防喷、除尘一体化装置在顺层钻孔施工中的研究和应用

２０１５年第４期　中州煤炭　总第２３２期　防喷、除尘一体化装置在顺层钻孔施工中的　研究和应用　

李立华　（平煤股份勘探工程处，河南平顶山４６７０００）　

摘要：为了解决打钻期间的瓦斯和粉尘超限等问题，通过对打钻“三防”问题及其防治技术的分析，并结合打　钻“三防”装置的工作原理和现场的应用情况，研制、改进和使用了防喷、除尘一体化装置。应用效果表明，　该装置在顺层钻孔施工中应用后，对打钻期间的瓦斯和粉尘超限等问题起到控制作用。　关键词：瓦斯治理；顺层钻孔；打钻；“三防”装置　中图分类号：ＴＤ７１２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００３—０５０６（２０１５）０４—００１０—０４　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｌｏｗｏｕｔ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｕｓｔ　Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　Ｂｏｒｅｈｏｌｅｓ　Ａｌｏｎｇ　Ｃｏａｌ　Ｓｅａｍ　

Ｌｉ　Ｌｉｈｕａ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ　Ｔｉａｎ　ａｎ　Ｃｏａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ　４６７０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｇａｓ　ａｎｄ　ｄｕｓｔ　ｏｖｅｒｌｉｍｉｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｈｏｌｅｓ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ”ｔｈｒｅｅ—ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ”　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｆｉｅｌｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ”ｔｈｒｅｅ—ｐｒｅ—　ｖｅｎｔｉｏｎ”ｄｅｖｉｃｅｓ，ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｌｏｗｏｕｔ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｕｓｔ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ａｎｄ　ｕｓｅｄ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｈａｖｅ　ｓｈｏｗｎ　ｔｈａｔ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｂｏｒｅｈｏｌｅｓ　ａｌｏｎｇ　ｃｏａｌ　ｓｅａｍ，ｔｈｅ　ｇａｓ　ａｎｄ　ｃｏａｌ　ｄｕｓｔ　ｏｖｅｒｌｉｍｉｔ　ａｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｂｏｒｅｈｏｌｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｂｏｒｅｈｏｌｅｓ　ａｌｏｎｇ　ｃｏａｌ　ｓｅａｍ；ｄｒｉｌｌｉｎｇ；”ｔｈｒｅｅ—ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ”ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　

随着煤矿开采力度的加大，区域瓦斯抽放钻孔　的施工工程量也在不断地增加，打钻过程中防止钻　孑Ｌ内瓦斯喷孔超限、钻孑Ｌ内着火、钻场煤尘超限等问　题（简称打钻“三防”问题）也日趋严重¨。Ｊ。针对打　钻“三防”问题，国内许多学者及技术人员，在井下　防突打钻工作中研究和应用了各种打钻“三防”装　置及其技术，如：淮南矿业的陈军对钻孔施工中防喷　孔技术进行了探讨，淮北矿业的陈存强对一种新型　突出煤层打钻防喷孔装置的结构、原理和操作工艺　进行了介绍，重庆煤科院陈颖兴也对打钻期间所使　用的一种新型孔口除尘器进行研究和应用　。　。众　多的打钻“三防”装置及其技术的研究和应用，为打　钻期间的“三防”问题提供了有效的防治技术。　收稿日期：２０１５—０ｌ—Ｏ３　作者简介：李立华（１９８６一），男，福建建阳人，助理工程师，硕士研究　生，２０１２年毕业于河南理工大学，现从事矿井区域瓦斯治理防突打　钻工作。　－１０・　平煤股份十二矿己　１７２２０进风巷顺层钻孑Ｌ施　工，由于煤体原始瓦斯含量及瓦斯压力较大，前方工　作面在掘进、施工顺层钻孔过程中，多次出现喷孑Ｌ，　造成瓦斯高值，严重影响掘进工作面施工。为此，经　过现场多次研究、改进，对原有的防喷装置进行改　造，形成一套切实有效的防瓦斯除尘装置并投入使　用，取得了明显的效果，杜绝了瓦斯高值事故，保证　了安全生产　

