孔口除尘装置在顺层钻孔施工的应用

[摘 要]在本煤层顺层钻孔施工过程主要采用干式压风排风施工工艺，施工过程中产生大量的粉尘、瓦斯，严重的影响了施工现场的职工健康，加大了瓦斯治理的难度。该除尘装置采用矿井压风作为动力，通过引射流装置产生的负压将钻孔处的粉尘抽吸进入除尘器内，通过惯性除尘、喷雾除尘、水气旋流除尘三种除尘技术手段，进而达到除尘目的。通过在义安公司11100工作面的实验，除尘效率达到85%以上，有效的解决了打钻过程中的粉尘及瓦斯问题。

[关键词]负压 除尘 顺层

中图分类号：TQ639.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0006-01

目前，国家高度重视煤矿开采中的安全事故问题，要求在高瓦斯、突出矿井采用瓦斯预抽放措施，以预防瓦斯灾害发生。目前的瓦斯抽采钻孔主要有湿式和干式两种工艺，在本煤层中施工顺层瓦斯抽放钻孔主要采用干式压风排粉方式，干式钻孔风力排渣克服了水力排渣的缺陷，但是高瓦斯矿井、突出矿井干式钻孔施工工艺在施工期间往往出现喷孔、钻屑量大、瓦斯异常涌出等现象，产生大量的粉尘污染和瓦斯涌出，对施工人员的身体健康造成极大的危害，同时也增加了矿井在瓦斯治理方面的难度，为此在钻孔施工过程中使用一种新型孔口除尘装置在解决瓦斯和粉尘污染方面十分必要。

为了解决钻孔施工期间的瓦斯和粉尘污染，结合现场实际情况，洛阳义安矿业公司通过对以往孔口除尘装置的改进，利用钻孔施工地点的矿井压风作为动力，通过负压除尘器产生的负压将钻孔处的粉尘抽吸进入除尘器内，经过惯性除尘、喷雾除尘、水气旋流除尘三种除尘技术手段，进而达到除尘目的。

一、孔口除尘器

1.1 孔口除尘器系统组成及参数

孔口除尘器主要由孔内束集管、孔口连接装置、负压引导管、引射流装置四部分组成。（以Φ94mm钻孔直径为例）

（1）孔内束集管：由Φ159的抗阻燃塑胶管与6寸法兰盘连接组成；束集管长度1米，主要作用是将压风排出的煤粉进行束集，使煤尘通过束集管的过程中形成较为稳定的煤尘流，便于孔口连接装置对排出的煤尘进行处理。

（2）孔口连接装置：孔口连接装置由主管道（1）、瓦斯抽采口（2）、定位螺丝（3）、档尘皮垫（4）、导煤口（5）、降尘喷雾（6）、2个捕尘口（7）构成。

瓦斯抽采口：采用Φ40管径与孔口连接装置焊接，该口通过瓦斯抽采支管与矿井抽采系统相连。利用矿井瓦斯抽采系统提供的负压将通过束集管排出的压风煤尘混合流中的瓦斯吸入抽采系统。

捕尘口：采用Φ108铁管焊在孔口连接装置两侧，铁管外端过马牙扣，用于与负压引导管连接。

导煤口：导煤口位于孔口连接装置下端，与旧风筒做成的筒状收集装置相连，将压风排出又不能被负压吸走的煤尘导入巷道。

降尘喷雾：降尘喷雾位于导煤口中部，用于湿润导入巷道的煤尘，防止煤尘直接落地造成煤尘二次飞扬。

档尘皮垫：用废旧皮带做成，通过定位螺丝与定位螺帽连接将皮垫固定于孔口连接装置外端，起到档尘和观察钻孔返风是否正常的作用。

（3）负压引导管：钢丝编制塑料软管（Φ114mm），抗拉、抗扭，易弯曲。

（4）引射流除尘器：风水混合喷口、负压引导口、扩散口、支撑座组成。

负压引导口：管道内高速风水混合气流流经负压引导口后，在负压引导口产生负压。

扩散口：将混合流体的动能转化为压能，使含尘气体在扩散管内进一步得到压缩，以减少能量损失。扩散角一般采用均匀扩散角，扩散角约5-8°。扩散口的直径为2倍的引射流直管直径。

