穿层消突钻孔水力冲孔防喷孔装置的研制与应用

穿层消突钻孔水力冲孔防喷孔装置的研制与应用【摘要】穿层钻孔水力冲孔卸压增透消突技术被广泛应用，但水力冲孔造成煤体局部卸压，裂隙发育，在高应力区域甚至造成深部煤体“塌方”，致使大量解吸瓦斯通过钻孔喷出。如果不采取防喷孔措施，会引起钻场瓦斯超限，造成瓦斯事故的发生。

【关键词】穿层钻孔；水力冲孔；煤体塌方；瓦斯喷出；防喷孔装置

郑煤集团超化煤矿开采的二叠系山西组二1煤层属“三软”不稳定厚煤层，煤层的顶板、底板，均由硬度低的泥岩或砂质岩组成，顶板随开采活动随采随落，底板也易发生底鼓现象，煤层松软破碎。随着煤炭资源开采量的进一步增加，煤矿的开采强度和开采深度都有所较大的变化，煤炭开采面临的难度和风险也随之增大，特别是瓦斯对煤矿开采的危害也越来越大。煤炭企业对瓦斯治理能力的强弱不仅仅表现在技术高低上，瓦斯治理的装备能力也起到重要作用。

穿层钻孔水力冲孔卸压增透消突技术被广泛应用，特别是在“三软”煤层中使用该技术措施进行消突得到普遍认可。但水力冲孔造成煤体局部卸压，裂隙发育，在高应力区域甚至造成深部煤体“塌方”，致使大量解吸瓦斯通过钻孔喷出。如果不采取防喷孔措施，会引起钻场瓦斯超限，造成瓦斯事故的发生。

超化煤矿目前开采二1煤，开采区域都处在煤与瓦斯突出危险区域，瓦斯含量高、压力大，在掘进工作面或石门揭煤消突方面主

要采用穿层钻孔水力冲孔卸压抽放瓦斯措施。但在打钻或水力冲孔期间常见瓦斯喷孔现象，瓦斯喷孔易造成钻场内瓦斯超限，甚至出现伤人事故。

1、技术原理

为了防止瓦斯事故的发生，超化矿在原来箱式集尘箱的基础上，通过改进集尘箱和孔口捕尘器装置，研制防喷钻杆，最终形成了水力冲孔防喷孔整套装置。经过多次现场试验，该装置具有结构简单、实用、密封、便于维护等特征，能有效解决喷孔造成的钻场瓦斯超限问题，采用的技术原理：

利用水—煤—气三相分离的原理，在钻孔内部排出的水、煤、气使其通过不同的路径，经过二次抽放首先把气体分离，然后利用沉淀方法把水—煤分离。在防喷钻杆的研制方面采用单流凡尔原理，在钻杆顶端设置单流滚珠及防脱落筛，起到可很好的单流控制和反向密封效果。

2、工艺流程

抽气、放水和排渣的具体工艺流程为：当水、煤、气同时从钻孔涌出时，首先通过安装在孔口的抽放管路抽出部分瓦斯，剩余的混合物通过孔口防喷装置下端的大孔径管道输送到箱式水—煤—

气分离器里面，分离器体积较大，便于瓦斯在上方聚集和钻屑在箱底的沉淀。上部聚集的瓦斯通过安装在箱顶部的抽放管道抽出，中部聚集的水通过安装在箱侧部一定高度的排水管排出，沉淀在下部的钻屑定时打开密封阀门取出。当用风排煤屑时，孔口防喷装置使

用同上，分离器上端设计的两个连接高压水管的喷水嘴打开，关闭分离器侧面的排水管，然后定期打开密封阀门清理箱内煤泥。

3、关键技术

3.1改装钻孔孔口捕尘器，延长并密封埋管，孔口与钻杆结合处增加密封皮垫，外部利用编织袋填煤泥方法封堵钻屑和瓦斯，通过验证，能封堵97%以上的瓦斯；

3.2在水力冲孔期间，利用箱内外压差，在箱内始终保持高度超过排水口的水面，有效的增加箱子的密封性，防止瓦斯大量外泄；

3.3利用单流凡尔原理，研制防喷钻杆，无论是风排还是水排钻屑，都能实现单流控制和反向密封的效果。

4、应用效果

在水力冲孔条件下防瓦斯喷孔也是当前面临的技术难题，国内一些企业研制的防喷孔装置，并未考虑钻杆装杆退杆时从杆中间喷瓦斯的情况，且大多防喷孔装置因体积小对高压瓦斯起不到缓冲作用致使瓦斯捕捉率较低。在石油、天然气和煤层气开采发面虽然采用了钻进放喷孔技术，但大都是采用的封堵措施，在井下穿层钻孔中并不适用。

本装置巧妙的利用了集尘箱和改进的孔口捕尘器捕尘原理和水—煤—气不相容的特性，通过多次的井下现场验证和平地改进，使其具备密封捕瓦斯的功能。加上对钻杆进行防喷功能的改进，该套装置最终作为水力冲孔防喷装置应用于现场。

本装置具有技术可行、经济合理、安全可靠的特点，无论是风

排钻屑还是水排钻屑都适用；捕捉瓦斯率超过95%，有效的防止瓦斯喷孔造成的钻场瓦斯超限问题；能适用于井下狭小空间的特点，并已成功地应用于煤矿井下各个打钻地点，从而完善了防喷工艺并提高了打钻效率，为矿井高效安全生产提供了可靠的技术条件。

作者简介：

程洪亮（1972-），男，河南郾城市人。河南理工大学采矿专业毕业，助理工程师，现从事防突技术管理工作。