Hydraulic Perforation and Blowout Prevention Device for Perforating Water Hole in Yungaishan Coal Mine
王森 WANG Sen；宋洪阳 SONG Hong-yang；陈海峰 CHEN Hai-feng
（河南永锦能源有限公司云盖山煤矿二矿，禹州 461670）
（Henan Yongjin Energy Co.，Ltd. Yungaishan Coal Mine 2，Xuchang 461670，China）
摘要：底抽巷穿层钻孔水力冲孔施工排粉方式为水排粉，由于煤体中瓦斯含量高、瓦斯压力大，钻头在穿煤期间容易造成钻孔喷孔，钻孔喷孔会瞬间涌出大量的瓦斯和煤泥。大量瞬间涌出的瓦斯可能会造成瓦斯浓度超限，同时高压煤泥瞬间冲向钻机和现场施工人员，极易造成机毁人伤[1-10]。为了有效防止伤人事故和瓦斯事故的发生，保证矿井正常采掘接替，云盖山煤矿在Ⅰ代防喷孔装置基础上通过改进集尘箱和孔口捕尘器装置，增设缓冲气囊，最终加工制作成了水力冲孔防喷孔整套装置，简称Ⅱ代防喷孔装置。
Abstract: The method of pulverizing water punch hole construction is water discharge powder. Due to the high gas content and large gas pressure in the coal body, the drill bit can easily cause drilling holes during coal drilling, and drilling holes will instantly gush out a large amount of gas and coal mud. A large amount of instantaneous gushing gas may cause gas concentration to exceed the limit. At the same time, high-pressure coal mud will instantaneously rush into the drilling rig and on-site construction personnel, which will easily cause damage to the machine. In order to effectively prevent injuries and gas accidents, and ensure the normal mining of mines to succeed, the Yungaishan coal mine has improved the collection of dust boxes and hole traps on the basis of the first generation of anti-injection devices, and added buffer airbags. The final processing was made into a complete set of hydraulic perforation anti-perforation devices, referred to as the second generation anti-perforation devices.
关键词：水力冲孔；钻孔喷孔；瓦斯超限；防止伤人事故；防喷孔整套装置
Key words: hydraulic punch；drilling holes；gas limit；prevention of injury；spraying hole complete set
中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）35-0174-02
1 矿井基本概况
河南永锦能源有限公司下属煤矿云盖山煤矿现开采的二1煤层自燃倾向等级为Ⅲ类，属不易自燃煤层；煤层爆炸指数为17.99%，煤尘具有爆炸危险性；煤层瓦斯含量为2.01m3/t～5.82m3/t，瓦斯压力为0.10 MPa～0.56MPa，属高瓦斯、“三软”不稳定厚煤层。现矿井二1煤层回采前主要采用穿层钻孔预抽煤巷条带区域防突措施掩护煤巷掘进，利用高压水力冲孔卸压增透技术增大煤层的透气性，但在施工穿层钻孔及水力冲孔过程中钻孔喷出大量气-煤-水混合物，甚至抛出钻杆、推倒钻机，极易造成伤人事故和局部瓦斯积聚[1]。为遏制这一状况发生，云盖山煤矿在Ⅰ代防喷孔装置基础上通过改进集尘箱和孔口捕尘器装置，增设缓冲气囊，最终加工制作成了水力冲孔防喷孔整套装置，简称Ⅱ代防喷孔装置，现场应用结果表明，该装置结构简单、密封效果好，防喷孔及防局部瓦斯积聚效果显著[11-20]。
2 底抽巷穿层钻孔水力冲孔过程中存在的问题
底抽巷穿层钻孔水力冲孔施工排粉方式为水排粉，由于煤体瓦斯含量高、瓦斯压力大，水力冲孔期间排出大量煤泥和水不容易收集清理，导致负压吸气管路堵塞；堵塞管路处理期间瞬间涌出的大量煤泥和瓦斯容易造成瓦斯超限和机毁人亡。为了有效防止穿层钻孔水力冲孔期间发生瓦斯喷出事故，矿井在Ⅰ代防喷孔装置基础上通过改进集尘箱和孔口捕尘器装置，增设缓冲气囊，最终加工制作成了水力冲孔防喷孔整套装置，简称Ⅱ代防喷孔装置。经过现场多次试验，该装置具有结构简单、实用等特点，能够有效解决喷孔造成的瓦斯超限问题[16]。
2.1 第Ⅰ代防喷装置的缺点
底抽巷穿层钻孔水力冲孔发生喷孔期间，大量的煤泥和瓦斯瞬间喷出易造成负压吸气管路阻塞；管路连接处在煤泥与瓦斯压力作用下极易脱落，瞬间喷出的大量气-煤-水混合物推倒钻机、抛出钻杆，进而造成瓦斯超限及人员的伤亡事故。
2.2 第Ⅱ代防喷装置工作原理
Ⅱ代防喷孔装置是在Ⅰ代喷孔装置的基础上改进集尘箱和孔口捕尘器装置，增设利用￠400mm风筒做成的缓冲减压气囊。底板岩巷穿层钻孔水力冲孔施工前，先将防喷孔腔体在钻孔中固定牢固，并将防喷孔装置、气-煤-水分离器、抽采管路连接起来；当穿煤作业或水力冲孔作业发生喷孔时，一部分气体进入缓冲气囊进行压力释放并经气囊排气管进入抽放主管，大大减低了瓦斯突出危险性。另一部分气-煤-水混合物喷入防喷孔腔体，混合物中的煤-水被分离出来；与此同时喷出的瓦斯经连接在防喷孔腔体和气-煤-水分离器上的管路被吸入抽采主管；喷孔时喷出的气-煤-水混合物被限制在密闭空间并被分离，避免了喷孔伤人和局部瓦斯积聚现象[1-5]。
3 底抽巷穿层钻孔水力冲孔防喷孔装置主要应用效果
①Ⅱ代防喷孔装置钻杆入口采用旋转皮垫，能够有效增加钻孔施工过程中的密闭性，防止钻孔瓦斯涌出。
②Ⅱ代防喷孔装置流煤口采用5寸软管连接蓄粉箱，采用全封闭式施工，能够有效保证钻孔施工过程的连续抽放。
③Ⅱ代防喷孔装置水煤通过分离器水煤排出管引入水煤沉淀池，然后进行水煤分离，保证了钻孔施工场所的环境卫生。
④Ⅱ代防喷孔装置实现了“流煤孔开放向密闭、煤粉分散向集中”的改进理念，全面隔绝钻孔与外部联系，实现喷孔、瓦斯的闭合式治理[16]。
⑤Ⅱ代防喷孔装置可在突出矿井底抽巷施工抽放钻孔及水力冲孔，采用“边钻进边分离边抽采”，高效解决了钻孔施工期间的喷孔及瓦斯治理工作，对底抽巷穿层钻孔施工具有革新式意义[16]。
⑥Ⅱ代防喷孔装置气囊能够有效释放钻孔喷孔煤泥及瓦斯压力，避免了发生喷孔时大量的煤体与瓦斯体喷出易造成负压吸气管路阻塞，解决了煤体与瓦斯压力作用下，管路连接处易脱落等问题。
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