煤矿抽采钻孔除渣防尘装置的改进设计分析

梁秀龙

（吕梁市煤矿安全事务服务中心，山西 吕梁 033000）

引言

近几年，随着煤矿开采深度逐年提升，煤与瓦斯突出矿井实施区域大都通过瓦斯抽采的方式防突。当前较为流行的瓦斯抽采方式是钻孔方式，其原理是在钻孔的过程中通过抽采泵站进行压力的控制，通过产生的负压将瓦斯抽出，使得煤层瓦斯压力下降至合理范围内，降低煤层突出带来的安全隐患。吕梁某矿使用固定品牌的钻机，该品牌钻机采用光杆钻杆，光杆钻杆不适用于地质条件较为复杂的煤层，出现软分层面塌孔现象的概率较大。为了保证复杂煤层的成孔质量，使用矮螺纹钻杆进行替代，该类钻杆杆体使用地质钻杆，整体采用焊接的形式将螺旋叶片与杆体焊接而成，焊接位置由预应力缠绕平面决定。由于杆体和螺旋叶片之间尖细的存在，使得孔口装置难以实现密封，并且工作过程中灰尘容易进入其中，清理十分不便。因此，设计出一种钻孔除渣防尘装置，并通过试验检验了其性能，以期新设计的该装置能进一步得到推广应用，为煤矿提供安全高效的钻孔除渣防尘途径。

1 钻机结构

该类钻机组成部分如下：泵站、动力头、机架、立柱框架、操纵台以及钻具组成。其具体结构如图1 所示。

图1 钻机结构

2 原钻机孔口装置设计缺陷

1）钻杆与叶片间的间隙使得工作过程中煤岩渣粉尘等容易从缝隙进入，造成孔口装置难以实现密封，装置的防尘效果难以达到要求。

2）煤岩渣及粉尘采用防尘袋手机，单个防尘袋的收集量为200 kg，工作过程中煤岩渣产出量为20 kg/m，因此单个防尘袋只能负担10 m 的煤岩渣，装满后需要由施工人员搬运至输送带进而输送至地面[1-2]。

3）防尘袋同除渣口相连使得煤岩渣直接进入防尘袋中，难以判断钻孔处的煤岩状况。

4）穿煤作业过程中，出现钻孔喷孔的概率较高，喷孔处极易产生大量瓦斯，瓦斯随着煤岩渣进入防尘袋中，从防尘袋中泄漏而出堆积在巷道内，使得巷道内的瓦斯含量超标。

3 新型除渣防尘装置设计

3.1 装置采用组合式鼓型喷雾式孔口

在孔口装置除渣口后加设3 道皮带挡渣装置，使得煤岩渣和粉尘能够被有效拦截，提升孔口的密封性；螺纹自身的结构导致工作过程中会带出煤岩渣和粉尘，在前两道皮带挡渣装置间增设高压水喷头，遏制该阶段扬尘的出现；在后两道皮带挡渣装置间增设一个Φ40 mm 出渣口，使得螺纹带出的煤岩渣能够顺利排出，具体结构如下页图2 所示。

3.2 设计除渣桶

存储煤岩渣和粉尘，具体结构如下页图3 所示。除渣桶主要组成包括进渣口、出渣口、出气口、抽放口、观察窗、高压水喷头、挡渣钢板、储渣桶以及起吊吊环等。进渣口位于组合式孔口装置后方，通过软管与其除渣口相连；出气口位于除尘袋前方，二者通过软管相连，为了保证收集效果采用紧固钢带紧固；对于除渣桶的情况进行实时监测，煤岩渣即将装满时，将除渣桶内的煤岩渣倒入输送带，通过输送带将煤岩渣输送至地面[5-6]；除渣桶上方设置有观察装置，使得除渣桶内的情况能够得到实时观测，便于施工人员判断钻孔煤岩状况。抽放口通过球阀控制，在瓦斯含量到达既定值时开启抽放口排出瓦斯，保证瓦斯含量处于合理范围内；钻孔过程中，保证组合式孔口装置以及除渣桶内的供水闸阀的工作。除渣桶具体结构如图4 所示。除渣防尘装置具体结构如图5 所示。

图3 除渣桶设计结构图

图4 除渣桶实物结构图

图5 除渣防尘装置结构图

4 新型除渣防尘装置产生的效益

1）节约成本：当前单台钻机单日钻尺约130 m，如果采用防尘袋装渣，需要2 名施工人员，每10 m 耗费20 min 清渣；换成除渣桶后，需要1 名施工人员，每10 m 耗费2 名清渣。单次节约人工0.078 人，单日节约人工1.014 人，每台钻机每年节约人工370.11人，总计节约成本3.18 万元[7-8]。

2）经济效益：单日钻尺量提升15 m，全年提升5 475 m，总计提升效益8.21 万元[9-10]。

3）社会效益：应用该新型除渣防尘装置后，瓦斯抽采钻孔内的渣土以及粉尘不再需要人工进行清理，减少因清理渣尘而造成的人员伤亡事故，可更好地保障作业人员的人身安全，取得较好的社会效益。

5 结语

新型除渣防尘装置防尘效果较好，工作效率较高。单台除渣桶预计每年增效11.39 万元，具有推广的意义和价值。