探放水鉆孔專(zhuān)用防噴裝置優(yōu)化改進(jìn)研究

管志強(qiáng)， 張洪峰

（1.大同煤炭集團(tuán)永定莊煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 大同 037000； 2.同煤集團(tuán)安全監(jiān)管五人小組管理部，山西 大同 037000）

1 卡鉆事故的過(guò)程及原因

1.1 卡鉆事故的過(guò)程與影響

黃山煤業(yè)3 號(hào)煤層的32304 工作面位于3 號(hào)煤層的31402 和31303 工作面采空區(qū)的上部，在采空區(qū)內(nèi)老塘水積水區(qū)標(biāo)高為-210.0 m，通過(guò)測(cè)算預(yù)計(jì)其最大積水量大約為24 000 m3。必須在32304 工作面上部和下部的合適區(qū)域?qū)Σ煽諈^(qū)內(nèi)老塘水積水實(shí)施排水鉆孔作業(yè)，從而達(dá)到排除這部分采空區(qū)積水對(duì)32304 工作面回采工作所造成的水患威脅的目的，以維持礦井的穩(wěn)定安全工作[1-2]。

在324 泄水巷當(dāng)中鉆取2 個(gè)直徑為75 mm 的孔用于排水，以緩解3 號(hào)煤層中的水對(duì)其他各個(gè)回采工作面所形成的水災(zāi)安全隱患，排放出了45 000 m3體積大小的老塘積水。

然而在準(zhǔn)備關(guān)閉1 號(hào)放水鉆孔孔口閘閥時(shí)，在老塘水水壓為0.71 MPa 以及流量為385 m3/h 的沖擊下，卡鉆事故已經(jīng)發(fā)生了。此時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)工作人員受到高壓水的沖打，出現(xiàn)了水花飛濺、眼睛模糊的情況，甚至施工工人的口、鼻、耳中都進(jìn)了水，導(dǎo)致施工工人驚慌失措、操作困難，并且險(xiǎn)些造成了重大的損失。

在將孔口閘閥緊急關(guān)閉時(shí)，此時(shí)該處施工地點(diǎn)的積水水位已經(jīng)上升了0.746 m，與功率為37 kW 抽水泵電機(jī)的距離只有大約0.1 m。如果10 min 后仍舊無(wú)法閉合孔口閘的開(kāi)關(guān)，那么3 號(hào)煤層采空區(qū)內(nèi)大約為45 000 m3的老塘積水將會(huì)以385 m3/h 的流量速度沿著鉆孔向下傾瀉，在此后46 min 之內(nèi)將會(huì)把324 泄水巷徹底填滿，繼而填滿324 采區(qū)和314 采區(qū)，因此本次卡鉆事故所造成的后果將不堪設(shè)想[3-5]。

1.2 卡鉆事故的原因

對(duì)卡鉆事故的發(fā)生過(guò)程進(jìn)行分析，造成卡鉆事故的原因主要包括以下四點(diǎn)：

在高壓水持續(xù)沖打的情況下，夾持器和銷(xiāo)軸將會(huì)變得不易打開(kāi)；鉆機(jī)同鉆孔之間的距離過(guò)小；將鉆桿拉動(dòng)的過(guò)程中，用于卸掉鉆桿的鉗子出現(xiàn)了嚴(yán)重故障；對(duì)用于鉆機(jī)的固定安裝的柱子進(jìn)行拆除變得十分有難度。

2 探放水鉆孔專(zhuān)用防噴裝置的優(yōu)化改進(jìn)

2.1 防噴裝置的構(gòu)成

圖1 所示為防噴裝置改造示意圖。

圖1 探放水鉆孔專(zhuān)用防噴裝置改造示意圖

防噴裝置的兩個(gè)主要構(gòu)成部分為固定泄水部和連接密封部。

2.2 防噴裝置的固定泄水部

圖2 所示為防噴裝置的固定泄水部示意圖。

在套管上端口的法蘭盤(pán)端部連接一根同法蘭盤(pán)尺寸相同的長(zhǎng)度30 cm、直徑8 mm 的鋼管。防噴裝置的固定泄水部主要是用來(lái)固定防噴裝置以保證鉆具在鉆進(jìn)的過(guò)程中發(fā)生擺動(dòng)的幅度保持在一個(gè)比較穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，這樣處理能夠使得鉆孔的運(yùn)動(dòng)軌跡保持穩(wěn)定。

圖2 探放水鉆孔專(zhuān)用防噴裝置的固定泄水部示意圖

2.3 防噴裝置的連接密封部

連接密封部主要是用來(lái)連接固定泄水部和加壓密閉部。

防噴裝置的連接密封部的技術(shù)要求可分為下面三個(gè)部分：

1）防噴裝置的連接密封部是采用長(zhǎng)度25 cm、直徑為89 cm 的圓鋼制作。將圓鋼內(nèi)部套上10 cm的內(nèi)絲。

2）根據(jù)圖3 所示，圓鋼外部套上10 cm 的外絲。其外部安設(shè)厚度為1 cm 的加壓蓋，外圈套外絲。在加壓蓋的中心處開(kāi)鑿一個(gè)直徑為49 mm 的開(kāi)孔，用來(lái)使鉆桿能夠自由旋轉(zhuǎn)并且穩(wěn)定鉆孔，使得鉆孔的運(yùn)動(dòng)軌跡保持穩(wěn)定。

