1. 引言
谢桥煤矿隶属于淮南矿业(集团)有限责任公司，是集团公司主力矿井之一，瓦斯等级为煤与瓦斯突出型矿井，水文地质条件为极复杂型，矿井位于安徽省淮南煤田潘谢矿区西部，井田东以F22断层与张集矿井相接，南以谢桥向斜轴或17-1煤层−1000 m水平的地面投影为界，西至F5断层与刘庄矿为邻，北以1煤层露头线为界。井田东西走向长11.5 Km，南北倾斜宽4.3 Km，面积38.2 Km2，开采深度−380 m~−1000 m，矿井分为−610 m和−920 m两个水平开采，采用单一走向长壁式开采，区内后退式回采，全部垮落法处理采空区，核定生产能力960万吨/年。矿井现已投产20年，近年来由于矿井连续高强度开采，采掘接替紧张，有时因为部分系统巷道未形成而影响采煤工作面的投产，现通过对部分系统巷道进行巷修改造，施工风桥，从而实现交叉巷道通风系统及运输系统的相互独立，满足采煤工作面的回采需要。谢桥矿先后在1312(3)、13516及2111(3)工作面施工了风桥，并做到了安全回采。施工风桥与施工常规的岩巷绕道相比 [1] [2] ，不仅施工成本低，工期短，设计简单，而且所需施工人员少，经济效益显著，在巷道围岩稳定，不受采煤工作面超前支承压力影响的巷道，具有推广与应用的价值。
2. 风桥施工简介
风桥是指设在进、回风巷道交叉处，使回风和进风互不混合的设施。谢桥矿井下1312(3)、13516及2111(3)工作面分别对几处交叉巷道进行巷修改造，采取四岔门处顶板加固、卧底、帮部支护、搭设工字钢平台、浇筑平台及档墙、喷注浆，形成风桥，满足了采煤工作面回采的需要。交叉点巷道巷修改造前后的空间关系附后(图1，图2)。
2.1. 施工关键工序
四岔门处顶板加固→卧底、帮部支护→铺设工字钢平台→浇筑平台→扎挡墙筋骨→立模浇筑挡墙→拆模及养护→喷注浆加固→清理收尾。
2.2. 具体施工方法
①因卧底后巷道局部高度将达6 m左右，需在卧底之前对超高段巷道顶、帮施工锚索加固，帮部锚索规格为φ22 × 4300 mm，顶部锚索规格不低于φ22 × 6200 mm，锚索梁为配套Ω钢梁；锚索梁间排距
Figure 1. The spatial relationship before the reconstruction of roadway.
图1. 系统巷道巷修改造前的空间关系
Figure 2. The spatial relationship after the reconstruction of roadway.
图2. 系统巷道改造后的空间关系
根据原巷道支护形式及岩性情况而定；锚索孔深、角度以及所用锚固剂型号、数量，均严格按设计施工，锚索预紧力不低于100 KN，锚固力不低于200 KN。
②按照设计坡度、深度进行卧底施工，卧底施工期间，巷道帮部裸露高度、长度超过措施规定时，及时补打锚网索支护。若巷道底板为岩石底板，人工卧底困难时，可采取综掘机或履带式挖装机进行卧底，提高卧底效率，减轻职工劳动强度。
③卧底后，搭设风桥平台。风桥平台使用8000~10,000 mm长I-11工字钢密排铺设(间距不大于200 mm)，工字钢沿上层巷道走向方向铺设，两侧与巷道底板搭接长度不小于750 mm，且搭接处施工底板锚杆配钢丝绳，将工字钢固定在巷道底板上；工作钢平台需超出上层巷道两帮2~2.5 m长，作为后期建立挡墙的基础。
④风桥平台施工结束后，在最下层工字钢下表面铺设模板，可使用10#铁丝将模板绑扎在工字钢上，或搭设挑棚支撑模板，模板铺齐后，浇筑C30混凝土，混凝土厚度500 mm，使整个风桥平台与巷道底板结合为整体。
⑤在设计位置开始绑扎钢筋笼，并立模浇筑两侧挡墙，两侧挡墙宽度不小于1000 mm，挡墙自风桥上表面开始，至巷道顶板全断面施工，确保挡墙与平台，挡墙与巷道帮、顶，以及平台与巷道形成整体，既能够满足上层巷道轨道打运液压支架等设备需求，又能够确保上下层巷道之间的通风系统相互隔断和独立。
⑥风桥全部施工结束后，需要对四岔门周边及卧底施工区域进行喷注浆加固，加强风桥周边巷道的支护强度，确保风桥的稳定可靠。压力较大的巷道可采取在风桥平台下方套U型棚加强支护。风桥施工示意情况附后(图3，图4)。
3. 研究区概括
3.1. 1312(3)工作面风桥
