焦聚博 解 強(qiáng) 楊明濤

(1.貴州盤江煤電(集團(tuán))公司松河礦，貴州六盤水 553536;2.中礦龍科能源科技(北京)有限公司，北京 100085)

防噴安全裝置在石門揭突出煤層中的應(yīng)用①

焦聚博1②解 強(qiáng)2楊明濤1

(1.貴州盤江煤電(集團(tuán))公司松河礦，貴州六盤水 553536;2.中礦龍科能源科技(北京)有限公司，北京 100085)

介紹了防噴安全裝置的原理、結(jié)構(gòu)及提高防噴效果的技術(shù)途徑。通過在松河礦1500運(yùn)輸石門揭煤抽放鉆孔施工中應(yīng)用防噴安全裝置進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了安全揭開具有嚴(yán)重突出危險(xiǎn)性的17#煤層，取得了較好的效果。

防噴安全裝置;石門揭煤;突出煤層

煤與瓦斯突出是煤礦生產(chǎn)過程中常發(fā)生的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一。石門揭突出危險(xiǎn)性煤層一般具有較大的危險(xiǎn)性，如何實(shí)現(xiàn)石門安全、順利地揭突出危險(xiǎn)性煤層，多年來進(jìn)行了試驗(yàn)研究和廣泛實(shí)踐，取得了一些較成熟的經(jīng)驗(yàn)，但是仍有許多問題沒有解決，其中一個(gè)難題就是施工鉆孔過程中出現(xiàn)強(qiáng)噴孔現(xiàn)象，造成瓦斯超限和煤渣傷人事故［1］。隨著防突技術(shù)的不斷發(fā)展以及設(shè)備的不斷改進(jìn)，防噴安全裝置成為一種在石門揭突出危險(xiǎn)煤層時(shí)有效的裝置。通過在松河礦具有強(qiáng)突出危險(xiǎn)性的17#煤層揭煤中的應(yīng)用，防噴安全裝置取得較好的效果，值得推廣。

1 防噴安全裝置原理分析

煤與瓦斯突出是發(fā)生在煤礦井下開采過程中一種復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象。目前對(duì)于突出機(jī)理還沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，其中綜合假說被廣泛采用，該理論認(rèn)為:(1)煤與瓦斯突出是地壓、高壓瓦斯、煤體的結(jié)構(gòu)性能等三個(gè)因素綜合作用的結(jié)果;(2)地壓破碎煤體是造成突出的首要原因，瓦斯是完成突出的主要能源;(3)煤的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度是制約和影響突出發(fā)生的一個(gè)重要因素［2］。基于這一理論，研制了防噴安全裝置，其作用原理就是通過“疏”和“堵”的方法，降低鉆孔煤層中瓦斯壓力和含量，使煤體內(nèi)的變形潛能得到釋放，從而起到減弱或消除煤與瓦斯突出引起噴孔的危險(xiǎn)性?！笆琛敝冈撗b置可以邊鉆邊抽，迅速抽出鉆孔內(nèi)逸出的瓦斯;“堵”指裝置在孔口有封口管和密封膠墊，有效防止沒有被及時(shí)抽走的瓦斯噴出。

防噴主要方法是在孔口處安裝一個(gè)防噴安全裝置，突出的煤、瓦斯和水順著鉆桿與鉆孔間的間隙流入其中，通過固有的傾斜分支進(jìn)入排煤、瓦斯和水膠管，瓦斯被抽走，煤和水進(jìn)入沉淀池［3］。鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)，破碎的煤(巖)粉在瓦斯壓力和水的共同作用下，通過封口管的支管引出，進(jìn)入汽水分離器內(nèi)，根據(jù)物質(zhì)存在的狀態(tài)、重力原理及相對(duì)分子質(zhì)量(瓦斯的相對(duì)密度比空氣輕)，經(jīng)過緩沖和分離作用，適當(dāng)調(diào)節(jié)抽放管路負(fù)壓，使瓦斯由分離器頂部被抽放管抽出進(jìn)行利用，而煤渣和水在重力的作用下沉入分離器底部，通過底部的管路排出進(jìn)入水溝，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分離。但考慮到瓦斯利用和更好的防止瓦斯超限事故，在封口管上用廢皮帶固定一個(gè)漏斗形防噴水包，在排渣(水)管尾部用廢皮帶固定一個(gè)彈性密封膠墊，在負(fù)壓的作用緊貼排渣管，在渣和水自重的作用下可以沖開一定的縫隙進(jìn)行排渣。