3）根據(jù)圖4 所示，在連接部中心布置一塊厚度為5 cm 的擋板，在擋板的中心處開(kāi)鑿一個(gè)直徑為49 mm 的開(kāi)孔，用來(lái)使鉆桿能夠自由旋轉(zhuǎn)并且穩(wěn)定鉆孔使得鉆孔的運(yùn)動(dòng)軌跡保持穩(wěn)定。

3 探放水鉆孔專(zhuān)用防噴裝置的應(yīng)用

3.1 疏放水鉆孔鉆透積水體的安全措施

1）根據(jù)3 號(hào)煤層之間的層間距以及疏放水鉆孔的角度，預(yù)計(jì)疏放水鉆孔鉆透積水體的長(zhǎng)度大約為40 m±0.5 m，而31402 工作面在經(jīng)過(guò)回采之后對(duì)煤層底板造成損毀的長(zhǎng)度大約在5 m 左右，如果疏放水鉆孔鉆入煤層下端的縫隙區(qū)域之中，那么疏放水鉆孔之內(nèi)的水流將會(huì)發(fā)生大幅度的增大[6-7]。

2）在疏放水鉆孔水流速度超過(guò)10 m3/h 之后，應(yīng)該馬上停止鉆孔作業(yè)，同時(shí)采用鉆機(jī)夾持裝置將鉆桿保持固定，此后再把鉆桿拆卸，用于固定防噴裝置。

3）在法蘭盤(pán)和套管法蘭盤(pán)上將鉆孔專(zhuān)用的防噴部件安裝完成之后，再把連接密閉處的蓋子開(kāi)啟，此后再把鉆機(jī)和鉆桿連接到一起，并開(kāi)啟泄水管的開(kāi)關(guān)，以達(dá)到避免鉆探所產(chǎn)生的碎屑巖粉堵塞鉆孔的目的。

4）離估計(jì)的鉆井深度還差1 m 的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)及時(shí)停止工作并且把盤(pán)根安裝進(jìn)密閉腔之后再把加壓蓋蓋好。重復(fù)幾次上述操作過(guò)程，使盤(pán)根充滿密閉腔。

5）疏放水鉆孔鉆透積水體之后，由于煤泥、煤塊和雜物等數(shù)量比較多，此時(shí)必須停止鉆進(jìn)而只是保持鉆機(jī)自轉(zhuǎn)，等到排除的老塘水變得清澈之后，把鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)到快檔并工作2 min。

6）把鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)到快檔并工作2 min 之后，把泄水管的開(kāi)關(guān)閉合，保證其放置3 min 之后把泄水管的開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，此時(shí)鉆機(jī)開(kāi)始工作，等到排出的水都變得清澈之后，把泄水管的開(kāi)關(guān)閉合。

7）在將加壓蓋旋好密封之后，開(kāi)始撤掉鉆桿。并且每撤掉十根鉆桿就必須把泄水管的開(kāi)關(guān)開(kāi)啟1 min。在現(xiàn)場(chǎng)工作的情況下，實(shí)際的動(dòng)水流量小于2 m3/h，同時(shí)也沒(méi)有卡鉆、堵鉆等異常發(fā)生，大幅度地提高了礦井現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，從而保證礦井生產(chǎn)安全。

8）預(yù)計(jì)1 號(hào)疏放水鉆孔最大深度為40 m，必須準(zhǔn)備52 根長(zhǎng)度為0.77 m 的鉆桿。從疏放水鉆孔鉆透積水體到將所有鉆桿都拆除并且將鉆孔孔口的開(kāi)關(guān)閉合，這一整個(gè)過(guò)程的時(shí)間大約為90 min，排除水流速度僅有32 m3/h，能夠滿足礦井安全開(kāi)采的要求。

3.2 探放水鉆孔專(zhuān)用防噴裝置效益

將防噴裝置成功地應(yīng)用到32304 工作面向31402 工作面老塘水的排放作業(yè)里，使25 600 m3的31402 工作面老塘水安全地疏放出來(lái)。通過(guò)排放水鉆孔專(zhuān)用防噴設(shè)備能夠保證疏放水鉆孔鉆透老塘之后的水流流量的速度在安全范圍以內(nèi)，從而將疏放水鉆孔的流速?gòu)?85 m3/h 降低到2 m3/h 以下，使水體沖擊、巷道淹沒(méi)這類(lèi)安全問(wèn)題不再發(fā)生，保證礦井的順利開(kāi)采，解決了32304 工作面當(dāng)中20 萬(wàn)t 煤礦開(kāi)采所面臨的水害威脅，大幅度提高了礦井現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，從而達(dá)到了保證礦井生產(chǎn)安全的目的。