1312(3)工作面位于矿井一水平东二13-1煤层上山采区，工作面西邻1111(3)、1121(3)、1131(3)、1141(3)、1151(3)等工作面采空区，东至东二采区系统保护煤柱线，北起1101(3)采空区、南至1161(3)采空区，工作面北部、西部及南部各工作面均已回采，工作面为回收煤柱开采，采取倾向长壁布置，煤厚5.2 m，工作面储量100万吨。1312(3)工作面在出煤联巷内施工了一组风桥(图5)，使出煤系统和回风系统相互独立。1312(3)出煤联巷与东二C组回风上山相互交叉，形成四岔门结构，两条巷道均沿13-1煤层顶板掘进，先
对东二C组回风上山进行卧底巷修，然后在1312(3)出煤联巷内浇筑风桥，巷修改造后上层巷道为出煤系统，下层巷道为回风系统；出煤系统需要保证巷道坡度、高度及宽度，保证轨道打运及皮带机的正常运行；下层巷道需要保证巷道的通风断面，确保正常回风。
3.2. 13516工作面风桥
13516工作面位于矿井东二B组8~6煤层采区，工作面西起东二采区保护煤柱线，东至矿井边界，北至6煤层−684−m底板等高线，南至6煤层−740 m底板等高线。北边11316E工作面、西边21116工作面已回采结束。上覆8煤层、下覆4、5煤层尚未开采。工作面标高−684.0~−740.0 m，煤厚3.2 m，工作面储量200万吨。13516工作面上顺槽运输车场处施工了一组风桥(图6)。13516工作面上顺槽与东二8~6煤层采区皮带上山掘进期间相互交叉，形成四岔门结构，两条巷道均沿6煤层顶板施工，6煤层厚度3.0 m，通过对东二8~6煤层采区皮带上山进行卧底，考虑到6煤层底板为岩石底板，该处卧底时采用综掘机刹底，然后在13516工作面上顺槽浇筑风桥，巷修改造后，上层巷道为工作面轨道打运系统以及工作面回风巷道，下层巷道为采区出煤系统巷道。
3.3. 2111(3)工作面风桥
2111(3)工作面为矿井二水平东一13-1煤层采区首采工作面，西起二水平东翼C组采区上山，东至东
Figure 5. Airbridge of crossheading in working face 1312 (3)
图5. 1312(3)工作面出煤联络巷风桥
Figure 6. Airbridge of transportation yard in upper gate road of working face 13516
图6. 13516上顺槽运输车场风桥
二C组采区下山。上阶段1161(3)工作面已回采，工作面标高−676~−776 m，煤厚5.5 m，工作面储量350万吨。2111(3)工作面上顺槽运输车场处施工了一组风桥(图7)。2111(3)上顺槽运输车场与东一C组皮带下山相互交叉，形成四岔门结构，两条巷道均沿13-1煤层顶板施工，采取对东一C组皮带上山卧底巷修，然后浇筑风桥，满足2111(3)工作面上顺槽运输车场回风、打运以及东一C组皮带下山出煤需要。
4. 施工风桥与施工绕道比较
4.1. 工程量对比
4.1.1. 施工风桥
施工前期准备工作主要包括四岔门以及卧底段顶板及煤帮加固，然后进行卧底。以13516工作面风桥为例，卧底段巷道长度约100 m，宽度5 m，最大卧底深度3.5 m，平均卧底深度2.2 m，待卧底达到设计位置后，在四岔门处密排铺设I-11工字钢作为人造底板，然后浇筑混凝平台及两侧挡墙，将上下层巷道相互隔开，最后对四岔门附近巷道喷注浆加固。施工风桥期间 [3] [4] ，最大的工程量是卧底，若下层巷道仅作为回风巷道使用，对巷道坡度未有严格要求，在保证通风断面符合要求的前提下，相应的卧底长度较短为50 m左右，工程量较少；若下层巷道为出煤系统巷道，需严格按设计腰线卧底，保证皮带机运转需要，则卧底长度较长达到100 m左右，卧底工程量较大。矿井首次在1312(3)工作面施工风桥时采用人工卧底，进度较慢，之后在13516工作面及2111(3)工作面采用综掘机卧底，大大提高了卧底效率，也减轻了职工劳动强度。
4.1.2. 施工绕道
施工前期准备主要包括建立通风系统、打运系统、出货系统，拨门加固等，一般车场绕道设计长度约70 m左右，采用炮掘工艺，拨门、过巷、贯通等采取小循环进尺，单进较低，贯通收尾后需铺设风水管路、铺设轨道、拆除机电设备、封闭多余巷道等。绕道施工示意图附后(图8)。
4.2. 工期对比
