穿層消突鉆孔水力沖孔防噴孔裝置的研制與應用

【摘 要】穿層鉆孔水力沖孔卸壓增透消突技術被廣泛應用，但水力沖孔造成煤體局部卸壓，裂隙發育，在高應力區域甚至造成深部煤體“塌方”，致使大量解吸瓦斯通過鉆孔噴出。如果不采取防噴孔措施，會引起鉆場瓦斯超限，造成瓦斯事故的發生。

【關鍵詞】穿層鉆孔；水力沖孔；煤體塌方；瓦斯噴出；防噴孔裝置

鄭煤集團超化煤礦開采的二疊系山西組二1煤層屬“三軟”不穩定厚煤層，煤層的頂板、底板，均由硬度低的泥巖或砂質巖組成，頂板隨開采活動隨采隨落，底板也易發生底鼓現象，煤層松軟破碎。隨著煤炭資源開采量的進一步增加，煤礦的開采強度和開采深度都有所較大的變化，煤炭開采面臨的難度和風險也隨之增大，特別是瓦斯對煤礦開采的危害也越來越大。煤炭企業對瓦斯治理能力的強弱不僅僅表現在技術高低上，瓦斯治理的裝備能力也起到重要作用。

穿層鉆孔水力沖孔卸壓增透消突技術被廣泛應用，特別是在“三軟”煤層中使用該技術措施進行消突得到普遍認可。但水力沖孔造成煤體局部卸壓，裂隙發育，在高應力區域甚至造成深部煤體“塌方”，致使大量解吸瓦斯通過鉆孔噴出。如果不采取防噴孔措施，會引起鉆場瓦斯超限，造成瓦斯事故的發生。

超化煤礦目前開采二1煤，開采區域都處在煤與瓦斯突出危險區域，瓦斯含量高、壓力大，在掘進工作面或石門揭煤消突方面主要采用穿層鉆孔水力沖孔卸壓抽放瓦斯措施。但在打鉆或水力沖孔期間常見瓦斯噴孔現象，瓦斯噴孔易造成鉆場內瓦斯超限，甚至出現傷人事故。

1、技術原理

為了防止瓦斯事故的發生，超化礦在原來箱式集塵箱的基礎上，通過改進集塵箱和孔口捕塵器裝置，研制防噴鉆桿，最終形成了水力沖孔防噴孔整套裝置。經過多次現場試驗，該裝置具有結構簡單、實用、密封、便于維護等特征，能有效解決噴孔造成的鉆場瓦斯超限問題，采用的技術原理：

利用水—煤—氣三相分離的原理，在鉆孔內部排出的水、煤、氣使其通過不同的路徑，經過二次抽放首先把氣體分離，然后利用沉淀方法把水—煤分離。在防噴鉆桿的研制方面采用單流凡爾原理，在鉆桿頂端設置單流滾珠及防脫落篩，起到可很好的單流控制和反向密封效果。

2、工藝流程

抽氣、放水和排渣的具體工藝流程為：當水、煤、氣同時從鉆孔涌出時，首先通過安裝在孔口的抽放管路抽出部分瓦斯，剩余的混合物通過孔口防噴裝置下端的大孔徑管道輸送到箱式水—煤—氣分離器里面，分離器體積較大，便于瓦斯在上方聚集和鉆屑在箱底的沉淀。上部聚集的瓦斯通過安裝在箱頂部的抽放管道抽出，中部聚集的水通過安裝在箱側部一定高度的排水管排出，沉淀在下部的鉆屑定時打開密封閥門取出。當用風排煤屑時，孔口防噴裝置使用同上，分離器上端設計的兩個連接高壓水管的噴水嘴打開，關閉分離器側面的排水管，然后定期打開密封閥門清理箱內煤泥。

3、關鍵技術

3.1改裝鉆孔孔口捕塵器，延長并密封埋管，孔口與鉆桿結合處增加密封皮墊，外部利用編織袋填煤泥方法封堵鉆屑和瓦斯，通過驗證，能封堵97%以上的瓦斯；

3.2在水力沖孔期間，利用箱內外壓差，在箱內始終保持高度超過排水口的水面，有效的增加箱子的密封性，防止瓦斯大量外泄；

3.3利用單流凡爾原理，研制防噴鉆桿，無論是風排還是水排鉆屑，都能實現單流控制和反向密封的效果。

4、應用效果

在水力沖孔條件下防瓦斯噴孔也是當前面臨的技術難題，國內一些企業研制的防噴孔裝置，并未考慮鉆桿裝桿退桿時從桿中間噴瓦斯的情況，且大多防噴孔裝置因體積小對高壓瓦斯起不到緩沖作用致使瓦斯捕捉率較低。在石油、天然氣和煤層氣開采發面雖然采用了鉆進放噴孔技術，但大都是采用的封堵措施，在井下穿層鉆孔中并不適用。

本裝置巧妙的利用了集塵箱和改進的孔口捕塵器捕塵原理和水—煤—氣不相容的特性，通過多次的井下現場驗證和平地改進，使其具備密封捕瓦斯的功能。加上對鉆桿進行防噴功能的改進，該套裝置最終作為水力沖孔防噴裝置應用于現場。

本裝置具有技術可行、經濟合理、安全可靠的特點，無論是風排鉆屑還是水排鉆屑都適用；捕捉瓦斯率超過95%，有效的防止瓦斯噴孔造成的鉆場瓦斯超限問題；能適用于井下狹小空間的特點，并已成功地應用于煤礦井下各個打鉆地點，從而完善了防噴工藝并提高了打鉆效率，為礦井高效安全生產提供了可靠的技術條件。

作者簡介：

程洪亮（1972-），男，河南郾城市人。河南理工大學采礦專業畢業，助理工程師，現從事防突技術管理工作。