風橋設計優化及應用效益實踐

王 磊

（山西寧武德盛煤業有限公司，山西 忻州 036700）

在礦井通風系統的構建中，為保證進、回風路的獨立性，避免因風流短路而造成的風量不足，通常會利用進風巷道與回風巷道平面交叉處留設風橋[1]。相較于新掘巷道、更換主要通風設備等方式，構筑風橋具有工程量小、施工便捷、經濟成本低的優點，因此被廣泛應用于井下各種工作面的采掘通風工作[2]。

風橋的施工雖然具有很強的經濟實用型，但風橋留設的合理性仍然對巷道圍巖的穩定性、風橋服務時長、材料消耗有著直接的影響[3]。根據風橋和上下巷道的位置關系，可分為頂板風橋和底板風橋，頂板風橋布置在煤層頂板中，通過挑頂方式構筑，底板風橋布置在煤層底板中，通過挖底方式構筑。采用傳統松動爆破挑頂施工工藝進行風橋挑頂施工時，工藝復雜，需搭設工作盤，普遍風橋的施工周期超過20d，施工周期長，勞動成本費用高，影響采區的銜接[4]。因此如何在設計風橋方案時，在兼顧保持巷道原有用途的同時，還要盡可能選取對生產系統影響較小、工程量小、便于施工的構造方案。

1 礦井概況

德盛煤礦采用斜井開拓，在工業場地布置有主斜井，副斜井進風，回風立井回風共計3個井筒。開采水平標高記作+1660～+1700m。

目前主采2#煤與5#煤，現井下2 號煤層布置20106回采工作面，5 號煤層布置50204 配采工作面。20106運輸順槽直接與201采區運輸巷連通，20106回風順槽通過回風繞道與201 采區回風巷連通，形成完整的20106 回采工作面運輸、通風系統。201 采區運輸平巷通過201采區集中運輸下山與2號煤層膠帶大巷聯通，201采區回風平巷通過201采區集中回風下山與2號煤回風大巷聯通，構成201采區的運輸、通風系統。

50204 運輸順槽與5 號煤層502 采區運輸巷連通，50204回風順槽通過回風繞道與502采區回風巷連通，構成50202回采工作面完整的運輸、通風系統。502采區運輸巷通過502 采區集中運輸下山與5 號煤層膠帶大巷聯通，502采區回風巷通過502采區集中回風下山與5 號煤層回風大巷聯通，構成502 采區的運輸、通風系統。

目前需要為兩個工作面形成獨立的回風系統以保障回采順利，將分別在進行風橋設計的施工作業。

2 設計方案

2.1 傳統松動爆破挑頂施工工藝問題分析

（1）施工繁瑣，工期較長。采用傳統松動爆破挑頂施工工藝進行風橋挑頂施工時，需與上組煤集中輔助運輸下山貫通后，再進行挑頂施工，單一風橋破巖量將超過200m3，會產生大量的挑頂后續的矸石的運輸工作，冗長的運輸周期也會延長風橋挑頂的施工時間。

（2）對正常生產影響大。松動爆破前會在輔助運輸下山處設置警戒圍欄，直至清理完矸石期間會影響行人和物料的運輸，對井下生產調度造成不便。

（3）所處巷道存在10°左右的坡度，在挑頂完成后，松動爆破所掉落的煤矸石很容易沿巷道滾落，對巷道內人員、設備安全管理產生威脅。

2.2 風橋臥底施工

根據礦井巷道布置，需在50204運輸順槽與5#煤回風大巷交叉口處、20106 運輸順槽與1501 采區北翼回風巷交叉口處施工風橋，以形成9101 運輸順槽掘進工作面和20106 運輸順槽掘進工作面獨立回風系統。傳統的松動爆破挑頂施工工藝較為復雜，在進行風橋挑頂時需搭設工作盤，工期相應增加明顯。為確保本次兩個工作面風橋施工順利，將選擇臥底施工方案，并根據實際情況制定了詳細的安全技術措施。

2.2.1 50204運輸順槽施工風橋施工

50204運輸順槽施工風橋設計為頂風橋，施工材料包括4.6m 長的11#的工字鋼10 根、22m2白鐵皮，以及400余塊600mm×300mm×200mm的水泥磚。

