瓦斯噴孔綜合治理安全裝置研制及應用*

秦小坤

(淮北科奧工程建設有限公司，安徽 淮北 235000)

1 前言

在煤礦井下施工瓦斯抽排放鉆孔和其它鉆孔過程中，有時會出現鉆孔噴孔現象，煤、巖顆粒從鉆孔內高速噴出，傷害鉆孔施工人員，大量瓦斯涌出造成瓦斯超限，危害礦井安全生產，鉆孔無法繼續施工。如何確保鉆孔按設計要求施工到位，且安全防治鉆孔噴孔，這是高瓦斯礦井在瓦斯治理方面亟待解決的問題，是擺在施工單位面前的一個難題［1-2］。現有除塵裝置存在不同程度的缺陷主要表現為:①打鉆過程中需要停機排碴，嚴重影響工作效率，且容易損傷鉆桿;②在滅塵方面多采用煤塵自重分離，分離效果差，會出現煤粒被吸入抽排管道內形成堵塞;③目前采用水泥砂漿和發泡聚胺脂材料固定，此操作成本高、工作量大，準備工作時間長，影響工作效率，且封孔套管不可回收再利用，造成資源浪費［3］。

針對以上問題筆者在生產實踐中總結經驗，研制出一種新型瓦斯噴孔綜合治理安全裝置，用以解決井下施工瓦斯抽排放鉆孔和其他鉆孔過程中的問題。

2 設計思路

瓦斯噴孔綜合治理安全裝置的研制是為解決煤礦井下施工中瓦斯抽排鉆孔和其他鉆孔過程中的一系列問題。在產品設計中，需要考慮的問題有:①鉆孔封孔套管的固定及循環使用問題;②突出煤層打鉆過程中的防噴孔作用;③裝置整體的除塵能力;④如何實現打鉆、除塵和排渣的同步操作;⑤裝置整體的便攜性能。

基于以上要求，筆者在設計時將裝置分為封孔套管固定和除塵排渣兩部分。其中，封孔套管的固定采用和鉆機液壓系統同步的液壓千斤頂做支護;除塵排渣部分選用氣水引射除塵、壓風自動排渣，在實際應用該設計理念獲得了良好的效果。

3 系統設計和工作原理分析

3.1 系統設計

根據設計思路，筆者做出如下設計(見圖1)，瓦斯噴孔綜合治理安全裝置由液壓支護打鉆體系、引射除塵以及壓風排碴三部分組成，液壓支護打鉆體系由液壓支架、密封三通、護孔管等部分構成，液壓支架位于最下端可隨鉆機運作自由伸縮，上部緊連密封三通、護孔管等部件。引射除塵裝置通過鋼絲軟管同密封三通相連，右邊設置有引射管;引射管與分離箱相連;分離箱下部及側面設置有排渣口，下部排渣口用鋼絲軟管連接，頂部設置有瓦斯抽排管。本設計貫徹了設計思路，基本解決了使用過程中的一些突出問題，該裝置可用于井下各種環境下的打鉆及鉆孔瓦斯抽排，起到護孔、防止瓦斯噴孔及對瓦斯除塵的作用，能有效提高井下掘進速度，保證掘進安全，改善作業面環境。

圖1 瓦斯噴孔綜合治理安全裝置結構圖

3.2 操作步驟

瓦斯噴孔綜合治理安全裝置中的液壓支護打鉆體系、引射除塵及自動排渣是一有機整體，在實際操作中作用各不相同。液壓支護打鉆體系，下端為液壓支架，上邊緊連密封三通及護孔管，鉆桿在其頂部作業，其中液壓支架的液壓系統與鉆機的液壓體系相通可實現二者的同步操作;該體系通過鋼絲軟管與引射除塵管連接，引射除塵管利用氣水射流原理產生強大的負壓將鉆孔內的瓦斯與粉塵吸入并對粉塵在管內進行滅塵，水、煤塵及瓦斯氣體經充分混合后，固、液混合物經排渣管排出;上部氣體經連接管瓦斯抽排管排出。當發生一定量噴孔時會將分離器側部的排渣口沖開，大量粉塵進入緩沖袋內。這樣既能保證裝置的安全，又可對瞬間噴孔產生的能量進行緩沖。

本裝置的結構特點在于液壓支護打鉆體系設置有液壓支架，除塵系統采用氣水引射除塵效率高，可充分利用井下現有資源。底部采用壓風排渣，當煤渣達到一定量時打開壓風，利用風壓將煤渣壓入礦車內。采用緩沖儲煤袋設計，保證一定量噴孔時作業面的安全。

4 應用分析

瓦斯噴孔綜合治理安全裝置已完成各項工業實驗，并申請國家專利。現正在淮北礦務局及皖北礦務局多個煤礦井下使用，在使用過程中獲得了普遍認可，在技術指標上，作業面瓦斯濃度不超過1%，除塵裝置內的滅塵量達到95%。

5 結語

瓦斯噴孔綜合治理安全裝置的設計與研制，不僅解決了煤礦井下施工中瓦斯抽排鉆孔和其他鉆孔過程中的一系列問題，還兼顧了社會效益和環境效益。在實際應用過程中體現出了諸多優點。

(1)本裝置采用液壓支柱固定封孔套管替代原有用水泥砂漿和發泡聚胺脂材料固定的永久封孔套管，可使封孔套管得以循環使用，省去封孔時所浪費的時間，同時節約了大批鋼管的使用。

(2)裝置采用獨立密封套管，保證對鉆孔的密封性，有效防止了瓦斯噴孔時可能造成的危險。

(3)采用氣水引射除塵提高裝置的除塵能力，同時保證了主瓦斯抽排管道的抽排效率。

(4)裝置采用壓風排渣將渣自行排出，避免出現打鉆過程中停機排渣的現象，提高了工作效率。

(5)裝置達到預定功能時，盡可能的降低自身體積方便攜帶及轉移，有利于井下作業。

所以，瓦斯噴孔綜合治理安全裝置的研發與生產不僅可以解決井下瓦斯抽排鉆孔和其他鉆孔過程中的諸多問題，還能為社會和企業帶來巨大的經濟和環境效益，值得在井下生產中推廣使用。

［1］ 康 健.礦井瓦斯地質影響因素及事故防治探討［J］.科技情報開發與經濟，2010，20(18):223-224.

［2］ 張子敏，張玉貴.三級瓦斯地質圖與瓦斯治理［J］.煤炭學報，2005，30(4):55-58.

［3］ 李文樹，龍建明，陳久福，等.瓦斯抽采鉆孔噴孔防護裝置的研制與應用［J］.煤炭科學技術，2011，39(12):72-76.