防噴安全裝置在石門揭突出煤層中的應用①

焦聚博 解 強 楊明濤

(1.貴州盤江煤電(集團)公司松河礦，貴州六盤水 553536;2.中礦龍科能源科技(北京)有限公司，北京 100085)

防噴安全裝置在石門揭突出煤層中的應用①

焦聚博1②解 強2楊明濤1

(1.貴州盤江煤電(集團)公司松河礦，貴州六盤水 553536;2.中礦龍科能源科技(北京)有限公司，北京 100085)

介紹了防噴安全裝置的原理、結構及提高防噴效果的技術途徑。通過在松河礦1500運輸石門揭煤抽放鉆孔施工中應用防噴安全裝置進行試驗，實現了安全揭開具有嚴重突出危險性的17#煤層，取得了較好的效果。

防噴安全裝置;石門揭煤;突出煤層

煤與瓦斯突出是煤礦生產過程中常發生的嚴重自然災害之一。石門揭突出危險性煤層一般具有較大的危險性，如何實現石門安全、順利地揭突出危險性煤層，多年來進行了試驗研究和廣泛實踐，取得了一些較成熟的經驗，但是仍有許多問題沒有解決，其中一個難題就是施工鉆孔過程中出現強噴孔現象，造成瓦斯超限和煤渣傷人事故［1］。隨著防突技術的不斷發展以及設備的不斷改進，防噴安全裝置成為一種在石門揭突出危險煤層時有效的裝置。通過在松河礦具有強突出危險性的17#煤層揭煤中的應用，防噴安全裝置取得較好的效果，值得推廣。

1 防噴安全裝置原理分析

煤與瓦斯突出是發生在煤礦井下開采過程中一種復雜的動力現象。目前對于突出機理還沒有形成統一的認識，其中綜合假說被廣泛采用，該理論認為:(1)煤與瓦斯突出是地壓、高壓瓦斯、煤體的結構性能等三個因素綜合作用的結果;(2)地壓破碎煤體是造成突出的首要原因，瓦斯是完成突出的主要能源;(3)煤的結構和強度是制約和影響突出發生的一個重要因素［2］。基于這一理論，研制了防噴安全裝置，其作用原理就是通過“疏”和“堵”的方法，降低鉆孔煤層中瓦斯壓力和含量，使煤體內的變形潛能得到釋放，從而起到減弱或消除煤與瓦斯突出引起噴孔的危險性。“疏”指該裝置可以邊鉆邊抽，迅速抽出鉆孔內逸出的瓦斯;“堵”指裝置在孔口有封口管和密封膠墊，有效防止沒有被及時抽走的瓦斯噴出。

防噴主要方法是在孔口處安裝一個防噴安全裝置，突出的煤、瓦斯和水順著鉆桿與鉆孔間的間隙流入其中，通過固有的傾斜分支進入排煤、瓦斯和水膠管，瓦斯被抽走，煤和水進入沉淀池［3］。鉆機鉆進時，破碎的煤(巖)粉在瓦斯壓力和水的共同作用下，通過封口管的支管引出，進入汽水分離器內，根據物質存在的狀態、重力原理及相對分子質量(瓦斯的相對密度比空氣輕)，經過緩沖和分離作用，適當調節抽放管路負壓，使瓦斯由分離器頂部被抽放管抽出進行利用，而煤渣和水在重力的作用下沉入分離器底部，通過底部的管路排出進入水溝，實現自動分離。但考慮到瓦斯利用和更好的防止瓦斯超限事故，在封口管上用廢皮帶固定一個漏斗形防噴水包，在排渣(水)管尾部用廢皮帶固定一個彈性密封膠墊，在負壓的作用緊貼排渣管，在渣和水自重的作用下可以沖開一定的縫隙進行排渣。

2 防噴安全裝置結構

防噴安全裝置的結構如圖1示，其主要部件包括:

1)封口管及密封膠墊。封口管起到鉆孔與防噴裝置連通通道作用，與孔內套管間采用法蘭盤連接。鉆機的鉆桿通過連接部件穿入鉆孔封口套管后實施鉆進，鉆桿與封口管間設密封膠墊密封。

2)漏斗型水包。作用是阻止打鉆過程中的煤渣和水噴出傷人，并起到一定的緩沖作用。水包用廢舊皮帶制作，不但原料來源豐富，而且可以節省材料費。

3)汽水分離器。實現瓦斯煤與水分離的容器。在汽水分離器內，根據物質存在的狀態、重力原理及相對分子質量(瓦斯的相對密度比空氣輕)，經過緩沖和分離作用，適當調節抽放管路負壓，使瓦斯由分離器頂部被抽放管抽出進行利用，而煤渣和水在重力的作用下沉入分離器底部，通過底部的管路排出進入水溝，實現自動分離。

4)排渣管。起到放水排渣作用，端部有密封膠墊，以防止外部空氣進入汽水分離器影響抽放效果。

5)負壓抽放管及抽放三通。抽放管與礦井抽放系統相連，能及時抽走打鉆過程中鉆孔內釋放的瓦斯，防止孔內瓦斯積聚形成噴孔。

圖1 防噴安全裝置示意圖

3 現場試驗

3.1 石門揭煤工程概況

本井田1+3～18號煤層瓦斯含量為0.74～12.91 ml/g·r，平均 8.19ml/g·r;27 ～32 號煤層為 0.5 ～7.53ml/g·r，平均 3.58ml/g·r。根據本井田可利用的28個瓦斯測試數據計算結果并結合同一構造單元鄰近的土城礦實際瓦斯情況，土城礦井與松河礦井相鄰且同屬一個構造單元，1990年1月6日，垂深343m，12號煤層144運輸石門發生一次放炮后延期突出，突出煤量306t。本井田屬高瓦斯礦井。

