氣水分離裝置在老石旦煤礦的應(yīng)用與實(shí)踐

王鐵軍

摘要：針對(duì)老石旦煤礦031601運(yùn)輸順槽北翼段打瓦斯抽放鉆孔期間瓦斯涌出比較大的實(shí)際情況，研制出一種施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置，并闡述了施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置的工作原理和使用注意事項(xiàng)，在老石旦煤礦031601運(yùn)輸順槽北翼段進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用，收到了良好的使用效果，提高了瓦斯抽放效率，保障了工作面施工瓦斯抽放鉆孔期間的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：施工瓦斯抽放鉆孔；氣水分離裝置；實(shí)踐與應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2018.04.092

1引言

瓦斯抽放是高瓦斯礦井及煤與瓦斯突出礦井綜合治理礦井瓦斯的治本之策，瓦斯抽放方法比較多，按空間上劃分有本煤層抽放、鄰近層抽放、采空區(qū)抽放；按時(shí)間上劃分為采前預(yù)抽、邊掘邊抽、邊采邊抽、采空區(qū)抽放；按抽放工藝劃分為巷道抽放法 、鉆孔抽放法 、巷道和鉆孔聯(lián)合抽放法 ；按是否受到卸壓影響又可分為未卸壓抽放、卸壓抽放等。但是在礦井瓦斯抽放過(guò)程中，容易造成瓦斯超限事故的環(huán)節(jié)往往是在施工瓦斯抽放鉆孔的過(guò)程，傳統(tǒng)的施工瓦斯抽放鉆孔方式是將鉆孔瓦斯及沖洗介質(zhì)直接的排入鉆場(chǎng)或工作面，造成施工地點(diǎn)及工作面瓦斯超限，釀成瓦斯事故，特別是施工高瓦斯、煤與瓦斯突出礦井的煤層，或施工瓦斯礦井瓦斯構(gòu)造復(fù)雜的煤層時(shí)，很容易造成大量瓦斯涌出或噴出，釀成嚴(yán)重的事故。其二是傳統(tǒng)的施工瓦斯抽放鉆孔鉆屑采用風(fēng)排或水排的方式，為了避免風(fēng)排鉆屑、水排沖洗液進(jìn)入瓦斯抽放系統(tǒng)內(nèi)，占用瓦斯抽放管內(nèi)有效抽放斷面和堵塞瓦斯抽放管以及造成后期放水器的放水壓力，傳統(tǒng)的施工瓦斯抽放鉆孔往往是施工結(jié)束后，才開(kāi)始聯(lián)網(wǎng)抽放，這樣由于鉆孔內(nèi)瓦斯基本未泄壓，不僅在施工鉆孔時(shí)容易發(fā)生瓦斯異常涌出和噴出，聯(lián)網(wǎng)期間也經(jīng)常發(fā)生瓦斯超限事故，嚴(yán)重影響工作面正常生產(chǎn)。

2提出問(wèn)題

這樣在高負(fù)壓情況下如何從源頭上設(shè)計(jì)研制一種裝置進(jìn)行氣水分離，對(duì)鉆孔內(nèi)涌出的瓦斯實(shí)時(shí)進(jìn)行抽放，并及時(shí)地放出瓦斯抽放鉆孔與瓦斯抽放管過(guò)渡連接裝置內(nèi)的積水，進(jìn)而提高礦井的瓦斯抽放效率成為制約高瓦斯礦井及煤與瓦斯突出礦井瓦斯抽放的一個(gè)技術(shù)難題和瓶頸。針對(duì)這種情況國(guó)內(nèi)外許多科研機(jī)構(gòu)都展開(kāi)了技術(shù)攻關(guān)，但多數(shù)都是鉆進(jìn)積水進(jìn)入抽放系統(tǒng)內(nèi)如何放出這種被動(dòng)的放水設(shè)備和工藝，且傳統(tǒng)的人工放水器的放水方式是停泵和關(guān)閉閘門，打開(kāi)放水頭進(jìn)行放水，這樣不僅影響瓦斯抽放系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還會(huì)導(dǎo)致工作面瓦斯?jié)舛壬仙?，而影響正常生產(chǎn)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上有許多廠家生產(chǎn)了一些自動(dòng)放水器，但這些放水器內(nèi)一旦有煤泥沉積，很容易阻礙自動(dòng)放水器內(nèi)的浮子上下運(yùn)動(dòng)而失去自動(dòng)放水的功效，但是如何從源頭處使得氣水分離，避免水進(jìn)入瓦斯抽放系統(tǒng)內(nèi)卻被忽視。正是基于這種情況我們積極探索在施工瓦斯抽放鉆孔期間即可以對(duì)鉆孔瓦斯進(jìn)行有效抽放并從源頭上把氣水進(jìn)行分離的新工藝、新技術(shù)，終于研制成功一種施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置，并在神華烏海能源公司老石旦煤礦031604運(yùn)輸順槽北翼段掘進(jìn)工作面取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，保證了掘進(jìn)工作面安全、高效、穩(wěn)定地生產(chǎn)。

