一种煤矿抽采钻孔除渣防尘装置设计与应用

2021-05-21孙文光

煤矿现代化 2021年3期

孙文光

（兖矿贵州能化有限公司大方煤业小屯煤矿，贵州毕节 551700）

关键字：除渣防尘装置；瓦斯抽采；煤岩渣；除渣桶

随着煤矿开采深度的增加，瓦斯抽采成为煤与瓦斯突出矿井实施区域防突的主要措施之一。目前多数企业采用钻孔方式进行瓦斯抽采，利用抽采泵站提供的负压将钻孔内的瓦斯抽采出煤层，从而达到降低煤层瓦斯压力的目的，使煤层的突出危险性降低甚至消除[1-2]。大方煤业小屯煤矿广泛使用某品牌钻机[3]，该钻机配套钻杆为光杆钻杆，碰到地质条件复杂多变的煤层钻孔施工时，经常遇到软分层而出现钻孔塌孔现象。为提高钻孔成孔率，将光杆钻杆更换为矮螺纹钻杆，该钻杆以地质钻杆为杆体，经预应力缠绕平面螺旋叶片焊接而成。该钻杆因杆体与螺旋叶片之间存在缝隙，导致孔口装置无法起到密封作用，不仅影响防尘效果，也为清理增加了困难。

1 钻机结构

该品牌钻机主要由泵站、动力头、机架、立柱框架、操纵台和钻具组成[3]。钻机整体结构如图1 所示。

图1 钻机结构

2 原钻机孔口装置设计缺陷

1）采用矮螺纹钻杆钻孔施工时，煤岩渣及粉尘将从钻杆缝隙中吹出，原有孔口装置与钻杆之间无法起到密封作用，使得孔口防尘效果较差。

2）采用防尘袋收集煤岩渣及粉尘，钻孔施工时，每米将产生大约20 kg 煤岩渣，每10 m 即可装满1 袋，由2 名人员转移至输送带旁，并经输送带输送至地面。

3）钻孔施工过程中产生的煤岩渣经除渣口直接进入到防尘袋，无法判别钻孔煤岩情况。

4）进行穿煤作业时，极易发生钻孔喷孔事故，将产生大量瓦斯，随煤岩渣进入防尘袋中。因防尘袋密封性较差，瓦斯从中泄露后在巷道中积累，造成瓦斯超限。

3 新型除渣防尘装置设计

为提高防尘效果，设计了新型除渣防尘装置：

1）设计组合式鼓型喷雾式孔口装置（以下简称为组合式孔口装置）。

在原有孔口装置除渣口后方增加3 道皮带挡渣装置，提高钻杆与孔口装置之间密封性，阻止煤岩渣与粉尘通过钻杆带出；因钻杆为螺纹型，煤岩渣与粉尘会掺杂到螺纹中随之带出，在第1 道与第2 道皮带挡渣装置之间安装高压水喷头，可将进入此段中的粉尘与水雾吸附，达到抑制扬尘的目的；在孔口装置尾部即第 2 道与第3 道皮带挡渣装置之间增加φ40 mm 出渣口，螺纹带出的煤岩渣可通过该出渣口排出，如图2 所示。

图2 组合式鼓型喷雾式孔口装置

2）设计除渣桶。用于收集煤岩渣及粉尘，设计结构图如图3 所示。除渣桶由进渣口、出渣口、出气口、抽放口、观察窗、高压水喷头、挡渣钢板、储渣桶、起吊吊环等组成。其中，进渣口通过软管与组合式孔口装置除渣口连接；出气口通过软管与除尘袋连接，使用紧固钢带紧固；当除渣桶内煤岩渣含量接近挡渣钢板时，起吊除渣桶至输送带上方，打开出渣口，煤岩渣通过输送带传送至地面上；除渣桶上方开出观察窗，由钢化玻璃及观察孔组成，配合高压水喷头，方便于施工人员判别钻孔煤岩情况；当除渣桶内瓦斯含量达到一定压力后，顶开球阀，通过抽放口排除，防止瓦斯超限；钻孔施工时，打开组合式孔口装置及除渣桶内的供水闸阀（注意：供水闸阀严禁打开过大或过小，水量仅需满足孔口降尘和冲刷除渣桶观察口即可，施工过程中应及时调整）。除渣桶实物结构图如图4 所示。

图3 除渣桶设计结构图

图4 除渣桶实物结构图

除渣防尘装置结构总图如图5 所示。

图5 除渣防尘装置结构总图

4 新型除渣防尘装置产生的效益

1）节约成本：现每台钻机平均每天施工钻尺约130 m，使用防尘袋装渣，每施工10 m 就需清渣1 次，每次清渣需2 个人用20 min；使用除渣桶后，仅需1人用2 min。每次节约人工0.078 人，每天可节约人工1.014 人，每台钻机每年可节约人工370.11 人，以人工成本86 元计算，累计节省人工费用3.18 万元；

2）经济效益：每天约增加钻尺15 m，全年增加钻尺5 475 m，按照钻尺每米15 元计算，累计增加钻尺效益8.21 万元。