穿層抽采鉆孔防噴裝置研究與運(yùn)用

柴海濤

摘要：煤礦瓦斯事故是高瓦斯突出礦井普遍存在的一種災(zāi)害。目前，瓦斯治理的主要措施是施工鉆孔抽采煤層瓦斯。但在瓦斯抽采鉆孔施工過(guò)程中，由于地應(yīng)力高、瓦斯壓力大、煤質(zhì)松軟，極易發(fā)生鉆孔噴孔現(xiàn)象。因此，研制煤層鉆孔施工防噴裝置，對(duì)礦井鉆孔安全施工、提高鉆孔施工速度、保證安全生產(chǎn)具有重要意義。本文詳細(xì)的論述了穿層抽采鉆孔防噴裝置及其應(yīng)用注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：穿層抽采;鉆孔防噴裝置;注意事項(xiàng)

隨著煤礦開(kāi)采深度和強(qiáng)度的增加，煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性日趨嚴(yán)重。因此，為解決因煤層瓦斯壓力大、瓦斯含量高，施工穿層鉆孔過(guò)程中易噴孔造成鉆場(chǎng)瓦斯?jié)舛瘸藓退簜说膯?wèn)題，根據(jù)穿層鉆孔噴孔特性，可采用“三防”裝置，該裝置可杜絕打鉆過(guò)程中瓦斯超限的現(xiàn)象，有效地保證了穿層抽采鉆孔施工的安全。

一、防噴裝置結(jié)構(gòu)

1、結(jié)構(gòu)。防噴裝置主要包括固孔管、孔口多通裝置、氣水分離裝置、儲(chǔ)煤裝置四部分，如圖1所示。

①固孔管：固孔管用于保持鉆孔孔口2m段成型完好，防止孔口塌孔，同時(shí)固孔管上安裝法蘭盤(pán)，用于連接孔口多通裝置。

②孔口多通裝置：中心為一鉆桿通道，前后各安裝一個(gè)法蘭盤(pán)，前端法蘭盤(pán)用于連接固孔管，后端法蘭盤(pán)用于安裝帶空心的膠墊，空心直徑與鉆桿直徑一致。上部為抽采瓦斯出氣口，出氣口安裝有過(guò)濾網(wǎng)，下部為落煤口。

③氣水分離裝置：包括上部的氣水分離箱和下部的集水箱。氣水分離箱由若干個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)帶閥門(mén)的出氣口，瓦斯和水進(jìn)入氣水分離裝置后，經(jīng)擋板阻擋和過(guò)濾網(wǎng)的過(guò)濾，瓦斯氣體經(jīng)出氣口進(jìn)入抽采系統(tǒng)，水在重力作用下進(jìn)入集水箱。集水箱上下各有一個(gè)蝶閥，正常工作時(shí)上部蝶閥打開(kāi)，下部蝶閥關(guān)閉，氣水分離箱和集水箱相通。在放水時(shí)，關(guān)閉上部蝶閥，將氣水分離箱和集水箱隔開(kāi)，打開(kāi)下部蝶閥放水。放水完成后，再次關(guān)閉下部蝶閥，打開(kāi)上部蝶閥，如此反復(fù)進(jìn)行氣水分離工作。

④儲(chǔ)煤裝置：從孔口落煤口落下的煤和水在該裝置內(nèi)儲(chǔ)存，該裝置內(nèi)的瓦斯氣體由出氣口進(jìn)入氣水分離裝置，水和煤經(jīng)放煤口放出，在沉淀池內(nèi)沉淀后清理出去。

二、礦井及工作面概況

某礦區(qū)采用立井、斜井分水平聯(lián)合開(kāi)拓，采區(qū)上、下山單雙翼布置，走向長(zhǎng)壁冒落法回采，分區(qū)抽出式通風(fēng)。該煤層開(kāi)采標(biāo)高為-320～-679m，并具有以下特點(diǎn)：①地應(yīng)力高;②瓦斯壓力高;③瓦斯含量高;④透氣性低。

三、鉆孔施工中存在問(wèn)題及原因

1、存在問(wèn)題。根據(jù)該施工地點(diǎn)、煤層賦存狀況和施工進(jìn)度等情況，選擇ZDY4200SWL型鉆車(chē)，鉆桿長(zhǎng)度為1m×Φ73mm，鉆頭直徑為Φ94mm。

鉆孔施工至開(kāi)口向里300～500m區(qū)域，鉆孔施工期間，鉆孔出渣量大、噴孔，單孔最大噴出煤量5t，跟機(jī)探頭最大54%。鉆孔施工難度大（噴孔嚴(yán)重、出渣量大、夾鉆、延時(shí)噴孔），施工過(guò)程中容易造成瓦斯超限。另外，還存在著

