煤礦探放水專用閥應用與實踐

劉長勇 周忠國 梁立勛 符明華

(四川省華鎣山煤業股份有限公司綠水洞煤礦,四川華鎣 638601)

煤礦探放水專用閥應用與實踐

劉長勇 周忠國 梁立勛 符明華

(四川省華鎣山煤業股份有限公司綠水洞煤礦,四川華鎣 638601)

將疏放水鉆孔孔口分為三部分:工作口、分流口、監測口,解決鉆孔出水時孔口閘閥在鉆桿工作時不能關閉,以及由此造成的鉆場孔口操作環境惡劣、安全隱患多的問題。通過管路將兩個鉆孔遠距離孔口對接,形成全封閉管道系統,利用離心泵增壓或流水坡度自排將老塘水排離采面,避免巷道受到沖刷,避免發生水和水煤把巷道洼點淤死,造成通風和人員通路斷絕。

煤礦防治水 孔口三分控制理論 分流制動閥 鍋底式放水

1 前言

綠水洞煤礦采掘工作面均按煤層走向布設，受地質構造的影響，工作面、巷道起伏不平，采后極易在老空，老巷低洼處形成積水，從幾十立方米到數萬立方米，對相鄰及下伏采掘工程構成水患威脅。而且受小煤礦盜采比較嚴重，形成的老窯積水對我礦造成了嚴重的水害威脅。因此有計劃地按規程要求疏放積水，積極引進采用新工藝新技術，提高疏放老塘水工程的經濟性、安全性、可靠性，保證采面生產銜接便成為一項重要的工作。

2 概況

放水孔孔口標高底于積水水底標高或底于積水水面標高，鉆孔傾角上仰，積水在重力作用下在孔口形成一定的靜壓力，并且能夠順鉆孔坡度自流排出孔口，這種情況我們稱之為鍋底式放水。鍋底式放水在礦井探放水工作中是一種普遍現象。理論上講，鍋底式放水本身就具有潛在的危險性，條件具備時矸石、瓦斯、水流都有可能在孔口形成事故隱患，威脅在孔口操作工人的安全，孔口機電設備和操作人員在客觀上都處在被動挨打的狀態。并且多數綜采工作面疏放老塘水施工鉆窩位于采區內部，在風道、切眼、運道沒有貫通前屬于獨頭巷道施工狀態，泄水、通風、行人途經的煤巷長度大，甚者可1達千米以上，且有坡度起伏，形成多處巷道積水洼點，不具備自流條件。一旦有意外情況發生，就有可能會斷絕退路。尤其在總積水量大，孔口水壓和流量較大時，一定要制定可靠安全措施來指導施工。

3 全封閉接力疏放老塘水方案

全封閉接力疏放老塘水技術的關鍵是孔口安裝分流制動閥。分流制動閥能夠將單一的鉆孔孔口在功能上分為工作口、分流口、監測口三部分，以適應孔口操作的要求。工作口的作用是鉆孔出水時，水不從工作口流出，而且鉆桿還可以串動及轉動；分流口的作用是鉆孔出水時，水從分流口流出，而且可以聯接管路，水順管路流出；監測口的作用是可以安上壓力表，觀測孔內壓力，或者利用瓦斯比空氣及水輕的特點進行液氣分離，從而引出瓦斯或直接監測其濃度，也不排除瓦斯流量大時隨水同時由分流口混合排出的可能，但孔口工作區內的現場操作工人和電器設備可免受瓦斯侵襲，如圖3-1所示。