2 防噴安全裝置結(jié)構(gòu)

防噴安全裝置的結(jié)構(gòu)如圖1示，其主要部件包括:

1)封口管及密封膠墊。封口管起到鉆孔與防噴裝置連通通道作用，與孔內(nèi)套管間采用法蘭盤連接。鉆機(jī)的鉆桿通過連接部件穿入鉆孔封口套管后實(shí)施鉆進(jìn)，鉆桿與封口管間設(shè)密封膠墊密封。

2)漏斗型水包。作用是阻止打鉆過程中的煤渣和水噴出傷人，并起到一定的緩沖作用。水包用廢舊皮帶制作，不但原料來源豐富，而且可以節(jié)省材料費(fèi)。

3)汽水分離器。實(shí)現(xiàn)瓦斯煤與水分離的容器。在汽水分離器內(nèi)，根據(jù)物質(zhì)存在的狀態(tài)、重力原理及相對(duì)分子質(zhì)量(瓦斯的相對(duì)密度比空氣輕)，經(jīng)過緩沖和分離作用，適當(dāng)調(diào)節(jié)抽放管路負(fù)壓，使瓦斯由分離器頂部被抽放管抽出進(jìn)行利用，而煤渣和水在重力的作用下沉入分離器底部，通過底部的管路排出進(jìn)入水溝，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分離。

4)排渣管。起到放水排渣作用，端部有密封膠墊，以防止外部空氣進(jìn)入汽水分離器影響抽放效果。

5)負(fù)壓抽放管及抽放三通。抽放管與礦井抽放系統(tǒng)相連，能及時(shí)抽走打鉆過程中鉆孔內(nèi)釋放的瓦斯，防止孔內(nèi)瓦斯積聚形成噴孔。

圖1 防噴安全裝置示意圖

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 石門揭煤工程概況

本井田1+3～18號(hào)煤層瓦斯含量為0.74～12.91 ml/g·r，平均 8.19ml/g·r;27 ～32 號(hào)煤層為 0.5 ～7.53ml/g·r，平均 3.58ml/g·r。根據(jù)本井田可利用的28個(gè)瓦斯測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果并結(jié)合同一構(gòu)造單元鄰近的土城礦實(shí)際瓦斯情況，土城礦井與松河礦井相鄰且同屬一個(gè)構(gòu)造單元，1990年1月6日，垂深343m，12號(hào)煤層144運(yùn)輸石門發(fā)生一次放炮后延期突出，突出煤量306t。本井田屬高瓦斯礦井。

其中17#煤層平均厚度為6.3m，18#煤層平均厚度為3.4m，瓦斯含量高，屬易突出煤層。

類比該礦，本礦有煤與瓦斯突出的可能，鑒于此，礦井安全設(shè)施按有煤與瓦斯突出進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2 防噴效果分析

1)在1500運(yùn)輸石門揭18#、17#煤層過程中，未使用防噴安全裝置前施工的3個(gè)鉆孔均出現(xiàn)強(qiáng)烈的噴孔現(xiàn)象，造成瓦斯超限事故3起，通過使用和改進(jìn)噴孔防噴裝置后，共施工了146個(gè)穿層鉆孔，杜絕了因鉆孔噴孔導(dǎo)致瓦斯超限事故的發(fā)生。

2)防噴安全裝置的應(yīng)用，避免了因打鉆噴孔引起的卡鉆事故，鉆孔施工效率在原來的基礎(chǔ)上提高了2倍以上，保障了職工的操作安全;未使用防噴裝置前，一個(gè)小班不能完整的施工完一個(gè)鉆孔，且穿不透17#煤層;使用防噴裝置后，每個(gè)小班可以順利完成2-3個(gè)鉆孔，僅用了一個(gè)月時(shí)間就按照規(guī)定要求施工完146個(gè)鉆孔，比原計(jì)劃時(shí)間提前了一個(gè)月，僅工人工資一項(xiàng)就節(jié)約資金達(dá)1.8萬元。

3)由于在出現(xiàn)強(qiáng)烈噴孔時(shí)，密封墊能堵住80% 以上的空隙，細(xì)碎的煤塊積聚在孔口處并將三通管堵住，不必要求堵住100%的空隙。除可達(dá)到原防噴裝置對(duì)煤、水、氣的導(dǎo)向作用外，因增加了堵噴裝置，在出現(xiàn)強(qiáng)烈噴孔時(shí)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)堵噴。通過多次實(shí)驗(yàn)證明，改進(jìn)后的防噴裝置能夠完全實(shí)現(xiàn)將噴孔通道堵住。

