防喷安全装置在石门揭突出煤层中的应用①

焦聚博 解 强 杨明涛

(1.贵州盘江煤电(集团)公司松河矿，贵州六盘水 553536;2.中矿龙科能源科技(北京)有限公司，北京 100085)

防喷安全装置在石门揭突出煤层中的应用①

焦聚博1②解 强2杨明涛1

(1.贵州盘江煤电(集团)公司松河矿，贵州六盘水 553536;2.中矿龙科能源科技(北京)有限公司，北京 100085)

介绍了防喷安全装置的原理、结构及提高防喷效果的技术途径。通过在松河矿1500运输石门揭煤抽放钻孔施工中应用防喷安全装置进行试验，实现了安全揭开具有严重突出危险性的17#煤层，取得了较好的效果。

防喷安全装置;石门揭煤;突出煤层

煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中常发生的严重自然灾害之一。石门揭突出危险性煤层一般具有较大的危险性，如何实现石门安全、顺利地揭突出危险性煤层，多年来进行了试验研究和广泛实践，取得了一些较成熟的经验，但是仍有许多问题没有解决，其中一个难题就是施工钻孔过程中出现强喷孔现象，造成瓦斯超限和煤渣伤人事故［1］。随着防突技术的不断发展以及设备的不断改进，防喷安全装置成为一种在石门揭突出危险煤层时有效的装置。通过在松河矿具有强突出危险性的17#煤层揭煤中的应用，防喷安全装置取得较好的效果，值得推广。

1 防喷安全装置原理分析

煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下开采过程中一种复杂的动力现象。目前对于突出机理还没有形成统一的认识，其中综合假说被广泛采用，该理论认为:(1)煤与瓦斯突出是地压、高压瓦斯、煤体的结构性能等三个因素综合作用的结果;(2)地压破碎煤体是造成突出的首要原因，瓦斯是完成突出的主要能源;(3)煤的结构和强度是制约和影响突出发生的一个重要因素［2］。基于这一理论，研制了防喷安全装置，其作用原理就是通过“疏”和“堵”的方法，降低钻孔煤层中瓦斯压力和含量，使煤体内的变形潜能得到释放，从而起到减弱或消除煤与瓦斯突出引起喷孔的危险性。“疏”指该装置可以边钻边抽，迅速抽出钻孔内逸出的瓦斯;“堵”指装置在孔口有封口管和密封胶垫，有效防止没有被及时抽走的瓦斯喷出。

防喷主要方法是在孔口处安装一个防喷安全装置，突出的煤、瓦斯和水顺着钻杆与钻孔间的间隙流入其中，通过固有的倾斜分支进入排煤、瓦斯和水胶管，瓦斯被抽走，煤和水进入沉淀池［3］。钻机钻进时，破碎的煤(岩)粉在瓦斯压力和水的共同作用下，通过封口管的支管引出，进入汽水分离器内，根据物质存在的状态、重力原理及相对分子质量(瓦斯的相对密度比空气轻)，经过缓冲和分离作用，适当调节抽放管路负压，使瓦斯由分离器顶部被抽放管抽出进行利用，而煤渣和水在重力的作用下沉入分离器底部，通过底部的管路排出进入水沟，实现自动分离。但考虑到瓦斯利用和更好的防止瓦斯超限事故，在封口管上用废皮带固定一个漏斗形防喷水包，在排渣(水)管尾部用废皮带固定一个弹性密封胶垫，在负压的作用紧贴排渣管，在渣和水自重的作用下可以冲开一定的缝隙进行排渣。

2 防喷安全装置结构

防喷安全装置的结构如图1示，其主要部件包括:

1)封口管及密封胶垫。封口管起到钻孔与防喷装置连通通道作用，与孔内套管间采用法兰盘连接。钻机的钻杆通过连接部件穿入钻孔封口套管后实施钻进，钻杆与封口管间设密封胶垫密封。

2)漏斗型水包。作用是阻止打钻过程中的煤渣和水喷出伤人，并起到一定的缓冲作用。水包用废旧皮带制作，不但原料来源丰富，而且可以节省材料费。

3)汽水分离器。实现瓦斯煤与水分离的容器。在汽水分离器内，根据物质存在的状态、重力原理及相对分子质量(瓦斯的相对密度比空气轻)，经过缓冲和分离作用，适当调节抽放管路负压，使瓦斯由分离器顶部被抽放管抽出进行利用，而煤渣和水在重力的作用下沉入分离器底部，通过底部的管路排出进入水沟，实现自动分离。

4)排渣管。起到放水排渣作用，端部有密封胶垫，以防止外部空气进入汽水分离器影响抽放效果。

5)负压抽放管及抽放三通。抽放管与矿井抽放系统相连，能及时抽走打钻过程中钻孔内释放的瓦斯，防止孔内瓦斯积聚形成喷孔。

图1 防喷安全装置示意图

3 现场试验

3.1 石门揭煤工程概况

本井田1+3～18号煤层瓦斯含量为0.74～12.91 ml/g·r，平均 8.19ml/g·r;27 ～32 号煤层为 0.5 ～7.53ml/g·r，平均 3.58ml/g·r。根据本井田可利用的28个瓦斯测试数据计算结果并结合同一构造单元邻近的土城矿实际瓦斯情况，土城矿井与松河矿井相邻且同属一个构造单元，1990年1月6日，垂深343m，12号煤层144运输石门发生一次放炮后延期突出，突出煤量306t。本井田属高瓦斯矿井。

