一種瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置的研制與應(yīng)用

陳河亮 孟海東

摘要：針對(duì)河南煤化工集團(tuán)鶴壁中泰公司的1603工作面瓦斯抽放鉆孔施工過(guò)程中粉塵嚴(yán)重超標(biāo)的實(shí)際情況，研制瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置，對(duì)該裝置的工作原理、應(yīng)用步驟和應(yīng)用的注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)地闡述和說(shuō)明，并在鶴壁中泰公司1603工作面的運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽施工瓦斯抽放鉆孔的過(guò)程中進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，收到了良好的應(yīng)用效果，促進(jìn)了工作面的安全、高效地生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置；研制；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.15.098

0引言

在煤與瓦斯突出礦井及高瓦斯礦井中瓦斯抽放技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的瓦斯治理技術(shù)，目前煤礦瓦斯抽放的方法比較多，主要有立體交叉布孔、卸壓帶抽放、頂板高位抽放、采空區(qū)埋管抽放、本煤層瓦斯抽放、鄰近層抽放等多種瓦斯抽放方法。在煤礦現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中當(dāng)采用風(fēng)力排出孔內(nèi)煤粉時(shí)，煤粉伴隨著孔內(nèi)的壓風(fēng)迅速擴(kuò)散到巷道內(nèi)導(dǎo)致巷道內(nèi)粉塵增大嚴(yán)重地污染了工作環(huán)境，給現(xiàn)場(chǎng)施工人員造成嚴(yán)重的危害，同時(shí)由于粉塵比較大容易引發(fā)煤塵爆炸等惡性事故，還由于現(xiàn)場(chǎng)能見(jiàn)度下降容易造成誤操作從而造成人身事故的發(fā)生，另外煤塵較大的情況下機(jī)械設(shè)備磨損加大機(jī)械設(shè)備的使用壽命也會(huì)大幅度的降低。綜上所述我們必須加大粉塵治理力度才能夠防患于未然。然而傳統(tǒng)的風(fēng)力排粉的治理方法通常是在施工地點(diǎn)下風(fēng)側(cè)設(shè)置一道覆蓋巷道全斷面的大水幕，雖然在粉塵治理方面收到了一定的效果，但是并不能夠從根源上解決問(wèn)題，煤塵大的問(wèn)題依然是困擾施工安全的重大難題和隱患，現(xiàn)場(chǎng)迫切需要探索出一種更為行之有效的技術(shù)來(lái)解決這個(gè)難題。

1提出問(wèn)題

在煤層中施工瓦斯抽放鉆孔時(shí)通常有風(fēng)排瓦斯抽放鉆孔粉塵、水排瓦斯抽放鉆孔粉塵兩種方法。采用風(fēng)排瓦斯抽放鉆孔粉塵時(shí)及時(shí)、有效地捕捉住粉塵不至于使其在巷道中蔓延和擴(kuò)散危及施工人員的身體健康是困擾施工瓦斯抽放鉆孔的技術(shù)難點(diǎn)和瓶頸。由于風(fēng)排粉塵造成巷道內(nèi)煤塵超標(biāo)，影響礦井安全生產(chǎn)的例子比比皆是。針對(duì)這種情況如何來(lái)破解這個(gè)技術(shù)難題顯得尤為關(guān)鍵，為此我們展開(kāi)了技術(shù)攻關(guān)，并積極研究新方法、新工藝來(lái)解決該難題，最終研制出了一種新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置，該瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置的設(shè)計(jì)與研究技術(shù)重點(diǎn)在于突破在風(fēng)力排粉情況下在煤壁上施工的瓦斯抽放鉆孔造成巷道粉塵超標(biāo)的技術(shù)瓶頸，有效地對(duì)施工煤層瓦斯抽放鉆孔產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行治理，有效地降低了巷道中的粉塵，杜絕了巷道空氣中粉塵超標(biāo)現(xiàn)象的發(fā)生，確保了員工的身體健康和安全生產(chǎn)，為高瓦斯礦井或煤與瓦斯突出礦井的安全生產(chǎn)構(gòu)筑起一道牢固的安全防線。該技術(shù)屬于煤礦“一通三防”的技術(shù)領(lǐng)域，重點(diǎn)在于對(duì)礦井瓦斯綜合治理技術(shù)的深化研究，并且在鶴壁中泰公司得到了廣泛的應(yīng)用，收到了非常好的應(yīng)用效果。

