一種煤礦抽采鉆孔除渣防塵裝置設計與應用

孫 文 光

（兗礦貴州能化有限公司大方煤業小屯煤礦，貴州 畢節 551700）

關鍵字：除渣防塵裝置；瓦斯抽采；煤巖渣；除渣桶

隨著煤礦開采深度的增加，瓦斯抽采成為煤與瓦斯突出礦井實施區域防突的主要措施之一。目前多數企業采用鉆孔方式進行瓦斯抽采，利用抽采泵站提供的負壓將鉆孔內的瓦斯抽采出煤層，從而達到降低煤層瓦斯壓力的目的，使煤層的突出危險性降低甚至消除[1-2]。大方煤業小屯煤礦廣泛使用某品牌鉆機[3]，該鉆機配套鉆桿為光桿鉆桿，碰到地質條件復雜多變的煤層鉆孔施工時，經常遇到軟分層而出現鉆孔塌孔現象。為提高鉆孔成孔率，將光桿鉆桿更換為矮螺紋鉆桿，該鉆桿以地質鉆桿為桿體，經預應力纏繞平面螺旋葉片焊接而成。該鉆桿因桿體與螺旋葉片之間存在縫隙，導致孔口裝置無法起到密封作用，不僅影響防塵效果，也為清理增加了困難。

1 鉆機結構

該品牌鉆機主要由泵站、動力頭、機架、立柱框架、操縱臺和鉆具組成[3]。鉆機整體結構如圖1 所示。

圖1 鉆機結構

2 原鉆機孔口裝置設計缺陷

1）采用矮螺紋鉆桿鉆孔施工時，煤巖渣及粉塵將從鉆桿縫隙中吹出，原有孔口裝置與鉆桿之間無法起到密封作用，使得孔口防塵效果較差。

2）采用防塵袋收集煤巖渣及粉塵，鉆孔施工時，每米將產生大約20 kg 煤巖渣，每10 m 即可裝滿1 袋，由2 名人員轉移至輸送帶旁，并經輸送帶輸送至地面。

3）鉆孔施工過程中產生的煤巖渣經除渣口直接進入到防塵袋，無法判別鉆孔煤巖情況。

4）進行穿煤作業時，極易發生鉆孔噴孔事故，將產生大量瓦斯，隨煤巖渣進入防塵袋中。因防塵袋密封性較差，瓦斯從中泄露后在巷道中積累，造成瓦斯超限。

3 新型除渣防塵裝置設計

為提高防塵效果，設計了新型除渣防塵裝置：

1）設計組合式鼓型噴霧式孔口裝置（以下簡稱為組合式孔口裝置）。

在原有孔口裝置除渣口后方增加3 道皮帶擋渣裝置，提高鉆桿與孔口裝置之間密封性，阻止煤巖渣與粉塵通過鉆桿帶出；因鉆桿為螺紋型，煤巖渣與粉塵會摻雜到螺紋中隨之帶出，在第1 道與第2 道皮帶擋渣裝置之間安裝高壓水噴頭，可將進入此段中的粉塵與水霧吸附，達到抑制揚塵的目的；在孔口裝置尾部即第 2 道與第3 道皮帶擋渣裝置之間增加φ40 mm 出渣口，螺紋帶出的煤巖渣可通過該出渣口排出，如圖2 所示。

圖2 組合式鼓型噴霧式孔口裝置

2）設計除渣桶。用于收集煤巖渣及粉塵，設計結構圖如圖3 所示。除渣桶由進渣口、出渣口、出氣口、抽放口、觀察窗、高壓水噴頭、擋渣鋼板、儲渣桶、起吊吊環等組成。其中，進渣口通過軟管與組合式孔口裝置除渣口連接；出氣口通過軟管與除塵袋連接，使用緊固鋼帶緊固；當除渣桶內煤巖渣含量接近擋渣鋼板時，起吊除渣桶至輸送帶上方，打開出渣口，煤巖渣通過輸送帶傳送至地面上；除渣桶上方開出觀察窗，由鋼化玻璃及觀察孔組成，配合高壓水噴頭，方便于施工人員判別鉆孔煤巖情況；當除渣桶內瓦斯含量達到一定壓力后，頂開球閥，通過抽放口排除，防止瓦斯超限；鉆孔施工時，打開組合式孔口裝置及除渣桶內的供水閘閥（注意：供水閘閥嚴禁打開過大或過小，水量僅需滿足孔口降塵和沖刷除渣桶觀察口即可，施工過程中應及時調整）。除渣桶實物結構圖如圖4 所示。

圖3 除渣桶設計結構圖

圖4 除渣桶實物結構圖

除渣防塵裝置結構總圖如圖5 所示。

圖5 除渣防塵裝置結構總圖

4 新型除渣防塵裝置產生的效益

1）節約成本：現每臺鉆機平均每天施工鉆尺約130 m，使用防塵袋裝渣，每施工10 m 就需清渣1 次，每次清渣需2 個人用20 min；使用除渣桶后，僅需1人用2 min。每次節約人工0.078 人，每天可節約人工1.014 人，每臺鉆機每年可節約人工370.11 人，以人工成本86 元計算，累計節省人工費用3.18 萬元；

2）經濟效益：每天約增加鉆尺15 m，全年增加鉆尺5 475 m，按照鉆尺每米15 元計算，累計增加鉆尺效益8.21 萬元。

5 結束語

新型除渣防塵裝置可極大地提高勞動效率，減輕粉塵危害。每臺除渣桶預計每年為企業增效11.39 萬元，具有相當廣泛的推廣價值。