軟煤層順層鉆孔風排渣施工孔口降塵技術

曹永亮

（山西潞安集團左權阜生煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032600）

松軟煤層因受礦井地質(zhì)條件差、煤層結構較松軟破碎以及采用水循環(huán)排渣法鉆進施工等因素影響，孔內(nèi)塌孔嚴重、鉆孔成型差，極易造成塌孔埋鉆、排渣不凈抱鉆等孔內(nèi)事故，且孔內(nèi)瓦斯易在淺孔段積聚造成瓦斯隨時噴出而超限。因此，必須加強孔口區(qū)域降塵技術及措施的應用，保障煤礦生產(chǎn)的安全。

1 工程概況及鉆孔布置

山西潞安集團左權阜生煤業(yè)210600工作面位于第二采區(qū)西翼6煤，煤層平均傾角5°～10°，煤層平均煤厚3.07 m，煤層堅固性系數(shù)0.24～0.45。煤塵有爆炸危險性，煤層容易自燃，自然發(fā)火期一般為15～30d。6煤層瓦斯壓力為0.63MPa，瓦斯含量為7.71m3/t，煤層透氣系數(shù)為0.108m2/(MPa2/d)。

瓦斯抽采方法為單一煤層順層鉆孔瓦斯抽采。在210600工作面風巷1#～4#鉆場間距40m，每個鉆場布置24個順層鉆孔，5#～7#鉆場間距50m，每個鉆場布置25個順層鉆孔，共計171個鉆孔。機巷7個鉆場，鉆場間距50m，每個鉆場布置25個順層抽放鉆孔，共計175個。鉆孔開孔在6煤中部的煤體內(nèi)，相鄰鉆孔間距0.5m。順層預抽鉆孔采用ZYW3000型全液壓坑道鉆機配73mm三棱鉆桿。

2 CS-24Q型礦用濕式氣動除塵器的設計

針對山西潞安集團左權阜生煤業(yè)210600工作面鉆孔風排渣施工孔口降塵過程存在的問題，聯(lián)合中煤科工太原研究院研發(fā)了KCS-24Q型礦用濕式氣動除塵器，并配套相應的降塵技術。

KCS-24Q型礦用濕式氣動除塵器整體結構采用先進的箱體復合工藝，由吸塵罩、噴霧過濾室、汽水分離室、風機室和瓦斯收集器五部分組成。在足夠的負壓和風量的作用下，煤塵粉首先通過工作面的吸塵罩，大顆粒煤塵自然沉降，小顆粒煤塵隨風通過進氣管道進入主機噴霧室，經(jīng)分流器將微小煤塵顆粒再一次自然沉降，粉塵通過噴霧室進行霧化降塵。通過攔截器進一步分離后，自然沉降粉塵附著在霧化水的表面排到井下指定排水處，剩余極微量的混合物經(jīng)過濾網(wǎng)過濾，然后進入整流室進一步凈化處理，最后從箱體尾部排出的就是幾乎無任何污染的純凈氣體，從而達到高效率的除塵效果。KCS-24Q型礦用濕式氣動除塵器工作示意圖見圖l。

圖1 KCS-24Q型礦用濕式氣動除塵器工作示意圖

3 孔口降塵的實踐應用及效果分析

3.1 CS-24Q型礦用濕式氣動除塵器的實踐應用

2015年10月，KCS-24Q型礦用濕式氣動除塵器在左權阜生煤業(yè)210600工作面松軟煤層順層鉆孔施工中進行實踐應用，逐步優(yōu)化完善，起到較好降塵效果，改善了工作環(huán)境，得到了現(xiàn)場作業(yè)人員的認可。該型除塵器使用方便，鉆孔開孔段1～2m孔徑為114mm，下置除塵器的直徑108mm固定管，將吸塵罩安裝在孔口并用鐵絲吊掛固定牢靠，將瓦斯收集器接入礦井抽放系統(tǒng)，連接吸塵管、排水渣管即可正常使用。使用過程中要及時更換吸塵罩鉆桿通過處的硅膠墊，出渣口安設積渣袋，可減少漏風現(xiàn)象，減輕抽放負壓損失，同時每班清理2次吸塵罩、噴霧過濾室、汽水分離室，沖洗攔截器與濾網(wǎng)可保持除塵效果。當?shù)V井局部區(qū)域抽放系統(tǒng)負壓低，抽放效果不佳時，可打開氣馬達，協(xié)助增加動力，提高抽放除塵效果。

濕式氣動除塵器在使用中表現(xiàn)出了以下優(yōu)點：

（1）安全性高，井下使用安全。風機葉輪的導流圈采用符合防爆要求的材料制作，過濾網(wǎng)采用復合型銅絲網(wǎng)，防止與氣流、煤塵摩擦產(chǎn)生靜電，杜絕了靜電打火引爆的危險；吸塵罩與鉆桿接觸面采用防爆材料制作，安全可靠；瓦斯收集器可以把帶有瓦斯的干凈氣體排入礦井瓦斯抽排系統(tǒng)，解決或部分解決瓦斯突出的問題。

（2）除塵效率高。通過專門研制的復合防噴吸塵罩，把鉆孔排出的粉塵全部吸進除塵器，讓它無法形成飛塵；通過除塵器一系列除塵處理，最終排出較清潔的空氣。

（3）體積小，重量輕，搬運方便。用壓縮空氣推動氣馬達帶動風機實現(xiàn)無電運行，使設備的體積和重量大大減小，大部分構件為不銹鋼材質(zhì)，輕巧且經(jīng)久耐用，方便設備安裝擺放和移動。

