穿層抽采鉆孔防噴裝置研究與運用

柴海濤

摘要：煤礦瓦斯事故是高瓦斯突出礦井普遍存在的一種災害。目前，瓦斯治理的主要措施是施工鉆孔抽采煤層瓦斯。但在瓦斯抽采鉆孔施工過程中，由于地應力高、瓦斯壓力大、煤質松軟，極易發生鉆孔噴孔現象。因此，研制煤層鉆孔施工防噴裝置，對礦井鉆孔安全施工、提高鉆孔施工速度、保證安全生產具有重要意義。本文詳細的論述了穿層抽采鉆孔防噴裝置及其應用注意事項。

關鍵詞：穿層抽采;鉆孔防噴裝置;注意事項

隨著煤礦開采深度和強度的增加，煤與瓦斯突出危險性日趨嚴重。因此，為解決因煤層瓦斯壓力大、瓦斯含量高，施工穿層鉆孔過程中易噴孔造成鉆場瓦斯濃度超限和水煤傷人的問題，根據穿層鉆孔噴孔特性，可采用“三防”裝置，該裝置可杜絕打鉆過程中瓦斯超限的現象，有效地保證了穿層抽采鉆孔施工的安全。

一、防噴裝置結構

1、結構。防噴裝置主要包括固孔管、孔口多通裝置、氣水分離裝置、儲煤裝置四部分，如圖1所示。

①固孔管：固孔管用于保持鉆孔孔口2m段成型完好，防止孔口塌孔，同時固孔管上安裝法蘭盤，用于連接孔口多通裝置。

②孔口多通裝置：中心為一鉆桿通道，前后各安裝一個法蘭盤，前端法蘭盤用于連接固孔管，后端法蘭盤用于安裝帶空心的膠墊，空心直徑與鉆桿直徑一致。上部為抽采瓦斯出氣口，出氣口安裝有過濾網，下部為落煤口。

③氣水分離裝置：包括上部的氣水分離箱和下部的集水箱。氣水分離箱由若干個進氣口和一個帶閥門的出氣口，瓦斯和水進入氣水分離裝置后，經擋板阻擋和過濾網的過濾，瓦斯氣體經出氣口進入抽采系統，水在重力作用下進入集水箱。集水箱上下各有一個蝶閥，正常工作時上部蝶閥打開，下部蝶閥關閉，氣水分離箱和集水箱相通。在放水時，關閉上部蝶閥，將氣水分離箱和集水箱隔開，打開下部蝶閥放水。放水完成后，再次關閉下部蝶閥，打開上部蝶閥，如此反復進行氣水分離工作。

④儲煤裝置：從孔口落煤口落下的煤和水在該裝置內儲存，該裝置內的瓦斯氣體由出氣口進入氣水分離裝置，水和煤經放煤口放出，在沉淀池內沉淀后清理出去。

二、礦井及工作面概況

某礦區采用立井、斜井分水平聯合開拓，采區上、下山單雙翼布置，走向長壁冒落法回采，分區抽出式通風。該煤層開采標高為-320～-679m，并具有以下特點：①地應力高;②瓦斯壓力高;③瓦斯含量高;④透氣性低。

三、鉆孔施工中存在問題及原因

1、存在問題。根據該施工地點、煤層賦存狀況和施工進度等情況，選擇ZDY4200SWL型鉆車，鉆桿長度為1m×Φ73mm，鉆頭直徑為Φ94mm。

鉆孔施工至開口向里300～500m區域，鉆孔施工期間，鉆孔出渣量大、噴孔，單孔最大噴出煤量5t，跟機探頭最大54%。鉆孔施工難度大（噴孔嚴重、出渣量大、夾鉆、延時噴孔），施工過程中容易造成瓦斯超限。另外，還存在著

鉆孔施工效率低的問題，其嚴重影響了區域瓦斯治理進度。

2、原因

1）施工難度大：①瓦斯涌出量大，制約打鉆;②勞動強度大，單孔出渣量大;③施工過程中，瓦斯涌出量大、出渣量大，容易造成夾鉆。

2）瓦斯管理難度大：①鉆孔瓦斯涌出量大，因局部通風量不足，回風瓦斯居高不下;②瓦斯涌出時間長，每班有一段時間因瓦斯影響不能施工。

3）經常出現延時噴孔：鉆孔噴孔表明鉆孔施工過程中鉆孔內部發生了煤與瓦斯突出，因而噴孔屬于煤與瓦斯突出的范疇，噴孔機理應從煤與瓦斯突出的角度進行解釋。不但打鉆期間容易發生噴孔，而且在拔鉆后還會發生延時噴孔，這給防瓦斯帶來了挑戰。

四、防噴孔技術和裝置

1、防噴孔技術

1）監測瓦斯，施工期間孔口上方回風側3m范圍懸掛CH₄便攜儀，打鉆地點回風側15m范圍懸掛CH₄傳感器。施工過程中隨時觀看便攜儀，掌握瓦斯濃度變化情況，出現瓦斯異常增大時要及時停鉆。

2）鉆孔施工過程中，出現噴孔、夾鉆、頂鉆、響煤炮等異常情況時，應停止鉆進，使鉆桿在小范圍內反復進退，增加排粉，防止鉆桿夾死或瓦斯大量涌出。

3）打鉆過程中，遇見軟煤或巖，降低鉆進速度，控制排渣量，讓瓦斯和渣緩慢從孔內排出，直至停止鉆進。

4）鉆孔施工完畢后應多排粉，排粉時間應在10min以上，保證孔內通暢，無積渣。

5）防延時噴孔，使用好“三防”裝置，特別是防延時噴孔擋板的使用;為了預防延時噴孔，拔鉆后，及時封孔，要求在兩分鐘之內將所施工鉆孔封孔完畢;如果塌孔，不要強行封孔。

2、“三防”裝置的使用。根據施工地點瓦斯壓力大的特點，采用全封閉式“三防”裝置防治瓦斯。全封閉式“三防”裝置由SPZ-4三防裝置主體、孔口罩、氣渣分離箱、軟管等組成。

瓦斯抽采打鉆防噴、防塵一體化裝置集風水射流除塵器、氣渣分離箱、排渣、水箱為一體，一機多用功能多，安裝使用方便、操作簡單，移動方便快捷。在瓦斯防治上，充分體現了其優越性，能除塵、防打鉆過程中噴孔、防延時噴孔。

四、防噴孔裝置應用注意事項

為保證防噴孔裝置安全有效，使用時必須注意以下事項：①套管安裝必須牢固，防止噴孔沖出。②要調節好抽放負壓，保證瓦斯能全部抽走，消除瓦斯超限等安全隱患。③在鉆孔穿煤期間，鉆桿要輕壓慢進，減少單位時間內煤體破壞量，降低壓力釋放速度，減緩鉆孔內瓦斯釋放量。④為防止因鉆孔內瓦斯壓力過大將密封裝置及其他連接管件沖頂出傷人，在鉆機后方和鉆場內嚴禁站人。

五、結語

近年來，隨著礦井開采深度的增加，煤層瓦斯壓力不斷增大，煤巷掘進效率低，突出危險性嚴重，制約著安全生產。因此，可運用“三防”裝置，采用針對性的防瓦斯技術，能有效預防打鉆引起的噴孔現象，既保證了安全施工，又提高了效率。

參考文獻

[1]李文樹，龍建明，陳久福，李宗福，周聲才.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，2015（12）.

[2]孟戰成.淺析穿層鉆孔防噴孔技術和裝置研究與應用[J].煤炭工程，2017（07）.