钢制自动风门在14采区总回风联络巷的应用

侯艳华　田云鹏

摘    要：多年来，石壕煤矿通风设施变形问题已成为制约矿井安全生产的主要瓶颈问题，永久通风设施易变形造成了设施维修频繁，防灾抗灾能力差，安全保障可靠性低，降低了通风系统的稳定性和可靠性。石壕矿井下巷道大多历经采煤动压影响且经过多次返修，顶、底板围岩破碎，传统永久通风设施面临着因巷道受压变形造成通风设施墙体损坏，门框变形，设施服务周期短等问题日益突出。使用传统砖灰砂构筑的通风设施经常发生压垮、开裂、脱落等现象，设施漏风严重，通风设施维修频繁，已不能适应上述环境和条件的需要，急需革新通风设施构筑工艺来解决通风设施频繁返修的困境。

关键词： 通风设施;建设

一、 实施背景

石壕煤矿所开采二叠系山西组二煤层为 “三软”煤层，矿压大，底鼓、憋帮、支架变形等矿压显现现象明显，对通风设施影响很大。14采区通风系统的形成后，采用木料、砖、灰、砂等材料按传统方法，在14采区总回风联络巷构筑永久自动风门，受矿压影响，易造成墙体开裂垮塌、门框变形等问题，致使通风设施使用寿命短、维修重建频繁，严重影响了通风系统的稳定性和抗灾能力。

二、传统通风设施构筑方案

14采区总回风联络巷布置在岩巷中，受采动影响弱，压力相对稳定。由于石壕煤矿所开采二叠系山西组二煤层为 “三软”煤层，矿压大，底鼓、憋帮、支架变形等矿压显现现象明显，通风设施不易维护。

1.风门特点

（1）矿压比较稳定。

（2）满足大型设备运输要求，风门规格较大。

（3）使用頻繁。

（4）风门两侧压差大，开启困难。

（5）使用寿命长。

2.原通风设施施工方法

采用砖木结构被动支护方式，进行打地基、掏槽、用砖砌墙体、架设木制门。一旦巷道来压，风门墙体随时有变形，频繁进行维修或重建。风门使用寿命短，浪费大量人力、物力、财力。

存在不足：

（1）由于大巷风门压差大，采用老式风门人力开启风门困难;

（2）原风门规格为1.4×1.6m，风门比较小，运输通过能力小;

（3）老式风门受矿压影响变形后需拆除整座通风设施，工程量大;

（4）维修风门时需建设临时风门，通风系统不稳定。

三、在通风设施建设方面的探索

通过对通风设施建造及通风设施变形情况的研究，摸索出根据不同区域，改变通风设施前后巷道的支护方式、通风设施的构筑形式及材质，从而提高通风设施墙体的抗压强度。建设通风设施技术要点：

（1）根据矿井风门的主要用途、地质层位、矿压显现等特点，采取主动支护、加强被动支护、让压、预留门洞等技术，使用自动（气动）风门、传统风门、无门框风门等多种形式的风门结构，达到方便使用、容易维修的目的。

（2）通风设施设计必须和巷道支护同时考虑，通过增加通风设施所在巷道的支护强度，减弱巷道变形对通风设施的影响，从而达到减少通风设施维修维护工作量、延长使用寿命的目的。

四、新式风门设计施工

针对大巷岩性、使用年限、使用频率、使用用途的特点，结合我矿实际情况。采用“三喷两锚一注”的支护工艺+风门墙体、底板加固+预留门洞+预留让压空间气动（红外感应）自动风门设计方案。

五、实施方案

1.巷道支护

风门前后巷道支护：采用“三喷两锚一注”的支护工艺，变被动支护为主动支护，提高围岩自身强度和承载能力。

采用“三喷两锚一注”的支护工艺，变被动支护为主动支护，提高围岩自身强度和承载能力。“三喷两锚一注”的支护工艺具体施工步骤如下：加固巷道→掘进上部，巷道成型→喷浆→打高强锚杆和挂钢丝绳→喷浆→打注浆锚杆和打高强锚杆，挂钢筋网、挂钢丝绳→喷浆→壁后注浆。

支护原理：

（1）以多层次钢丝绳为筋骨的多喷浆层、高度密贴岩面的强韧封层结构为止浆垫和第一支护单元的强有力的抗体。

（2）通过向岩体内预注浆、注浆、复注浆，将高强度水泥浆液反复注进围岩体内，将松散软弱的岩煤体胶结成整体。

（3）在巷道底角开挖卸压槽，达到释放围岩内应力和拓展岩体内裂隙，为围岩的松脱和注浆浆液疏通路径起到相得益彰的成效。

（4）通过多层次锚杆、注浆锚杆和注浆胶结后的围岩，实现以围岩为支护依托和参与体，达到重造组合体的动态支护体系，提高围岩自身强度和承载能力，巷道支护长时间保持稳定的目标。

