丁德才，劉國慶

(河南龍宇能源股份有限公司 陳四樓煤礦，河南 永城 476600)

目前，煤礦多采用復(fù)合指標(biāo)法預(yù)測煤巷掘工作面和采煤工作面突出危險性[1-3]，該方法使用CWY30型鉆孔瓦斯涌出初速度測定器[4，5]直接測定采掘工作面煤層鉆孔瓦斯涌出初速度指標(biāo)。施工驗(yàn)證鉆孔時，其鉆孔應(yīng)當(dāng)多布置于煤層軟分層之中，而軟分層具有煤質(zhì)松軟、層理紊亂、原生結(jié)構(gòu)遭嚴(yán)重破壞、呈層狀或透鏡狀分布特征[6-8]。然而，布置于軟分層中的鉆孔成形差、易落煤粉致其堵塞、易塌孔，從而引起測量鉆孔瓦斯涌出初速度測定器的測量桿(氣室、封孔器、中間桿等)被煤粉掩埋，致使測量儀器被損壞，甚至整套測量儀器報廢，進(jìn)而增加測量儀器損耗，加大了煤礦瓦斯治理成本投入[9-13]。此外，在工作面回采與掘進(jìn)割煤期間，被掩埋而廢棄的測量桿長期置于煤體內(nèi)，也實(shí)為潛在的安全隱患 。

1 區(qū)域驗(yàn)證鉆孔及測量儀器布置情況

陳四樓煤礦2515綜采工作面位于南翼五采區(qū)，煤層厚為1.8～3.5m，煤層傾角為3°～15°，煤層結(jié)構(gòu)簡單，工作面走向長1115～1208m，傾斜長119～195m，煤質(zhì)硬度適中。在礦井生產(chǎn)中采用復(fù)合指標(biāo)法對采掘工作面進(jìn)行突出危險性預(yù)測，應(yīng)沿著采煤工作面每隔10～15m布置一個預(yù)測鉆孔，孔深為5～10m。測量儀器置于區(qū)域驗(yàn)證鉆孔內(nèi)，通過氣筒向封孔器內(nèi)注入空氣以實(shí)現(xiàn)測量室的封閉[7，14]。測量儀器與驗(yàn)證鉆孔間相對位置關(guān)系如圖1所示。在地質(zhì)構(gòu)造帶影響范圍，區(qū)域驗(yàn)證鉆孔成形差，易塌孔，致使測量儀器頻繁地被掩埋在煤體中。

圖1 測量儀器與驗(yàn)證鉆孔間相對位置關(guān)系

2 區(qū)域驗(yàn)證鉆孔坍塌狀態(tài)及影響因素

2.1 區(qū)域驗(yàn)證鉆孔坍塌狀態(tài)

采掘工作面在區(qū)域驗(yàn)證施工鉆孔過程中，受多種內(nèi)外力作用，導(dǎo)致驗(yàn)證鉆孔坍塌。據(jù)現(xiàn)場施工鉆孔效果分析，可知驗(yàn)證鉆孔坍塌可分全孔坍塌、單一位置坍塌、組合式坍塌三種形式。驗(yàn)證鉆孔坍塌狀態(tài)如圖2所示。其中，單一位置坍塌包括孔口坍塌、孔中坍塌、孔端坍塌；組合式坍塌包括孔口與孔中坍塌、孔口與孔端坍塌、孔中與孔端坍塌。驗(yàn)證鉆孔坍塌位置不同，處理的難度系數(shù)則不一，對測量儀器的損壞也不同。

圖2 驗(yàn)證鉆孔坍塌狀態(tài)

2.2 區(qū)域驗(yàn)證鉆孔坍塌影響因素

1)礦用麻花鉆桿連接處松動或鉆桿彎曲，造成鉆桿顫動，擺幅擴(kuò)展，致使驗(yàn)證鉆孔內(nèi)徑增大造成塌孔。

2)防突工對鉆機(jī)把持不牢靠，使鉆桿呈波狀旋轉(zhuǎn)，引起塌孔。

3)施工鉆孔過程中，麻花鉆桿往返推拉次數(shù)過多，致使煤體結(jié)構(gòu)性破壞程度不一，而造成塌孔。

4)煤體受構(gòu)造影響，煤體自身松軟破碎，成孔效果差，而致使塌孔。

3 驗(yàn)證鉆孔坍塌處理裝置應(yīng)用

根據(jù)驗(yàn)證鉆孔各類坍塌狀態(tài)，研制出采掘工作面驗(yàn)證鉆孔坍塌處理裝置，通過該裝置將被掩埋的測量儀器從煤體中完整取出，降低損壞率。

3.1 坍塌驗(yàn)證孔處理裝置結(jié)構(gòu)組成

1)采掘工作面驗(yàn)證鉆孔坍塌處理裝置結(jié)構(gòu)包括直角桿、緩沖式擋煤器(包括緩沖彈簧、凹槽式擋煤板等)、控制閥(其規(guī)格為?19mm)、高壓風(fēng)管(其規(guī)格分別為?19mm×3000mm與?19mm×5000mm各2根，其中1根備用)。采掘工作面驗(yàn)證鉆孔坍塌處理裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 采掘工作面驗(yàn)證鉆孔坍塌處理裝置結(jié)構(gòu)

