為422盤區西翼膠帶輸送機巷，42205工作面膠運巷作為422盤區西翼回風大巷，42205工作面輔運巷作為422盤區西翼輔運大巷。優化設計前，42201-42204工作面的風流方向與42205工作面相反，無法直接實現42204工作面和42205工作面的回采銜接，須設置過渡工作面，并在42201-42204工作面回采結束后有足夠的緩沖時間調整42205工作面通風系統，完成42205工作面安裝，調整后的42205工作面通風系統也能夠保證42205工作面和42206工作面的回采銜接，這就要求優化42205工作面風橋設計。

1 42205綜采工作面風橋優化設計

1.1 42205綜采工作面原風橋設計方案

為了減少422盤區隧道北區開拓巷道掘進量，在422盤區西側靠井田邊界施工一條42205回風巷。前期作為42201-42204工作面回采期間的膠運大巷，即4-2煤隧道北區西翼膠運大巷，后期作為42205工作面的回風巷道，即42205回風巷。

施工前期，只貫通4-2煤西翼膠運大巷與4-2煤西翼輔運大巷之間的40 m聯絡巷，保證42205回風巷前期作為42201-42204工作面回采期間的膠運大巷，與4-2煤西翼膠運大巷順利搭接。如圖1所示。

圖1 42205回風巷前期施工示意圖

施工后期，待42201-42204工作面回采結束，先貫通4-2煤西翼膠運大巷與4-2煤西翼回風大巷之間的40 m煤巷，再挑頂施工4-2煤西翼回風大巷與4-2煤西翼輔運大巷之間的風橋段，從而保證42205工作面的通風系統循環要求。如圖2所示。

圖2 42205回風巷位置風橋設計

為滿足42201-42204工作面的通風要求，42205膠運巷位置，即422盤區西翼回風巷，在巷道掘進初期，就必須施工風橋設施，一方面保證42205膠運巷、輔運巷掘進期間通風系統循環需求，另一方面保證42201-42204工作面回采期間的通風系統循環需求。42205膠運巷位置，即422盤區西翼回風巷風橋設計如圖3所示。

圖3 42205膠運巷位置風橋設計

該風橋施工與以往風橋有所不同，需同時跨越二號緩坡副斜井底彎道平巷段、4-2煤西翼輔運大巷及4-2煤西翼膠運大巷3條主要巷道，風橋跨巷道布置如圖4所示。

圖4 風橋跨巷道布置

該風橋為42201-42204工作面回采期間通風服務，待42205工作面回采期間，將該風橋拆除，恢復42205膠運巷的皮帶運輸功能，待42205工作面回采結束，再恢復該風橋設施，為42206工作面通風服務。

1.2 42205綜采工作面風橋優化設計方案

原風橋設計方案存在的問題：42205綜采工作面原風橋設計方案，雖然也能夠滿足3個方面的需要，但仍存在風橋施工工程量較大等問題。不僅要施工42205回風巷位置跨4-2煤西翼輔運大巷及4-2煤西翼膠運大巷2條主要巷道的風橋設施；還要施工42205膠運巷位置同時跨越二號緩坡副斜井底彎道平巷段、4-2煤西翼輔運大巷及4-2煤西翼膠運大巷3條主要巷道的風橋設施。42205膠運巷位置風橋設施的施工—拆除—再恢復工序復雜，由于該風橋設施同時跨3條主要巷道，二次拆除及再次恢復難度較大。

方案優化原則需滿足的要求：在滿足通風系統3個方面需要的前提下，盡量利用原有巷道及設施，減小風橋施工工程量。盡量簡化風橋設施的施工—拆除—再恢復復雜工序，避免風橋設施的二次施工及三次施工。

42205回風側風橋優化設計方案：42205回風巷是位于422盤區的最西側的巷道，靠近井田邊界，考慮42205工作面回采期間，該區域主要巷道主要功能是實現工作面循環通風，所以可考慮，通過對原有大巷盡頭聯絡巷進行改造，以滿足工作面循環通風，同時可利用42205回風巷繞道實現行人通車等輔助運輸功能。42205回風側風橋優化設計如圖5所示。

圖5 42205回風側風橋優化設計

42205進風側風橋優化設計方案：42205進風側風橋設計主要功能是為了滿足42201-42204工作面的通風系統要求，同時保證42205工作面和42206工作面回采的連續銜接。然而原設計方案將風橋設計在42205膠運巷位置，后期調整工序比較復雜，實際操作難度較大。所以可考慮，將風橋設計在42205輔運巷位置，通過適當增加輔助設施進行通風系統循環改造，從而實現同時滿足42201-42204工作面的通風系統要求及42205工作面和42206工作面回采的連續銜接期間通風系統要求。42205進風側風橋優化設計如圖6所示。

圖6 42205進風側風橋優化設計

該風橋施工與以往風橋有所不同，需同時跨越二號緩坡副斜井底彎道平巷段、4-2煤西翼輔運大巷及4-2煤西翼膠運大巷3條主要巷道，同時考慮到該風橋跨4-2煤西翼膠運大巷位置是422盤區隧道北區42201-42205工作面回采期間膠運大巷機頭搭接4-2煤膠運大巷皮帶機尾位置，為了保證后續機頭安裝的高度，該段風橋必須布置在挑頂高度上方，這樣對風橋一次性挑頂高度的要求就更加嚴格，難度也更大；但可保證跨巷道挑頂段一次性施工完成，避免后續機頭安裝再二次挑頂，同時也能保證風橋不受二次挑頂的影響。具體風橋跨巷道布置如圖7所示。

