孫光亞

摘要：噴孔防護裝置是一種有效的防突裝置，目前已經(jīng)在煤礦企業(yè)得到廣泛應用，其主要借助于水力沖孔防突的作用，在采掘工作之前，使用高壓水射流，使大量瓦斯以及一定數(shù)量的煤炭在沖孔中排出，這樣就會在煤體中形成一定的排放瓦斯和卸壓區(qū)域，使得煤體應力狀態(tài)發(fā)生改變。

關鍵詞：噴孔防護裝置；突出煤層；鉆孔施工

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）23-0082-03

突出煤層鉆孔施工中，噴孔防護裝置的投入使用，消除了礦井生產(chǎn)的安全隱患，因此，對噴孔防護裝置在突出煤層鉆孔施工中的應用的探討有其必要性。

1 研究背景

噴孔防護裝置在突出煤層鉆孔施工中的應用是突出煤層回采工作面的一種重要區(qū)域防突措施。在鉆孔中，由于突出煤層受地質(zhì)構(gòu)造、煤層起伏、煤層瓦斯、煤層力學性質(zhì)、鉆機具能力、煤層厚度的影響，從而制約了我國煤礦瓦斯抽放與突出防治的技術(shù)發(fā)展。近年來各個集團公司也相繼把打鉆工作放在首要位置，以企業(yè)長遠目標為指導，配置裝備，強化管理，著力于提高打鉆工作的安全性、可靠性，確保突出煤層鉆孔施工取得良好的工作成效。“十五”后期及近兩年，我國突出煤層鉆孔施工從裝備和工藝方面取得了實質(zhì)性的技術(shù)突破。

2 打鉆噴孔原理

打鉆噴孔是鉆孔中發(fā)生的動力現(xiàn)象，其主要是由于高壓瓦斯、軟煤、應力集中三個因素共同作用的結(jié)果。一些煤礦由于瓦斯含量大、強度低等特點，當鉆孔進入煤層后，就會對軟煤層產(chǎn)生一種強烈的破碎力以及沖擊力，該作用力使得煤體發(fā)生破裂，而煤體在破裂后，就會立刻產(chǎn)生解吸，并且其速度較快，同時，流入到鉆孔中的瓦斯也會相應增加，具體可以達到幾倍甚至于幾十倍，由于瓦斯的增加，使得前后出現(xiàn)較大的瓦斯梯度，并出現(xiàn)較為明顯的瓦斯激流，進而對煤體產(chǎn)生粉化作用。但是由于鉆孔孔徑相對較小，使得粉化的煤體和瓦斯順利排出孔外較難，這樣，就會在原有基礎上進一步深化瓦斯壓力梯度，經(jīng)過以上一系列的作用，轉(zhuǎn)變成為爆發(fā)性孔口外流，進一步形成噴孔。

3 噴孔防護裝置應用

3.1 工藝要求

在軟煤打鉆中，在自身的工藝上有著特殊的要求和特點，經(jīng)過大量的實踐研究發(fā)現(xiàn)，在打鉆過程中，相關工藝參數(shù)的測定需要重點把握三個環(huán)節(jié)，即轉(zhuǎn)速、給進壓力、排渣，具體主要的參數(shù)有鉆具轉(zhuǎn)速128r/min，給進壓力1.5～3MPa，排渣采用濕式鉆孔水力排渣。

3.2 裝置原理

鉆進時，破碎的粉煤在水與瓦斯壓力聯(lián)合作用下，進入四通連接器，瓦斯氣體經(jīng)由排氣管被吸入抽放管路，水和煤渣則經(jīng)由出水管流入氣水分離器。流入氣水分離器的水和煤渣落到排渣管下面的封口蓋上，當水和煤渣的重量之和大于配重時，封口蓋開啟，水和煤渣流入排水溝；當水和煤渣的重量之和小于配重時，封口蓋關閉，這樣周而復始，實現(xiàn)自動放水排渣。另外與水和煤渣一同進入的少量殘余瓦斯氣體經(jīng)由出氣管被吸入抽放管路。因此，在上述裝置的作用下，就會實現(xiàn)氣體與水煤混合物的自動分離，從而達到邊鉆邊抽防噴孔的目的。

