楊 博

（華晉焦煤有限責任公司，山西 呂梁 033300）

0 引 言

瓦斯是煤礦安全的第一隱患，是造成煤礦較大及以上事故的主要災害，防范瓦斯超限是遏制瓦斯事故的關鍵環(huán)節(jié)和重要手段[1～2]。煤與瓦斯突出和按突出煤層管理的礦井應當嚴格落實2 個“四位一體”綜合防突措施和過程管控，嚴禁違規(guī)以順層抽采代替穿層抽采、以局部措施代替區(qū)域措施；建立完善突出預警機制，發(fā)現(xiàn)瓦斯涌出異常、超限，以及噴孔、頂鉆等動力現(xiàn)象時，必須立即停止作業(yè)、停電撤人、分析原因并采取有效治理措施[3～5]。發(fā)生瓦斯噴孔動力時，瓦斯涌出量驟增，使風流中瓦斯?jié)舛瘸?、高速噴出的瓦斯及水渣可能推翻設備、攜帶大量煤渣噴出傷人，嚴重時會引發(fā)煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸等誘發(fā)性重大事故[6～7]。因此，開展煤礦井下抽采打鉆全過程瓦斯防噴管理十分必要，通過采取有效管理手段和措施控制此類事故發(fā)生，防患于未然，對于保障礦井安全生產具有重要的現(xiàn)實意義。

1 打鉆防噴管理現(xiàn)狀

華晉公司沙曲一礦、二礦為煤與瓦斯突出礦井，吉寧、明珠為高瓦斯礦井。4 座礦井在日常防突、瓦斯治理期間向煤巖層施工鉆孔時，經常出現(xiàn)由于發(fā)生塌堵憋壓、穿透構造、防噴操作工序不合理、防噴管理不到位等原因，引發(fā)的瓦斯噴孔超限事故，也容易伴生瓦斯噴出動力災害發(fā)生的危險。華晉焦煤公司所屬4 座礦近5 年來發(fā)生的82 起超限報警事故：瓦斯超限、報警事故占71 起，一氧化碳報警事故占8 起，大面積停電、失電事故引起瓦斯超限事故占3起。后續(xù)對超限報警事故發(fā)生的經過、原因和防措施都進行了追查分析，經整理分析，有29 起瓦斯超限、報警事故由抽采打鉆噴孔所致，占比近41 %。深入剖析事故的深層次原因：抽采打鉆過程瓦斯防噴管理工作執(zhí)行不到位，給瓦斯噴孔超限提供了條件。

2 打鉆防噴管理中存在的問題

2.1 客觀面對的防噴條件

開采強度和深度的增加，瓦斯地質條件進一步復雜化。打鉆區(qū)域地質條件復雜、煤巖特性多變、煤層松軟極易造成塌孔、堵孔致使孔內瓦斯積聚、壓力異常升高引起噴孔；近距離煤層群開采，鄰近的煤巖層裂隙發(fā)育，富集水及游離態(tài)瓦斯，鉆孔施工時造成水與瓦斯噴出。

2.2 防噴措施在現(xiàn)場管理執(zhí)行中存在的缺陷

2.2.1 封孔質量、固管環(huán)節(jié)可能存在的致噴因素

1）打鉆防噴裝置封孔管封固質量環(huán)節(jié)，未達到2 MPa 帶壓注漿的壓力，未充分封堵裂隙；

2）注漿液的水灰配比沒有滿足配比標準和充分攪拌的要求；

3）封孔候凝時間不足，急于施鉆造成封孔質量強度下降；

4）封孔管、鉆桿安裝同心度及間隙不能滿足孔內順暢排渣要求造成堵孔噴孔；

5）封孔管或法蘭接頭未合為一體,噴孔時有噴脫孔口防噴裝置的風險。

2.2.2 防噴裝備和安全防護設施不完善可能存在的致噴因素

1）目前使用的打鉆防噴裝置、抽采連管存在容積小、結構不合理、材料強度低、連接不可靠等問題，難以有效防范高強度噴孔。

2）鉆孔施工過程中氣、水、渣不能做到有效分離，及時進行抽、排、清理，導致防噴裝備和安全防護設施功能失效。

3）發(fā)生噴孔時，鉆機不能及時停鉆，打鉆防噴裝置不能自動快速關閉閥門，加大負壓抽排孔內氣體和水渣分離。

4）防噴裝置設施強度低、體積大、笨重，而高強非輕便型、機械化水平低，影響鉆場有限空間內的安裝使用和布孔。

2.2.3 操作作業(yè)環(huán)節(jié)、過程管控中存在的致噴因素

1）水力排渣鉆進工藝存在對鉆孔周壁煤體沖刷破壞易導致塌孔、堵孔，存在誘發(fā)噴孔的缺陷。

2）打鉆抽采人員業(yè)務素質不高；打鉆施工存在操作不精細、觀察不細致、應對不及時，對于出現(xiàn)鉆機油壓異常、鉆進困難、煤巖變化等情況反應不靈敏，打鉆操作有單純追求進尺現(xiàn)象，有時打鉆及退鉆過程中隨意中斷或停滯易引起孔內瓦斯壓力升高。對現(xiàn)場出現(xiàn)的塌孔、瓦斯噴出等異常、突發(fā)情況的應急處置能力不強。