2.通风设施建设

（1）墙体两帮打设两排12根长2.4m锚杆，距地平500mm打设第一排锚杆，锚杆外露1200mm，锚杆间距600mm，排距500mm。

（2）距地平1550mm两帮各打设一根长6m锚索，顶部正中间及两帮肩窝各打设1根锚索，间距1.6m。

（3）为控制底鼓对通风设施和墙体的影响，通风设施墙体基础施工前先预制200mm厚混凝土，然后铺直径50mm钢筋网1400mm×1200mm三层，上压三根工字钢组成的支撑机构做骨架，网与网之间，网与工字钢之间用12#铁丝固定牢靠。中间混凝土充填实在，然后再施工通风设施基础。

（4）用混凝土浇筑通风设施墙体，通过7根6m长锚索和26根2.4m锚杆固定，使两帮及顶部混凝土与巷壁形成一个承载体系，实现通风设施与井巷工程连体化，提高通风设施处支护强度。

（5）使用6根4m长的22#工字钢代替过木，提高支护强度，抗击顶板来压。

（6）预留墙体变形空间，万一通风设施受压影响开关，便于快速修复。我们采取浇筑墙体时预留门洞技术，为通风设施预留横向变形空间300mm，纵向变形空间400mm，平时变形空间用砖混结构充实固定门框，通风设施受挤压时可以通过拆装砖混结构，释放通风设施所受压力，保证通风设施正常使用，砖混结构拆装工程量小，便于施工。

六、新工艺优点

1.风门使用寿命长，返修率低，节省大量的材料费、人工费。

2. 易修复、施工工期短、对通风系统稳定性影响小。由于预留了让压空间，巷道有轻微变形，不会破坏墙体，不要拆除整座通风设施维修，只需拆除讓压位置的砖即可恢复。

七、实施效果

1.原施工方法：采用砖木结构被动支护方式，进行打地基、掏槽、用砖砌墙体、架设木制门。一旦巷道来压，风门墙体随时有变形，频繁进行维修或重建。风门使用寿命短，浪费大量人力、物力、财力，并且通风系统极不可靠的。

2.采用“三喷两锚一注浆”支护工艺、锚索加固、混凝土浇筑墙体等措施后，巷道整体受压，减少通风设施承压强度。

3.大巷风门规格2m ×2.5m，设施运输能力大大提高，能满足矿井运输需要。

4.采用气动风门开启简易、安全。

5.预留维修空间能有效保证巷道轻微变形不会影响通风设施可靠性，能减少维修、返修次数。

6.工字钢代替过木，在通风设施墙体基础下锚网、工字钢等金属骨架，能够有效地控制巷道顶板压力和地鼓问题，消除通风设施墙体压裂、过木断裂、门框下部受压变窄、底坎鼓起、通风设施关不严等现象;

7.通风设施抗压能力会得到显著增强，通风系统的稳定性大大提高，能够为矿井的安全生产提供保证。

八、取得经济效益

采用“三喷两锚一注”的支护工艺+风门墙体、底板加固+预留门洞+预留让压空间气动（红外感应）自动风门砌筑新工艺后，2016年建成至今来横向位移仅仅200mm左右，主体结构没有遭到破坏，对通风设施的影响微乎其微。每年可节约维修资金7万余元。

九、通风设施在新式方法建造下的成果

采用改变通风设施前后巷道的支护方式，革新通风设施的构筑形式及材质等措施后，通风设施抗压能力会得到显著增强，通风系统的稳定性大大提高，能够为矿井的安全生产提供保证;工字钢代替过木，在风门墙体基础下锚网、工字钢等金属骨架，能够有效地控制巷道顶板压力和地鼓问题，消除风门墙体压裂、过木断裂、门框下部受压变窄、底坎鼓起、风门关不严等现象。

此项目自2016年在井下投入使用后，至今巷道及设施没有出现大的变形，都在可控范围之内，极大地减少设施维修量，以往风门等通风设施建起3—10个月后便须进行维修或重建，采用新式通风设施墙体后，目前服务寿命在3—8年以上，比常规风门使用寿命延长。通过实施新工艺后大巷风门6年内不需要进行维修、翻建，每组通风设施每年可节约维修资金约7.29万元，具有良好的经济和社会效益。