風力排渣條件下防噴除塵裝置的研究與應用

李少博

摘 要：在施工抽排鉆孔過程中，若使用風力排渣有時會出現鉆孔噴孔現象，煤塵過大，因此需要使用防噴除塵裝置以有效解決風力排渣條件下噴孔造成的瓦斯超限及粉塵超限問題，同時提高打鉆效率。

關鍵詞：風力排渣；防噴除塵

突出煤層在施工抽排鉆孔時，若使用水力排渣，容易造成后路煤層段塌孔，煤渣堵塞后路，從而導致鉆桿抱死，出現丟桿；而采用風力排渣有時會出現鉆孔噴孔現象，煤、巖顆粒從鉆孔內高速噴出，傷害施工人員，大量瓦斯涌出造成瓦斯超限以及粉塵超限，危害礦井生產安全，因此在鉆孔施工過程中必須采取相應的防噴除塵裝置，以確保鉆孔安全、高效的按照設計要求施工到位。而從市場采購的防噴除塵裝置除塵效果存在各種不足，因此陶二礦需結合現場實際情況進行該裝置的研究與應用。適用于陶二煤礦首采區各個采掘工作面風力排渣時順層抽排鉆孔的施工；適用于其他突出煤層采用風力排渣施工順層鉆孔。

1 科技術原理

突出煤層在施工抽排鉆孔時，施工過程中打鉆噴孔是發生的動力現象，主要是由瓦斯壓力高，局部地應力集中和局部軟煤存在三個因素綜合作用的結果。局部軟煤層的瓦斯含量比較大、瓦斯釋放快，強度低等特點時，當打鉆施工進入煤層時，對局部軟煤產生一種巨大的沖擊力和碎破力，這種沖力導致局部煤體不完整。局部煤體破裂后產生快速的解吸，使周圍快速進入施工鉆孔的瓦斯急速增加。施工過程的鉆孔前方會有瓦斯大量涌出，使巷道局部出現較大的梯度瓦斯，從而造成了瓦斯的激流。由于施工的鉆孔孔徑很小，瓦斯和施工過程中的煤粉很難排出孔外，進一步增加了施工鉆場及鉆孔內外的梯度瓦斯的壓力，從而會導致噴孔。

當施工過程中鉆孔噴孔時如不及時采取有效的措施，則施工的鉆孔噴出的瓦斯及煤粉會迅速的進入施工鉆場，危及施工鉆場周圍作業人員的安全，甚至可能造成瓦斯事故。在施工過程中安設新的防噴除塵裝置后，施工過程中噴出的瓦斯及煤粉經過由固孔管、防噴裝置、排渣管等裝置形成的完全密閉的通道，最后進入氣水分離器，噴出的瓦斯及煤粉在氣水分離器內經過不斷的緩沖和分離作用，氣體由分離器的頂部被管路抽放排空，而煤渣經水攪拌，由于自重在分離器內自由下沉，通過分離器底部的排渣管路排出，安全有效的實現氣水自動分離，在施工過程中最終達到防噴除塵作用。

2 成果的創新點及解決方法

（1）結構簡單，成本低廉；原引進的防噴除塵裝置造價昂貴，且配件等損壞后需重新進購；而新裝置均采用回收的廢舊管路、鋼管焊接，通過各類管路連接而成。新防噴除塵裝置主要由固孔管、防噴裝置、抽采管路、氣水分離器、排渣管等組成。

（2）提高綜合降塵率。原引進的各類防噴除塵裝置由于壓風管路壓力達不到要求，除塵效果不夠理想，而新裝置在現場使用的過程有效控制煤塵飛揚，凈化打鉆施工的作業場所，大大降低了粉塵率。