4 原方案存在的安全威脅

假設鉆孔順利打透水體，安裝于直向孔口的控制閘閥(Z44T-10/DN100)在90m鉆桿外拉過中，因為鉆桿橫在中間頂住閥門閘板而不能關閉，對孔口外泄老塘水起不到控制作用。可做如下估算：一般兩根鉆桿為一立根，其平均長度3.5m，需要用管鉗解鉆桿26次，每次解鉆桿用1min，則總共需要約30min的時間。即30min內有壓力的老塘水屬于放任自流、無法控制的狀態。這情況足以在最洼點形成險情，且巖芯管及(肋骨)鉆頭在孔內類似于油缸中的活塞，推斷在0.6MPa的水壓作用下會向孔外竄出。為了控制鉆桿竄出，通常在孔口安裝吊鉗以固定鉆桿，但是孔口吊鉗及松解鉆桿用的大叉和管鉗會導致孔口直射出的水流橫向飛濺，影響操作人員的視線，濕透衣服，惡化現場工作條件，或使電器設備因為潮濕而導致供電中斷。鉆桿拉出后如果孔內發生堵塞，反復捅孔過程會重復上述不利于操作的危險情況。不能完全排除瓦斯隨老塘水涌出的情況，且鉆窩內不易被風流所稀釋。塊狀、顆粒狀的碎矸石隨同老塘水一同從孔口噴出，同樣不利于施工人員孔口操作。在以上這些情況下極易發生人身事故。如果透水后不拉出孔內鉆桿，而是在孔口解開，把孔內鉆桿設法推回閘閥以里。這種辦法在孔口流量大的情況下不宜也不易操作，加之鉆桿本身占用鉆孔截面，將縮小將近38%的過流斷面，不利于放水，不是長久辦法。反復捅孔時鉆桿在孔內不拉出，孔口開放，是一種不保險狀態，在這里也是絕對禁止出現的情況。外拉鉆具過程中因為各種原因突然停電，洼點處水泵停止排水，現場設備、工具等突然出現故障而不能正常發揮作用，都是形成險情的因素。如果孔口流水不能直接引入管路，只能直接落地沿巷道順坡下流，沖刷巷道底煤。由此導致部分棚腿懸空，甚者進一步引發頂板冒落；皮帶架、溜槽懸空移位而不能正常工作運轉；洼點積水淤煤而斷絕通路。另外鉆窩位于巷道下幫，鉆機下方是2～3m的底煤，經孔內泄水的沖擊，濺射，浸泡，使底煤松軟，現場成坑出溝，導致基礎不牢而使鉆機移位歪斜，引發現場施工操作停頓而無法控制孔內鉆具。有可能在較短的時間內被老塘水及沖下的浮煤淤積封死，導致斷絕通風、人員退路被切斷。這是首要杜絕發生的情況。斷續沖刷，淤積巷道，斷絕通風的隱患仍沒有消除，事后巷道清理維護的工作量大，必須想辦法加以解決。

5 新方案施工效果

保證初次打透老塘水及外拉鉆具過程中孔內泄水能被有效分流到專用管路中去。即利用分流制動閥將工作口與分流口分離，工作口負責支撐鉆桿旋轉和前后移動并且密封孔內老塘水不沿鉆桿由工作口向外泄出，影響操作人員及設備的工作范圍，分流口聯接管路負責控制老塘水排泄。

工作口利用42mm鉆桿及鉆桿接頭外徑一致特點，妥善解決鉆桿與巖芯管(鉆頭)外徑不一致的問題，能夠保證在整個施工過程中，孔內泄水基本不落地自流或沖擊、濺射鉆窩內的設備，管材，形成一個良好、安全的作業環境。工作口能夠固定孔內鉆桿或者控制孔內鉆桿放出的速度，抵擋向外的沖力。巖芯管及鉆頭撤離孔口時，分流制動閥將立即瞬時自動關閉工作口，老塘水則沿分流口和管路排走，省掉人為手動關閉孔口控制閘閥的程序和時間。一旦瓦斯隨老塘水涌出，利用分流制動閥的監測口進行液氣分離或引出鉆窩利用便攜式瓦斯監測儀監測其濃度，并且被運道風流迅速稀釋。還可以用監測口監測孔內及管路的壓力。監測口為2英寸管螺紋。現場施工操作人員不濕衣服，工作有條不紊，使煤巷不受不受沖刷破壞，不需要對該巷道進行再次清理。