4.2.1. 施工风桥
巷修施工与顺槽掘进可平行作业，在已有巷道的基础上进行巷修改造，安排一支40人的巷修队伍建立风桥，需要工期约30天，主要包括：
Figure 7. Airbridge of transportation yard in upper gate road of working face 2111(3)
图7. 2111(3)上顺槽运输车场风桥
Figure 8. Construction sketch of the detour
图8. 绕道施工示意图
①进点准备及巷修前的顶板加固：2天。
②安设刮板机形成出货系统：2天。
③巷修施工(包括卧底、扩刷、帮部支护)：10天。
④铺设工字钢平台，浇筑平台及挡墙：10天。
⑤喷注浆加固风桥及周边系统巷道：5天。
⑥拆除、清理收尾：1天。
4.2.2. 施工绕道
施工绕道与煤巷掘进不能平行作业，待顺槽贯通后或在煤巷掘进开工前施工，以施工70 m左右的车场绕道为例，安排一支60人的岩巷队伍施工绕道，需要工期约60天，主要包括：
①建立通风系统、供电系统、出货系统：10天。
②拨门加固：2天。
③正常掘进：40天。
④巷道喷浆、拆除、收尾、封闭多余巷道：8天。
4.3. 材料费对比
以13516工作面上顺槽运输车场风桥为例，材料费投入主要包括支护材料、工字钢、浇筑料以及喷注浆材料等。而绕道的材料费投入主要包括支护材料、轨道、喷浆材料等费用。
风桥改造的材料费用包括：I-11工字钢每米单价86元，铺设风桥平台需9 m长工字钢50根，合计费用约3.87万元；浇筑平台及挡墙需浇筑料约75 m³，合计费用约2.13万元；喷注浆料需水泥约70吨，混合料约180吨，合计费用约3.32万元；支护材料主要为卧底后，裸露帮部支护所需的锚杆、锚索、金属网、锚固剂以及钢带等，合计费用约9万元；以上费用合计约18.32万元。
新增70 m绕道的材料费用包括：正常掘进的材料投入主要是锚杆、锚索、钢筋网、锚固剂以及锚索托盘，合计费用约15万元；铺设轨道需38 kg/m钢轨140 m，需鸡心道2副，合计费用约6.13万元；喷浆需水泥67吨，混合料约268吨，合计费用约2.67万元；以上费用合计约23.8万元。
4.4. 人工成本对比
4.4.1. 施工风桥
安排一支40人的巷修队伍施工风桥需要30天，用工成本按260元/人计算，每人平均每月出勤22天计算，人均月度成本为5720元/人，施工一处风桥需投人工成本为228,800元。
Table 1. Comprehensive comparison of construction wind bridge and construction bypass
表1. 施工风桥与施工绕道综合比较
4.4.2. 施工绕道
安排一支60人的岩巷队伍施工绕道需要60天，用工成本按260元/人计算，每人平均每月出勤22天计算，人均月度成本为5720元/人，则施工一处绕道需投人工成本为686,400元。
4.5. 其他方面对比
施工风桥时，可借用掘进出煤系统及打运系统进行出货与打运，对于顺槽掘进影响不大。施工绕道时 [5] [6] [7] [8] ，不能与顺槽掘进平行作业，需要占用顺槽的打运系统，出货时采用矿车出货，另外施工绕道普遍采用钻爆法施工，涉及到过巷、拨门及贯通等特殊施工，增加了施工中的风险点。通过比较，在条件适宜的地点，施工风桥与施工绕道相比，具有明显优势，相关对比情况见表1。
5. 收益
经过上述对比分析，通过巷修的方式改造原有的系统巷道来施工风桥，在工程工期，材料费，人工成本，以及人员投入和风险防控等方面，都比新施工一条岩巷绕道有显著优势，以13,516上顺槽运输车场风桥为例，节约材料费及人工成本50余万元，同时比初期设计的施工绕道使工作面提前1个月回采，提前采出煤炭30万吨，有效缓解了矿井接替紧张的局面。
6. 结语
风桥在谢桥矿的成功应用，不仅一定程度上缓解了矿井接替紧张的局面，而且为矿井今后系统巷道的布置和优化总结了经验。通过实践不断改进和完善风桥的施工方案，今后施工风桥过程中，可以采用综掘机、履带式挖装机辅助卧底刷帮，提高卧底刷帮效率，缩短工期，减轻职工人工卧底刷帮的劳动强度，并采取套U型棚的方式增加风桥下方巷道的稳定性。在巷道围岩稳定，采煤工作面超前支承压力影响以外的巷道具有推广应用价值。