探放水鉆孔專用防噴裝置優(yōu)化改進研究

管志強， 張洪峰

（1.大同煤炭集團永定莊煤業(yè)有限責任公司， 山西 大同 037000； 2.同煤集團安全監(jiān)管五人小組管理部，山西 大同 037000）

1 卡鉆事故的過程及原因

1.1 卡鉆事故的過程與影響

黃山煤業(yè)3 號煤層的32304 工作面位于3 號煤層的31402 和31303 工作面采空區(qū)的上部，在采空區(qū)內老塘水積水區(qū)標高為-210.0 m，通過測算預計其最大積水量大約為24 000 m3。必須在32304 工作面上部和下部的合適區(qū)域對采空區(qū)內老塘水積水實施排水鉆孔作業(yè)，從而達到排除這部分采空區(qū)積水對32304 工作面回采工作所造成的水患威脅的目的，以維持礦井的穩(wěn)定安全工作[1-2]。

在324 泄水巷當中鉆取2 個直徑為75 mm 的孔用于排水，以緩解3 號煤層中的水對其他各個回采工作面所形成的水災安全隱患，排放出了45 000 m3體積大小的老塘積水。

然而在準備關閉1 號放水鉆孔孔口閘閥時，在老塘水水壓為0.71 MPa 以及流量為385 m3/h 的沖擊下，卡鉆事故已經(jīng)發(fā)生了。此時由于現(xiàn)場工作人員受到高壓水的沖打，出現(xiàn)了水花飛濺、眼睛模糊的情況，甚至施工工人的口、鼻、耳中都進了水，導致施工工人驚慌失措、操作困難，并且險些造成了重大的損失。

在將孔口閘閥緊急關閉時，此時該處施工地點的積水水位已經(jīng)上升了0.746 m，與功率為37 kW 抽水泵電機的距離只有大約0.1 m。如果10 min 后仍舊無法閉合孔口閘的開關，那么3 號煤層采空區(qū)內大約為45 000 m3的老塘積水將會以385 m3/h 的流量速度沿著鉆孔向下傾瀉，在此后46 min 之內將會把324 泄水巷徹底填滿，繼而填滿324 采區(qū)和314 采區(qū)，因此本次卡鉆事故所造成的后果將不堪設想[3-5]。

1.2 卡鉆事故的原因

對卡鉆事故的發(fā)生過程進行分析，造成卡鉆事故的原因主要包括以下四點：

在高壓水持續(xù)沖打的情況下，夾持器和銷軸將會變得不易打開；鉆機同鉆孔之間的距離過?。粚@桿拉動的過程中，用于卸掉鉆桿的鉗子出現(xiàn)了嚴重故障；對用于鉆機的固定安裝的柱子進行拆除變得十分有難度。

2 探放水鉆孔專用防噴裝置的優(yōu)化改進

2.1 防噴裝置的構成

圖1 所示為防噴裝置改造示意圖。

圖1 探放水鉆孔專用防噴裝置改造示意圖

防噴裝置的兩個主要構成部分為固定泄水部和連接密封部。

2.2 防噴裝置的固定泄水部

圖2 所示為防噴裝置的固定泄水部示意圖。

在套管上端口的法蘭盤端部連接一根同法蘭盤尺寸相同的長度30 cm、直徑8 mm 的鋼管。防噴裝置的固定泄水部主要是用來固定防噴裝置以保證鉆具在鉆進的過程中發(fā)生擺動的幅度保持在一個比較穩(wěn)定的范圍之內，這樣處理能夠使得鉆孔的運動軌跡保持穩(wěn)定。

圖2 探放水鉆孔專用防噴裝置的固定泄水部示意圖

2.3 防噴裝置的連接密封部

連接密封部主要是用來連接固定泄水部和加壓密閉部。

防噴裝置的連接密封部的技術要求可分為下面三個部分：

1）防噴裝置的連接密封部是采用長度25 cm、直徑為89 cm 的圓鋼制作。將圓鋼內部套上10 cm的內絲。

2）根據(jù)圖3 所示，圓鋼外部套上10 cm 的外絲。其外部安設厚度為1 cm 的加壓蓋，外圈套外絲。在加壓蓋的中心處開鑿一個直徑為49 mm 的開孔，用來使鉆桿能夠自由旋轉并且穩(wěn)定鉆孔，使得鉆孔的運動軌跡保持穩(wěn)定。

