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目前抽放鉆孔施工的主要機(jī)具是液壓鉆機(jī),打鉆排渣工藝有鉆具排渣、水力排渣和壓風(fēng)排渣3種。防治鉆孔瓦斯著火主要有以下措施。
1.采用水力排渣
只要條件允許,應(yīng)優(yōu)先選擇水力排渣。這種打鉆工藝不會(huì)發(fā)生火災(zāi)。但采用水力排渣時(shí),若煤層松軟,遇水將產(chǎn)生嚴(yán)重的吸水膨脹現(xiàn)象,造成打鉆過程中的排渣不暢、抱鉆、阻力大等問題。煤水到處流,既影響文明生產(chǎn),對于底板為泥巖的巷道,還會(huì)因大量流水造成底板膨脹。
2.慢速鉆進(jìn)
為克服水力排渣的缺點(diǎn),很多礦采用干式排渣。干式排渣的鉆具有光圓鉆桿、螺旋鉆桿和三棱鉆桿3種。當(dāng)用光圓鉆桿配合風(fēng)力排渣時(shí),由于排渣不暢,鉆頭和鉆桿都與煤屑摩擦,鉆孔內(nèi)溫度很高,極易導(dǎo)致瓦斯燃燒。特別是退鉆時(shí),鉆孔內(nèi)瓦斯量大,若有空氣供給,發(fā)生瓦斯燃燒的可能性極大。
鉆孔在施工過程中,高速轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆頭和鉆桿與煤屑摩擦產(chǎn)生高溫,特別是在軟煤中鉆進(jìn)時(shí),由于產(chǎn)生的鉆屑較多,這些鉆屑若不能及時(shí)排除,不可避免地要出現(xiàn)高溫區(qū)。正常情況下,鉆具的高溫區(qū)在鉆頭處,如果鉆孔內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到燃燒濃度,鉆頭的高溫足以點(diǎn)燃瓦斯,引起火災(zāi)。
當(dāng)采用風(fēng)力排渣時(shí),如果鉆進(jìn)速度過快,給進(jìn)壓過高,就會(huì)造成排渣不暢,鉆頭、鉆桿與煤屑摩擦產(chǎn)生高溫將不可避免,由于新鮮風(fēng)流不斷地通過鉆桿向鉆孔供給,很容易使鉆孔內(nèi)瓦斯達(dá)到燃燒濃度。所以,瓦斯抽放鉆孔在施工過程中,隨時(shí)都有發(fā)生鉆孔起火的可能。
要防治鉆孔瓦斯著火,主要控制鉆進(jìn)速度和鉆進(jìn)壓力,做到“低壓慢速,邊進(jìn)邊退,掏空前進(jìn)”。在不同的煤層控制不同的給進(jìn)壓力,通過降低鉆進(jìn)速度,做到充分排渣,減少沉渣。通過降低鉆進(jìn)速度,也可以起到給進(jìn)壓力的作用。
鉆進(jìn)速度控制到多少合適,要根據(jù)各礦煤層特點(diǎn)試驗(yàn)確定。一般來說,在松軟煤層中鉆進(jìn)時(shí),以每小時(shí)鉆進(jìn)15 m左右為宜,每班鉆進(jìn)80~100 m。
鉆進(jìn)壓力也稱軸向壓力,直接影響鉆進(jìn)速度,如果鉆壓太大,由于松軟煤硬度低,鉆頭來不及切削便被壓入煤層中,鉆壓越大,鉆頭被壓入越深,切下的煤塊就越大,越不容易排出孔外,對鉆桿、鉆頭的摩擦越大,越容易產(chǎn)生高溫。另外,鉆進(jìn)壓力越大,鉆桿受到的軸向力越大,越容易彎曲變形,進(jìn)一步增大鉆進(jìn)阻力,導(dǎo)致鉆具溫度上升。
對于不同的鉆機(jī),不同的煤層和排渣條件,鉆進(jìn)壓力不同,要結(jié)合各礦煤層條件經(jīng)常總結(jié),積累經(jīng)驗(yàn)。
在松軟煤層鉆進(jìn)過程中會(huì)出現(xiàn)塌孔,這時(shí)鉆機(jī)不能繼續(xù)向前鉆進(jìn),應(yīng)原地鉆動(dòng),掏出已垮塌的煤渣后再向前鉆進(jìn),保持排渣暢通,減少煤渣與鉆桿的摩擦。如果孔口排渣量減少,必須立即停鉆,使鉆桿退退進(jìn)進(jìn),來回?fù)v孔,反復(fù)掏空。