3）鉆孔通道沖洗除渣工序執(zhí)行不到位，造成鉆渣積淤堵孔，誘發(fā)噴孔。

4）瓦斯壓力較大及煤質松軟異常區(qū)域鉆孔施工、退鉆及連孔抽采各環(huán)節(jié)未連續(xù)作業(yè)，長時間間斷引起的塌孔和瓦斯積聚情況產生。

5）鉆孔軌跡不平滑，出現(xiàn)急彎、“鍋底”、“駝峰”、軌跡相互打穿、分支孔多等，形成存水孔段或間段存水孔段堵孔，誘發(fā)噴孔。

2.2.4 職工安全意識、技能素質、履職盡責方面存在的差距

1）瓦斯可防、可控的理念在部分人員心中未生根。

2）愛動腦、愛專研、勤動手的職工較少，創(chuàng)新性人才不足。

3）存在遇到難題避重就輕、有問題繞著走，留給其他人的現(xiàn)象。

3 研究解決方式

通過梳理，重點從防噴措施在現(xiàn)場管理執(zhí)行中存在的缺陷著手，打破技術壁壘，研究解決各項難題，形成一套成熟的打鉆防噴管理體系。

3.1 改進高強度封孔固管防噴技術及全面應用

3.1.1 推廣應用“兩堵一注”帶壓注漿封孔技術

礦井區(qū)域預抽鉆孔全部應用“兩堵一注”囊袋式帶壓注漿封孔工藝，封孔有效長度達到9 m 以上，封孔作業(yè)過程中，控制水灰比、混凝材料計量及攪拌質量，出漿口壓力控制在2 MPa，充分封堵裂隙，實現(xiàn)帶壓式密封。具體封孔結構見圖1。

圖1 “兩堵一注”囊袋式帶壓注漿封孔示意圖

3.1.2 實現(xiàn)封孔固管和孔口防噴多通裝置封固一體化

采取“先封后鉆、邊鉆邊抽”防噴措施的鉆孔全部實現(xiàn)封孔固管和孔口防噴多通裝置法蘭緊固一體化，有效控制孔口防噴裝置噴脫的風險。具體四孔管與四通一體化結構見圖2 所示。

圖2 四孔管與四通一體化結構示意圖

3.1.3 增大封孔管及連接管直徑

按照鉆孔孔徑和鉆桿尺寸要求，合理選用大管徑封孔管，定向鉆孔封孔管內徑至少為125 mm,保證鉆桿和封孔管間隙、提升出渣效果，堅持標準化聯(lián)孔工藝，增大連接管的直徑，保證孔道和抽采通道順暢。

3.2 開發(fā)噴孔應急收集裝置及推廣應用

3.2.1 強化孔口密封質量

定向鉆機推廣應用孔口防噴盤根密封填料裝置、回轉式普鉆推廣應用彈性滾輪式孔口緩沖釋壓密封裝置（見圖3），減小鉆桿和孔口多路防噴裝置之間的軸向間隙，有效節(jié)流控制帶壓噴孔瓦斯，提升密封效果。

圖3 彈性滾輪式孔口緩沖釋壓密封裝置

3.2.2 改進孔口防噴導流四通裝置

深孔定向鉆進在孔口防噴四通裝置和孔口管之間再增加一節(jié)快速聯(lián)孔抽采四通，方便鉆孔施工完畢后及時開啟負壓抽采，防止聯(lián)孔環(huán)節(jié)出現(xiàn)中斷負壓操作，加強全過程對孔內瓦斯的控制。

3.3 健全打鉆視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)全過程管控

1）健全打鉆視頻監(jiān)控系統(tǒng)。所有區(qū)域預抽鉆孔施工地點實現(xiàn)“一鉆一視頻”，對開鉆、封孔注漿、防噴裝置使用、起鉆、收尺、下套管、驗收等所有環(huán)節(jié)，做到全過程監(jiān)控監(jiān)督。

