瓦斯抽采鉆孔孔口除塵裝置的研究

靳新季

摘 要：煤礦施工瓦斯抽采鉆孔采用風力排渣時產生大量粉塵，給礦井安全生產及人員健康帶來了隱患。為解決瓦斯抽采鉆孔鉆進所產生的粉塵，設計提出一套和鉆機相配套的新型孔口除塵裝置，并進行了現場應用實踐。該裝置對施工瓦斯抽采鉆孔時產生的粉塵進行治理提供了一種新的方法。

關鍵詞：抽采鉆孔 孔口除塵裝置 煤礦施工 粉塵處理

中圖分類號：TD714 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0091-02

隨著開采深度的增加，煤與瓦斯突出強度越來越大，瓦斯治理難度越來越大，因瓦斯抽放是防治煤與瓦斯突出事故的最有效措施之一，從而使瓦斯抽采鉆孔的數量急劇增加。煤礦瓦斯抽采鉆孔施工主要采用干式鉆孔風力排渣，但其產生的大量粉塵對施工作業地點造成了極大的污染，會影響視線造成施工人員誤操作，導致發生安全事故，同時嚴重危害作業人員身體健康，因此《煤礦安全規程》第一百五十四條（七）規定：在煤、巖層中鉆孔，應采取濕式鉆孔。煤（巖）與瓦斯突出煤層或軟煤層中瓦斯抽放鉆孔難以采取濕式鉆孔時，可采取干式鉆孔，但必須采取捕塵、降塵措施，工作人員必須佩戴防塵保護用品。

目前鉆孔排渣方式主要有水力排渣和風力排渣。水力排渣優點：（1）作業地點不會產生粉塵，有利于安全生產。（2）有利于鉆桿的降溫，能有效防止鉆孔打鉆著火。缺點：（1）沖蝕孔壁容易造成塌孔，影響抽采效果。（2）鉆進過程中煤泥包裹鉆桿容易卡死鉆桿。風力排渣優點：（1）鉆孔成型好，不容易塌孔，有利于瓦斯抽放。（2）孔內排渣干凈，封孔方便。缺點：（1）作業地點粉塵大，環境衛生差。（2）易造成職業病，影響職工身體健康。

煤層鉆孔施工現場大多數僅使用孔口噴霧及全斷面水幕等簡單的降塵裝置，鉆孔施工地點煤塵飛揚，煤塵被巷道中風流吹起后充滿整個巷道斷面，其回風流中的平均粉塵濃度高達400 mg/m3以上，遠超出《煤礦安全規程》的規定。為解決干式鉆孔產生的粉塵污染問題，提出利用高壓氣體引射原理設計一種濕法除塵器，即利用高壓氣流產生負壓抽吸含煤塵氣流，并利用高壓氣流打散水滴霧化自吸入的煤塵，使煤塵與水霧充分霧化后排出，進而達到除塵的效果。為檢驗孔口除塵裝置除塵效果，本文理論分析了孔口除塵裝置的結構組成和工作原理，并通過在瓦斯抽采鉆場現場施工瓦斯抽采鉆孔對孔口除塵裝置的除塵效果進行了實驗。

1 孔口除塵裝置

1.1 結構組成

該裝置由引射除塵器、連接軟管及孔口集塵裝置三部分組成，如圖1所示。引射除塵器主要由吸入室、混合室、擴散管、噴頭等結構組成，該部分主要產生負壓，將孔口的煤塵吸入管內并進行霧化除塵后排出，吸入室直徑為273 mm，長度為500 mm，混合室直徑為146 mm，長度為800 mm，擴散管直徑為273 mm，長度為200 mm；孔口集塵裝置呈圓筒狀，直徑為315 mm，長度為800 mm，下部有出渣口，上部有出氣口，主要是將打鉆的煤塵搜集在一個相對密閉的空間內；連接裝置由一根4 m長4寸鋼絲軟管組成，作為連接引射除塵器和孔口集塵裝置的通道，兩端分別用卡子固定在除塵器和集塵裝置上。

1.2 工作原理

瓦斯抽采鉆孔施工過程中產生的粉塵在壓風作用下，從孔底以高速沿鉆桿與煤壁之間的孔隙向外排出，進入孔口集塵裝置，其中較大顆粒的粉塵在重力作用下沉降下來，經下部出渣口排出，較小顆粒的粉塵抽吸進入引射除塵裝置。引射除塵裝置是典型的文丘里管式除塵器，其工作原理是噴嘴提供高壓氣體，使吸入室壓力降低形成真空負壓，將集塵裝置中較小顆粒的煤塵抽吸至吸入室。并與水流在喉管入口段及喉管內混合，高壓氣體在喉口部位形成高速氣流，由于高速氣流的卷吸能力極強，在喉管入口段及喉管內內多次卷吸含塵氣流，含塵氣流和水滴在混合室內形成高度湍流狀態，粉塵與水滴不斷碰撞，導致粉塵與水滴充分混合，形成除塵，經擴散管出口排出。