3.確保風(fēng)量足、風(fēng)壓夠
風(fēng)力排渣是采用壓縮空氣經(jīng)過鉆桿內(nèi)孔、鉆頭進(jìn)入孔底,在孔內(nèi)形成高速風(fēng)流,鉆屑則浮在風(fēng)流中被吹向孔口,從而實(shí)現(xiàn)排粉和鉆頭的冷卻。要獲得較高的鉆進(jìn)速度,必須保證鉆桿與孔壁之間環(huán)狀間隙的返風(fēng)速度。根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院西安研究院的研究,返風(fēng)速度最小應(yīng)達(dá)到15.2m/s以上,最佳風(fēng)速23m/s左右。考慮到空壓機(jī)的工作特性、管路以及鉆具的泄漏,要達(dá)到較好的鉆進(jìn)速度,對于直徑100 mm以下的鉆孔,單孔供風(fēng)量應(yīng)該在8~ 10mm3/min,才能保證較好的鉆進(jìn)效果。
鉆進(jìn)深度是影響供風(fēng)壓力和供風(fēng)量的關(guān)鍵因素。鉆進(jìn)深度越大,排渣阻力越大,越需要更大的風(fēng)量和風(fēng)壓,以克服排渣阻力。地面壓風(fēng)機(jī)房產(chǎn)生的風(fēng)壓一般為0.8 MPa,到井下用風(fēng)地點(diǎn)后一般能達(dá)到0.4~0.5 MPa,再加上鉆孔深度的影響,很難滿足排渣所需。解決的辦法是,在井下另設(shè)專用壓風(fēng)站,保證風(fēng)量和風(fēng)壓。
4.防止含水空氣進(jìn)入鉆孔
當(dāng)風(fēng)力排渣時(shí),除了要有足夠壓力的風(fēng)壓外,還要防止含水空氣進(jìn)入鉆孔,否則鉆屑會(huì)通過壓風(fēng)中的水板結(jié),排不出渣,因此,鉆孔中必須要保證干風(fēng)送入。
5.采用三棱鉆桿排渣
為解決排渣問題,可采用三棱鉆桿,讓排渣通暢,減小排渣阻力,進(jìn)而降低鉆頭和鉆桿因與煤屑摩擦產(chǎn)生的高溫,消除著火源。
三棱鉆桿橫截面為等邊三角形,鉆桿在回轉(zhuǎn)過程中,主要通過鉆桿的3條邊不斷擾動(dòng)沉積在孔壁下側(cè)的煤粉,再借助風(fēng)力將煤粉排出孔外。孔內(nèi)煤粉大大減少,增大了鉆孔與鉆桿間的間隙,孔內(nèi)煤粉一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài),發(fā)生孔內(nèi)堵塞的可能性幾乎沒有,達(dá)到了防止堵孔、卡鉆、夾鉆的目的。
三棱鉆桿已在河南煤化集團(tuán)各礦普遍使用。
6.采用螺旋鉆桿鉆進(jìn)
螺旋鉆桿鉆進(jìn)過程中,孔底及孔壁產(chǎn)生的鉆屑由螺旋葉片推移式前進(jìn)輸送,螺旋鉆桿和鉆孔之間組成一個(gè)螺旋運(yùn)輸機(jī),鉆屑在葉片的推動(dòng)下直線前進(jìn),螺旋鉆桿在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了不斷的鉆進(jìn)過程。
螺旋鉆桿在三棱鉆桿的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成,分為大螺距和小螺距兩種,小螺距鉆桿排渣比大螺距更為有利。
7.進(jìn)行火情預(yù)測預(yù)報(bào)
上述方法是從排渣的角度講鉆孔火災(zāi)防治的。防治鉆孔火災(zāi)還有另外的方法,那就是火情預(yù)測預(yù)報(bào)。在鉆孔施工過程中,在打鉆地點(diǎn)懸掛一氧化碳傳感器,或者攜帶一氧化碳便攜檢測儀,一旦孔內(nèi)著火,就可發(fā)出報(bào)警信號,便于立即處理,避免事故發(fā)生。