钻孔喷孔、除尘防护装置的研制与应用

杨忠胜

摘要：永贵能源新田煤矿在施工瓦斯抽采钻孔过程中，钻孔穿煤时用水打容易堵钻，施工至煤段时改用压风排渣施工工艺进行施工。新田煤矿瓦斯含量高，打钻时易引发高浓高压瓦斯喷出造成风流中瓦斯浓度超限，压风排渣施工造成煤尘到处漂浮。由此造成重大的安全隐患和影响钻进效率效果。通过安装使用自制的钻孔喷孔、除尘防护装置后，解决了这一问题。

关键词：钻孔喷孔；除尘防护装置；应用

1设计理念

在瓦斯预抽钻孔施工时，让抽采钻孔内喷出的高压力瓦涌流，不直接进入施工钻场，而通过专门定制加工的钻孔喷孔、除尘防护装置（封孔装置、喷孔防护装置），将喷出的高浓瓦斯直接引入到喷孔、除尘防护装置中，通过上面的DN40的短接与瓦斯抽放支管进行连接抽放。矿井瓦斯抽放管中，实现气（瓦斯）、水（打钻水）、渣（煤矸渣）的有效分离，为钻探施工工作创造良好的安全环境，同时增加钻孔深度（喷孔、頂钻），提高瓦斯抽放效果。

2钻孔封孔装置（封孔套管）

抽采钻孔封孔装置采用DN108mm的铁管进行加工，在DN108mm铁管尾端往前约200mm处焊接一个长度为300mm直径为76mm的丝短接（短接与套管之间的夹角为600）。采用马丽散进行封孔，利用迅速膨胀将封孔装置紧固在煤层孔壁上，把钻孔封闭严实，实现对瓦斯抽放钻孔的快速封堵。钻孔封孔装置见图。

3钻孔喷孔除尘装置的工作原理

采用3mm铁板，做一个约30Kg重的全封闭容器，在容器内的侧面上部，开设一个进料口（DN76mm）与钻孔喷孔封孔装置连接，另一侧面下部开设一个出渣口（半径150mm）和出水口（半径75mm），容器的顶部在开设一个出气短接（DN40mm）和19的截止阀及喷雾快接实现降尘并与矿井支管抽放系统连接。当钻孔施工时，高压力高浓度的瓦斯、钻孔水和煤、矸渣进入钻孔喷孔、除尘防护装置内，根据气、水、渣比重的不同，气态的瓦斯在容器上部的出气口，通过抽放管中的负压，直接进入抽放管中排出，而钻屑和水则从容器的出渣出水口流出，从而实现气、水、渣的分离。钻孔喷孔、除尘防护装置连接方法及工作原理见图。

4、井下试验

4.1试验地点：我们将试验地点选择在1#底板瓦斯抽放巷穿层钻场内，施工4#煤层穿层卸压抽放钻孔时，安装使用钻孔喷孔防护装置1套。在下风侧的回风流中，分别安设一台低浓瓦斯传感器，监测回风的瓦斯浓度。

4.2开孔

在施工瓦斯抽放钻孔时，采用Ф113mm钻头开孔开孔深度为1.5m，保证钻孔内壁平滑，便于封孔严密。

4.2.1封孔

拆卸钻杆后，把封孔套管插入孔口内，用马丽散将封孔套管封进Ф113开好孔的孔内保证不漏气。

4.2.2连接钻孔喷孔、除尘防护装置

当封孔完毕后，开动钻机把钻杆送入封孔套管中，然后用108的挡板螺丝与封孔套管连接，封孔套管上DN76短接与钻孔喷孔防护装置的连接装置

4.2.3使用钻孔喷孔、除尘防护装置穿煤

当钻孔穿煤时，打开钻孔喷孔、除尘防护装置上DN40的短接并与抽放支管进行连接，使这形成钻孔抽放负压。当有高压瓦斯喷出时，高压瓦斯、钻孔水和煤矸渣，通过连接装置上的三通，进入钻孔喷孔、除尘防护装置。由于物质比重的不同，水和钻屑就从气水分离器的低部流出，而高浓瓦斯则通过钻孔喷孔防护装置上部的出气口，进入抽放管中，实现了气、水、渣的分离，杜绝了在打孔穿煤时，高浓瓦斯进入工作面和回风流的现象及施工现场煤尘大现象。

5、试验效果

5.1钻孔穿煤时间、深度和穿煤量

在施工钻孔时安装钻孔喷孔、除尘防护装置，我们对使用喷孔、除尘防护装置前后的钻孔穿煤时间、穿煤深度和穿煤量进行了分析，经分析得出在使用钻孔喷孔防护装置后，钻孔穿煤时间、穿煤深度、穿煤量比未使用时增加。

5.2穿煤时钻场内和回风流瓦斯浓度

通过对使用钻孔喷孔、除尘防护装置前后的钻场内和回风流的瓦斯浓度进行对比分析，得出使用该装置后，钻孔在穿煤过程中（穿层钻孔），钻场内及回风流中的瓦斯浓度明显降低，保证了钻孔喷孔时钻场内瓦斯浓度不超过0.8%。

由此可见：在使用喷孔、除尘防护装置后，钻孔穿煤时喷出的高浓瓦斯，已经通过钻孔喷孔、除尘防护装置顺利进入矿井抽放管，钻场内瓦斯浓度不超限，保证了施工现场的安全施钻。

6、结论

⑴提高了施钻人员的安全系数。通过使用钻孔喷孔、除尘防护装置，使钻孔在穿过有喷孔严重的煤层时，能有效将钻孔内的高浓瓦斯，通过防护装置，进入矿井抽放系统，而不直接涌入施工钻场（钻场内的瓦斯浓度在0.25%～0.40%左右，远远低于1%），有效解决了钻孔在施工过程中，钻场内和回风流瓦斯超限危及施工人员生命安全这一重大安全隐患。

⑵提高了钻孔的穿煤效果（穿层钻孔）。试验证明，在施工瓦斯预抽钻孔时，安装使用钻孔喷孔、除尘防护装置后，可以延长穿煤时间，提高穿煤深度，最大限度延长穿煤深度， 大大提高了预抽钻孔的穿煤效果。

⑶提高了打钻工效。由于使用了钻孔喷孔防护装置，使打钻时钻场内的瓦斯不再超限，也不再因瓦斯超限而停工停产，从而提高了打钻效率，该防护装置具有一定的推广价值。

⑷本装置适用于打正、反向钻孔，倾角0～90？，开孔高度大于0.3m，对于下向孔还有待继续试验。

参考文献：

[1]穿层钻孔喷孔发生的突变机理及防喷孔措施[J].黄旭超，程丽，陈宴勤，王艳华.煤矿开采.2010（02）

[2]煤层钻孔喷孔的发生机理探讨[J].梁运培.煤矿安全.2007（10）endprint