氣水分離裝置在老石旦煤礦的應用與實踐

王鐵軍

摘要：針對老石旦煤礦031601運輸順槽北翼段打瓦斯抽放鉆孔期間瓦斯涌出比較大的實際情況，研制出一種施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置，并闡述了施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置的工作原理和使用注意事項，在老石旦煤礦031601運輸順槽北翼段進行了試驗應用，收到了良好的使用效果，提高了瓦斯抽放效率，保障了工作面施工瓦斯抽放鉆孔期間的安全生產。

關鍵詞：施工瓦斯抽放鉆孔；氣水分離裝置；實踐與應用

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2018.04.092

1引言

瓦斯抽放是高瓦斯礦井及煤與瓦斯突出礦井綜合治理礦井瓦斯的治本之策，瓦斯抽放方法比較多，按空間上劃分有本煤層抽放、鄰近層抽放、采空區抽放；按時間上劃分為采前預抽、邊掘邊抽、邊采邊抽、采空區抽放；按抽放工藝劃分為巷道抽放法 、鉆孔抽放法 、巷道和鉆孔聯合抽放法 ；按是否受到卸壓影響又可分為未卸壓抽放、卸壓抽放等。但是在礦井瓦斯抽放過程中，容易造成瓦斯超限事故的環節往往是在施工瓦斯抽放鉆孔的過程，傳統的施工瓦斯抽放鉆孔方式是將鉆孔瓦斯及沖洗介質直接的排入鉆場或工作面，造成施工地點及工作面瓦斯超限，釀成瓦斯事故，特別是施工高瓦斯、煤與瓦斯突出礦井的煤層，或施工瓦斯礦井瓦斯構造復雜的煤層時，很容易造成大量瓦斯涌出或噴出，釀成嚴重的事故。其二是傳統的施工瓦斯抽放鉆孔鉆屑采用風排或水排的方式，為了避免風排鉆屑、水排沖洗液進入瓦斯抽放系統內，占用瓦斯抽放管內有效抽放斷面和堵塞瓦斯抽放管以及造成后期放水器的放水壓力，傳統的施工瓦斯抽放鉆孔往往是施工結束后，才開始聯網抽放，這樣由于鉆孔內瓦斯基本未泄壓，不僅在施工鉆孔時容易發生瓦斯異常涌出和噴出，聯網期間也經常發生瓦斯超限事故，嚴重影響工作面正常生產。

2提出問題

這樣在高負壓情況下如何從源頭上設計研制一種裝置進行氣水分離，對鉆孔內涌出的瓦斯實時進行抽放，并及時地放出瓦斯抽放鉆孔與瓦斯抽放管過渡連接裝置內的積水，進而提高礦井的瓦斯抽放效率成為制約高瓦斯礦井及煤與瓦斯突出礦井瓦斯抽放的一個技術難題和瓶頸。針對這種情況國內外許多科研機構都展開了技術攻關，但多數都是鉆進積水進入抽放系統內如何放出這種被動的放水設備和工藝，且傳統的人工放水器的放水方式是停泵和關閉閘門，打開放水頭進行放水，這樣不僅影響瓦斯抽放系統的正常運行，還會導致工作面瓦斯濃度上升，而影響正常生產。現在市場上有許多廠家生產了一些自動放水器，但這些放水器內一旦有煤泥沉積，很容易阻礙自動放水器內的浮子上下運動而失去自動放水的功效，但是如何從源頭處使得氣水分離，避免水進入瓦斯抽放系統內卻被忽視。正是基于這種情況我們積極探索在施工瓦斯抽放鉆孔期間即可以對鉆孔瓦斯進行有效抽放并從源頭上把氣水進行分離的新工藝、新技術，終于研制成功一種施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置，并在神華烏海能源公司老石旦煤礦031604運輸順槽北翼段掘進工作面取得了較好的社會和經濟效益，保證了掘進工作面安全、高效、穩定地生產。

3分析問題

現有施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置存在的缺點和不足之處：傳統的施工瓦斯抽放鉆孔工藝是將鉆孔內的鉆屑使用風排和水排兩種介質簡單直接排入施工地點，施工結束后進行聯網抽放，根本無安全可言，很容易造成施工地點及工作面瓦斯濃度上升，而影響正常生產。

4解決問題

4.1工作面概況

神華烏海能源公司老石旦煤礦031604運輸順槽北翼段掘進工作面位于北三采區16#運輸下山7#點前32.5 m處開口，以32°方位角沿16#-4煤層底板掘進施工，煤層傾角為8°～12°，掘進方式為綜掘。巷道斷面形狀為切圓拱形，凈高為3.9 m，凈寬為5.0 m，巷道墻高為2.2 m，拱高為1.7 m。巷道采用錨桿+金屬網+錨索聯合支護形式。巷道設計長度為1440 m。

