突出煤层钻孔施工防喷装置的研制与应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 突出煤层钻孔施工防喷装置的研制 与应用 摘要：瓦斯喷孔是高瓦斯突出矿 井普遍存在的一种瓦斯事故。为了解决 突出煤层因瓦斯压力大、含量高在钻孔 施工时容易发生喷孔造成瓦斯超限甚至 发生喷孔伤人事故，设计了一种钻孔施 工防喷装置。该装置包括固孔管、孔口 多通装置、气水分离装置、储煤装置四 部分组成。钻孔内出来的高浓度瓦斯、 水和渣进入气水分离装置，经气水分离 装置的分离，高浓度瓦斯进入抽采管路， 水和渣经气水分离装置的排水除渣口排 出进入储煤装置，在储煤装置内，残余 瓦斯再次被抽走，水和煤被排出，实现 气、水、渣的有效分离。在陶二煤矿 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 2217 下底板岩巷采用该装置后，钻孔施 工过程中基本实现了瓦斯零超限，保证 了安全生产。 中国论文网 /4/view-12743771.htm 关键词：防喷装置 瓦斯喷孔 突 出煤层 钻孔施工 煤矿瓦斯事故是高瓦斯突出矿井 普遍存在的一种灾害。目前，瓦斯治理 的主要措施是施工钻孔抽采煤层瓦斯。 但是，在瓦斯抽采钻孔施工过程中，由 于地应力高、瓦斯压力大、煤质松软， 极易发生钻孔突出事故。钻孔突出可分 为 2 种类型，一是由于打钻而诱发了工 作面煤与瓦斯突出，二是钻孔基本保持 完好的钻孔喷孔1。资料显示，90%以 上的钻孔突出属于钻孔喷孔2-4。钻孔 喷孔现象一般持续时间较长，钻孔施工 过程中，往往会发生多次喷孔，使作业 地点瓦斯超限，影响施工进度，严重时 可能会危及现场施工人员的人身安全。 对于钻孔喷孔目前尚没有一种有效的预 防方法，只能在孔口安装防喷装置进行 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 控制钻孔喷孔造成的危害。 因此，研制突出煤层钻孔施工防 喷装置对于矿井钻孔安全施工、提高钻 孔施工速度、保证安全生产具有重要意 义。 陶二煤矿属于煤与瓦斯突出矿井， 矿井设计生产能力 125 万 t/a，矿井主采 煤层 2#煤层为突出煤层，平均厚度 3.5m，属于可以抽出煤层，煤层最大瓦 斯含量为 13.1m3/t，最大瓦斯压力为 1.51MPa。钻孔施工期间有喷孔、卡钻 等动力现象，煤层瓦斯具有自喷能力。 瓦斯喷孔事故经常造成瓦斯超限，影响 安全生产。虽然未造成人员伤亡，但是 作为一种安全隐患，严重影响巷道掘进 速度。 为了解决打钻过程中钻孔喷孔问 题，经过不断的摸索和现场试验，形成 了一套适合矿井实际的钻孔施工防喷装 置。 1 打钻喷孔及防喷原理 打钻喷孔是一种瓦斯动力现象， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 主要受到地应力、瓦斯压力和煤岩体物 理力学性质的综合作用。一些煤矿地应 力高、煤质松软，钻孔钻进到煤层后， 就会破碎煤体，当煤体破碎后就会以较 快的速度进行解吸，流入到钻孔中的瓦 斯随之增加，使得前后出现较大的瓦斯 梯度，并出现较为明显的瓦斯激流，进 而对煤体产生粉化作用。由于钻杆与孔 壁间空隙较小，粉化的煤屑和瓦斯不能 顺利排出，从而进一步增加瓦斯压力梯 度，再加上外部排钻屑水（风）压的作 用，就会出现煤与瓦斯气体从孔内突然 涌出的现象，即喷孔。因此，必须采取 措施进行处理，否则，喷出的煤粉和瓦 斯就回进入巷道空间，危及人身安全， 造成瓦斯超限事故。 在安装孔口防喷装置后，在瓦斯 压力和水（风）压的共同作用下，煤粉 和瓦斯气体进入孔口多通装置，然后进 入到气水分离装置，煤粉在重力作用下， 通过气水分离装置的排水除渣口排出， 在抽采负压作用下，瓦斯气体被抽入矿 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 井抽采系统，避免了瓦斯气体逸散到工 作空间，导致瓦斯超限，危及安全生产。 2 防喷装置结构 防喷装置主要包括固孔管、孔口 多通装置、气水分离装置、储煤装置四 部分，如图 1 所示。 1钻孔；2固孔管； 3钻杆；4孔口多通装置； 5储煤装置；6钻机；7气 水分离装置；8抽采软管；9抽 采管路。 图 1 防喷装置示意图 固孔管：固孔管用于保持钻孔 孔口 2m 段成型完好，防止孔口塌孔， 同时固孔管上安装法兰盘，用于连接孔 口多通装置。 孔口多通装置：中心为一钻杆 通道，前后各安装一个法兰盘，前端法 兰盘用于连接固孔管，后端法兰盘用于 安装带空心的胶垫，空心直径与钻杆直 径一致。