3分析問(wèn)題

現(xiàn)有施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置存在的缺點(diǎn)和不足之處：傳統(tǒng)的施工瓦斯抽放鉆孔工藝是將鉆孔內(nèi)的鉆屑使用風(fēng)排和水排兩種介質(zhì)簡(jiǎn)單直接排入施工地點(diǎn)，施工結(jié)束后進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)抽放，根本無(wú)安全可言，很容易造成施工地點(diǎn)及工作面瓦斯?jié)舛壬仙?，而影響正常生產(chǎn)。

4解決問(wèn)題

4.1工作面概況

神華烏海能源公司老石旦煤礦031604運(yùn)輸順槽北翼段掘進(jìn)工作面位于北三采區(qū)16#運(yùn)輸下山7#點(diǎn)前32.5 m處開(kāi)口，以32°方位角沿16#-4煤層底板掘進(jìn)施工，煤層傾角為8°～12°，掘進(jìn)方式為綜掘。巷道斷面形狀為切圓拱形，凈高為3.9 m，凈寬為5.0 m，巷道墻高為2.2 m，拱高為1.7 m。巷道采用錨桿+金屬網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)形式。巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1440 m。

4.2工作原理

施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置的工作原理圖如圖（1）所示，首先，在瓦斯抽放鉆場(chǎng)內(nèi)找一塊平整地方，把氣水分離器5安設(shè)平穩(wěn)，并在氣水分離器5的4個(gè)出口增設(shè)4寸閘閥3、4、7、9；第二，往鉆孔封孔器18上連接五通15；第三，向鉆桿10上套法蘭11，再套密封墊12；第四，密封墊12設(shè)好后，往鉆桿末端擰上鉆頭，而后向鉆孔內(nèi)下鉆，下鉆深度不得超過(guò)鉆孔封孔深度；第五，使用配套螺絲把法蘭9與13固定；第六，使用Φ100 mm鋼絲骨架膠管6連接五通15與氣水分離器進(jìn)氣口處閘閥8，連接5與瓦斯抽放主管。瓦斯抽放泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生高負(fù)壓，我們可以通過(guò)閘閥7調(diào)控出我們所需要的負(fù)壓，負(fù)壓調(diào)好后，我們?cè)俑鶕?jù)所施工的煤層瓦斯賦存情況，使用氣水分離器5上的控制氣水分離器內(nèi)負(fù)壓閥門3，使得打鉆過(guò)程中的瓦斯及鉆孔沖洗液全部通過(guò)Φ100 mm鋼絲骨架膠管6、氣水分離器進(jìn)氣側(cè)控制閥門8進(jìn)入氣水分離器內(nèi)，高濃度瓦斯在氣水分離器內(nèi)導(dǎo)流板、瓦斯自身密度很小的作用下迅速通過(guò)氣水分離器5的排氣閥門7、Φ100 mm鋼絲骨架膠管6進(jìn)入瓦斯抽放主管，而鉆孔沖洗液則在氣水分離器5內(nèi)的導(dǎo)流板、自身密度相對(duì)較大的作用下迅速通過(guò)氣水分離器5的下側(cè)排渣閘閥9排出，脫離氣水分離器內(nèi)高負(fù)壓的束縛，從而達(dá)到氣水分離的目的；另一方面，由于從鉆孔側(cè)來(lái)的鉆孔沖洗液是流體，具有不穩(wěn)定性，在Φ100 mm鋼絲骨架膠管6內(nèi)時(shí)而封堵管路全斷面，時(shí)而在Φ100 mm鋼絲骨架膠管內(nèi)半管流動(dòng)，這就造成氣水分離器5內(nèi)的負(fù)壓的不穩(wěn)定性；其三，是進(jìn)入氣水分離器5內(nèi)的鉆孔沖洗液，在通過(guò)氣水分離器5的下側(cè)出口閘閥9的過(guò)程中，同樣會(huì)出現(xiàn)封堵閘閥全斷面情況，而在封堵Φ100 mm鋼絲骨架膠管、氣水分離器下側(cè)出口閘閥9全斷面的情況下，氣水分離器內(nèi)負(fù)壓就會(huì)迅速變大，相反負(fù)壓就會(huì)迅速變小，在這樣負(fù)壓變大的情況下，氣水分離器內(nèi)高濃度瓦斯由于密度小就迅速進(jìn)入瓦斯抽放主管，而負(fù)壓變小的情況下，沖洗液在其密度相對(duì)較大的情況下利用其自身重力迅速下降排出氣水分離器，就這樣氣水分離器內(nèi)負(fù)壓忽大忽小變化的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)氣水分離。endprint

