风桥设计优化及应用效益实践

王 磊

（山西宁武德盛煤业有限公司，山西 忻州 036700）

在矿井通风系统的构建中，为保证进、回风路的独立性，避免因风流短路而造成的风量不足，通常会利用进风巷道与回风巷道平面交叉处留设风桥[1]。相较于新掘巷道、更换主要通风设备等方式，构筑风桥具有工程量小、施工便捷、经济成本低的优点，因此被广泛应用于井下各种工作面的采掘通风工作[2]。

风桥的施工虽然具有很强的经济实用型，但风桥留设的合理性仍然对巷道围岩的稳定性、风桥服务时长、材料消耗有着直接的影响[3]。根据风桥和上下巷道的位置关系，可分为顶板风桥和底板风桥，顶板风桥布置在煤层顶板中，通过挑顶方式构筑，底板风桥布置在煤层底板中，通过挖底方式构筑。采用传统松动爆破挑顶施工工艺进行风桥挑顶施工时，工艺复杂，需搭设工作盘，普遍风桥的施工周期超过20d，施工周期长，劳动成本费用高，影响采区的衔接[4]。因此如何在设计风桥方案时，在兼顾保持巷道原有用途的同时，还要尽可能选取对生产系统影响较小、工程量小、便于施工的构造方案。

1 矿井概况

德盛煤矿采用斜井开拓，在工业场地布置有主斜井，副斜井进风，回风立井回风共计3个井筒。开采水平标高记作+1660～+1700m。

目前主采2#煤与5#煤，现井下2 号煤层布置20106回采工作面，5 号煤层布置50204 配采工作面。20106运输顺槽直接与201采区运输巷连通，20106回风顺槽通过回风绕道与201 采区回风巷连通，形成完整的20106 回采工作面运输、通风系统。201 采区运输平巷通过201采区集中运输下山与2号煤层胶带大巷联通，201采区回风平巷通过201采区集中回风下山与2号煤回风大巷联通，构成201采区的运输、通风系统。

50204 运输顺槽与5 号煤层502 采区运输巷连通，50204回风顺槽通过回风绕道与502采区回风巷连通，构成50202回采工作面完整的运输、通风系统。502采区运输巷通过502 采区集中运输下山与5 号煤层胶带大巷联通，502采区回风巷通过502采区集中回风下山与5 号煤层回风大巷联通，构成502 采区的运输、通风系统。

目前需要为两个工作面形成独立的回风系统以保障回采顺利，将分别在进行风桥设计的施工作业。

2 设计方案

2.1 传统松动爆破挑顶施工工艺问题分析

（1）施工繁琐，工期较长。采用传统松动爆破挑顶施工工艺进行风桥挑顶施工时，需与上组煤集中辅助运输下山贯通后，再进行挑顶施工，单一风桥破岩量将超过200m3，会产生大量的挑顶后续的矸石的运输工作，冗长的运输周期也会延长风桥挑顶的施工时间。

（2）对正常生产影响大。松动爆破前会在辅助运输下山处设置警戒围栏，直至清理完矸石期间会影响行人和物料的运输，对井下生产调度造成不便。

（3）所处巷道存在10°左右的坡度，在挑顶完成后，松动爆破所掉落的煤矸石很容易沿巷道滚落，对巷道内人员、设备安全管理产生威胁。

2.2 风桥卧底施工

根据矿井巷道布置，需在50204运输顺槽与5#煤回风大巷交叉口处、20106 运输顺槽与1501 采区北翼回风巷交叉口处施工风桥，以形成9101 运输顺槽掘进工作面和20106 运输顺槽掘进工作面独立回风系统。传统的松动爆破挑顶施工工艺较为复杂，在进行风桥挑顶时需搭设工作盘，工期相应增加明显。为确保本次两个工作面风桥施工顺利，将选择卧底施工方案，并根据实际情况制定了详细的安全技术措施。

2.2.1 50204运输顺槽施工风桥施工

50204运输顺槽施工风桥设计为顶风桥，施工材料包括4.6m 长的11#的工字钢10 根、22m2白铁皮，以及400余块600mm×300mm×200mm的水泥砖。

