鋼制自動風門在14采區(qū)總回風聯(lián)絡巷的應用

侯艷華　田云鵬

摘? ? 要：多年來，石壕煤礦通風設施變形問題已成為制約礦井安全生產(chǎn)的主要瓶頸問題，永久通風設施易變形造成了設施維修頻繁，防災抗災能力差，安全保障可靠性低，降低了通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。石壕礦井下巷道大多歷經(jīng)采煤動壓影響且經(jīng)過多次返修，頂、底板圍巖破碎，傳統(tǒng)永久通風設施面臨著因巷道受壓變形造成通風設施墻體損壞，門框變形，設施服務周期短等問題日益突出。使用傳統(tǒng)磚灰砂構(gòu)筑的通風設施經(jīng)常發(fā)生壓垮、開裂、脫落等現(xiàn)象，設施漏風嚴重，通風設施維修頻繁，已不能適應上述環(huán)境和條件的需要，急需革新通風設施構(gòu)筑工藝來解決通風設施頻繁返修的困境。

關(guān)鍵詞： 通風設施;建設

一、 實施背景

石壕煤礦所開采二疊系山西組二煤層為 “三軟”煤層，礦壓大，底鼓、憋幫、支架變形等礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象明顯，對通風設施影響很大。14采區(qū)通風系統(tǒng)的形成后，采用木料、磚、灰、砂等材料按傳統(tǒng)方法，在14采區(qū)總回風聯(lián)絡巷構(gòu)筑永久自動風門，受礦壓影響，易造成墻體開裂垮塌、門框變形等問題，致使通風設施使用壽命短、維修重建頻繁，嚴重影響了通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗災能力。

二、傳統(tǒng)通風設施構(gòu)筑方案

14采區(qū)總回風聯(lián)絡巷布置在巖巷中，受采動影響弱，壓力相對穩(wěn)定。由于石壕煤礦所開采二疊系山西組二煤層為 “三軟”煤層，礦壓大，底鼓、憋幫、支架變形等礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象明顯，通風設施不易維護。

1.風門特點

（1）礦壓比較穩(wěn)定。

（2）滿足大型設備運輸要求，風門規(guī)格較大。

（3）使用頻繁。

（4）風門兩側(cè)壓差大，開啟困難。

（5）使用壽命長。

2.原通風設施施工方法

采用磚木結(jié)構(gòu)被動支護方式，進行打地基、掏槽、用磚砌墻體、架設木制門。一旦巷道來壓，風門墻體隨時有變形，頻繁進行維修或重建。風門使用壽命短，浪費大量人力、物力、財力。

存在不足：

（1）由于大巷風門壓差大，采用老式風門人力開啟風門困難;

（2）原風門規(guī)格為1.4×1.6m，風門比較小，運輸通過能力小;

（3）老式風門受礦壓影響變形后需拆除整座通風設施，工程量大;

（4）維修風門時需建設臨時風門，通風系統(tǒng)不穩(wěn)定。

三、在通風設施建設方面的探索

通過對通風設施建造及通風設施變形情況的研究，摸索出根據(jù)不同區(qū)域，改變通風設施前后巷道的支護方式、通風設施的構(gòu)筑形式及材質(zhì)，從而提高通風設施墻體的抗壓強度。建設通風設施技術(shù)要點：

（1）根據(jù)礦井風門的主要用途、地質(zhì)層位、礦壓顯現(xiàn)等特點，采取主動支護、加強被動支護、讓壓、預留門洞等技術(shù)，使用自動（氣動）風門、傳統(tǒng)風門、無門框風門等多種形式的風門結(jié)構(gòu)，達到方便使用、容易維修的目的。

（2）通風設施設計必須和巷道支護同時考慮，通過增加通風設施所在巷道的支護強度，減弱巷道變形對通風設施的影響，從而達到減少通風設施維修維護工作量、延長使用壽命的目的。

四、新式風門設計施工

針對大巷巖性、使用年限、使用頻率、使用用途的特點，結(jié)合我礦實際情況。采用“三噴兩錨一注”的支護工藝+風門墻體、底板加固+預留門洞+預留讓壓空間氣動（紅外感應）自動風門設計方案。

五、實施方案

1.巷道支護

風門前后巷道支護：采用“三噴兩錨一注”的支護工藝，變被動支護為主動支護，提高圍巖自身強度和承載能力。

采用“三噴兩錨一注”的支護工藝，變被動支護為主動支護，提高圍巖自身強度和承載能力。“三噴兩錨一注”的支護工藝具體施工步驟如下：加固巷道→掘進上部，巷道成型→噴漿→打高強錨桿和掛鋼絲繩→噴漿→打注漿錨桿和打高強錨桿，掛鋼筋網(wǎng)、掛鋼絲繩→噴漿→壁后注漿。

支護原理：

（1）以多層次鋼絲繩為筋骨的多噴漿層、高度密貼巖面的強韌封層結(jié)構(gòu)為止?jié){墊和第一支護單元的強有力的抗體。

（2）通過向巖體內(nèi)預注漿、注漿、復注漿，將高強度水泥漿液反復注進圍巖體內(nèi)，將松散軟弱的巖煤體膠結(jié)成整體。

（3）在巷道底角開挖卸壓槽，達到釋放圍巖內(nèi)應力和拓展巖體內(nèi)裂隙，為圍巖的松脫和注漿漿液疏通路徑起到相得益彰的成效。

（4）通過多層次錨桿、注漿錨桿和注漿膠結(jié)后的圍巖，實現(xiàn)以圍巖為支護依托和參與體，達到重造組合體的動態(tài)支護體系，提高圍巖自身強度和承載能力，巷道支護長時間保持穩(wěn)定的目標。