3.3 裝置結(jié)構(gòu)組成

一般而言，噴孔防護裝置會由于不同的需要和工藝要求而有所不同，以下針對其常用的噴孔防護裝置結(jié)構(gòu)組成進行簡單說明，其主要由封孔套管、四通連接器、鉆桿、抽放管路、氣水分離器等組成，具體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

3.4 關鍵技術(shù)

根據(jù)以上分析我們知道當鉆孔進入煤層后，就會對軟煤層產(chǎn)生一種強烈的破碎力以及沖擊力，該作用力使得煤體發(fā)生破裂，而煤體在破裂后，就會立刻產(chǎn)生解吸，流入到鉆孔中的瓦斯也會相應增加，為此，需要在這個過程中，對鉆進速度、鉆具轉(zhuǎn)速、成孔直徑有一個明確的掌握，優(yōu)化鉆桿具體參數(shù)，確定合理的螺旋角，從通過對臨界轉(zhuǎn)速、中心管徑、螺距的優(yōu)化，從而更好地確定鉆機參數(shù)，以保證噴孔防護裝置各項參數(shù)的準確度。在具體的操作時需要注意以下問題：

首先，要進一步掌握鉆具轉(zhuǎn)速與排渣效果之間的作用和關系，全面解決鉆機施工時因為排渣不充分而形成阻塞現(xiàn)象，避免影響后續(xù)工作的進行。要通過鉆桿下放篩管的護孔工藝，解決瓦斯抽放時造成的孔壁坍塌問題，減少壓縮空氣通過后的壓力作用。

其次，要保證粉化的煤體和瓦斯順利排出孔外，不然，就會在原有基礎上進一步深化瓦斯壓力梯度，經(jīng)過以上一系列的作用，轉(zhuǎn)變成為爆發(fā)性孔口外流，進一步形成噴孔。

4 效果分析

針對某一煤礦噴孔防護裝置的應用情況為例，對噴孔防護裝置的應用效果進行具體分析：

該裝置在礦井突出煤層應用過程中，將噴出的瓦斯和水煤混合物在人為主動作用下引導出來，施工過程中，總共施工了145個穿層鉆孔，并沒有出現(xiàn)相應的瓦斯超限事故。而且整個施工過程中，通過對其巷道內(nèi)瓦斯體積分數(shù)的監(jiān)控，其分值始終控制在標準要求的上限值以下，在提高工作效率的同時，也在很大程度上保證了煤炭開采的安全性。

另外，該裝置的應用，有效地避免了打鉆噴孔現(xiàn)象、埋鉆事故、掉電引起的卡鉆，切實保證了鉆探效率，與傳統(tǒng)的工作方法相比，其鉆探效率提高1倍以上，有效地保障了工人的安全，提升了操作安全性，據(jù)有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，本礦井在使用噴孔防護裝置后，每個小班只需要施工2～3個鉆孔即可，只需要一個月就可以施工超過145個鉆孔，并且在整個施工過程中，沒有發(fā)生一次埋鉆事故及其他相關故事，比起預期的計劃時間提前了40天完工，工期也相應縮短了30天。同時，從經(jīng)濟角度來分析，僅工人工資一項就可以節(jié)約1.6萬元，鉆探費用每米節(jié)約55元，為礦井生產(chǎn)帶來了很大的經(jīng)濟效益。

此外，在礦井安全生產(chǎn)中，除了提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益以外，還在很大程度上避免了打鉆孔傷人事故的發(fā)生，確保整個過程的安全生產(chǎn)，為工人的操作安全提供了保障，因此，總體上講，礦區(qū)噴孔防護裝置的應用，既帶來了良好的經(jīng)濟效益，也帶來了巨大的社會效益。

5 結(jié)語

總之，噴孔防護裝置在突出煤層鉆孔施工中的應用，大大改善了鉆孔施工條件和環(huán)境，在提高生產(chǎn)效率的同時，也使得生產(chǎn)安全性得到了有效保障，這為礦井的生產(chǎn)帶來了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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