（3）杜絕因打鉆噴孔引起的瓦斯超限，提高工作效率。原裝置因不能有效實現氣水分離，而無法接入抽放系統，若施工過程中出現噴孔容易造成瓦斯超限停工；而新裝置在打鉆的施工過程中解決這一問題，能減少打鉆期間煤（巖）層噴出的瓦斯，有效解決巷道施工過程中瓦斯超限，增大了工作人員的安全系數；同時節省了噴孔超限停工的影響時間，間接提高了打鉆效率。

（4）邊打邊抽，有效實現氣水分離。原引進的防噴除塵裝置因體積原因無法有效實現氣水分離，而新裝置通過氣水分離器防止煤（巖）粉在打鉆施工過程中進入到抽采的主要管路中，使煤氣分離，能夠更好的完美的凈化，更好的施工抽采，確保抽采過程的穩定可靠，降低事故的發生率。

（5）抽氣量可依據需求有效調節。原引進的防噴除塵裝置只有一個風管閥門，若噴孔強度過大，無法有效解決防噴除塵問題；而新裝置可通過增加抽放管路來加大抽氣量，從而解決噴孔強度大時造成的瓦斯超限以及煤塵過大的問題。

3 成果投入使用檢驗效果，成果使用的可靠性適應性

2014年3月～ 9月期間，在2214下巷以及首采輔助回風平巷施工順層鉆孔過程中應用風力排渣結合防噴除塵裝置，對鉆孔施工過程中的煤塵起到了有效的控制作用，保證了施工現場的空氣質量，有益職工的身心健康；同時能最大限度的杜絕巷道后路瓦斯超限現象，有效解決瓦斯超限問題，增大了工作人員的安全系數；同時節省了噴孔超限停工的影響時間，間接提高了打鉆效率。

4 主要效益

4.1 經濟效益

該裝置均為回收的廢舊材料焊制，成本低廉，所需人工費用及材料成本共計100*2人工+300（材料費用）=500元；而市場上進購一臺該類產品需20000元左右，每臺鉆機可節省成本20000-500=15000元，按照3臺鉆機同時開鉆計算，每年可節省設備成本15000*3=45000元；未將易損耗配件計算在內。

采用風力排渣結合該裝置可杜絕抱鉆、噴孔超限停工的影響時間，間接提高單機鉆進量。每臺鉆機每天預計至少可提高80m進尺，按照每年施工260天計算，煤孔單價為170元/m，一臺鉆機每年至少可節約成本80*260*170/10000=353.6萬元。

4.2 社會效益

鉆孔施工過程中產生的煤塵對施工人員的身體造成了危害，長期在這種環境下工作，對身體損壞巨大。本文所介紹的裝置對鉆孔施工過程中的煤塵起到了有效的控制作用，有益于工作人員的身心健康。

同時這種防塵裝置，能最大限度的減少打鉆期間噴出的瓦斯對現場施工安全的威脅，杜絕巷道后路瓦斯超限現象；有效解決了瓦斯超限問題，保障了生產安全。

采用風力排渣結合該裝置可杜絕后路塌孔、抱鉆、噴孔超限停工的影響時間，可提高單機鉆進量，提高抽采效果，從而提前完成鉆孔施工，縮短抽采達標所用時間，緩解礦井采掘銜接緊張的局面。

5 結論

近幾年隨著煤炭行業的高速發展，開采深度加深，地應力與瓦斯壓力不斷增大，煤與瓦斯突出礦井不斷增多，而采取順層鉆孔作為區域防突措施時，打鉆過程中的噴孔及煤塵則成為亟待解決的問題。而該裝置的研究與應用可有效解決這些問題，在施工順層抽排鉆孔的礦井有著很好的應用前景。

在施工順層鉆孔期間，該裝置的優點很多，但也有些缺點不容忽視。

（1）氣水分離器體積較大，占用空間較多。

（2）該裝置需敷設一趟低負壓管路用于抽出氣水分離器內的瓦斯混合氣體，若未敷設專用低負壓管路，則會降低抽放管負壓，對鉆孔抽放造成一定影響。