3）根據(jù)圖4 所示，在連接部中心布置一塊厚度為5 cm 的擋板，在擋板的中心處開鑿一個直徑為49 mm 的開孔，用來使鉆桿能夠自由旋轉并且穩(wěn)定鉆孔使得鉆孔的運動軌跡保持穩(wěn)定。

3 探放水鉆孔專用防噴裝置的應用

3.1 疏放水鉆孔鉆透積水體的安全措施

1）根據(jù)3 號煤層之間的層間距以及疏放水鉆孔的角度，預計疏放水鉆孔鉆透積水體的長度大約為40 m±0.5 m，而31402 工作面在經(jīng)過回采之后對煤層底板造成損毀的長度大約在5 m 左右，如果疏放水鉆孔鉆入煤層下端的縫隙區(qū)域之中，那么疏放水鉆孔之內的水流將會發(fā)生大幅度的增大[6-7]。

2）在疏放水鉆孔水流速度超過10 m3/h 之后，應該馬上停止鉆孔作業(yè)，同時采用鉆機夾持裝置將鉆桿保持固定，此后再把鉆桿拆卸，用于固定防噴裝置。

3）在法蘭盤和套管法蘭盤上將鉆孔專用的防噴部件安裝完成之后，再把連接密閉處的蓋子開啟，此后再把鉆機和鉆桿連接到一起，并開啟泄水管的開關，以達到避免鉆探所產(chǎn)生的碎屑巖粉堵塞鉆孔的目的。

4）離估計的鉆井深度還差1 m 的時候，應當及時停止工作并且把盤根安裝進密閉腔之后再把加壓蓋蓋好。重復幾次上述操作過程，使盤根充滿密閉腔。

5）疏放水鉆孔鉆透積水體之后，由于煤泥、煤塊和雜物等數(shù)量比較多，此時必須停止鉆進而只是保持鉆機自轉，等到排除的老塘水變得清澈之后，把鉆機的轉速調到快檔并工作2 min。

6）把鉆機的轉速調到快檔并工作2 min 之后，把泄水管的開關閉合，保證其放置3 min 之后把泄水管的開關開啟，此時鉆機開始工作，等到排出的水都變得清澈之后，把泄水管的開關閉合。

7）在將加壓蓋旋好密封之后，開始撤掉鉆桿。并且每撤掉十根鉆桿就必須把泄水管的開關開啟1 min。在現(xiàn)場工作的情況下，實際的動水流量小于2 m3/h，同時也沒有卡鉆、堵鉆等異常發(fā)生，大幅度地提高了礦井現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，從而保證礦井生產(chǎn)安全。

8）預計1 號疏放水鉆孔最大深度為40 m，必須準備52 根長度為0.77 m 的鉆桿。從疏放水鉆孔鉆透積水體到將所有鉆桿都拆除并且將鉆孔孔口的開關閉合，這一整個過程的時間大約為90 min，排除水流速度僅有32 m3/h，能夠滿足礦井安全開采的要求。

3.2 探放水鉆孔專用防噴裝置效益

將防噴裝置成功地應用到32304 工作面向31402 工作面老塘水的排放作業(yè)里，使25 600 m3的31402 工作面老塘水安全地疏放出來。通過排放水鉆孔專用防噴設備能夠保證疏放水鉆孔鉆透老塘之后的水流流量的速度在安全范圍以內，從而將疏放水鉆孔的流速從385 m3/h 降低到2 m3/h 以下，使水體沖擊、巷道淹沒這類安全問題不再發(fā)生，保證礦井的順利開采，解決了32304 工作面當中20 萬t 煤礦開采所面臨的水害威脅，大幅度提高了礦井現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，從而達到了保證礦井生產(chǎn)安全的目的。