风桥的施工顺序及要求如下：①50204运输顺槽与5#煤回风大巷交叉点处巷道高度现为2.2m，需先对该处进行2m 深的卧底，使该处巷道高度达4.2m；②风桥为横跨5#煤一部皮带运输巷的顶风桥，风桥净规格为：长×宽×高=4.5m×3.9m×3.5m，9#回风大巷（风桥上）净高2.4m。③待交叉点卧底挑顶完成后，用水泥砖砌墙，墙长5.1m，墙体厚度600mm，高度为2.5m；④5#一部皮带运输巷交叉点处两侧的墙体砌到2.5m 高时，在墙体上方南北排列11#工字钢，工字钢净长4.5m，两端头压在墙体上的长度每端300mm，相邻两根工字钢中至中的间距为400mm。在工字钢的上方铺设白铁皮，白铁皮压茬由东向西从下而上压边，以减小通风阻力和漏风。在白铁皮上面铺设风筒布，然后在风筒布上浇筑60mm厚的混凝土。最后砌筑风桥上的两侧墙体，墙体用水泥砖砌筑，水泥抹面，墙体厚300mm。打设风桥所砌墙体全部用水泥抹面光滑，为减小通风阻力，风桥通风断面大小不小于原巷道的4/5，呈流线型，坡度要小于30°。见图1。

图1 50204运输顺槽施工风桥位置示意图

2.2.2 20106运输顺槽施工风桥

施工所需材料4.6m 长的11#的工字钢10 根、19m2白铁皮，以及600 余块600mm×300mm×200mm 的水泥砖。

①20106运输顺槽与采区北翼回风巷相交处，巷道现有高度为3m，宽4m，高度和宽度未达要求，高度需进行卧底1.9m，卧底后该交叉点巷道总高度达4.9m，待高度达到要求后，在交叉点巷道两帮处各掏槽0.6m，掏槽长度3.6m，掏槽后该交叉点处巷道总宽度5.2m；②风桥为横跨20106 运输顺槽的顶风桥，风桥净规格为：长×宽×高=3.0m×4.6m×2m，1501采区北翼回风巷（风桥上）净高2.0m。20106 运输顺槽（风桥下）净高2.4m；③待交叉点掏槽完成后，用水泥砖砌墙，墙长3.6m,墙体厚度600mm，高度为2.4m。所砌墙体与巷道壁相齐。④20106运输顺槽与1501采区北翼回风巷交叉点处两侧的墙体砌到2.4m 高时，在墙体上方南北排列11#工字钢，工字钢净长4.6m，两端头压在墙体上的长度每端300mm，相邻两根工字钢中至中的间距为500mm。在工字钢的上方铺设白铁皮，白铁皮压茬由西向东从下而上压边，以减小通风阻力和漏风。在白铁皮上面铺设风筒布，然后在风筒布上浇筑60mm厚的混凝土。最后砌筑风桥上的两侧墙体，墙体用水泥砖砌筑，水泥抹面，墙体厚500mm。打设风桥所砌墙体全部用水泥抹面光滑，为减小通风阻力。风桥顶部两端随坡，坡度为15°。⑤从20106运输顺槽风桥处向20106运输顺槽两端随坡，坡度为5°，随坡长度为10m。见图2。

图2 20106运输顺槽施工风桥

2.3 安全技术措施

在风桥构造的过程中，需要对每道工序进行严格的质量把关，施工期间还要对周围有毒有害气体进行检测，非施工人员不得随意进入。在对风桥铺设工字钢时要找平、找正、找稳，严格执行敲帮问顶制度，检查顶板及两帮的支护情况。当风桥上部覆盖灰浆时，其覆盖长度必须大于风桥的跨度，以保证密封质量。施工完毕后，要将管路、电缆悬挂整齐，现场清理干净。

3 风桥经济效益评价

两处风桥在构筑后，并未有漏风情况的发生，风桥及周边巷道支护稳定，未出现变形破坏现象，工作面的采掘工作将具备以下特点:①新开拓的风桥在投入使用前可以用来承担一部分运煤、行人、设备材料的储存作业；②顶板风桥实施后，完善了两层煤得到通风系统，确保了工作面煤炭运输系统的稳定；③本次风桥的构造风桥施工工艺更改为巷道掘进起底施工，避免了巷道挑顶时顶板垮落，保证了施工安全；④未使用传统松动爆破挑顶施工，因此可减少煤矸掘进量约135m3，风桥施工周期由16d 缩短至7d，提高了风桥的使用效率；⑤桥台两端路堤可以直接使用机械化回填渣充填，减少施工资金的投入，降低劳动强度；⑥桥面与回采工作面的回风巷同一高度，风流路线呈流线性，风阻更低。

4 结束语

本文对传统的松动爆破挑顶施工风桥进行了技术改进，通过掘进起底施工避免了巷道顶板垮落的可能性。风桥优化后施工设计方案不仅减少了材料消耗量，而且减少人工数量，优化施工工艺，减小风阻，缩短工期，降低施工人员劳动强度。

（1）优化50204 回采工作面风桥设计后，即可满足本工作面的通风要求，还能保障50205工作面和50206工作面掘进过程中连续衔接的要求。

（2）优化20106 回风侧风桥后，不需要增加新的风桥设施，只需要在原有巷道的基础上进行改造，可实现节约成本约30万元。