2 應用實踐

2.1 工作面概況

焦作煤業集團公司方莊二礦為煤與瓦斯突出礦井，其主采二1煤層為突出煤層。目前區域瓦斯治理巷道為25041上風道，該巷道長度550 m，煤層頂板標高-522.5～ -546.3 m，煤層厚度5.2 m，煤層傾角200左右，煤層穩定，結構簡單。預抽煤層瓦斯措施為在巷道上、下幫施工煤層抽采鉆孔，鉆孔布置方式為雙排三花眼，間距1.0 m，排距0.6 m，孔深80 m，鉆孔直徑94 mm，采用聚氨酯封孔，封孔深度15 m。巷道供風量480 m3/min，平均風速0.66 m/s。鉆孔施工采用ZDY-4000 S全液壓坑道鉆機，風力排渣，水壓2 MPa，風壓0.5 MPa。

2.2 現場試驗

孔口除塵器采用煤礦常用的Φ273 mm、Φ146 mm鋼管焊制加工，制作完成后進行了兩次現場試驗。第一次試驗時除塵器吸氣口產生了很大的抽吸能力，但是孔口的煤塵并未被全部吸走，相當一部分從集塵器周圍擴散飄入巷道風流中。通過現場分析，主要原因是孔口集塵器封閉不嚴密，因此對孔口集塵裝置進行了改進。一是鉆孔采用擴孔鉆頭，將集塵器前端插入煤壁0.5 m，并在周圍用黃泥封閉；二是在集塵器另一端固定兩道皮帶皮，在皮帶皮上開口讓鉆桿穿過，使皮帶皮包裹鉆桿以起到封閉作用。第二次試驗時在鉆機鉆進過程中大的煤顆粒從孔口集塵裝置下部排出，含塵氣流被吸入除塵器，在除塵器擴散口經霧化后成煤水狀排出，達到了降塵效果。

2.3 數據采集及分析

粉塵測定儀器：CCX1000X型直讀式測塵儀。

測定方法：在布置測點位置進行測定，直接讀出粉塵濃度。因鉆進過程中粉塵忽高忽低，當鉆頭鉆進時排粉量增加，而停止鉆進時粉塵濃度隨著風流的稀釋，粉塵濃度明顯降低，故確定測定4次，取其平均值。

測點選擇：粉塵顆粒從鉆孔產生后縱向隨風流在巷道內擴散，在孔口處粉塵濃度最高，向外隨風流逐漸降低，在距塵源10 m后擴散到巷道全斷面，因此測點設在鉆孔下風側10 m處，距巷道底板高度1.5 m。endprint

數據采集：（1）在不安裝除塵器的情況下在鉆孔下風側10 m測得粉塵濃度分別為454.4 mg/m3、421.6 mg/m3、536.5 mg/m3、367.2 mg/m3，均值444.9 mg/m3。（2）在安裝除塵器的情況下在鉆孔下風側10 m測得粉塵濃度分別為24.2 mg/m3、19.9 mg/m3、15.5 mg/m3、23.2 mg/m3，均值20.7 mg/m3。

數據分析：當不采用除塵措施時，粉塵質量濃度在400 mg/m3以上，采用孔口除塵器后粉塵質量濃度僅為20 mg/m3，降塵效率高達95%。

2.4 存在問題

（1）開啟除塵器后產生較大的噪音，形成噪音污染。

（2）集塵器上安裝的皮帶皮與鉆桿相互摩擦，容易磨損，需經常更換。鉆機鉆桿應通過集塵罩的中心位置，集塵罩要牢固固定，防止偏移松動。

（3）連接軟管采用4寸鋼絲軟管，避免煤塵堵塞。

（4）集塵器的安裝工序復雜，占用勞動時間，影響鉆孔施工工效。

（5）風、水管接口拆卸時避免進入雜物堵塞噴頭，除塵器可采用法蘭連接，方便維修時拆卸。

（6）根據煤塵大小，通過閥門調節進水量，使除塵效果達到最佳。

3 結論

（1）基于引射原理設計了一種新型煤層鉆孔孔口除塵裝置，闡明了工作原理和結構組成。

（2）通過在現場施工瓦斯鉆孔，測得孔口除塵裝置的除塵效率達到95%，能夠顯著降低干式鉆孔過程中產生的粉塵污染。

（3）孔口除塵器結構簡單，搬運方便，維護簡便；無需動力，可直接利用井下風壓、水壓工作，適用范圍較廣；可根據需要隨時調節水量大小，使除塵效果達到最佳。

參考文獻

[1] 李衛成.一種新型孔口除塵器的設計與應用[J].煤炭工程，2009（6）：107-109.

[2] 呂有廠.煤層鉆孔風力排粉水射流負壓引射除塵裝置的設計與應用[J].礦業安全與環保，2012（b）：37-39.