風橋的施工順序及要求如下：①50204運輸順槽與5#煤回風大巷交叉點處巷道高度現為2.2m，需先對該處進行2m 深的臥底，使該處巷道高度達4.2m；②風橋為橫跨5#煤一部皮帶運輸巷的頂風橋，風橋凈規格為：長×寬×高=4.5m×3.9m×3.5m，9#回風大巷（風橋上）凈高2.4m。③待交叉點臥底挑頂完成后，用水泥磚砌墻，墻長5.1m，墻體厚度600mm，高度為2.5m；④5#一部皮帶運輸巷交叉點處兩側的墻體砌到2.5m 高時，在墻體上方南北排列11#工字鋼，工字鋼凈長4.5m，兩端頭壓在墻體上的長度每端300mm，相鄰兩根工字鋼中至中的間距為400mm。在工字鋼的上方鋪設白鐵皮，白鐵皮壓茬由東向西從下而上壓邊，以減小通風阻力和漏風。在白鐵皮上面鋪設風筒布，然后在風筒布上澆筑60mm厚的混凝土。最后砌筑風橋上的兩側墻體，墻體用水泥磚砌筑，水泥抹面，墻體厚300mm。打設風橋所砌墻體全部用水泥抹面光滑，為減小通風阻力，風橋通風斷面大小不小于原巷道的4/5，呈流線型，坡度要小于30°。見圖1。

圖1 50204運輸順槽施工風橋位置示意圖

2.2.2 20106運輸順槽施工風橋

施工所需材料4.6m 長的11#的工字鋼10 根、19m2白鐵皮，以及600 余塊600mm×300mm×200mm 的水泥磚。

①20106運輸順槽與采區北翼回風巷相交處，巷道現有高度為3m，寬4m，高度和寬度未達要求，高度需進行臥底1.9m，臥底后該交叉點巷道總高度達4.9m，待高度達到要求后，在交叉點巷道兩幫處各掏槽0.6m，掏槽長度3.6m，掏槽后該交叉點處巷道總寬度5.2m；②風橋為橫跨20106 運輸順槽的頂風橋，風橋凈規格為：長×寬×高=3.0m×4.6m×2m，1501采區北翼回風巷（風橋上）凈高2.0m。20106 運輸順槽（風橋下）凈高2.4m；③待交叉點掏槽完成后，用水泥磚砌墻，墻長3.6m,墻體厚度600mm，高度為2.4m。所砌墻體與巷道壁相齊。④20106運輸順槽與1501采區北翼回風巷交叉點處兩側的墻體砌到2.4m 高時，在墻體上方南北排列11#工字鋼，工字鋼凈長4.6m，兩端頭壓在墻體上的長度每端300mm，相鄰兩根工字鋼中至中的間距為500mm。在工字鋼的上方鋪設白鐵皮，白鐵皮壓茬由西向東從下而上壓邊，以減小通風阻力和漏風。在白鐵皮上面鋪設風筒布，然后在風筒布上澆筑60mm厚的混凝土。最后砌筑風橋上的兩側墻體，墻體用水泥磚砌筑，水泥抹面，墻體厚500mm。打設風橋所砌墻體全部用水泥抹面光滑，為減小通風阻力。風橋頂部兩端隨坡，坡度為15°。⑤從20106運輸順槽風橋處向20106運輸順槽兩端隨坡，坡度為5°，隨坡長度為10m。見圖2。

圖2 20106運輸順槽施工風橋

2.3 安全技術措施

在風橋構造的過程中，需要對每道工序進行嚴格的質量把關，施工期間還要對周圍有毒有害氣體進行檢測，非施工人員不得隨意進入。在對風橋鋪設工字鋼時要找平、找正、找穩，嚴格執行敲幫問頂制度，檢查頂板及兩幫的支護情況。當風橋上部覆蓋灰漿時，其覆蓋長度必須大于風橋的跨度，以保證密封質量。施工完畢后，要將管路、電纜懸掛整齊，現場清理干凈。

3 風橋經濟效益評價

兩處風橋在構筑后，并未有漏風情況的發生，風橋及周邊巷道支護穩定，未出現變形破壞現象，工作面的采掘工作將具備以下特點:①新開拓的風橋在投入使用前可以用來承擔一部分運煤、行人、設備材料的儲存作業；②頂板風橋實施后，完善了兩層煤得到通風系統，確保了工作面煤炭運輸系統的穩定；③本次風橋的構造風橋施工工藝更改為巷道掘進起底施工，避免了巷道挑頂時頂板垮落，保證了施工安全；④未使用傳統松動爆破挑頂施工，因此可減少煤矸掘進量約135m3，風橋施工周期由16d 縮短至7d，提高了風橋的使用效率；⑤橋臺兩端路堤可以直接使用機械化回填渣充填，減少施工資金的投入，降低勞動強度；⑥橋面與回采工作面的回風巷同一高度，風流路線呈流線性，風阻更低。

4 結束語

本文對傳統的松動爆破挑頂施工風橋進行了技術改進，通過掘進起底施工避免了巷道頂板垮落的可能性。風橋優化后施工設計方案不僅減少了材料消耗量，而且減少人工數量，優化施工工藝，減小風阻，縮短工期，降低施工人員勞動強度。

（1）優化50204 回采工作面風橋設計后，即可滿足本工作面的通風要求，還能保障50205工作面和50206工作面掘進過程中連續銜接的要求。

（2）優化20106 回風側風橋后，不需要增加新的風橋設施，只需要在原有巷道的基礎上進行改造，可實現節約成本約30萬元。