1.2 孔口除尘装置的连接方式

（1）孔内束集管通过法兰与孔口连接装置固定；

（2）孔口连接装置与负压引导管采用管箍连接固定；

（3）引射流除尘器与负压引导管采用管箍连接固定；

二、工作原理

2.1 整体工作原理

该除尘器综合利用惯性除尘、喷雾除尘、引射流负压三级降尘方法降低煤尘。钻孔施工过程中随压风排出的煤尘通过孔内束集的束集作用较稳定的进入孔口连接装置，孔口连接装置上方的抽采管通过抽采系统的负压抽走孔内瓦斯；孔口连接装置两侧的吸尘口将在钻孔压风排粉过程中能够飞扬的较大颗粒的煤尘（即钻孔施工中造成能见度低的主要煤尘）通过引射流产生的负压吸走；不能够被吸走的、大颗粒堆积煤粉在压风排粉和自身重力的作用下沿导煤口流出，通过导煤口的除尘喷雾湿润后形成糊状或粥状煤糊，减少煤粉直接落地造成煤尘二次飞扬。

2.2 引射流装置工作原理

由压风、压水通过风水混合喷嘴向外喷出雾状风水混合高速气流，高速气流向外流经管道后使负压引导口压力降低产生真空负压，以高压胶管作为负压连通通道将煤尘从孔口连接装置除尘口吸走。

三、孔口除尘装置在义安矿的应用

3.1 工作面情况

义安矿业有限公司二111100工作面主采二1煤层，二1煤层属半亮型煤，煤层结构较复杂，不稳定煤层中含FeS结核Ad=21.42，Sd=2.23，平均煤厚3.2m 。煤芯中含有大量黄铁矿结核，属中高硫、特低磷、低中灰、高发热量、粉状贫煤。煤层瓦斯含量为5.47m3/t，瓦斯压力0.45MPa，煤体坚固性系数f为0.14，瓦斯放散初速度ΔP为31。

试验钻机为ZDY-4300LF型可移动式履带钻机，在11100下巷实验，钻杆采用中心杆为Φ63.5的浅螺旋钻杆。试验钻孔同排间距2米，距顶1.5米，设计孔深79米，钻孔角度上仰0-1°。

3.2 现场实验效果考察

（1）现场实验除尘装置压力表现实风压、水压分别为0.7、0.6Mpa；孔口除尘装置运行后，装置运行稳定。

（2）钻孔孔口采用黄泥+聚氨酯封堵，孔口封堵严密，无粉尘溢出现象。

（3）孔口除尘器产生的负压约4-5Kpa，能够满足除尘需要。

（4）孔口除尘器施工期间，未出现明显影响钻孔施工的现象。

（5）经过现场粉尘浓度测量，钻进10米、20米、30米、40米、50米、70米时，除尘效率分别为87.2%、87.4%、83.7%、82.2%、81.4%、80.5%。

3.3 注意事项

1、孔口除尘器运行期间要保证风压、水压稳定可靠；

2、加强对引射流装置、负压引导管的清理，防止产生大量积煤，影响负压。

3、孔口连接装置的导煤口的长度要与孔口连接装置一致，防止孔口连接装置内出现积煤。

四、结论

1、除尘器整体质量小，可拆分，便于运输，安装方便，劳动强度低。无任何摩擦碰撞和电器元件，安全系数高。

2、采用惯性除尘、喷雾除尘、引射流负压三级除尘方式，将钻孔施工期间的煤尘分类处理，增强了除尘效果。

3、该装置在钻孔过程中可直接收集从钻孔中涌出的瓦斯，缓冲钻孔内瓦斯急剧喷出，并通过矿井的瓦斯抽放系统将瓦斯排出，提高钻孔施工期间安全系数。

4、整体设计简单、实用，需要连接的风水管路、抽采管路都是煤矿常用设备，操作简单，易于掌握，除尘器所需材料均可用矿井生产过程中废旧材料焊制，节约材料，降低成本，具有广泛的推广意义。

5、通过孔口除尘器在义安矿的应用，降尘效率约80%以上，大大的降低了巷道中的粉尘浓度，改善了干式钻孔施工时的工作环境，为今后推广干式钻孔工艺的进一步研发奠定了基础。