圖3-1 分流制動閥孔口安裝示意圖

6 保障措施

(1)加強孔口控制，這是全封閉放水技術施工的關鍵環節。在預計透點前20m時在孔口安裝分流制動閥(FZ44T-10Q/DN100)，并且在孔口有鉆桿的情況下做整體耐壓實驗，0.1MPa的壓力保持20min，確認孔口管不動周圍巖石不漏水，不沿鉆桿跑水方可認為合格。(2)加強對泥漿泵的管理，保證其額定的水壓水量，全封閉鉆進時不能在孔口直接觀看沖洗液的返回情況，可利用分流口的除砂口進行監視。防止水泵造假發生巖石燒住鉆頭的事故。(3)初次打透老塘水或者事后捅孔時不要急于拉出鉆具，盡量利用鉆機使鉆桿在孔內連續長時間轉動和前后串動，使老空透點附近的淤煤、矸石、雜物以粉末或顆粒狀態通過鉆孔與鉆桿之間的間隙，以便順利通過管路排出而不會卡塞管路，并且在透點附近基本形成比較穩定的水源補給通路。為保險起見，分流口連接三通狀簡易攔砂除砂裝置，以保證管路暢通。(4)為適應工作口的要求，所用鉆桿兩端墩厚處的外徑不得大于43mm，且鉆桿不彎曲，截面不橢圓，接頭無銳角毛刺。(5)適當加大鉆機機底基木的有效作用面積，壓柱打實聯好，使鉆機立軸與鉆孔方向能長久保持一致。(6)排水管路聯接牢固，并且懸掛順直無洼點，以利于排砂，分流制動閥的分流口安裝閘閥以控制下游管路。管路使用圓弧彎頭以減少管路內的流動阻力。(7)如果在鉆窩附近安裝離心泵，可以在孔內形成負壓，在下方管路增壓，而提高整個管路系統的排泄能力。如果巷道沒有流水坡度，加泵增壓是非常必要的，或者是必不可少的一項環節。這種情況類似于抽放瓦斯系統。(8)巷道內所有的電纜全部吊掛整齊，電器用木凳墊高，并將可能會淤積堵塞鉆孔孔口的雜物全部清理干凈。(9)施工現場要安裝電話，能夠互相通話溝通情況，一旦有情況立即關閉鉆窩分流口處的閘閥，封閉孔口，并且與井上調度室及時聯系協調有關事宜。(10)打透老塘水前要檢查所用設施，強化安全措施的落實，現場要有主管領導協調指揮。

7 結論

(1)疏放老塘水的目的就是為了回采安全，但疏放水施工本身安全也必須得到充分保證。(2)泄水鉆孔因為矸石、雜物而堵塞是必然的，不堵塞是偶然的，必須有疏通鉆孔堵塞的準備和措施，達到疏放必盡。(3)通過采用新裝備新工藝來保證施工安全，減輕工人勞動強度，改善施工作業環境。

8 推廣應用前景

(1)孔口三分理論提出及分流制動閥成功應用使鉆孔全封閉探放老塘水技術成為現實。(2)該技術經適當改動后，對煤礦井下探放地層高壓水鉆孔施工有重要意義，全封閉探放高壓水鉆孔施工技術必將為受水患威脅的煤礦帶來巨大的安全和經濟效益。(3)該技術經適當改動后，對定向水平長鉆孔瓦斯抽放工作的孔口控制有重要意義。

[1]柴登榜．《礦井地質工作手冊》北京:煤炭工業出版社,1981.

[2]能源部．《煤礦安全規程》北京:煤炭工業出版社,1992.

[3]楊源泉．《閥門設計手冊》北京:機械工業出版社,1992.

劉長勇(1983-),男,重慶永川人,大學本科,地質助理工程師,綠水洞煤礦地測科科長。