采掘工作面驗證鉆孔坍塌處理裝置應用

丁德才，劉國慶

(河南龍宇能源股份有限公司 陳四樓煤礦，河南 永城 476600)

目前，煤礦多采用復合指標法預測煤巷掘工作面和采煤工作面突出危險性[1-3]，該方法使用CWY30型鉆孔瓦斯涌出初速度測定器[4，5]直接測定采掘工作面煤層鉆孔瓦斯涌出初速度指標。施工驗證鉆孔時，其鉆孔應當多布置于煤層軟分層之中，而軟分層具有煤質松軟、層理紊亂、原生結構遭嚴重破壞、呈層狀或透鏡狀分布特征[6-8]。然而，布置于軟分層中的鉆孔成形差、易落煤粉致其堵塞、易塌孔，從而引起測量鉆孔瓦斯涌出初速度測定器的測量桿(氣室、封孔器、中間桿等)被煤粉掩埋，致使測量儀器被損壞，甚至整套測量儀器報廢，進而增加測量儀器損耗，加大了煤礦瓦斯治理成本投入[9-13]。此外，在工作面回采與掘進割煤期間，被掩埋而廢棄的測量桿長期置于煤體內，也實為潛在的安全隱患 。

1 區域驗證鉆孔及測量儀器布置情況

陳四樓煤礦2515綜采工作面位于南翼五采區，煤層厚為1.8～3.5m，煤層傾角為3°～15°，煤層結構簡單，工作面走向長1115～1208m，傾斜長119～195m，煤質硬度適中。在礦井生產中采用復合指標法對采掘工作面進行突出危險性預測，應沿著采煤工作面每隔10～15m布置一個預測鉆孔，孔深為5～10m。測量儀器置于區域驗證鉆孔內，通過氣筒向封孔器內注入空氣以實現測量室的封閉[7，14]。測量儀器與驗證鉆孔間相對位置關系如圖1所示。在地質構造帶影響范圍，區域驗證鉆孔成形差，易塌孔，致使測量儀器頻繁地被掩埋在煤體中。

圖1 測量儀器與驗證鉆孔間相對位置關系

2 區域驗證鉆孔坍塌狀態及影響因素

2.1 區域驗證鉆孔坍塌狀態

采掘工作面在區域驗證施工鉆孔過程中，受多種內外力作用，導致驗證鉆孔坍塌。據現場施工鉆孔效果分析，可知驗證鉆孔坍塌可分全孔坍塌、單一位置坍塌、組合式坍塌三種形式。驗證鉆孔坍塌狀態如圖2所示。其中，單一位置坍塌包括孔口坍塌、孔中坍塌、孔端坍塌；組合式坍塌包括孔口與孔中坍塌、孔口與孔端坍塌、孔中與孔端坍塌。驗證鉆孔坍塌位置不同，處理的難度系數則不一，對測量儀器的損壞也不同。

圖2 驗證鉆孔坍塌狀態

2.2 區域驗證鉆孔坍塌影響因素

1)礦用麻花鉆桿連接處松動或鉆桿彎曲，造成鉆桿顫動，擺幅擴展，致使驗證鉆孔內徑增大造成塌孔。

2)防突工對鉆機把持不牢靠，使鉆桿呈波狀旋轉，引起塌孔。

3)施工鉆孔過程中，麻花鉆桿往返推拉次數過多，致使煤體結構性破壞程度不一，而造成塌孔。

4)煤體受構造影響，煤體自身松軟破碎，成孔效果差，而致使塌孔。

3 驗證鉆孔坍塌處理裝置應用

根據驗證鉆孔各類坍塌狀態，研制出采掘工作面驗證鉆孔坍塌處理裝置，通過該裝置將被掩埋的測量儀器從煤體中完整取出，降低損壞率。

3.1 坍塌驗證孔處理裝置結構組成

1)采掘工作面驗證鉆孔坍塌處理裝置結構包括直角桿、緩沖式擋煤器(包括緩沖彈簧、凹槽式擋煤板等)、控制閥(其規格為?19mm)、高壓風管(其規格分別為?19mm×3000mm與?19mm×5000mm各2根，其中1根備用)。采掘工作面驗證鉆孔坍塌處理裝置結構如圖3所示。