（4）提高鉆孔效率和鉆孔深度。鉆桿口采用可移動式密封墊，配合鉆桿的輕微不規(guī)則運行，對原有鉆機設備工作沒有任何影響，且因不注水、無化學試劑噴灑，不會產(chǎn)生鉆頭堵塞、孔內(nèi)潮濕需要排渣等問題，不影響煤層鉆孔深度和效率。

（5）使用維護方便。正常使用后保養(yǎng)簡單，只要定期加油霧器油就可以。吸塵罩采用半合式組裝，打開扳手扣即可清理其內(nèi)煤渣，更換封閉鉆桿的半合式耐磨硅膠墊。過濾網(wǎng)清洗也很方便，打開噴淋除塵室扳手扣即能拿出來，用水沖洗后即可再插入使用。

（6）用水量小，保持作業(yè)面清潔。采用噴霧式噴淋方式，除塵效率高，且大量節(jié)約用水，并保持工作面清潔。

3.2 配套輔助降塵防塵措施

（1）鉆孔采用壓風鉆進時，施工回風側(cè)30m范圍內(nèi)安設的三道螺旋式巷道全斷面覆蓋的風水聯(lián)動噴霧及時開啟，在最外緣的一道噴霧外側(cè)布設一道巷道全斷面覆蓋的捕塵網(wǎng)，進行巷道內(nèi)二次降塵。

（2）孔內(nèi)返出的煤巖粉必須及時進行灑水降塵并清理運走，施工人員每班三次定期灑水沖洗施工處至噴霧之間的巷道積塵，及時清理鉆屑，發(fā)現(xiàn)粉塵積聚立即處理。

（3）干式鉆進時施工人員必須佩戴防塵用具。

3.3 降塵效果分析

3.3.1 粉塵檢測

采用CCGZ-1000型直讀式測塵儀對鉆場原始粉塵量、鉆孔施工中未使用設備前的粉塵量、使用設備后的粉塵量進行測量。

2016年10月11日早班，試驗選擇在210600風巷7#鉆場內(nèi)在施工的3#孔。鉆孔施工參數(shù)：方位40°，傾角-10°，設計孔深98 m；鉆孔在0～86m為煤，86m后見頂板砂質(zhì)泥巖；測粉塵時鉆孔施工段92～107m，巖性為砂質(zhì)泥巖，測得的粉塵為巖塵。由于鉆場內(nèi)狹窄，鉆孔在施工時，為保證人員及設備安全，選擇在距鉆場5m的下風流方向安設儀器，此時巷道內(nèi)溫度為29℃，風速1.21m/s，抽放管路中的負壓為230kPa，KCS-24Q型礦用濕式除塵器系統(tǒng)內(nèi)的風動馬達處于停用狀態(tài)，測得粉塵濃度見表1所示。

表1 210600風巷7#鉆場3#孔粉塵濃度檢測表

2016年12月13日早班，在210600風巷8#鉆場進行了第二次試驗，鉆場內(nèi)在施工18#孔。施工參數(shù)：方位315°，傾角-7°，設計孔深67m，測塵時孔深74.5m，測粉塵時鉆孔施工段74.5～81m，全孔為煤，測得的粉塵為煤塵；由于鉆場內(nèi)狹窄，鉆孔在施工時，為確保試驗與施工兩不誤，選擇在距鉆場15m的下風流方向安設儀器，此時巷道內(nèi)溫度為29℃，風速1.16m/s，抽放管路中負壓為280kPa，KCS-24Q型礦用濕式除塵器系統(tǒng)內(nèi)的風動馬達處于停用狀態(tài)，測得粉塵濃度見表2。

表2 210600風巷80鉆場188孔粉塵濃度檢測表

3.3.2 降塵效果分析

通過表1、表2數(shù)據(jù)表明，降塵處理后的粉塵濃度能達到規(guī)程要求。通過檢測分析，降塵率：總粉塵81.7%，呼吸性粉塵在75.2%左右；在煤塵中的降塵率：總粉塵約79.7%，呼吸性粉塵約65.8%。在巖塵中的降塵效果要比煤塵中的降塵效果好。實測計算的孔口降塵率比KCS-24Q礦用濕式氣動除塵器的理論值偏低，分析原因應為吸塵罩過鉆桿處的硅膠墊使用長久，磨損嚴重，致使部分粉塵通過縫隙吹出，造成檢測的粉塵值偏大；在試驗中，采用CCGZ-1000型直讀式測塵儀取樣時，作業(yè)人員清理孔口煤粉，用鐵鍬向鉆場外拋扔，造成第二次試驗中使用除塵器時檢測的粉塵值偏大。若能及時更換硅膠墊，并配合巷道內(nèi)其他輔助降塵防塵措施，降塵效果將會更好。

4 結論

本文主要對KCS-24Q型礦用濕式氣動除塵器進行了設計，并在左權阜生煤業(yè)210600工作面壓風排渣干式鉆進松軟煤層順層鉆孔過程中進行了實踐應用。數(shù)據(jù)檢測結果表明，該除塵作業(yè)方式能有效地降低粉塵濃度，改善作業(yè)環(huán)境，提高工作效率。