2分析問(wèn)題

傳統(tǒng)的風(fēng)力排粉的治理方法通常是在施工地點(diǎn)下風(fēng)側(cè)設(shè)置一道覆蓋巷道全斷面的大水幕，雖然在粉塵治理方面收到了一定的效果，但是并不能夠從根源上解決問(wèn)題，煤塵大的問(wèn)題依然是困擾施工安全的重大難題和隱患，但在應(yīng)用過(guò)程中存在以下缺點(diǎn)和不足之處：

（1）傳統(tǒng)的捕塵方法沒(méi)有從源頭上進(jìn)行捕塵，當(dāng)鉆頭切削下來(lái)的細(xì)小的煤塵顆粒隨著壓風(fēng)排至空外后迅速地向巷道中擴(kuò)散，擴(kuò)散后的煤塵隨著巷道向下風(fēng)流吹去，這個(gè)時(shí)候其實(shí)已經(jīng)錯(cuò)過(guò)了最佳捕塵時(shí)機(jī)。盡管傳統(tǒng)的覆蓋巷道全斷面的大噴霧全部打開(kāi)也只是滅掉一部分煤粉，大部分粉塵都會(huì)隨著巷道飄散開(kāi)來(lái)，捕塵效果不會(huì)太好。

（2）由于傳統(tǒng)的覆蓋巷道全斷面的大噴霧安裝的噴霧頭多，全部打開(kāi)的話耗水量比較大，且水流加上煤粉會(huì)使施工地點(diǎn)的泥濘很多，環(huán)境更惡劣。

（3）由于打鉆施工地點(diǎn)的電氣設(shè)備比較多，如果大噴霧位置放的不適當(dāng)會(huì)使噴霧灑到電氣設(shè)備上，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備絕緣值下降形成新的安全隱患。

3解決問(wèn)題

3.1鶴壁中泰公司及1603工作面簡(jiǎn)況

河南鶴壁中泰礦業(yè)公司隸屬于河南煤化工集團(tuán)鶴壁煤業(yè)公司，它位于鶴壁礦區(qū)北中部分，核定礦井生產(chǎn)能力為150萬(wàn)噸/年，該礦井2015年進(jìn)行了瓦斯等級(jí)鑒定工作，鑒定結(jié)果礦井的相對(duì)瓦斯涌出量26.8m3/t，礦井的絕對(duì)瓦斯涌出量為87m3/min，屬于高瓦斯礦井。因此礦方采用了立體交叉布孔、卸壓帶抽放、頂板高位抽放、采空區(qū)埋管抽放、本煤層瓦斯抽放、鄰近層抽放等多種瓦斯抽放方法來(lái)治理瓦斯，收到了良好的治理效果。

1603綜采工作面位于鶴壁中泰公司北二16#運(yùn)輸下山左翼，其東北為北二16#運(yùn)輸下山，東北、北西為未開(kāi)采區(qū)。工作面走向長(zhǎng)：1200m，傾斜長(zhǎng)：180m，煤層傾角：5°，煤層密度1.55t/m3，煤層厚度：3.5m，機(jī)采高度3.5m，采煤機(jī)截深為0.6m，日循環(huán)個(gè)數(shù)2個(gè)，月進(jìn)度60m，工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量930m3/min，工作面最大月產(chǎn)量為8.5萬(wàn)t。該工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為10.5m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為14.3m3/t，采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤采煤方法，全部垮落法充填采空區(qū)。在回采前沿著1603工作面的運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽利用DYZ4000S型鉆機(jī)施工傾向順層瓦斯抽放鉆孔，鉆孔間距為4m，采用風(fēng)力排粉。

3.2工作原理

該新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置的研制發(fā)明的目的就是克服上述傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的捕塵方法捕塵過(guò)程中存在的缺點(diǎn)和不足，主要目的如下：

（1）該新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置安設(shè)在鉆孔口緊密地與煤壁接觸，在煤粉沒(méi)有來(lái)得及向巷道內(nèi)擴(kuò)散時(shí)已經(jīng)把煤粉聚集、吸收在一起。從而從源頭上進(jìn)行捕塵，捕塵效果非常明顯。

（2）該新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置安設(shè)的噴霧頭數(shù)量少，而且與煤粉親密結(jié)合，耗水量小，聚集的煤塵比較集中便于清理，減少對(duì)環(huán)境的污染小。