2)輔助構(gòu)件：安全鏈、防護(hù)手套、護(hù)目鏡等。

3.2 驗(yàn)證鉆孔坍塌處理裝置操作流程

1)采掘工作面施工區(qū)域驗(yàn)證鉆孔期間，出現(xiàn)測量桿(氣室、封孔器)被煤粉掩埋情況時，現(xiàn)場防突工及輔助施工人員，立即停止驗(yàn)證鉆孔的施工，戴好防護(hù)手套與護(hù)目鏡，保持著裝整齊，并準(zhǔn)備好驗(yàn)證鉆孔坍塌處理裝置，確保其完好及可靠。

2)先取下CWY30型鉆孔瓦斯涌出初速度測定器、測量桿尾桿及鉆孔孔口外部暴露的中間桿，并卸掉連接封孔器的壓力表，釋放封孔器中空氣，保持鉆孔內(nèi)外氣壓平衡。

3)采用人工方法處理：現(xiàn)場其他人員與防突工處理驗(yàn)證鉆孔位置保持一定的安全距離，由現(xiàn)場防突工徒手反復(fù)推拉測量儀器桿體，致其在煤粉內(nèi)松動，直至將其從鉆孔中取出。

4)若人工方法處理未奏效，即刻采用驗(yàn)證鉆孔坍塌處理裝置進(jìn)行處理。處理操作如下：①先疏散驗(yàn)證鉆孔周圍閑散人員，保持一定的安全距離；②防突工將該裝置的直角桿與鉆孔孔口中間桿連接，并把緩沖式擋煤器對準(zhǔn)孔口，然后，通過安全鏈將該裝置固定于附近的液壓支架或其他牢固的位置，確保固定牢靠；③連接高壓風(fēng)管與控制閥，由防突工手持直角桿，并緩緩地打開控制閥，向驗(yàn)證鉆孔內(nèi)注入空氣，以增強(qiáng)鉆孔內(nèi)被掩埋處里段氣壓，再緩慢地往返推拉測量桿；④反復(fù)地操作步驟③，通過鉆孔內(nèi)氣壓作用將堵塞的煤粉部分吹出，致鉆孔內(nèi)測量儀器桿體松動；⑤關(guān)閉控制閥，停止注入高壓風(fēng)，由防突工往返推拉測量儀器桿體，拖出鉆孔內(nèi)煤粉，直至將測量桿從鉆孔中取出。

5)由防突工檢查被掩埋的測量儀器桿體、氣室及封孔器的完好情況。若測量儀器部件被損壞，需及時更換，而后繼續(xù)進(jìn)行鉆孔瓦斯涌出初速度指標(biāo)值的測定工作。采掘工作面驗(yàn)證鉆孔坍塌處理效果如圖4所示。

圖4 采掘工作面驗(yàn)證鉆孔坍塌處理效果

3.3 應(yīng)用效果分析

1)提高了處理驗(yàn)證鉆孔坍塌處理的安全性。采掘工作面驗(yàn)證鉆孔坍塌處理裝置在區(qū)域驗(yàn)證工作中使用，彌補(bǔ)了區(qū)域驗(yàn)證工作的不足，保證了工序?qū)嵤┑陌踩?。對采掘工作面割煤而言，被掩埋而廢棄的測量儀器桿體長期置于煤體內(nèi)實(shí)為潛在的安全隱患[15-18]，該裝置則有效地消除了諸類潛在的安全隱患，也保障了現(xiàn)場施工人員的人身安全。

2)減少了測量儀器損耗，降低了瓦斯治理成本投入。相較傳統(tǒng)的處理工序而言，該裝置的投入使用有效地減少了因驗(yàn)證鉆孔坍塌而掩埋測量儀器的損耗數(shù)量，也降低了礦井瓦斯治理投入成本[19，20]。

4 結(jié) 論

1)采掘工作面驗(yàn)證鉆孔坍塌處理技術(shù)與理論的缺陷，致使在區(qū)域驗(yàn)證期間頻繁地?fù)p耗測量儀器，而以緩沖式擋煤器、高壓風(fēng)為主的處理裝置應(yīng)用有效地優(yōu)化了該項(xiàng)處理工序，也為相關(guān)技術(shù)與理論的完善奠定了基礎(chǔ)。

2)采煤工作面驗(yàn)證鉆孔坍塌處理裝置的研制基于2515綜采工作面區(qū)域驗(yàn)證工序?qū)嵤┲写嬖诘膶?shí)際操作難題，旨在解決現(xiàn)場實(shí)際問題，展現(xiàn)出顯著的實(shí)用效果，也為現(xiàn)場施工人員的人身安全提供了有效的保障，具有一定的推廣使用價值。