[3] 武帥，楊勝強，王建波，等.高壓氣流引射噴霧降塵除塵技術應用研究[J].煤炭工程，2012（4）：64-66.

[4] 靳光法，孟繁金，王素枝.煤層鉆孔捕塵降塵裝置的應用[J].煤礦機電，2011（2）：96-98.

[5] 李建國.孔口除塵系統在李子埡煤礦的應用[J].煤炭技術，2007（10）：114-116.endprint

數據采集：（1）在不安裝除塵器的情況下在鉆孔下風側10 m測得粉塵濃度分別為454.4 mg/m3、421.6 mg/m3、536.5 mg/m3、367.2 mg/m3，均值444.9 mg/m3。（2）在安裝除塵器的情況下在鉆孔下風側10 m測得粉塵濃度分別為24.2 mg/m3、19.9 mg/m3、15.5 mg/m3、23.2 mg/m3，均值20.7 mg/m3。

數據分析：當不采用除塵措施時，粉塵質量濃度在400 mg/m3以上，采用孔口除塵器后粉塵質量濃度僅為20 mg/m3，降塵效率高達95%。

2.4 存在問題

（1）開啟除塵器后產生較大的噪音，形成噪音污染。

（2）集塵器上安裝的皮帶皮與鉆桿相互摩擦，容易磨損，需經常更換。鉆機鉆桿應通過集塵罩的中心位置，集塵罩要牢固固定，防止偏移松動。

（3）連接軟管采用4寸鋼絲軟管，避免煤塵堵塞。

（4）集塵器的安裝工序復雜，占用勞動時間，影響鉆孔施工工效。

（5）風、水管接口拆卸時避免進入雜物堵塞噴頭，除塵器可采用法蘭連接，方便維修時拆卸。

（6）根據煤塵大小，通過閥門調節進水量，使除塵效果達到最佳。

3 結論

（1）基于引射原理設計了一種新型煤層鉆孔孔口除塵裝置，闡明了工作原理和結構組成。

（2）通過在現場施工瓦斯鉆孔，測得孔口除塵裝置的除塵效率達到95%，能夠顯著降低干式鉆孔過程中產生的粉塵污染。

（3）孔口除塵器結構簡單，搬運方便，維護簡便；無需動力，可直接利用井下風壓、水壓工作，適用范圍較廣；可根據需要隨時調節水量大小，使除塵效果達到最佳。

參考文獻

[1] 李衛成.一種新型孔口除塵器的設計與應用[J].煤炭工程，2009（6）：107-109.

[2] 呂有廠.煤層鉆孔風力排粉水射流負壓引射除塵裝置的設計與應用[J].礦業安全與環保，2012（b）：37-39.

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[5] 李建國.孔口除塵系統在李子埡煤礦的應用[J].煤炭技術，2007（10）：114-116.endprint

數據采集：（1）在不安裝除塵器的情況下在鉆孔下風側10 m測得粉塵濃度分別為454.4 mg/m3、421.6 mg/m3、536.5 mg/m3、367.2 mg/m3，均值444.9 mg/m3。（2）在安裝除塵器的情況下在鉆孔下風側10 m測得粉塵濃度分別為24.2 mg/m3、19.9 mg/m3、15.5 mg/m3、23.2 mg/m3，均值20.7 mg/m3。

數據分析：當不采用除塵措施時，粉塵質量濃度在400 mg/m3以上，采用孔口除塵器后粉塵質量濃度僅為20 mg/m3，降塵效率高達95%。

2.4 存在問題

（1）開啟除塵器后產生較大的噪音，形成噪音污染。

（2）集塵器上安裝的皮帶皮與鉆桿相互摩擦，容易磨損，需經常更換。鉆機鉆桿應通過集塵罩的中心位置，集塵罩要牢固固定，防止偏移松動。

（3）連接軟管采用4寸鋼絲軟管，避免煤塵堵塞。

（4）集塵器的安裝工序復雜，占用勞動時間，影響鉆孔施工工效。

（5）風、水管接口拆卸時避免進入雜物堵塞噴頭，除塵器可采用法蘭連接，方便維修時拆卸。

（6）根據煤塵大小，通過閥門調節進水量，使除塵效果達到最佳。

3 結論

（1）基于引射原理設計了一種新型煤層鉆孔孔口除塵裝置，闡明了工作原理和結構組成。

（2）通過在現場施工瓦斯鉆孔，測得孔口除塵裝置的除塵效率達到95%，能夠顯著降低干式鉆孔過程中產生的粉塵污染。

（3）孔口除塵器結構簡單，搬運方便，維護簡便；無需動力，可直接利用井下風壓、水壓工作，適用范圍較廣；可根據需要隨時調節水量大小，使除塵效果達到最佳。

參考文獻

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[2] 呂有廠.煤層鉆孔風力排粉水射流負壓引射除塵裝置的設計與應用[J].礦業安全與環保，2012（b）：37-39.

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