１工作面概况　己　１７２２０采面位于十二矿己七采区下部西　翼，该面倾斜长度为１５０　ｉｎ，可采走向长度７５０　ｉｎ，平　均煤厚３．３　ｉｎ，平均煤层倾角２０。，采面最大瓦斯压　力２．６　ＭＰａ，最大瓦斯含量１５．３　ｉｎ　／ｔ。己．　一１７２２０　进风巷设计走向９１４　ｉｎ，目前采用（２×４５　ｋＷ）局部　通风机压入式通风，风量６５０　ｉｎ　／ｍｉｎ。　２０１５年第４期　李立华：防喷、除尘一体化装置在顺层钻孔施工中的研究和应用　总第２３２期　２　防喷、除尘一体化装置结构与工作原理　防喷、除尘一体化装置主要由孔口除尘罩、风水　射流除尘装置、瓦斯收集箱、瓦斯抽采管等几部分组　成，打钻过程中必须按照要求连接防喷、除尘一体化　装置，各部件严格按照要求进行连接，并保证瓦斯抽　采管路负压正常　。开钻前要检查各部件是否完　好，瓦斯收集箱拍门是否正常使用，各连接管路是否　有堵塞现象，待一切检查完好后，开启该装置，开始　打钻。一级防喷、除尘一体化装置如图１所示。　图１　一级防喷、除尘一体化装置示意　２．１　孔口除尘罩　通过　１２７　ｍｍ的扩孔钻头将钻孔扩至５００～　８００　ｍｍ深，将孔口除尘罩下人孔内，用双股８号铁　丝固定，除尘罩与钻孑Ｌ孔口缝隙处用破布封堵严密；　通过　１００　ｍｍ软管与防喷箱相连接，开启除尘罩的　水喷头，即可发挥其作用。根据现场使用情况，为了　提高孔口除尘罩的除尘效果，将出渣口加工成上大　下小的形状，以增加排粉量，同时在出渣口处安装水　喷雾以降低粉尘；将　１００　ｍｍ抽放软管接头加工成　带弯头形状，以减少进入防喷管路的煤粉量；另外还　在钻杆通过除尘罩处安装挡板，既可以减少煤粉喷　出量，又可以减轻喷孔伤人的程度。孑Ｌ口除尘罩如　图２所示。　图２孔口除尘罩示意图　２．２风水射流除尘装置　风水射流除尘装置在使用过程中是通过高压　风、水带动，在风水射流除尘装置内形成负压，将钻　进时孔口排出的煤粉收集到风水射流除尘装置腔体　内，进行湿润降尘，降尘率能够达到８５％。为了提　高排粉效果，风水射流除尘装置在安装时需将风水　射流除尘装置的进气端高于出气端，同时连接孔口　除尘罩与风水射流除尘装置的　１００　ｍｍ防喷软管　必须拉直并形成一定的倾角。　２．３瓦斯收集箱　瓦斯收集箱与风水射流除尘装置末端相连，在　收集箱上增加２道（２ｊ１００　ｍｍ管路连接在防喷管路　上，提供足够大的负压，使大量的瓦斯通过风水射流　除尘装置抽到收集箱内，并经过防喷管路抽走而不　会释放到巷道内造成瓦斯巷道瓦斯超限事故；同时　当收集箱内煤粉和水集到一定程度时，受重力影响，　自动拍门打开，煤水流出收集箱，释放完后，拍门在　负压作用下自动关闭，形成密闭收集箱。由于考虑　到风水射流除尘装置末端排出的煤尘及水汽是正　压，所以在收集箱靠近风水射流除尘装置排气端处　增加一道挡板，防止煤层和水被抽入瓦斯抽采管路。　通过现场使用情况发现，一级防喷、除尘一体化　装置在防瓦斯、除尘的应用上效果良好，但是也存在　着不足，由于防喷管路的负压比较大，瓦斯收集箱内　的煤粉也将直接进入防喷管路，造成防喷管路堵塞，　降低防喷抽放负压。因此，将瓦斯收集箱进行改造，　加工成二级瓦斯收集箱，能够将煤粉进行过滤，以减　少煤粉进入防喷管路的机会；同时在一级瓦斯收集　箱原有６个　４０　ｍｍ瓦斯抽采管接口基础上又增加　２个，用来对已经施工完毕的钻孑Ｌ进行临时抽放，防　止钻孔内瓦斯涌到巷道，造成瓦斯高值，改造后的二　级瓦斯收集箱如图３所示。　

图３　二级瓦斯收集箱示意　２０１５年第４期　中州煤炭　总第２３２期　３　防喷、除尘一体化装置应用效果考察　３．１　装置投入使用前顺层钻孔施工的异常情况　２０１４年５月１７日，己，　一１７２２０进风巷开始施工　顺层钻孔，截至５月２３日四点班，共计施工钻孔６　个，打钻工程中每个钻孔都出现瓦斯高值，喷孔严　重，钻孔瓦斯高值或超限概率为１００％。由于打钻　过程中多次出现瓦斯高值，造成掘进工作面无法正　常施工，因此，己　－１７２２０进风巷于５月２４日零点　班停止钻孔施工。钻孔瓦斯异常情况见表１。　

表１　瓦斯高值情况统计表　

３．２新加工的防喷、除尘一体化装置使用效果分析　２０１４年６月１２日，己１５—１７２２０进风巷开始继续　打钻，新加工的防喷、除尘一体化装置投入使用。使　用后，对于防喷、除尘的效果较５月期间有着很大改　善，不仅降尘率达到８５％，而且瓦斯高值得到有效　控制。　截至６月１９日，共计施工钻孑Ｌ　１５个，总孑Ｌ长达　到１　３３３　ｍ，共计出现３次瓦斯高值，高值率为　２０％，新加工的防喷、除尘一体化装置投入使用后钻　孔瓦斯高值情况见表２。　

表２新加工的防喷、除尘一体化装置投入使用后钻孔瓦斯高值情况统计　

针对新加工的防喷、除尘一体化装置投入使用　后仍出现钻孔瓦斯高值情况，经过现场多次的跟班　写实，对其存在的不足进行了改进设计，目前已形成　比较成熟的一套防喷、除尘一体化装置，使用效果明　显提高。２０１４年６月２０日，对防喷、除尘一体化装　置进行改装并投入使用后，截至７月２０日，１个月　内己　１７２２０进风巷１号钻机共计施工钻孔１１３　个，成孔１０８个，总孔长１０　４７１　ｍ，有效进尺１０　３８６　．１　２．　ｍ，施工过程中未出现一次瓦斯高值，钻机月台效突　破１０　０００　ｍ。　己　１７２２０进风巷布置２台钻机施工顺层钻　孔，１号钻机从６月２０开始使用修改后的防喷、除　尘一体化装置，至１０月１日共计施工顺层钻孔２４６　个，总进尺２２　２０５　ｍ，有效钻孔２３５个，有效进尺为　２１　３０２　ｍ，瓦斯高值钻孔１个；２号钻机从７月１日　开始使用修改后的防喷、除尘一体化装置，至１０月