瓦斯抽采鉆孔孔口除塵裝置的研究

靳新季

摘 要：煤礦施工瓦斯抽采鉆孔采用風(fēng)力排渣時(shí)產(chǎn)生大量粉塵，給礦井安全生產(chǎn)及人員健康帶來了隱患。為解決瓦斯抽采鉆孔鉆進(jìn)所產(chǎn)生的粉塵，設(shè)計(jì)提出一套和鉆機(jī)相配套的新型孔口除塵裝置，并進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)踐。該裝置對施工瓦斯抽采鉆孔時(shí)產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行治理提供了一種新的方法。

關(guān)鍵詞：抽采鉆孔 孔口除塵裝置 煤礦施工 粉塵處理

中圖分類號(hào)：TD714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（b）-0091-02

隨著開采深度的增加，煤與瓦斯突出強(qiáng)度越來越大，瓦斯治理難度越來越大，因瓦斯抽放是防治煤與瓦斯突出事故的最有效措施之一，從而使瓦斯抽采鉆孔的數(shù)量急劇增加。煤礦瓦斯抽采鉆孔施工主要采用干式鉆孔風(fēng)力排渣，但其產(chǎn)生的大量粉塵對施工作業(yè)地點(diǎn)造成了極大的污染，會(huì)影響視線造成施工人員誤操作，導(dǎo)致發(fā)生安全事故，同時(shí)嚴(yán)重危害作業(yè)人員身體健康，因此《煤礦安全規(guī)程》第一百五十四條（七）規(guī)定：在煤、巖層中鉆孔，應(yīng)采取濕式鉆孔。煤（巖）與瓦斯突出煤層或軟煤層中瓦斯抽放鉆孔難以采取濕式鉆孔時(shí)，可采取干式鉆孔，但必須采取捕塵、降塵措施，工作人員必須佩戴防塵保護(hù)用品。

目前鉆孔排渣方式主要有水力排渣和風(fēng)力排渣。水力排渣優(yōu)點(diǎn)：（1）作業(yè)地點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生粉塵，有利于安全生產(chǎn)。（2）有利于鉆桿的降溫，能有效防止鉆孔打鉆著火。缺點(diǎn)：（1）沖蝕孔壁容易造成塌孔，影響抽采效果。（2）鉆進(jìn)過程中煤泥包裹鉆桿容易卡死鉆桿。風(fēng)力排渣優(yōu)點(diǎn)：（1）鉆孔成型好，不容易塌孔，有利于瓦斯抽放。（2）孔內(nèi)排渣干凈，封孔方便。缺點(diǎn)：（1）作業(yè)地點(diǎn)粉塵大，環(huán)境衛(wèi)生差。（2）易造成職業(yè)病，影響職工身體健康。

煤層鉆孔施工現(xiàn)場大多數(shù)僅使用孔口噴霧及全斷面水幕等簡單的降塵裝置，鉆孔施工地點(diǎn)煤塵飛揚(yáng)，煤塵被巷道中風(fēng)流吹起后充滿整個(gè)巷道斷面，其回風(fēng)流中的平均粉塵濃度高達(dá)400 mg/m3以上，遠(yuǎn)超出《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定。為解決干式鉆孔產(chǎn)生的粉塵污染問題，提出利用高壓氣體引射原理設(shè)計(jì)一種濕法除塵器，即利用高壓氣流產(chǎn)生負(fù)壓抽吸含煤塵氣流，并利用高壓氣流打散水滴霧化自吸入的煤塵，使煤塵與水霧充分霧化后排出，進(jìn)而達(dá)到除塵的效果。為檢驗(yàn)孔口除塵裝置除塵效果，本文理論分析了孔口除塵裝置的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，并通過在瓦斯抽采鉆場現(xiàn)場施工瓦斯抽采鉆孔對孔口除塵裝置的除塵效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

1 孔口除塵裝置

1.1 結(jié)構(gòu)組成

該裝置由引射除塵器、連接軟管及孔口集塵裝置三部分組成，如圖1所示。引射除塵器主要由吸入室、混合室、擴(kuò)散管、噴頭等結(jié)構(gòu)組成，該部分主要產(chǎn)生負(fù)壓，將孔口的煤塵吸入管內(nèi)并進(jìn)行霧化除塵后排出，吸入室直徑為273 mm，長度為500 mm，混合室直徑為146 mm，長度為800 mm，擴(kuò)散管直徑為273 mm，長度為200 mm；孔口集塵裝置呈圓筒狀，直徑為315 mm，長度為800 mm，下部有出渣口，上部有出氣口，主要是將打鉆的煤塵搜集在一個(gè)相對密閉的空間內(nèi)；連接裝置由一根4 m長4寸鋼絲軟管組成，作為連接引射除塵器和孔口集塵裝置的通道，兩端分別用卡子固定在除塵器和集塵裝置上。