2.通風設施建設

（1）墻體兩幫打設兩排12根長2.4m錨桿，距地平500mm打設第一排錨桿，錨桿外露1200mm，錨桿間距600mm，排距500mm。

（2）距地平1550mm兩幫各打設一根長6m錨索，頂部正中間及兩幫肩窩各打設1根錨索，間距1.6m。

（3）為控制底鼓對通風設施和墻體的影響，通風設施墻體基礎施工前先預制200mm厚混凝土，然后鋪直徑50mm鋼筋網(wǎng)1400mm×1200mm三層，上壓三根工字鋼組成的支撐機構(gòu)做骨架，網(wǎng)與網(wǎng)之間，網(wǎng)與工字鋼之間用12#鐵絲固定牢靠。中間混凝土充填實在，然后再施工通風設施基礎。

（4）用混凝土澆筑通風設施墻體，通過7根6m長錨索和26根2.4m錨桿固定，使兩幫及頂部混凝土與巷壁形成一個承載體系，實現(xiàn)通風設施與井巷工程連體化，提高通風設施處支護強度。

（5）使用6根4m長的22#工字鋼代替過木，提高支護強度，抗擊頂板來壓。

（6）預留墻體變形空間，萬一通風設施受壓影響開關(guān)，便于快速修復。我們采取澆筑墻體時預留門洞技術(shù)，為通風設施預留橫向變形空間300mm，縱向變形空間400mm，平時變形空間用磚混結(jié)構(gòu)充實固定門框，通風設施受擠壓時可以通過拆裝磚混結(jié)構(gòu)，釋放通風設施所受壓力，保證通風設施正常使用，磚混結(jié)構(gòu)拆裝工程量小，便于施工。

六、新工藝優(yōu)點

1.風門使用壽命長，返修率低，節(jié)省大量的材料費、人工費。

2. 易修復、施工工期短、對通風系統(tǒng)穩(wěn)定性影響小。由于預留了讓壓空間，巷道有輕微變形，不會破壞墻體，不要拆除整座通風設施維修，只需拆除讓壓位置的磚即可恢復。

七、實施效果

1.原施工方法：采用磚木結(jié)構(gòu)被動支護方式，進行打地基、掏槽、用磚砌墻體、架設木制門。一旦巷道來壓，風門墻體隨時有變形，頻繁進行維修或重建。風門使用壽命短，浪費大量人力、物力、財力，并且通風系統(tǒng)極不可靠的。

2.采用“三噴兩錨一注漿”支護工藝、錨索加固、混凝土澆筑墻體等措施后，巷道整體受壓，減少通風設施承壓強度。

3.大巷風門規(guī)格2m ×2.5m，設施運輸能力大大提高，能滿足礦井運輸需要。

4.采用氣動風門開啟簡易、安全。

5.預留維修空間能有效保證巷道輕微變形不會影響通風設施可靠性，能減少維修、返修次數(shù)。

6.工字鋼代替過木，在通風設施墻體基礎下錨網(wǎng)、工字鋼等金屬骨架，能夠有效地控制巷道頂板壓力和地鼓問題，消除通風設施墻體壓裂、過木斷裂、門框下部受壓變窄、底坎鼓起、通風設施關(guān)不嚴等現(xiàn)象;

7.通風設施抗壓能力會得到顯著增強，通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高，能夠為礦井的安全生產(chǎn)提供保證。

八、取得經(jīng)濟效益

采用“三噴兩錨一注”的支護工藝+風門墻體、底板加固+預留門洞+預留讓壓空間氣動（紅外感應）自動風門砌筑新工藝后，2016年建成至今來橫向位移僅僅200mm左右，主體結(jié)構(gòu)沒有遭到破壞，對通風設施的影響微乎其微。每年可節(jié)約維修資金7萬余元。

九、通風設施在新式方法建造下的成果

采用改變通風設施前后巷道的支護方式，革新通風設施的構(gòu)筑形式及材質(zhì)等措施后，通風設施抗壓能力會得到顯著增強，通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高，能夠為礦井的安全生產(chǎn)提供保證;工字鋼代替過木，在風門墻體基礎下錨網(wǎng)、工字鋼等金屬骨架，能夠有效地控制巷道頂板壓力和地鼓問題，消除風門墻體壓裂、過木斷裂、門框下部受壓變窄、底坎鼓起、風門關(guān)不嚴等現(xiàn)象。

此項目自2016年在井下投入使用后，至今巷道及設施沒有出現(xiàn)大的變形，都在可控范圍之內(nèi)，極大地減少設施維修量，以往風門等通風設施建起3—10個月后便須進行維修或重建，采用新式通風設施墻體后，目前服務壽命在3—8年以上，比常規(guī)風門使用壽命延長。通過實施新工藝后大巷風門6年內(nèi)不需要進行維修、翻建，每組通風設施每年可節(jié)約維修資金約7.29萬元，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。