（3）該新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置安設(shè)在鉆孔口，而且結(jié)構(gòu)緊湊，噴霧頭只安設(shè)在管內(nèi)，不會(huì)對(duì)周圍的電氣設(shè)備產(chǎn)生影響。

（4）該新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、捕塵效果好、成本低、重量輕，便于井下移動(dòng)。

本瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置研制的工作原理和技術(shù)方案：一種新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置如圖1所示，這種瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置可以用Ф150mm的聚乙烯瓦斯抽放管彎頭制作，其結(jié)構(gòu)含有聚塵管3、過(guò)渡管4、捕塵管8組成。其中過(guò)渡管4的兩端分別和聚塵管3、捕塵管8的一端固定連接，過(guò)渡管4后側(cè)管壁上設(shè)置一個(gè)穿鉆桿孔5，該孔與聚塵管3同軸心。穿鉆桿孔邊緣安上一個(gè)橡膠墊套7，這樣鉆桿在穿鉆桿孔中旋轉(zhuǎn)時(shí)只與橡膠墊套進(jìn)行摩擦，當(dāng)橡膠墊套磨損嚴(yán)重時(shí)可以及時(shí)更換，從而保護(hù)了穿鉆桿孔，防止鉆桿直接與其接觸發(fā)生摩擦而受損壞。捕塵管8的管壁上安裝兩層噴霧頭9（根據(jù)實(shí)際需要還可以安上一層或者三層噴霧頭），每層噴霧頭均沿著捕塵管的橫截面均勻布置，每層噴霧設(shè)置三個(gè)噴霧頭，每層噴霧頭都通過(guò)高壓膠管10、閥門12、三通與供水管路11連接。聚塵管3沿著水平方向鋸成兩半，然后在一側(cè)安上兩個(gè)合頁(yè)6進(jìn)行固定連接，在另一側(cè)安上三個(gè)掛鎖門扣2（根據(jù)實(shí)際需要還可以安兩個(gè)或者四個(gè)掛鎖門扣），從而使聚塵管3可以自由開(kāi)合，便于安裝或拆卸鉆桿。在聚塵管3的前端邊緣上可以均勻地打三到四個(gè)Ф5mm的小孔1，小孔上可以捆上細(xì)鐵絲，將細(xì)鐵絲的另一端與煤壁上的錨網(wǎng)或者錨桿上的螺絲連接在一起，從而起到支撐瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置的作用。

打鉆施工時(shí)，首先將鉆桿沿著水平方向穿入穿鉆桿孔5，然后將瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置的聚塵管3正對(duì)著鉆孔方向?qū)@桿前部、鉆頭都包裹在其中，再利用細(xì)鐵絲或繩子一端穿入聚塵管3前端的小孔內(nèi)，另一端與煤壁的錨網(wǎng)或者錨桿上的螺絲連接在一起，使沿著煤壁進(jìn)行加固使之固定好，并利用打瓦斯抽放鉆孔的鉆桿作為支撐點(diǎn)進(jìn)行牢固地支撐，支撐好以后我們可以用風(fēng)筒布把煤壁與聚塵管3接觸的端面包嚴(yán)實(shí)防止漏風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生。在施工瓦斯抽放鉆孔時(shí)從孔內(nèi)排放出來(lái)的粉塵并沒(méi)有直接進(jìn)入巷道內(nèi)而是被聚塵管收集起來(lái)了隨后通過(guò)過(guò)渡管進(jìn)入捕塵管，由于我們事先在捕塵管中已經(jīng)設(shè)置了一道水幕，該層水幕如圖1中B-B剖視圖所示，在捕塵管內(nèi)壁上鑲嵌3個(gè)六分的噴霧頭，并將這些噴霧頭進(jìn)行串聯(lián)，每當(dāng)粉塵進(jìn)入到捕塵管后我們立即將與噴霧管路相連接的供水閥門打開(kāi)，噴霧頭就開(kāi)始進(jìn)行噴霧，這樣就可以在捕塵管內(nèi)將粉塵捕滅而不會(huì)向巷道內(nèi)擴(kuò)散，這樣就從源頭上治理了粉塵，收到了非常好的治理效果。

3.3注意事項(xiàng)