1.2 工作原理

瓦斯抽采鉆孔施工過程中產(chǎn)生的粉塵在壓風(fēng)作用下，從孔底以高速沿鉆桿與煤壁之間的孔隙向外排出，進(jìn)入孔口集塵裝置，其中較大顆粒的粉塵在重力作用下沉降下來，經(jīng)下部出渣口排出，較小顆粒的粉塵抽吸進(jìn)入引射除塵裝置。引射除塵裝置是典型的文丘里管式除塵器，其工作原理是噴嘴提供高壓氣體，使吸入室壓力降低形成真空負(fù)壓，將集塵裝置中較小顆粒的煤塵抽吸至吸入室。并與水流在喉管入口段及喉管內(nèi)混合，高壓氣體在喉口部位形成高速氣流，由于高速氣流的卷吸能力極強(qiáng)，在喉管入口段及喉管內(nèi)內(nèi)多次卷吸含塵氣流，含塵氣流和水滴在混合室內(nèi)形成高度湍流狀態(tài)，粉塵與水滴不斷碰撞，導(dǎo)致粉塵與水滴充分混合，形成除塵，經(jīng)擴(kuò)散管出口排出。

2 應(yīng)用實(shí)踐

2.1 工作面概況

焦作煤業(yè)集團(tuán)公司方莊二礦為煤與瓦斯突出礦井，其主采二1煤層為突出煤層。目前區(qū)域瓦斯治理巷道為25041上風(fēng)道，該巷道長度550 m，煤層頂板標(biāo)高-522.5～ -546.3 m，煤層厚度5.2 m，煤層傾角200左右，煤層穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單。預(yù)抽煤層瓦斯措施為在巷道上、下幫施工煤層抽采鉆孔，鉆孔布置方式為雙排三花眼，間距1.0 m，排距0.6 m，孔深80 m，鉆孔直徑94 mm，采用聚氨酯封孔，封孔深度15 m。巷道供風(fēng)量480 m3/min，平均風(fēng)速0.66 m/s。鉆孔施工采用ZDY-4000 S全液壓坑道鉆機(jī)，風(fēng)力排渣，水壓2 MPa，風(fēng)壓0.5 MPa。

2.2 現(xiàn)場試驗(yàn)

孔口除塵器采用煤礦常用的Φ273 mm、Φ146 mm鋼管焊制加工，制作完成后進(jìn)行了兩次現(xiàn)場試驗(yàn)。第一次試驗(yàn)時(shí)除塵器吸氣口產(chǎn)生了很大的抽吸能力，但是孔口的煤塵并未被全部吸走，相當(dāng)一部分從集塵器周圍擴(kuò)散飄入巷道風(fēng)流中。通過現(xiàn)場分析，主要原因是孔口集塵器封閉不嚴(yán)密，因此對孔口集塵裝置進(jìn)行了改進(jìn)。一是鉆孔采用擴(kuò)孔鉆頭，將集塵器前端插入煤壁0.5 m，并在周圍用黃泥封閉；二是在集塵器另一端固定兩道皮帶皮，在皮帶皮上開口讓鉆桿穿過，使皮帶皮包裹鉆桿以起到封閉作用。第二次試驗(yàn)時(shí)在鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中大的煤顆粒從孔口集塵裝置下部排出，含塵氣流被吸入除塵器，在除塵器擴(kuò)散口經(jīng)霧化后成煤水狀排出，達(dá)到了降塵效果。

2.3 數(shù)據(jù)采集及分析

粉塵測定儀器：CCX1000X型直讀式測塵儀。

測定方法：在布置測點(diǎn)位置進(jìn)行測定，直接讀出粉塵濃度。因鉆進(jìn)過程中粉塵忽高忽低，當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)時(shí)排粉量增加，而停止鉆進(jìn)時(shí)粉塵濃度隨著風(fēng)流的稀釋，粉塵濃度明顯降低，故確定測定4次，取其平均值。