鉆孔施工效率低的問(wèn)題，其嚴(yán)重影響了區(qū)域瓦斯治理進(jìn)度。

2、原因

1）施工難度大：①瓦斯涌出量大，制約打鉆;②勞動(dòng)強(qiáng)度大，單孔出渣量大;③施工過(guò)程中，瓦斯涌出量大、出渣量大，容易造成夾鉆。

2）瓦斯管理難度大：①鉆孔瓦斯涌出量大，因局部通風(fēng)量不足，回風(fēng)瓦斯居高不下;②瓦斯涌出時(shí)間長(zhǎng)，每班有一段時(shí)間因瓦斯影響不能施工。

3）經(jīng)常出現(xiàn)延時(shí)噴孔：鉆孔噴孔表明鉆孔施工過(guò)程中鉆孔內(nèi)部發(fā)生了煤與瓦斯突出，因而噴孔屬于煤與瓦斯突出的范疇，噴孔機(jī)理應(yīng)從煤與瓦斯突出的角度進(jìn)行解釋。不但打鉆期間容易發(fā)生噴孔，而且在拔鉆后還會(huì)發(fā)生延時(shí)噴孔，這給防瓦斯帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

四、防噴孔技術(shù)和裝置

1、防噴孔技術(shù)

1）監(jiān)測(cè)瓦斯，施工期間孔口上方回風(fēng)側(cè)3m范圍懸掛CH₄便攜儀，打鉆地點(diǎn)回風(fēng)側(cè)15m范圍懸掛CH₄傳感器。施工過(guò)程中隨時(shí)觀看便攜儀，掌握瓦斯?jié)舛茸兓闆r，出現(xiàn)瓦斯異常增大時(shí)要及時(shí)停鉆。

2）鉆孔施工過(guò)程中，出現(xiàn)噴孔、夾鉆、頂鉆、響煤炮等異常情況時(shí)，應(yīng)停止鉆進(jìn)，使鉆桿在小范圍內(nèi)反復(fù)進(jìn)退，增加排粉，防止鉆桿夾死或瓦斯大量涌出。

3）打鉆過(guò)程中，遇見(jiàn)軟煤或巖，降低鉆進(jìn)速度，控制排渣量，讓瓦斯和渣緩慢從孔內(nèi)排出，直至停止鉆進(jìn)。

4）鉆孔施工完畢后應(yīng)多排粉，排粉時(shí)間應(yīng)在10min以上，保證孔內(nèi)通暢，無(wú)積渣。

5）防延時(shí)噴孔，使用好“三防”裝置，特別是防延時(shí)噴孔擋板的使用;為了預(yù)防延時(shí)噴孔，拔鉆后，及時(shí)封孔，要求在兩分鐘之內(nèi)將所施工鉆孔封孔完畢;如果塌孔，不要強(qiáng)行封孔。

2、“三防”裝置的使用。根據(jù)施工地點(diǎn)瓦斯壓力大的特點(diǎn)，采用全封閉式“三防”裝置防治瓦斯。全封閉式“三防”裝置由SPZ-4三防裝置主體、孔口罩、氣渣分離箱、軟管等組成。

瓦斯抽采打鉆防噴、防塵一體化裝置集風(fēng)水射流除塵器、氣渣分離箱、排渣、水箱為一體，一機(jī)多用功能多，安裝使用方便、操作簡(jiǎn)單，移動(dòng)方便快捷。在瓦斯防治上，充分體現(xiàn)了其優(yōu)越性，能除塵、防打鉆過(guò)程中噴孔、防延時(shí)噴孔。

四、防噴孔裝置應(yīng)用注意事項(xiàng)

為保證防噴孔裝置安全有效，使用時(shí)必須注意以下事項(xiàng)：①套管安裝必須牢固，防止噴孔沖出。②要調(diào)節(jié)好抽放負(fù)壓，保證瓦斯能全部抽走，消除瓦斯超限等安全隱患。③在鉆孔穿煤期間，鉆桿要輕壓慢進(jìn)，減少單位時(shí)間內(nèi)煤體破壞量，降低壓力釋放速度，減緩鉆孔內(nèi)瓦斯釋放量。④為防止因鉆孔內(nèi)瓦斯壓力過(guò)大將密封裝置及其他連接管件沖頂出傷人，在鉆機(jī)后方和鉆場(chǎng)內(nèi)嚴(yán)禁站人。

五、結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著礦井開(kāi)采深度的增加，煤層瓦斯壓力不斷增大，煤巷掘進(jìn)效率低，突出危險(xiǎn)性嚴(yán)重，制約著安全生產(chǎn)。因此，可運(yùn)用“三防”裝置，采用針對(duì)性的防瓦斯技術(shù)，能有效預(yù)防打鉆引起的噴孔現(xiàn)象，既保證了安全施工，又提高了效率。

參考文獻(xiàn)

[1]李文樹(shù)，龍建明，陳久福，李宗福，周聲才.瓦斯抽采鉆孔噴孔防護(hù)裝置的研制與應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2015（12）.

[2]孟戰(zhàn)成.淺析穿層鉆孔防噴孔技術(shù)和裝置研究與應(yīng)用[J].煤炭工程，2017（07）.