3.3 提高防噴效果的技術(shù)途徑

1)鉆桿與封口管(外端)之間密封膠墊密封必須可靠。密封膠墊要有足夠的強(qiáng)度并要有很好的耐磨性，以便在施工時(shí)能起到很好的密封作用，防止高壓瓦斯和煤粉沿鉆桿噴出。鉆孔封孔套管的封孔材料可采用水泥漿或樹脂等物質(zhì)，長(zhǎng)度不小于3 m，必須確保有足夠的強(qiáng)度和氣密性［4］。

2)封口管與漏斗型水包之間應(yīng)采用活動(dòng)法蘭連接，便于調(diào)節(jié)鉆孔角度;連接部件的鉆桿串管前后對(duì)稱，均可與封孔套管連接;連接部件前后對(duì)稱，以便能夠調(diào)轉(zhuǎn)方向，使水包始終處于靠向巷道中心線的位置，因而在鉆場(chǎng)兩邊的鉆孔施工時(shí)互不影響。

3)汽水分離器尺寸要大小適中。一方面要考慮排渣需要不宜過小，另一方面又要考慮鉆場(chǎng)內(nèi)巷道空間限制不宜過大，一般來說，體積在0.2～0.3 m3左右為宜;分離器入口處管道斷面宜適當(dāng)加大，以防堵塞［5-6］。

4)汽水分離器內(nèi)壁、進(jìn)汽水管及排渣管內(nèi)壁表面必須保證光滑，以防止滯煤造成水包堵塞。副壓抽放三通的瓦斯出口應(yīng)設(shè)網(wǎng)以防止煤渣進(jìn)入礦井瓦斯抽放管路。

4 結(jié)語

防噴安全裝置充分利用物質(zhì)存在的三種狀態(tài)(氣、液、固)、重力原理及相對(duì)分子質(zhì)量計(jì)算，綜合考慮鉆機(jī)能力、推進(jìn)速度、水壓、鉆孔開孔位置和排渣等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過緩沖、分離作用、調(diào)節(jié)抽放管路負(fù)壓及自重作用實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分離，不僅可以解決打鉆期間存在的噴孔傷人安全隱患，而且還可以提高鉆進(jìn)效率，從而保證鉆孔的有效抽放時(shí)間和抽放效果，并提高回采工作面的效率，具有很好的推廣意義和使用價(jià)值。

［1］ 于不凡.煤礦瓦斯災(zāi)害防治與利用手冊(cè)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2005

［2］ 唐駿，田建良，王興.煤與瓦斯突出的機(jī)理及距離判別分析法［J］.煤礦現(xiàn)在化，2011(01)，54

［3］ 朱建安，申偉鵬，郭培紅.水力沖孔技術(shù)三通防噴裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)［J］.煤礦安全，2010(05)，22-24

［4］ 陳存強(qiáng)，宋慶堯，聶政.突出煤層打鉆防噴孔裝置［J］. 煤炭技術(shù)，2005，24(10):20

［5］ 林柏泉，崔恒信.礦井瓦斯防治理論與技術(shù)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1998

［6］ 郝彥斌，李義朝.突出煤層打深孔技術(shù)［J］.中州煤炭，2011，(03):42-43

Application of blowout control equipment on rock cross-cut coal uncovering

JIAO Jubo1，XIE Qiang2，YANG Mingtiao1

(1.Songhe Mine，Panjiang Coal Electricity Group Company，Liupanshui Guizhou 553536;2.Zhongkuang Longke Energy Science and Technology(Beijing)Company Ltd，Beijing 100085)

This paper introduced the working principle and constitution of blowout control equipment，and the technical approaches which improved the effect of blowout prevention was also presented.Songhe Mine made a series of drilling test research in 1500 rock cross-cut by using blowout control equipment.The results showed that the equipment could safely open up 17 coal seam with gas outburst and good effect was obtained.

blowout control equipment;rock cross-cut coal uncovering;outburst coal seam

TD713

A

1672-7169(2011)04-0011-03

2012-01-11

焦聚博(1978-)，男，河北石家莊人，大學(xué)畢業(yè)，貴州盤江煤電(集團(tuán))公司松河礦工程師，主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)及安全管理工作.