其中17#煤层平均厚度为6.3m，18#煤层平均厚度为3.4m，瓦斯含量高，属易突出煤层。

类比该矿，本矿有煤与瓦斯突出的可能，鉴于此，矿井安全设施按有煤与瓦斯突出进行设计。

3.2 防喷效果分析

1)在1500运输石门揭18#、17#煤层过程中，未使用防喷安全装置前施工的3个钻孔均出现强烈的喷孔现象，造成瓦斯超限事故3起，通过使用和改进喷孔防喷装置后，共施工了146个穿层钻孔，杜绝了因钻孔喷孔导致瓦斯超限事故的发生。

2)防喷安全装置的应用，避免了因打钻喷孔引起的卡钻事故，钻孔施工效率在原来的基础上提高了2倍以上，保障了职工的操作安全;未使用防喷装置前，一个小班不能完整的施工完一个钻孔，且穿不透17#煤层;使用防喷装置后，每个小班可以顺利完成2-3个钻孔，仅用了一个月时间就按照规定要求施工完146个钻孔，比原计划时间提前了一个月，仅工人工资一项就节约资金达1.8万元。

3)由于在出现强烈喷孔时，密封垫能堵住80% 以上的空隙，细碎的煤块积聚在孔口处并将三通管堵住，不必要求堵住100%的空隙。除可达到原防喷装置对煤、水、气的导向作用外，因增加了堵喷装置，在出现强烈喷孔时可实现自动堵喷。通过多次实验证明，改进后的防喷装置能够完全实现将喷孔通道堵住。

3.3 提高防喷效果的技术途径

1)钻杆与封口管(外端)之间密封胶垫密封必须可靠。密封胶垫要有足够的强度并要有很好的耐磨性，以便在施工时能起到很好的密封作用，防止高压瓦斯和煤粉沿钻杆喷出。钻孔封孔套管的封孔材料可采用水泥浆或树脂等物质，长度不小于3 m，必须确保有足够的强度和气密性［4］。

2)封口管与漏斗型水包之间应采用活动法兰连接，便于调节钻孔角度;连接部件的钻杆串管前后对称，均可与封孔套管连接;连接部件前后对称，以便能够调转方向，使水包始终处于靠向巷道中心线的位置，因而在钻场两边的钻孔施工时互不影响。

3)汽水分离器尺寸要大小适中。一方面要考虑排渣需要不宜过小，另一方面又要考虑钻场内巷道空间限制不宜过大，一般来说，体积在0.2～0.3 m3左右为宜;分离器入口处管道断面宜适当加大，以防堵塞［5-6］。

4)汽水分离器内壁、进汽水管及排渣管内壁表面必须保证光滑，以防止滞煤造成水包堵塞。副压抽放三通的瓦斯出口应设网以防止煤渣进入矿井瓦斯抽放管路。

4 结语

防喷安全装置充分利用物质存在的三种状态(气、液、固)、重力原理及相对分子质量计算，综合考虑钻机能力、推进速度、水压、钻孔开孔位置和排渣等因素进行设计。通过缓冲、分离作用、调节抽放管路负压及自重作用实现自动分离，不仅可以解决打钻期间存在的喷孔伤人安全隐患，而且还可以提高钻进效率，从而保证钻孔的有效抽放时间和抽放效果，并提高回采工作面的效率，具有很好的推广意义和使用价值。

［1］ 于不凡.煤矿瓦斯灾害防治与利用手册［M］.北京:煤炭工业出版社，2005

［2］ 唐骏，田建良，王兴.煤与瓦斯突出的机理及距离判别分析法［J］.煤矿现在化，2011(01)，54

［3］ 朱建安，申伟鹏，郭培红.水力冲孔技术三通防喷装置的改进设计［J］.煤矿安全，2010(05)，22-24

［4］ 陈存强，宋庆尧，聂政.突出煤层打钻防喷孔装置［J］. 煤炭技术，2005，24(10):20

［5］ 林柏泉，崔恒信.矿井瓦斯防治理论与技术［M］.徐州:中国矿业大学出版社，1998

［6］ 郝彦斌，李义朝.突出煤层打深孔技术［J］.中州煤炭，2011，(03):42-43

Application of blowout control equipment on rock cross-cut coal uncovering

JIAO Jubo1，XIE Qiang2，YANG Mingtiao1

(1.Songhe Mine，Panjiang Coal Electricity Group Company，Liupanshui Guizhou 553536;2.Zhongkuang Longke Energy Science and Technology(Beijing)Company Ltd，Beijing 100085)

This paper introduced the working principle and constitution of blowout control equipment，and the technical approaches which improved the effect of blowout prevention was also presented.Songhe Mine made a series of drilling test research in 1500 rock cross-cut by using blowout control equipment.The results showed that the equipment could safely open up 17 coal seam with gas outburst and good effect was obtained.

blowout control equipment;rock cross-cut coal uncovering;outburst coal seam

TD713

A

1672-7169(2011)04-0011-03

2012-01-11

焦聚博(1978-)，男，河北石家庄人，大学毕业，贵州盘江煤电(集团)公司松河矿工程师，主要从事煤矿生产技术及安全管理工作.