4.3施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置的在瓦斯抽放系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置原則上在施工每一個(gè)鉆孔時(shí)都必須配備一個(gè)，這樣能夠從源頭上很好地控制施工瓦斯抽放鉆孔期間的沖洗液進(jìn)入瓦斯抽放管路系統(tǒng)。

（2）施工瓦斯抽放鉆孔時(shí)，應(yīng)安排工程技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)跟班，在開(kāi)始施工時(shí)，應(yīng)利用氣水分離器上的閘閥，調(diào)好氣水分離器所需要的負(fù)壓以及氣水分離器對(duì)鉆孔的負(fù)壓，使得鉆孔內(nèi)涌出的瓦斯及鉆孔沖洗液全部被吸入氣水分離器內(nèi)并在氣水分離器內(nèi)順利實(shí)現(xiàn)分離。

（3）應(yīng)該安排技術(shù)人員對(duì)施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置進(jìn)行定期檢查，發(fā)現(xiàn)故障應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修，確保施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置能夠正常發(fā)揮作用。

（4）施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 但現(xiàn)場(chǎng)操作人員需要注意的是，必須利用氣水分離器側(cè)面配氣閥門調(diào)好負(fù)壓，使得負(fù)壓剛好能把高濃度瓦斯抽入高負(fù)壓瓦斯抽放系統(tǒng)內(nèi)，且鉆孔沖洗液全部從氣水分離器的下側(cè)出口排出。

（5）施工瓦斯抽放鉆孔期間，最好的抽放鉆場(chǎng)內(nèi)懸掛2個(gè)便攜式甲烷報(bào)警儀，隨時(shí)掌握鉆孔內(nèi)瓦斯涌出濃度變化，以便隨時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

5應(yīng)用效果分析

031601運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面2013年7月份進(jìn)行瓦斯抽放以來(lái)，有效地降低了工作面掘進(jìn)期間的瓦斯?jié)舛龋?31604運(yùn)輸順槽北翼段試驗(yàn)并使用了該施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置，先后施工了50多個(gè)鉆孔，鉆孔工程量達(dá)到7500多米，未發(fā)生一起瓦斯超限事故，并且經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)人員一個(gè)多月的觀察發(fā)現(xiàn)施工瓦斯抽放鉆孔期間巷道回風(fēng)流瓦斯?jié)舛群腿粘z查測(cè)量的一樣，在0.16%—0.26%之間變化，瓦斯抽放管內(nèi)瓦斯?jié)舛扔稍瓉?lái)的14.6%提高到19.2%，提高了46%，確保了掘進(jìn)工作面的安全生產(chǎn)。

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