急倾斜工作面下出口行人防护装置设计

陈胜明， 王伟， 苏勇， 邬彬

(四川华蓥山广能集团有限责任公司， 四川 广安 638600)

0 引言

目前我国许多煤炭矿区大倾角和急倾斜开采等难采煤层的开采比例越来越高[1]，由于急倾斜煤层倾角大，加之矿压和采动影响，急倾斜煤层采煤工作面极易发生煤层片帮、瓦斯超限涌出。片帮煤体和采煤机割下来的煤、矸，沿工作面倾斜方向快速滚落，堵塞采煤工作面下出口，对人员通行安全形成威胁，导致工作面通风困难、瓦斯聚集，给煤炭开采生产带来不利因素[2-4]。同时，经剧烈扰动区采动应力充分作用后，巷道围岩支护体遭到破坏[3]。因此，解决急倾斜采煤工作面通风和下出口行人的安全问题，直接关系着采煤工作面的安全生产和经济效益。

1 机巷行人防护装置应用背景

四川华蓥山广能集团绿水洞煤矿属高瓦斯矿井, 3212综采工作面煤层平均倾角60°，局部达到72°，工作面机巷支护采用端头支架加锚网和单体液压支柱支护的超前支护形式，工作面采用U型上行通风。在工作面开采过程中，由于工作面倾角较大，受倾角、矿压和采动影响，煤层时常发生片帮，片帮煤滚落至端头支架挡矸板处，形成大量的粉煤，充斥整个工作面下出口，对工作面的通风造成了影响。另外，片帮煤体和煤矸越过端头前架挡矸板，掉落在机巷，而且机巷超前支护段也时常发生落煤，人员在机巷下出口行走、作业时极易造成人员伤亡事故，同时大量浮煤在机巷堆积，增加了巷道浮煤的清理工作量。根据此情况，针对该工作面实际工况，设计了一种急倾斜工作面下出口机巷行人防护装置，既保障了工作面通风以及下出口行人的安全，又可减少下出口段的浮煤清扫工作。

2 机巷行人防护装置结构

该防护装置由2架相同的装置组成，2架防护装置之间采用销轴与螺栓的形式刚性联接，每架防护装置分别由底座、固定连杆、固定挡矸板、棚梁以及顶升油缸等组成，整体设计防护长度6 m。整个装置安设在液压端头支架前端，通过2根液压千斤顶与端头支架前架相连。行人防护装置结构见图1。

图1 机巷行人防护装置结构示意图

2架防护装置的固定挡矸板使用螺栓联接，并固定在固定连杆上，可保证装置推移时设备之间不产生相对位移。在顶升油缸的作用下，棚梁伸起，后端与机巷接顶，接顶后，棚梁与底板夹角为35°，可防止煤矸在棚梁上堆积，保证了飞矸和片帮落煤不进入行人通道和后端排水沟渠。为防止片帮后煤矸掉落在装置与转载机之间，在固定挡矸板下沿设置了1条与转载机搭接的筋板，将片帮、垮落的煤、矸导引到转载机的运输槽体中。

3 机巷行人防护装置的功能

1) 保证机巷通风断面。顶板接顶、顶板与固定挡矸板铰接、固定挡矸板与转载机搭接的结构，使运输机巷下帮形成一个相对封闭的空间，如图2所示。这种结构可以保证足够的下出口通风断面，解决了煤层片帮时，工作面因通风不畅造成的瓦斯积聚、超限问题。

2) 阻挡煤矸，保障行人安全。封闭的防护形式可有效地保证工作面下出口通行、作业人员的安全。固定挡矸板与转载机搭接的结构，可有效地解决工作面下出口浮煤堆积的问题。

3) 液压连续推进。整个装置通过2根推移千斤顶与端头支架前架相连，与端头的推进方式相类似，操作人员只需在液压端头支架内操作防护装置操作阀组，即可完成对整个行人防护装置的推移以及装置与巷道的接顶。

图2 通风示意图

4 实际应用情况

在未使用该防护装置时，工作面煤层片帮，导致工作面通风不畅，瓦斯积聚，给工作面人员带来安全隐患，同时工作面下出口段的片帮煤和飞矸，严重威胁作业人员的人身安全。片帮煤在机巷内长时间堆积，造成行人通行难，端头支架移架难，每一次片帮后需要投入2人，花费约半天的时间，对巷道进行清理。工作人员需时刻提防片帮煤和飞矸，工作效率低下，工人劳动强度增加，作业安全危险性增加。

急倾斜机巷行人防护装置于2017年投入到四川省华蓥山广能集团绿水洞煤矿3212采煤工作面机巷运行使用，使用至今，效果良好。当工作面遇煤层片帮时，工作面通风效果良好，下出口人员安全得到了保障，同时也降低了对机巷浮煤清理的频率，降低了工人的劳动强度。

5 结论

1) 该防护装置采用液压推进，对工作面下出口段行人通行段形成全封闭，既保证了工作面通风，又实现了对下出口行人的安全保护，同时减少了工作面下出口超前支护段内的巷道浮煤清扫工作量。

2) 该防护装置结构合理，操作简便，投入成本低。该套机巷行人防护装置的成功运用，为煤矿急倾斜工作面片帮带来的问题提供了一种可靠的解决方式，具有一定的推广应用价值。