圖7 風橋跨巷道優化布置

2 42205風橋優化經濟效益評價

2.1 42205回風側風橋優化經濟效益評價

優化前：42205回風側需施工單獨的風橋設施，該風橋設施需同時跨4-2煤西翼輔運大巷及4-2煤西翼膠運大巷2條主要巷道。該風橋施工：需先施工80 m煤巷聯絡巷，按照20 m/d的進度，需要施工4個圓班，然后再進行挑頂施工，按照6～8 m/d的挑頂進度，需要施工10個圓班，再加上前期施工準備1～2 d時間，后期成巷處理及收尾工作3～4 d時間，整個風橋施工完成需要一個掘進隊伍投入20 d左右的時間，方能施工完成。按照風橋施工10 000元/m的造價成本，累計需投入人工、設備、生產材料等費用成本約80萬元。

優化后：42205回風側不需要單獨施工風橋設施，只需要利用原有巷道進行改造即可。改造過程中，需要額外增加的設施主要包括：兩道500 mm厚的閉墻以及兩道調節風窗設施。累計需投入費用約4萬元。42205回風側風橋優化后，不需要單獨施工風橋設施，只需要在原有巷道的基礎上進行改造，增加兩道500 mm厚的閉墻以及兩道調節風窗設施，可實現節約成本約76萬元。

2.2 42205進風側風橋優化經濟效益評價

優化前：42205進風側風橋設計在42205膠運巷位置，該風橋設施需同時跨越二號緩坡副斜井底彎道平巷段、4-2煤西翼輔運大巷及4-2煤西翼膠運大巷3條主要巷道。該風橋前期先施工形成風橋設施，保證42201-42204工作面的通風系統要求。施工過程中：需先施工120 m煤巷聯絡巷，按照20 m/d的進度，需要施工6個圓班，然后再進行挑頂施工，按照6～8 m/d的挑頂進度，需要施工15個圓班，再加上前期施工準備1～2 d時間，后期成巷處理5～6 d時間及收尾工作1～2 d時間，整個風橋施工完成需要一個掘進隊伍投入30 d左右的時間，方能施工完成，按照風橋施工10 000元/m的造價成本，累計需投入人工、設備、生產材料等費用約120萬元。該風橋必須在服務完42201-42204工作面循環通風期間，需將42205膠運巷與42205輔運巷間的聯絡巷用風障隔開，保證2條巷道的獨立功能。同時，該風橋必須在服務完42201-42204工作面后，進行拆除，以滿足42205工作面的通風系統要求，拆除工程包括120 m風橋的底板以及6道500 mm厚的閉墻，累計需投入費用約10萬元。最后，為了滿足42206工作面的通風系統要求，在不額外施工風橋的前提下，需再次將42205膠運巷位置的風橋恢復，恢復工程包括120 m風橋的底板以及6道500 mm厚的閉墻，累計需投入費用約10萬元。

優化后：42205進風側風橋設計在42205輔運巷位置，該風橋設施也需同時跨越二號緩坡副斜井底彎道平巷段、4-2煤西翼輔運大巷及4-2煤西翼膠運大巷3條主要巷道。累計需投入人工、設備、生產材料等費用約120萬元。該風橋必須在服務完42201-42204工作面循環通風期間，同樣需將42205膠運巷與42205輔運巷間的聯絡巷用風障隔開，保證2條巷道的獨立功能，此時只需在機頭變頻器硐室位置靠42205膠運巷變頻器硐室開口位置南側增加一道閉墻，同時在靠42205輔運巷變頻器硐室開口位置北側增加一道閉墻，即可滿足42205膠運巷作為422盤區西翼回風巷，42205輔運巷作為422盤區西翼輔運巷的要求。累計需投入費用約2萬元。同時，該風橋在服務完42201-42204工作面后，在保證42205工作面的通風系統循環期間，不需要對風橋進行二次拆除，只需要將42205輔運巷位置處繞道的風門打開即可滿足42205工作面回采期間的通風系統要求。最后，為了滿足42206工作面的通風系統要求，只需要將42205輔運巷位置處繞道的風門關閉即可滿足42206工作面安裝期間的連續銜接及回采期間的正常通風系統要求。42205進風側風橋優化后，不需要對風橋設施進行二次拆除和再次恢復，只需要在原有巷道的基礎上進行改造，在機頭變頻器硐室增加兩道500 mm厚的閉墻，可實現節約成本約18萬元。

3 結論

(1)優化42205綜采工作面風橋設計后可同時滿足42201-42204工作面回采期間的通風系統要求，又能滿足42205工作面回采期間的通風系統要求；還可以保障42205工作面和42206工作面回采的連續銜接要求。

(2)優化42205回風側風橋后，不需要單獨施工風橋設施，只需要在原有巷道的基礎上進行改造，增加兩道500 mm厚的閉墻以及兩道調節風窗設施，可實現節約成本約76萬元。

(3)優化42205進風側風橋后，不需要對風橋設施進行二次拆除和再次恢復，只需要在原有巷道的基礎上進行改造，在機頭變頻器硐室增加兩道500 mm厚的閉墻，可實現節約成本約18萬元。