上部为抽采瓦斯出气口，出气 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 口安装有过滤网，下部为落煤口，如图 2 所示。 1瓦斯出气口；2钻杆通 道；3，4法兰盘；5落煤口； 6过滤网。 图 2 孔口多通装置 气水分离装置：包括上部的气 水分离箱和下部的集水箱。气水分离箱 由若干个进气口和一个带阀门的出气口， 瓦斯和水进入气水分离装置后，经挡板 阻挡和过滤网的过滤，瓦斯气体经出气 口进入抽采系统，水在重力作用下进入 集水箱。集水箱上下各有一个蝶阀，正 常工作时上部蝶阀打开，下部蝶阀关闭， 气水分离箱和集水箱相通。在放水时， 关闭上部蝶阀，将气水分离箱和集水箱 隔开，打开下部蝶阀放水。放水完成后， 再次关闭下部蝶阀，打开上部蝶阀，如 此反复进行气水分离工作，如图 3 所示。 1带阀门 51mm 直通； 251mm 直通；3盲板；4 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 过滤网；5挡板；61 号蝶阀； 72 号蝶阀；8气水分离箱； 9集水箱。 图 3 气水分离装置 储煤装置：从孔口落煤口落下 的煤和水在该装置内储存，该装置内的 瓦斯气体由出气口进入气水分离装置， 水和煤经放煤口放出，在沉淀池内沉淀 后清理出去。 3 防喷装置安装工艺流程 3.1 安设钻机 根据钻孔设计参数及开孔位置， 安设好钻机，并采取相应措施，使钻机 稳定，避免打钻过程中钻机移动。 3.2 开孔 钻机安设好以后，根据钻孔设计 参数及开孔位置，用 127mm 的取芯钻 头施工 2m，退出钻杆，然后下入 2m 长直径 108mm 的固孔管，外露 150mm，在固孔管与孔壁之间用麻绳堵 住，并用聚氨酯浇注麻绳将固孔管密封 牢固。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 3.3 防喷装置的安装 固孔管密封牢固以后，在固孔 管上安装一空心法兰盘。将孔口多通装 置前端的法兰盘与固孔管上的法兰盘用 螺丝连接。 将钻杆穿过空心胶垫，然后安 装钻头，钻头安装后，将钻杆送入孔内， 同时将胶垫用螺丝与孔口多通装置后端 的法兰盘连接严密。 将孔口 多通装置的出气口与气水分离装置的进 气口用 51mm 抽放软管相连接，将孔口 多通装置的落煤口与储煤装置相连接。 将气水分离装置和储煤装置的 出气口分别用 51mm 抽采软管与抽采管 路相连接，经气水分离后的瓦斯进入抽 采管路内。 打开气水分离装置和储煤装置 出气口上的阀门，形成抽采系统，根据 现场施工情况及瓦斯变化，通过阀门调 节抽采负压。 4 现场应用效果 陶二煤矿属于突出矿井，根据文 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 献5，-711 水平首采区南翼位于突出危 险区内，工作面瓦斯治理采用底板岩巷 施工穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区 域防突措施。在 2217 下底板岩巷第一 超前探钻场内施工穿层钻孔控制 2#煤煤 层层位时，由于煤层瓦斯压力大、瓦斯 含量高煤岩体存在导通的裂隙，在钻孔 即将见煤时发生了钻孔喷孔事故，造成 了瓦斯超限，影响了安全生产。 此后，经过不断的摸索和研究， 在原有防喷装置的基础上改进得到了目 前使用的防喷装置。经过改进后的防喷 装置大大提高了钻孔防喷效果。在 2217 下底板岩巷第二抽采钻场穿层预抽钻孔 施工过程中，由于较好的使用防喷装置， 钻场内的瓦斯浓度一直保持在 0.5%以 下，回风瓦斯浓度一直在 0.3%以下， 杜绝了瓦斯超限事故。钻孔施工速度较 以前有了大幅度提高，由于瓦斯影响， 以前施工一个钻孔大约需要一个班以上 的时间，而使用该防喷装置以后，第二 钻场抽采钻孔的施工速度达到了以前的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 两倍以上，一班可以施工两个钻孔，进 尺最大可达到每班 60m 以上，是以前的 22.5 倍，效果十分显著。 5 结论 钻孔施工防喷装置由固孔管、 孔口多通装置、气水分离装置和储煤装 置四部分组成。可以将钻孔出来气水煤 在进入抽采系统之前实现有效分离，使 瓦斯进入抽采系统，水和煤被分离出来。 钻孔施工防喷装置可以提高工 作人员的安全系数，在钻孔穿过煤层时， 可以将钻孔内涌出