測點(diǎn)選擇：粉塵顆粒從鉆孔產(chǎn)生后縱向隨風(fēng)流在巷道內(nèi)擴(kuò)散，在孔口處粉塵濃度最高，向外隨風(fēng)流逐漸降低，在距塵源10 m后擴(kuò)散到巷道全斷面，因此測點(diǎn)設(shè)在鉆孔下風(fēng)側(cè)10 m處，距巷道底板高度1.5 m。endprint

數(shù)據(jù)采集：（1）在不安裝除塵器的情況下在鉆孔下風(fēng)側(cè)10 m測得粉塵濃度分別為454.4 mg/m3、421.6 mg/m3、536.5 mg/m3、367.2 mg/m3，均值444.9 mg/m3。（2）在安裝除塵器的情況下在鉆孔下風(fēng)側(cè)10 m測得粉塵濃度分別為24.2 mg/m3、19.9 mg/m3、15.5 mg/m3、23.2 mg/m3，均值20.7 mg/m3。

數(shù)據(jù)分析：當(dāng)不采用除塵措施時(shí)，粉塵質(zhì)量濃度在400 mg/m3以上，采用孔口除塵器后粉塵質(zhì)量濃度僅為20 mg/m3，降塵效率高達(dá)95%。

2.4 存在問題

（1）開啟除塵器后產(chǎn)生較大的噪音，形成噪音污染。

（2）集塵器上安裝的皮帶皮與鉆桿相互摩擦，容易磨損，需經(jīng)常更換。鉆機(jī)鉆桿應(yīng)通過集塵罩的中心位置，集塵罩要牢固固定，防止偏移松動(dòng)。

（3）連接軟管采用4寸鋼絲軟管，避免煤塵堵塞。

（4）集塵器的安裝工序復(fù)雜，占用勞動(dòng)時(shí)間，影響鉆孔施工工效。

（5）風(fēng)、水管接口拆卸時(shí)避免進(jìn)入雜物堵塞噴頭，除塵器可采用法蘭連接，方便維修時(shí)拆卸。

（6）根據(jù)煤塵大小，通過閥門調(diào)節(jié)進(jìn)水量，使除塵效果達(dá)到最佳。

3 結(jié)論

（1）基于引射原理設(shè)計(jì)了一種新型煤層鉆孔孔口除塵裝置，闡明了工作原理和結(jié)構(gòu)組成。

（2）通過在現(xiàn)場施工瓦斯鉆孔，測得孔口除塵裝置的除塵效率達(dá)到95%，能夠顯著降低干式鉆孔過程中產(chǎn)生的粉塵污染。

（3）孔口除塵器結(jié)構(gòu)簡單，搬運(yùn)方便，維護(hù)簡便；無需動(dòng)力，可直接利用井下風(fēng)壓、水壓工作，適用范圍較廣；可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)水量大小，使除塵效果達(dá)到最佳。

參考文獻(xiàn)

[1] 李衛(wèi)成.一種新型孔口除塵器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].煤炭工程，2009（6）：107-109.

[2] 呂有廠.煤層鉆孔風(fēng)力排粉水射流負(fù)壓引射除塵裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2012（b）：37-39.

[3] 武帥，楊勝強(qiáng)，王建波，等.高壓氣流引射噴霧降塵除塵技術(shù)應(yīng)用研究[J].煤炭工程，2012（4）：64-66.

[4] 靳光法，孟繁金，王素枝.煤層鉆孔捕塵降塵裝置的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2011（2）：96-98.

[5] 李建國.孔口除塵系統(tǒng)在李子埡煤礦的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2007（10）：114-116.endprint

數(shù)據(jù)采集：（1）在不安裝除塵器的情況下在鉆孔下風(fēng)側(cè)10 m測得粉塵濃度分別為454.4 mg/m3、421.6 mg/m3、536.5 mg/m3、367.2 mg/m3，均值444.9 mg/m3。（2）在安裝除塵器的情況下在鉆孔下風(fēng)側(cè)10 m測得粉塵濃度分別為24.2 mg/m3、19.9 mg/m3、15.5 mg/m3、23.2 mg/m3，均值20.7 mg/m3。

數(shù)據(jù)分析：當(dāng)不采用除塵措施時(shí)，粉塵質(zhì)量濃度在400 mg/m3以上，采用孔口除塵器后粉塵質(zhì)量濃度僅為20 mg/m3，降塵效率高達(dá)95%。

2.4 存在問題

（1）開啟除塵器后產(chǎn)生較大的噪音，形成噪音污染。

（2）集塵器上安裝的皮帶皮與鉆桿相互摩擦，容易磨損，需經(jīng)常更換。鉆機(jī)鉆桿應(yīng)通過集塵罩的中心位置，集塵罩要牢固固定，防止偏移松動(dòng)。

