煤礦抽采鉆孔除渣防塵裝置的改進(jìn)設(shè)計分析

梁秀龍

（呂梁市煤礦安全事務(wù)服務(wù)中心，山西 呂梁 033000）

引言

近幾年，隨著煤礦開采深度逐年提升，煤與瓦斯突出礦井實施區(qū)域大都通過瓦斯抽采的方式防突。當(dāng)前較為流行的瓦斯抽采方式是鉆孔方式，其原理是在鉆孔的過程中通過抽采泵站進(jìn)行壓力的控制，通過產(chǎn)生的負(fù)壓將瓦斯抽出，使得煤層瓦斯壓力下降至合理范圍內(nèi)，降低煤層突出帶來的安全隱患。呂梁某礦使用固定品牌的鉆機，該品牌鉆機采用光桿鉆桿，光桿鉆桿不適用于地質(zhì)條件較為復(fù)雜的煤層，出現(xiàn)軟分層面塌孔現(xiàn)象的概率較大。為了保證復(fù)雜煤層的成孔質(zhì)量，使用矮螺紋鉆桿進(jìn)行替代，該類鉆桿桿體使用地質(zhì)鉆桿，整體采用焊接的形式將螺旋葉片與桿體焊接而成，焊接位置由預(yù)應(yīng)力纏繞平面決定。由于桿體和螺旋葉片之間尖細(xì)的存在，使得孔口裝置難以實現(xiàn)密封，并且工作過程中灰塵容易進(jìn)入其中，清理十分不便。因此，設(shè)計出一種鉆孔除渣防塵裝置，并通過試驗檢驗了其性能，以期新設(shè)計的該裝置能進(jìn)一步得到推廣應(yīng)用，為煤礦提供安全高效的鉆孔除渣防塵途徑。

1 鉆機結(jié)構(gòu)

該類鉆機組成部分如下：泵站、動力頭、機架、立柱框架、操縱臺以及鉆具組成。其具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 鉆機結(jié)構(gòu)

2 原鉆機孔口裝置設(shè)計缺陷

1）鉆桿與葉片間的間隙使得工作過程中煤巖渣粉塵等容易從縫隙進(jìn)入，造成孔口裝置難以實現(xiàn)密封，裝置的防塵效果難以達(dá)到要求。

2）煤巖渣及粉塵采用防塵袋手機，單個防塵袋的收集量為200 kg，工作過程中煤巖渣產(chǎn)出量為20 kg/m，因此單個防塵袋只能負(fù)擔(dān)10 m 的煤巖渣，裝滿后需要由施工人員搬運至輸送帶進(jìn)而輸送至地面[1-2]。

3）防塵袋同除渣口相連使得煤巖渣直接進(jìn)入防塵袋中，難以判斷鉆孔處的煤巖狀況。

4）穿煤作業(yè)過程中，出現(xiàn)鉆孔噴孔的概率較高，噴孔處極易產(chǎn)生大量瓦斯，瓦斯隨著煤巖渣進(jìn)入防塵袋中，從防塵袋中泄漏而出堆積在巷道內(nèi)，使得巷道內(nèi)的瓦斯含量超標(biāo)。

3 新型除渣防塵裝置設(shè)計

3.1 裝置采用組合式鼓型噴霧式孔口

在孔口裝置除渣口后加設(shè)3 道皮帶擋渣裝置，使得煤巖渣和粉塵能夠被有效攔截，提升孔口的密封性；螺紋自身的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致工作過程中會帶出煤巖渣和粉塵，在前兩道皮帶擋渣裝置間增設(shè)高壓水噴頭，遏制該階段揚塵的出現(xiàn)；在后兩道皮帶擋渣裝置間增設(shè)一個Φ40 mm 出渣口，使得螺紋帶出的煤巖渣能夠順利排出，具體結(jié)構(gòu)如下頁圖2 所示。

3.2 設(shè)計除渣桶

存儲煤巖渣和粉塵，具體結(jié)構(gòu)如下頁圖3 所示。除渣桶主要組成包括進(jìn)渣口、出渣口、出氣口、抽放口、觀察窗、高壓水噴頭、擋渣鋼板、儲渣桶以及起吊吊環(huán)等。進(jìn)渣口位于組合式孔口裝置后方，通過軟管與其除渣口相連；出氣口位于除塵袋前方，二者通過軟管相連，為了保證收集效果采用緊固鋼帶緊固；對于除渣桶的情況進(jìn)行實時監(jiān)測，煤巖渣即將裝滿時，將除渣桶內(nèi)的煤巖渣倒入輸送帶，通過輸送帶將煤巖渣輸送至地面[5-6]；除渣桶上方設(shè)置有觀察裝置，使得除渣桶內(nèi)的情況能夠得到實時觀測，便于施工人員判斷鉆孔煤巖狀況。抽放口通過球閥控制，在瓦斯含量到達(dá)既定值時開啟抽放口排出瓦斯，保證瓦斯含量處于合理范圍內(nèi)；鉆孔過程中，保證組合式孔口裝置以及除渣桶內(nèi)的供水閘閥的工作。除渣桶具體結(jié)構(gòu)如圖4 所示。除渣防塵裝置具體結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖3 除渣桶設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

圖4 除渣桶實物結(jié)構(gòu)圖

圖5 除渣防塵裝置結(jié)構(gòu)圖

4 新型除渣防塵裝置產(chǎn)生的效益

1）節(jié)約成本：當(dāng)前單臺鉆機單日鉆尺約130 m，如果采用防塵袋裝渣，需要2 名施工人員，每10 m 耗費20 min 清渣；換成除渣桶后，需要1 名施工人員，每10 m 耗費2 名清渣。單次節(jié)約人工0.078 人，單日節(jié)約人工1.014 人，每臺鉆機每年節(jié)約人工370.11人，總計節(jié)約成本3.18 萬元[7-8]。

2）經(jīng)濟效益：單日鉆尺量提升15 m，全年提升5 475 m，總計提升效益8.21 萬元[9-10]。

3）社會效益：應(yīng)用該新型除渣防塵裝置后，瓦斯抽采鉆孔內(nèi)的渣土以及粉塵不再需要人工進(jìn)行清理，減少因清理渣塵而造成的人員傷亡事故，可更好地保障作業(yè)人員的人身安全，取得較好的社會效益。

5 結(jié)語

新型除渣防塵裝置防塵效果較好，工作效率較高。單臺除渣桶預(yù)計每年增效11.39 萬元，具有推廣的意義和價值。