（1）首先要將聚塵管的掛鎖門扣扣緊，并用鐵絲擰緊，防治施工期間聚塵管開(kāi)口，導(dǎo)致粉塵外漏。

（2）使用前利用細(xì)鐵絲將聚塵管與煤壁固定牢固，防治施工期間聚塵管脫落或漏風(fēng)。

（3）施工期間應(yīng)密切觀察穿鉆桿孔中的橡膠墊套的磨損情況，當(dāng)磨損嚴(yán)重時(shí)必須及時(shí)更換。

（4）當(dāng)粉塵進(jìn)入捕塵管時(shí)應(yīng)該緩慢地打開(kāi)供水閥門，適度地調(diào)節(jié)閥門，保證有足夠的供水壓力，既不能使供水壓力過(guò)大（過(guò)大會(huì)將高壓膠管憋崩造成漏液），也不能使供水壓力過(guò)小（過(guò)小霧化效果不好）。

（5）施工結(jié)束后要及時(shí)將瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置下方的煤清理干凈，保持施工地點(diǎn)的清潔、衛(wèi)生。

4應(yīng)用案例

河南煤化工集團(tuán)鶴壁中泰公司于2015年6月份在1603工作面回風(fēng)順槽利用DYZ4000S型鉆機(jī)施工傾向順層瓦斯抽放鉆孔，鉆孔間距為4m，采用風(fēng)力排粉。剛開(kāi)始施工時(shí)利用傳統(tǒng)的覆蓋巷道全斷面的大水幕進(jìn)行捕塵，雖然起到了一定的效果，但是污染仍然很嚴(yán)重。

隨后在施工瓦斯抽放鉆孔時(shí)采用了新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置，使用效果非常明顯，使用前經(jīng)過(guò)中泰公司測(cè)塵工測(cè)定施工地點(diǎn)飛揚(yáng)的煤粉在70～95mg/m3之間，污染比較嚴(yán)重，使用該新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置后施工地點(diǎn)飛揚(yáng)的煤粉降到了5～9mg/m3之間，由

比較可知該裝置使用效果非常好。該新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置在河南煤化工集團(tuán)的九里山煤礦、冷泉煤礦、小寺灣煤礦的瓦斯抽放鉆孔的施工過(guò)程中也得到了廣泛的應(yīng)用，收到了非常好的應(yīng)用效果，有力地促進(jìn)了煤礦的安全生產(chǎn)，具有非常重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

5結(jié)論

（1）該新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置具有良好的捕塵效果，打瓦斯抽放鉆孔排出的粉塵進(jìn)入捕塵管內(nèi)，并在管內(nèi)實(shí)現(xiàn)了捕塵，粉塵不直接排到巷道內(nèi)，極大地改善了作業(yè)環(huán)境，而且還節(jié)約了用水，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）該新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置成本低、制作簡(jiǎn)單，靈活輕便，很方便于運(yùn)輸。

（3）該新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置的聚塵管沿著水平方向鋸成兩半，然后在一側(cè)安上兩個(gè)合頁(yè)進(jìn)行固定連接，在另一側(cè)安上至少兩個(gè)掛鎖門扣，從而使聚塵管可以自由開(kāi)合，便于安裝或拆卸鉆桿。

（4）該新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置的聚塵管前端邊緣上可以均勻地打三到四個(gè)Ф5mm的小孔，小孔上可以捆上細(xì)鐵絲，將細(xì)鐵絲的另一端與煤壁上的錨網(wǎng)或者錨桿上的螺絲連接在一起，使瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置支撐更加牢固可靠。

（5）該新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置過(guò)渡管后側(cè)管壁上設(shè)置一個(gè)穿鉆桿孔，該孔與聚塵管同軸心。穿鉆桿孔邊緣安上一個(gè)橡膠墊套，這樣鉆桿在穿鉆桿孔中旋轉(zhuǎn)時(shí)只與橡膠墊套進(jìn)行摩擦，當(dāng)橡膠墊套磨損嚴(yán)重時(shí)可以及時(shí)更換，有效地避免了因穿鉆桿孔磨損嚴(yán)重而漏風(fēng)的現(xiàn)象發(fā)生。

（6）該新型瓦斯抽放鉆孔捕塵裝置使用范圍廣，尤其適用于煤質(zhì)脆、堅(jiān)硬的采掘工作面的瓦斯抽放鉆孔的施工，推廣后具有較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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