喷孔防护装置在突出煤层钻孔施工中的应用探讨

摘要：喷孔防护装置是一种有效的防突装置，目前已经在煤矿企业得到广泛应用，其主要借助于水力冲孔防突的作用，在采掘工作之前，使用高压水射流，使大量瓦斯以及一定数量的煤炭在冲孔中排出，这样就会在煤体中形成一定的排放瓦斯和卸压区域，使得煤体应力状态发生改变。

关键词：喷孔防护装置；突出煤层；钻孔施工

中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0082-03

突出煤层钻孔施工中，喷孔防护装置的投入使用，消除了矿井生产的安全隐患，因此，对喷孔防护装置在突出煤层钻孔施工中的应用的探讨有其必要性。

1 研究背景

喷孔防护装置在突出煤层钻孔施工中的应用是突出煤层回采工作面的一种重要区域防突措施。在钻孔中，由于突出煤层受地质构造、煤层起伏、煤层瓦斯、煤层力学性质、钻机具能力、煤层厚度的影响，从而制约了我国煤矿瓦斯抽放与突出防治的技术发展。近年来各个集团公司也相继把打钻工作放在首要位置，以企业长远目标为指导，配置装备，强化管理，着力于提高打钻工作的安全性、可靠性，确保突出煤层钻孔施工取得良好的工作成效。“十五”后期及近两年，我国突出煤层钻孔施工从装备和工艺方面取得了实质性的技术突破。

2 打钻喷孔原理

打钻喷孔是钻孔中发生的动力现象，其主要是由于高压瓦斯、软煤、应力集中三个因素共同作用的结果。一些煤矿由于瓦斯含量大、强度低等特点，当钻孔进入煤层后，就会对软煤层产生一种强烈的破碎力以及冲击力，该作用力使得煤体发生破裂，而煤体在破裂后，就会立刻产生解吸，并且其速度较快，同时，流入到钻孔中的瓦斯也会相应增加，具体可以达到几倍甚至于几十倍，由于瓦斯的增加，使得前后出现较大的瓦斯梯度，并出现较为明显的瓦斯激流，进而对煤体产生粉化作用。但是由于钻孔孔径相对较小，使得粉化的煤体和瓦斯顺利排出孔外较难，这样，就会在原有基础上进一步深化瓦斯压力梯度，经过以上一系列的作用，转变成为爆发性孔口外流，进一步形成喷孔。

3 喷孔防护装置应用

3.1 工艺要求

在软煤打钻中，在自身的工艺上有着特殊的要求和特点，经过大量的实践研究发现，在打钻过程中，相关工艺参数的测定需要重点把握三个环节，即转速、给进压力、排渣，具体主要的参数有钻具转速128r/min，给进压力1.5～3MPa，排渣采用湿式钻孔水力排渣。

3.2 装置原理

钻进时，破碎的粉煤在水与瓦斯压力联合作用下，进入四通连接器，瓦斯气体经由排气管被吸入抽放管路，水和煤渣则经由出水管流入气水分离器。流入气水分离器的水和煤渣落到排渣管下面的封口盖上，当水和煤渣的重量之和大于配重时，封口盖开启，水和煤渣流入排水沟；当水和煤渣的重量之和小于配重时，封口盖关闭，这样周而复始，实现自动放水排渣。另外与水和煤渣一同进入的少量残余瓦斯气体经由出气管被吸入抽放管路。因此，在上述装置的作用下，就会实现气体与水煤混合物的自动分离，从而达到边钻边抽防喷孔的目的。

3.3 装置结构组成

一般而言，喷孔防护装置会由于不同的需要和工艺要求而有所不同，以下针对其常用的喷孔防护装置结构组成进行简单说明，其主要由封孔套管、四通连接器、钻杆、抽放管路、气水分离器等组成，具体的结构示意图如图1所示。

3.4 关键技术

根据以上分析我们知道当钻孔进入煤层后，就会对软煤层产生一种强烈的破碎力以及冲击力，该作用力使得煤体发生破裂，而煤体在破裂后，就会立刻产生解吸，流入到钻孔中的瓦斯也会相应增加，为此，需要在这个过程中，对钻进速度、钻具转速、成孔直径有一个明确的掌握，优化钻杆具体参数，确定合理的螺旋角，从通过对临界转速、中心管径、螺距的优化，从而更好地确定钻机参数，以保证喷孔防护装置各项参数的准确度。在具体的操作时需要注意以下问题：

首先，要进一步掌握钻具转速与排渣效果之间的作用和关系，全面解决钻机施工时因为排渣不充分而形成阻塞现象，避免影响后续工作的进行。要通过钻杆下放筛管的护孔工艺，解决瓦斯抽放时造成的孔壁坍塌问题，减少压缩空气通过后的压力作用。

其次，要保证粉化的煤体和瓦斯顺利排出孔外，不然，就会在原有基础上进一步深化瓦斯压力梯度，经过以上一系列的作用，转变成为爆发性孔口外流，进一步形成喷孔。

4 效果分析

针对某一煤矿喷孔防护装置的应用情况为例，对喷孔防护装置的应用效果进行具体分析：

该装置在矿井突出煤层应用过程中，将喷出的瓦斯和水煤混合物在人为主动作用下引导出来，施工过程中，总共施工了145个穿层钻孔，并没有出现相应的瓦斯超限事故。而且整个施工过程中，通过对其巷道内瓦斯体积分数的监控，其分值始终控制在标准要求的上限值以下，在提高工作效率的同时，也在很大程度上保证了煤炭开采的安全性。

另外，该装置的应用，有效地避免了打钻喷孔现象、埋钻事故、掉电引起的卡钻，切实保证了钻探效率，与传统的工作方法相比，其钻探效率提高1倍以上，有效地保障了工人的安全，提升了操作安全性，据有关数据统计，本矿井在使用喷孔防护装置后，每个小班只需要施工2～3个钻孔即可，只需要一个月就可以施工超过145个钻孔，并且在整个施工过程中，没有发生一次埋钻事故及其他相关故事，比起预期的计划时间提前了40天完工，工期也相应缩短了30天。同时，从经济角度来分析，仅工人工资一项就可以节约1.6万元，钻探费用每米节约55元，为矿井生产带来了很大的经济效益。

此外，在矿井安全生产中，除了提高生产效率和经济效益以外，还在很大程度上避免了打钻孔伤人事故的发生，确保整个过程的安全生产，为工人的操作安全提供了保障，因此，总体上讲，矿区喷孔防护装置的应用，既带来了良好的经济效益，也带来了巨大的社会效益。

5 结语

总之，喷孔防护装置在突出煤层钻孔施工中的应用，大大改善了钻孔施工条件和环境，在提高生产效率的同时，也使得生产安全性得到了有效保障，这为矿井的生产带来了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

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