瓦斯喷孔综合治理安全装置研制及应用

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Preparation and Applications of Prevention Borehole Drilling Device for Gas DrainageQIN Xiao-kun(Huaibei Keao Engineering Construction Limited Company，Huaibei Anhui 235000，China)Abstract：According to the borehole extrusion occued at the drilling operation in the soft and high ground stress outburstseam，which would cause the gas content over limit and coal dust outburst problems，a prevention device for borehole driling ofgas drainage is designed.The protection device is consisted with hydraulic suppodrilling system device，the inject dedustingdevice and automatic slagging.The high gas in the extrusion could be directly drained with the mine gas drainage pipeline andthe water and coal fines could be connected with the collection system.Thus the gas，water(drilling water)and cuttings(coalfine)could be effectively separated.The site trial show that when the device is applied，the gas volume fraction at the drilingsite is far below the gas alowed content of l% 。

Key words：borehole；borehole extrusion；gas and water separator1 前 言在煤矿井下施工瓦斯抽排放钻孔和其它钻孔过程中，有时会出现钻孔喷孔现象，煤、岩颗粒从钻孔内高速喷出，伤害钻孑L施工人员，大量瓦斯涌出造成瓦斯超限，危害矿井安全生产，钻孔无法继续施工。如何确保钻孔按设计要求施工到位，且安全防治钻孔喷孑L，这是高瓦斯矿井在瓦斯治理方面亟待解决的问题，是摆在施工单位面前的-个难题 J。现有除尘装置存在不同程度的缺陷主要表现为：①打钻过程中需要停机排碴，严重影响工作效率，且容易损伤钻杆；②在灭尘方面多采用煤尘 自重分离，分离效果差，会出现煤粒被吸入抽排管道内形成堵塞；③目前采用水泥砂浆和发泡聚胺脂材料固定，此操作成本高、工作量大，准备工作时间长，影响工作效率，且封孔套管不可回收再利用，造成资源浪费 J。

针对以上问题笔者在生产实践中总结经验，研制出-种新型瓦斯喷孔综合治理安全装置，用以解决井下施工瓦斯抽排放钻孔和其他钻孔过程中的问题。

2 设计思路瓦斯喷孑L综合治理安全装置的研制是为解决煤矿井下施工中瓦斯抽排钻孔和其他钻孔过程中的-系列问题。在产品设计中，需要考虑的问题有：①钻孔封孔套管的固定及循环使用问题；②突出煤层打钻过程中的防喷孔作用；③装置整体的除尘能力；④如何实现打钻、除尘和排渣的同步操作；⑤装置整体的便携性能。

基于以上要求，笔者在设计时将装置分为封孑L套管固定和除尘排渣两部分。其中，封孑L套管的固定采用和钻机液压系统同步的液压千斤顶做支护；除尘排渣部分选用气水引射除尘、压风 自动排渣，在实际应用该设计理念获得了良好的效果。

3 系统设计和工作原理分析3.1 系统设计根据设计思路，笔者做出如下设计(见图 1)，瓦斯喷孔综合治理安全装置由液压支护打钻体系、引射除尘以及压风排碴三部分组成，液压支护打钻体系由液压支架、密封三通、护孔管等部分构成，液压支架位于最下端可随钻机运作 自由伸缩，上部紧连密封三通、护孔管等部件。引射除尘装置通过钢丝软管同密封三通相连，右边设置有引射管；引射管与分离箱相连；分离箱下部及侧面设置有排渣口，下部排渣口用钢丝软管连接，顶部设置有瓦斯抽排管。本设计贯彻收稿日期 ：2013-05-16作者简介：秦小坤(1963-)，男，安徽淮北人，工程师，研究方向：矿山机械 。

· 110·· 杌械研究与应用 ·2013年第3期(第26卷，总第125期) 设计与制造了设计思路，基本解决了使用过程中的-些突出问题，该装置可用于井下各种环境下的打钻及钻孔瓦斯抽排，起到护孔、防止瓦斯喷孔及对瓦斯除尘的作用，能有效提高井下掘进速度，保证掘进安全，改善作业面环境。

图 1 瓦斯喷孔综合治理安全装置结构图1.护孔管 2.密封三通 3.钢丝软管 4.引射除尘管5.分离器 6.压风接口 7.水接口 8.瓦斯抽排管9.排碴口I 1O.排碴 口Ⅱ 11.液压支架3.2 操作步骤瓦斯喷孔综合治理安全装置中的液压支护打钻体系、引射除尘及自动排渣是-有机整体，在实际操作中作用各不相同。液压支护打钻体系，下端为液压支架，上边紧连密封三通及护孔管，钻杆在其顶部作业，其中液压支架的液压系统与钻机的液压体系相通可实现二者的同步操作；该体系通过钢丝软管与引射除尘管连接，引射除尘管利用气水射流原理产生强大的负压将钻孔内的瓦斯与粉尘吸人并对粉尘在管内进行灭尘，水、煤尘及瓦斯气体经充分混合后，固、液混合物经排渣管排出；上部气体经连接管瓦斯抽排管排出。当发生-定量喷孔时会将分离器侧部的排渣口冲开，大量粉尘进入缓冲袋内。这样既能保证装置的安全，又可对瞬间喷孔产生的能量进行缓冲。

本装置的结构特点在于液压支护打钻体系设置有液压支架，除尘系统采用气水引射除尘效率高，可充分利用井下现有资源。底部采用压风排渣，当煤渣达到-定量时打开压风，利用风压将煤渣压入矿车内。采用缓冲储煤袋设计，保证-定量喷孔时作业面(上接第 109页 )陷，降低设备成本。本设备可广泛应用各种大型特种车辆及工程 、运输车辆等 J。另外作为力矩的输入端 ，可根据需要改进用电机等装置带动 ，这就需要所需配备的车辆有相应的电源插 口，这样平板车的整体骨架就需要做-定改动设计，在此不再赘述。笔者的阐述对车辆维修装备的开发提供了-定借鉴作用。

4 应用分析瓦斯喷孔综合治理安全装置已完成各项工业实验，并申请国家专利。现正在淮北矿务局及皖北矿务局多个煤矿井下使用，在使用过程中获得了普遍认可，在技术指标上，作业面瓦斯浓度不超过 1%，除尘装置内的灭尘量达到95%。

5 结 语瓦斯喷孑L综合治理安全装置的设计与研制，不仅解决了煤矿井下施工中瓦斯抽排钻孔和其他钻孔过程中的-系列问题，还兼顾了社会效益和环境效益。

(1)本装置采用液压支柱固定封孔套管替代原有用水泥砂浆和发泡聚胺脂材料固定的永久封孑L套管，可使封孔套管得以循环使用，省去封孔时所浪费的时间，同时节约了大批钢管的使用。

(2)装置采用独立密封套管，保证对钻孑L的密封性，有效防止了瓦斯喷孔时可能造成的危险。

(3)采用气水引射除尘提高装置的除尘能力，同时保证了主瓦斯抽排管道的抽排效率。

(4)装置采用压风排渣将渣自行排出，避免出现打钻过程中停机排渣的现象，提高了工作效率。

(5)装置达到预定功能时，旧能的降低自身体积方便携带及转移，有利于井下作业。

所以，瓦斯喷孔综合治理安全装置的研发与生产不仅可以解决井下瓦斯抽排钻孔和其他钻孔过程中的诸多问题，还能为社会和企业带来巨大的经济和环境效益，值得在井下生产中推广使用。