2）合理調控鉆進速度。鉆孔鉆進過程中，鉆機司機隨時根據地質情況、孔內瓦斯情況、孔內返水返渣情況，調控鉆進速度，高效處理噴孔、塌孔、堵孔、卡鉆等問題。

3）軌跡精準控制。通過管理技術人員對鉆孔數據分析、對操作司機培訓、日常監(jiān)督指導打鉆，提升鉆機操作技能水平，做到精準控制定向鉆孔軌跡。所施工鉆孔軌跡趨于平滑，避免出現(xiàn)急彎、“鍋底”、“駝峰”，選擇分支點位置合適，盡量使上行孔不形成存水孔段，下行孔不形成間段存水孔段，減少堵孔誘發(fā)噴孔的風險。

4）洗孔除渣環(huán)節(jié)考核。通過視頻監(jiān)控、過程監(jiān)督、制度考核、結果導向、效果考察等管理方式手段，強化鉆孔洗孔除渣環(huán)節(jié)，防范鉆孔通道沖洗除渣工序執(zhí)行不到位，造成鉆渣積淤堵孔誘發(fā)噴孔。

3.4 開發(fā)過鉆進異常區(qū)定點護孔技術及應用

開發(fā)定向長鉆孔定點分段式防塌孔護壁裝置，在鉆孔指定塌孔位置段形成孔內架搭橋，不僅解決定向長鉆孔過應力區(qū)、松軟破碎帶時需全程下護孔套管材料成本高、下管難、工程量大、工序復雜的難題，而且解決堵孔引發(fā)的噴孔問題。具體定向長鉆孔定點分段式防塌孔護壁裝置結構見圖4 所示。

圖4 定向長鉆孔定點分段式防塌孔護壁裝置結構

3.5 完成被動防噴裝置持續(xù)改進及應用

1）防噴收集裝置擴容。根據鉆孔施工區(qū)域瓦斯地質、鉆孔設計、瓦斯壓力等因素，合理選擇防噴裝置規(guī)格參數，開發(fā)可擴容孔口防噴裝置、氣水渣分離器和瓦斯緩沖釋壓抽采囊袋裝置，并規(guī)范安裝使用，提升打鉆防噴孔能力。具體現(xiàn)場布置如圖5 所示。

圖5 防噴收集裝置布置示意圖

2）鉆桿防逆流。推廣應用防噴、防逆流鉆桿，防范拆卸鉆桿和送水器過程中，發(fā)生憋噴孔。具體單行防逆流、、防逆流鉆桿結構見圖6 所示。

圖6 單行防逆流、防逆流鉆桿結構示意圖

3）防噴裝置應急聯(lián)動。改進目前定向鉆機氣水渣分離裝置負壓抽氣管、排渣口手動閘閥控制方式，實現(xiàn)氣動聯(lián)鎖方式快速啟閉和高負壓放水排渣，閘閥開啟情況根據孔內瓦斯大小來控制，提升噴孔應急處置能力。氣動閥設置在防噴裝置新增的趟負壓管側，負壓管直接與瓦斯主管路連接，控制開關處安設在鉆機操作臺處，當鉆機司機發(fā)現(xiàn)有瓦斯噴孔預兆時，在第一時間開啟氣動閥門，孔口防噴裝置中急速涌出的瓦斯可直接進入到主管路，從而大大降低了瓦斯向空間涌出的風險，增加施鉆作業(yè)的安全系數。

圖7 氣水渣分離器連接示意圖

3.6 健全技術體系，完善管理制度

1）健全完善礦井瓦斯“零超限”目標管理制度。充分發(fā)揮績效考核的杠桿作用，從科研創(chuàng)新、現(xiàn)場管理等方面鼓勵職工積極動腦，針對防范瓦斯超限進行持續(xù)改進，從制度管理方面定目標、定考核、定管理辦法。從政策上防范瓦斯超限，從而使廣大職工心中有目標，思想有認識，行動有方向。

2）健全煤礦井下抽采打鉆全過程瓦斯防噴管理制度。按照“地質先行、科學設計、分類分級、全員重視、精細管理、規(guī)范操作、嚴格問責、持續(xù)攻關”的原則要求，健全煤礦井下抽采打鉆全過程瓦斯防噴管理制度，并以文件形式下發(fā)，嚴格遵照執(zhí)行。

4 結 論

通過對打鉆全過程進行管理，改進封孔強度、推廣封孔固管和孔口防噴多通裝置法蘭緊固一體化技術、增大封孔管及連接管直徑、開發(fā)應用孔口防噴盤根密封填料裝置及彈性滾輪式孔口緩沖釋壓密封裝置、開發(fā)定向長鉆孔定點分段式防塌孔護壁裝置、改造被動防護裝置等，形成了一套完善的抽采打鉆全過程瓦斯防噴管理體系，從根本上杜絕了打鉆瓦斯事故發(fā)生。