（3）連接軟管采用4寸鋼絲軟管，避免煤塵堵塞。

（4）集塵器的安裝工序復(fù)雜，占用勞動(dòng)時(shí)間，影響鉆孔施工工效。

（5）風(fēng)、水管接口拆卸時(shí)避免進(jìn)入雜物堵塞噴頭，除塵器可采用法蘭連接，方便維修時(shí)拆卸。

（6）根據(jù)煤塵大小，通過閥門調(diào)節(jié)進(jìn)水量，使除塵效果達(dá)到最佳。

3 結(jié)論

（1）基于引射原理設(shè)計(jì)了一種新型煤層鉆孔孔口除塵裝置，闡明了工作原理和結(jié)構(gòu)組成。

（2）通過在現(xiàn)場施工瓦斯鉆孔，測得孔口除塵裝置的除塵效率達(dá)到95%，能夠顯著降低干式鉆孔過程中產(chǎn)生的粉塵污染。

（3）孔口除塵器結(jié)構(gòu)簡單，搬運(yùn)方便，維護(hù)簡便；無需動(dòng)力，可直接利用井下風(fēng)壓、水壓工作，適用范圍較廣；可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)水量大小，使除塵效果達(dá)到最佳。

參考文獻(xiàn)

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[3] 武帥，楊勝強(qiáng)，王建波，等.高壓氣流引射噴霧降塵除塵技術(shù)應(yīng)用研究[J].煤炭工程，2012（4）：64-66.

[4] 靳光法，孟繁金，王素枝.煤層鉆孔捕塵降塵裝置的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2011（2）：96-98.

[5] 李建國.孔口除塵系統(tǒng)在李子埡煤礦的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2007（10）：114-116.endprint

數(shù)據(jù)采集：（1）在不安裝除塵器的情況下在鉆孔下風(fēng)側(cè)10 m測得粉塵濃度分別為454.4 mg/m3、421.6 mg/m3、536.5 mg/m3、367.2 mg/m3，均值444.9 mg/m3。（2）在安裝除塵器的情況下在鉆孔下風(fēng)側(cè)10 m測得粉塵濃度分別為24.2 mg/m3、19.9 mg/m3、15.5 mg/m3、23.2 mg/m3，均值20.7 mg/m3。

數(shù)據(jù)分析：當(dāng)不采用除塵措施時(shí)，粉塵質(zhì)量濃度在400 mg/m3以上，采用孔口除塵器后粉塵質(zhì)量濃度僅為20 mg/m3，降塵效率高達(dá)95%。

2.4 存在問題

（1）開啟除塵器后產(chǎn)生較大的噪音，形成噪音污染。

（2）集塵器上安裝的皮帶皮與鉆桿相互摩擦，容易磨損，需經(jīng)常更換。鉆機(jī)鉆桿應(yīng)通過集塵罩的中心位置，集塵罩要牢固固定，防止偏移松動(dòng)。

（3）連接軟管采用4寸鋼絲軟管，避免煤塵堵塞。

（4）集塵器的安裝工序復(fù)雜，占用勞動(dòng)時(shí)間，影響鉆孔施工工效。

（5）風(fēng)、水管接口拆卸時(shí)避免進(jìn)入雜物堵塞噴頭，除塵器可采用法蘭連接，方便維修時(shí)拆卸。

（6）根據(jù)煤塵大小，通過閥門調(diào)節(jié)進(jìn)水量，使除塵效果達(dá)到最佳。

3 結(jié)論

（1）基于引射原理設(shè)計(jì)了一種新型煤層鉆孔孔口除塵裝置，闡明了工作原理和結(jié)構(gòu)組成。

（2）通過在現(xiàn)場施工瓦斯鉆孔，測得孔口除塵裝置的除塵效率達(dá)到95%，能夠顯著降低干式鉆孔過程中產(chǎn)生的粉塵污染。

（3）孔口除塵器結(jié)構(gòu)簡單，搬運(yùn)方便，維護(hù)簡便；無需動(dòng)力，可直接利用井下風(fēng)壓、水壓工作，適用范圍較廣；可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)水量大小，使除塵效果達(dá)到最佳。

參考文獻(xiàn)

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[4] 靳光法，孟繁金，王素枝.煤層鉆孔捕塵降塵裝置的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2011（2）：96-98.

[5] 李建國.孔口除塵系統(tǒng)在李子埡煤礦的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2007（10）：114-116.endprint