圖3 采掘工作面驗證鉆孔坍塌處理裝置結構

2)輔助構件：安全鏈、防護手套、護目鏡等。

3.2 驗證鉆孔坍塌處理裝置操作流程

1)采掘工作面施工區域驗證鉆孔期間，出現測量桿(氣室、封孔器)被煤粉掩埋情況時，現場防突工及輔助施工人員，立即停止驗證鉆孔的施工，戴好防護手套與護目鏡，保持著裝整齊，并準備好驗證鉆孔坍塌處理裝置，確保其完好及可靠。

2)先取下CWY30型鉆孔瓦斯涌出初速度測定器、測量桿尾桿及鉆孔孔口外部暴露的中間桿，并卸掉連接封孔器的壓力表，釋放封孔器中空氣，保持鉆孔內外氣壓平衡。

3)采用人工方法處理：現場其他人員與防突工處理驗證鉆孔位置保持一定的安全距離，由現場防突工徒手反復推拉測量儀器桿體，致其在煤粉內松動，直至將其從鉆孔中取出。

4)若人工方法處理未奏效，即刻采用驗證鉆孔坍塌處理裝置進行處理。處理操作如下：①先疏散驗證鉆孔周圍閑散人員，保持一定的安全距離；②防突工將該裝置的直角桿與鉆孔孔口中間桿連接，并把緩沖式擋煤器對準孔口，然后，通過安全鏈將該裝置固定于附近的液壓支架或其他牢固的位置，確保固定牢靠；③連接高壓風管與控制閥，由防突工手持直角桿，并緩緩地打開控制閥，向驗證鉆孔內注入空氣，以增強鉆孔內被掩埋處里段氣壓，再緩慢地往返推拉測量桿；④反復地操作步驟③，通過鉆孔內氣壓作用將堵塞的煤粉部分吹出，致鉆孔內測量儀器桿體松動；⑤關閉控制閥，停止注入高壓風，由防突工往返推拉測量儀器桿體，拖出鉆孔內煤粉，直至將測量桿從鉆孔中取出。

5)由防突工檢查被掩埋的測量儀器桿體、氣室及封孔器的完好情況。若測量儀器部件被損壞，需及時更換，而后繼續進行鉆孔瓦斯涌出初速度指標值的測定工作。采掘工作面驗證鉆孔坍塌處理效果如圖4所示。

圖4 采掘工作面驗證鉆孔坍塌處理效果

3.3 應用效果分析

1)提高了處理驗證鉆孔坍塌處理的安全性。采掘工作面驗證鉆孔坍塌處理裝置在區域驗證工作中使用，彌補了區域驗證工作的不足，保證了工序實施的安全性。對采掘工作面割煤而言，被掩埋而廢棄的測量儀器桿體長期置于煤體內實為潛在的安全隱患[15-18]，該裝置則有效地消除了諸類潛在的安全隱患，也保障了現場施工人員的人身安全。

2)減少了測量儀器損耗，降低了瓦斯治理成本投入。相較傳統的處理工序而言，該裝置的投入使用有效地減少了因驗證鉆孔坍塌而掩埋測量儀器的損耗數量，也降低了礦井瓦斯治理投入成本[19，20]。

4 結 論

1)采掘工作面驗證鉆孔坍塌處理技術與理論的缺陷，致使在區域驗證期間頻繁地損耗測量儀器，而以緩沖式擋煤器、高壓風為主的處理裝置應用有效地優化了該項處理工序，也為相關技術與理論的完善奠定了基礎。

2)采煤工作面驗證鉆孔坍塌處理裝置的研制基于2515綜采工作面區域驗證工序實施中存在的實際操作難題，旨在解決現場實際問題，展現出顯著的實用效果，也為現場施工人員的人身安全提供了有效的保障，具有一定的推廣使用價值。