4.2工作原理

施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置的工作原理圖如圖（1）所示，首先，在瓦斯抽放鉆場內找一塊平整地方，把氣水分離器5安設平穩，并在氣水分離器5的4個出口增設4寸閘閥3、4、7、9；第二，往鉆孔封孔器18上連接五通15；第三，向鉆桿10上套法蘭11，再套密封墊12；第四，密封墊12設好后，往鉆桿末端擰上鉆頭，而后向鉆孔內下鉆，下鉆深度不得超過鉆孔封孔深度；第五，使用配套螺絲把法蘭9與13固定；第六，使用Φ100 mm鋼絲骨架膠管6連接五通15與氣水分離器進氣口處閘閥8，連接5與瓦斯抽放主管。瓦斯抽放泵正常運轉時產生高負壓，我們可以通過閘閥7調控出我們所需要的負壓，負壓調好后，我們再根據所施工的煤層瓦斯賦存情況，使用氣水分離器5上的控制氣水分離器內負壓閥門3，使得打鉆過程中的瓦斯及鉆孔沖洗液全部通過Φ100 mm鋼絲骨架膠管6、氣水分離器進氣側控制閥門8進入氣水分離器內，高濃度瓦斯在氣水分離器內導流板、瓦斯自身密度很小的作用下迅速通過氣水分離器5的排氣閥門7、Φ100 mm鋼絲骨架膠管6進入瓦斯抽放主管，而鉆孔沖洗液則在氣水分離器5內的導流板、自身密度相對較大的作用下迅速通過氣水分離器5的下側排渣閘閥9排出，脫離氣水分離器內高負壓的束縛，從而達到氣水分離的目的；另一方面，由于從鉆孔側來的鉆孔沖洗液是流體，具有不穩定性，在Φ100 mm鋼絲骨架膠管6內時而封堵管路全斷面，時而在Φ100 mm鋼絲骨架膠管內半管流動，這就造成氣水分離器5內的負壓的不穩定性；其三，是進入氣水分離器5內的鉆孔沖洗液，在通過氣水分離器5的下側出口閘閥9的過程中，同樣會出現封堵閘閥全斷面情況，而在封堵Φ100 mm鋼絲骨架膠管、氣水分離器下側出口閘閥9全斷面的情況下，氣水分離器內負壓就會迅速變大，相反負壓就會迅速變小，在這樣負壓變大的情況下，氣水分離器內高濃度瓦斯由于密度小就迅速進入瓦斯抽放主管，而負壓變小的情況下，沖洗液在其密度相對較大的情況下利用其自身重力迅速下降排出氣水分離器，就這樣氣水分離器內負壓忽大忽小變化的過程中，實現氣水分離。endprint

4.3施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置的在瓦斯抽放系統中應用時的注意事項

（1）施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置原則上在施工每一個鉆孔時都必須配備一個，這樣能夠從源頭上很好地控制施工瓦斯抽放鉆孔期間的沖洗液進入瓦斯抽放管路系統。

（2）施工瓦斯抽放鉆孔時，應安排工程技術人員現場跟班，在開始施工時，應利用氣水分離器上的閘閥，調好氣水分離器所需要的負壓以及氣水分離器對鉆孔的負壓，使得鉆孔內涌出的瓦斯及鉆孔沖洗液全部被吸入氣水分離器內并在氣水分離器內順利實現分離。

（3）應該安排技術人員對施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置進行定期檢查，發現故障應及時進行維修，確保施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置能夠正常發揮作用。

（4）施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置其結構簡單， 但現場操作人員需要注意的是，必須利用氣水分離器側面配氣閥門調好負壓，使得負壓剛好能把高濃度瓦斯抽入高負壓瓦斯抽放系統內，且鉆孔沖洗液全部從氣水分離器的下側出口排出。

（5）施工瓦斯抽放鉆孔期間，最好的抽放鉆場內懸掛2個便攜式甲烷報警儀，隨時掌握鉆孔內瓦斯涌出濃度變化，以便隨時采取應對措施。

5應用效果分析

031601運輸順槽掘進工作面2013年7月份進行瓦斯抽放以來，有效地降低了工作面掘進期間的瓦斯濃度，在031604運輸順槽北翼段試驗并使用了該施工瓦斯抽放鉆孔期間的氣水分離裝置，先后施工了50多個鉆孔，鉆孔工程量達到7500多米，未發生一起瓦斯超限事故，并且經過監測人員一個多月的觀察發現施工瓦斯抽放鉆孔期間巷道回風流瓦斯濃度和日常檢查測量的一樣，在0.16%—0.26%之間變化，瓦斯抽放管內瓦斯濃度由原來的14.6%提高到19.2%，提高了46%，確保了掘進工作面的安全生產。

參考文獻

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