其中17#煤層平均厚度為6.3m，18#煤層平均厚度為3.4m，瓦斯含量高，屬易突出煤層。

類比該礦，本礦有煤與瓦斯突出的可能，鑒于此，礦井安全設施按有煤與瓦斯突出進行設計。

3.2 防噴效果分析

1)在1500運輸石門揭18#、17#煤層過程中，未使用防噴安全裝置前施工的3個鉆孔均出現強烈的噴孔現象，造成瓦斯超限事故3起，通過使用和改進噴孔防噴裝置后，共施工了146個穿層鉆孔，杜絕了因鉆孔噴孔導致瓦斯超限事故的發生。

2)防噴安全裝置的應用，避免了因打鉆噴孔引起的卡鉆事故，鉆孔施工效率在原來的基礎上提高了2倍以上，保障了職工的操作安全;未使用防噴裝置前，一個小班不能完整的施工完一個鉆孔，且穿不透17#煤層;使用防噴裝置后，每個小班可以順利完成2-3個鉆孔，僅用了一個月時間就按照規定要求施工完146個鉆孔，比原計劃時間提前了一個月，僅工人工資一項就節約資金達1.8萬元。

3)由于在出現強烈噴孔時，密封墊能堵住80% 以上的空隙，細碎的煤塊積聚在孔口處并將三通管堵住，不必要求堵住100%的空隙。除可達到原防噴裝置對煤、水、氣的導向作用外，因增加了堵噴裝置，在出現強烈噴孔時可實現自動堵噴。通過多次實驗證明，改進后的防噴裝置能夠完全實現將噴孔通道堵住。

3.3 提高防噴效果的技術途徑

1)鉆桿與封口管(外端)之間密封膠墊密封必須可靠。密封膠墊要有足夠的強度并要有很好的耐磨性，以便在施工時能起到很好的密封作用，防止高壓瓦斯和煤粉沿鉆桿噴出。鉆孔封孔套管的封孔材料可采用水泥漿或樹脂等物質，長度不小于3 m，必須確保有足夠的強度和氣密性［4］。

2)封口管與漏斗型水包之間應采用活動法蘭連接，便于調節鉆孔角度;連接部件的鉆桿串管前后對稱，均可與封孔套管連接;連接部件前后對稱，以便能夠調轉方向，使水包始終處于靠向巷道中心線的位置，因而在鉆場兩邊的鉆孔施工時互不影響。

3)汽水分離器尺寸要大小適中。一方面要考慮排渣需要不宜過小，另一方面又要考慮鉆場內巷道空間限制不宜過大，一般來說，體積在0.2～0.3 m3左右為宜;分離器入口處管道斷面宜適當加大，以防堵塞［5-6］。

4)汽水分離器內壁、進汽水管及排渣管內壁表面必須保證光滑，以防止滯煤造成水包堵塞。副壓抽放三通的瓦斯出口應設網以防止煤渣進入礦井瓦斯抽放管路。

4 結語

防噴安全裝置充分利用物質存在的三種狀態(氣、液、固)、重力原理及相對分子質量計算，綜合考慮鉆機能力、推進速度、水壓、鉆孔開孔位置和排渣等因素進行設計。通過緩沖、分離作用、調節抽放管路負壓及自重作用實現自動分離，不僅可以解決打鉆期間存在的噴孔傷人安全隱患，而且還可以提高鉆進效率，從而保證鉆孔的有效抽放時間和抽放效果，并提高回采工作面的效率，具有很好的推廣意義和使用價值。

［1］ 于不凡.煤礦瓦斯災害防治與利用手冊［M］.北京:煤炭工業出版社，2005

［2］ 唐駿，田建良，王興.煤與瓦斯突出的機理及距離判別分析法［J］.煤礦現在化，2011(01)，54

［3］ 朱建安，申偉鵬，郭培紅.水力沖孔技術三通防噴裝置的改進設計［J］.煤礦安全，2010(05)，22-24

［4］ 陳存強，宋慶堯，聶政.突出煤層打鉆防噴孔裝置［J］. 煤炭技術，2005，24(10):20

［5］ 林柏泉，崔恒信.礦井瓦斯防治理論與技術［M］.徐州:中國礦業大學出版社，1998

［6］ 郝彥斌，李義朝.突出煤層打深孔技術［J］.中州煤炭，2011，(03):42-43

Application of blowout control equipment on rock cross-cut coal uncovering

JIAO Jubo1，XIE Qiang2，YANG Mingtiao1

(1.Songhe Mine，Panjiang Coal Electricity Group Company，Liupanshui Guizhou 553536;2.Zhongkuang Longke Energy Science and Technology(Beijing)Company Ltd，Beijing 100085)

This paper introduced the working principle and constitution of blowout control equipment，and the technical approaches which improved the effect of blowout prevention was also presented.Songhe Mine made a series of drilling test research in 1500 rock cross-cut by using blowout control equipment.The results showed that the equipment could safely open up 17 coal seam with gas outburst and good effect was obtained.

blowout control equipment;rock cross-cut coal uncovering;outburst coal seam

TD713

A

1672-7169(2011)04-0011-03

2012-01-11

焦聚博(1978-)，男，河北石家莊人，大學畢業，貴州盤江煤電(集團)公司松河礦工程師，主要從事煤礦生產技術及安全管理工作.