钻孔孔口除尘装置的创新设计

陈岩

摘要：该除尘装置通过在钻孔排渣时，对孔口进行封闭式处理，使排出的钻屑实现由干式排渣到湿式排渣的转变，最终使钻孔排渣、除尘达到零粉尘效果。

关键词：钻孔除尘装置；孔口除尘；除尘效率100%；孔口套管；孔口捕尘罩

一、问题的提出

淮南矿业集团潘北矿11215工作面下顺槽施工的钻孔为顺层上向钻孔，钻孔设计倾角30°，钻机在11215下顺槽顺着煤层倾角向上施工钻孔，钻杆在煤体里施工钻进，采用水排渣会造成抱钻或导致掉钻、丢钻事故。在钻孔施工过程中，通常都采用压风排渣，造成“煤尘”扬起，污染巷道环境，形成一个“煤钻孔”毁了一条巷道环境的现象，对11215下顺槽巷道空间造成较为严重的煤尘污染。为抑制煤尘，优化作业环境，保障职工身体健康，现设计“钻孔除尘套管”。

二、11215下顺槽顺层钻孔除尘方式

钻孔除尘方式：11215下顺槽顺层钻孔的除尘方式随使用工具与使用时间先后逐渐发展经历三种方式：①孔口喷雾除尘；②KCS23QK除尘器除尘；③孔口套管除尘。

（一）孔口喷雾除尘（压风排渣，孔口喷雾降尘、除尘）

孔口布置多喷头湿式喷雾头，水力除尘。特点：造价低、安设简单、较为传统，钻孔孔口采用湿式喷雾技术，将喷出的煤渣、煤粉尽量雾化，以达到降尘目的。除尘效果：钻孔内冲出的压风方向将喷雾吹散且将喷雾吹向钻机方向，不能够达到充分降尘的效果。

（二）KCS23QK除尘器除尘

特点：属于专业设备，价格高、使用成本高。除尘效果：钻孔内冲出的压风将喷雾吹散且将喷雾吹向钻机方向，除尘效率可达80%，未能达到充分降尘的效果。

（三）钻孔孔口除尘装置（详细部分见下节）

三、钻孔孔口除尘装置

将钻孔孔口除尘装置延放至孔口内部1.0米深度，改变此类钻孔压风排渣传统，实现水力排渣，提高钻孔灭尘效果，除尘率90%。

（一）设计原理及使用方法

1.该除尘套管在钻孔施工时使用，采用封闭式结构进行水力除渣、灭尘

2.除尘套管的设计、安装及除尘原理

（1）除尘套管固管安装：钻孔以Φ168钻头开孔施工1.5m深度，下一根Φ127㎜×1000㎜的孔口管，外露100㎜，该段除尘套管采用聚氨酯封堵材料固定在Φ168钻孔内。

（2）套管除尘：

①Φ127㎜直径套管外口贴管壁接1根4分管子（水管），在套管外壁间隔200㎜开切口至套管内壁。

②Φ127㎜直径套管另一端对称位置外口贴管壁接1根4分管子（水管），在套管外壁间隔200㎜開切口至套管内壁。

③Φ127㎜直径套管填塞进钻孔内聚氨酯固孔。

④钻进时开启压力水（接压力水表控制水压、流量）。

⑤压力水从两根4分管子喷射在Φ127㎜直径套管内壁雾化、流质化钻进时产生的钻屑、煤尘。

（二）除尘效果

最终实现钻孔口吐出的煤渣变为流质煤泥，达到充分灭尘效果。通过现场试验测试，除尘效率达到90%以上，实现高效除尘；套管孔口再配合自制“孔口环行喷雾”（图2）及“孔口捕尘罩”（图3），最终达到除尘效率100%，实现“零粉尘”。

四、三种钻孔孔口除尘方式的效果比较

风、水压力为矿井井下统一参数：风压：0.5～0.7MPa；水压：4～6MPa；施工位置为：11215下顺槽同一巷道。

（一）除尘效果比对

除尘方式使用前（mg/m3）[]使用后（mg/m3）[]除尘效率（%）

孔口喷雾652.1356.245%

KCS23QK除尘器646.5136.379%

孔口除尘装置655.1589.390%

结论：套管除尘、灭尘效率达到90%，效果最优。

（二）制作工艺比对

①孔口喷雾：厂家订制，喷头易损坏；②KCS23QK除尘器：厂家订制，工艺复杂，体积大；③套管除尘：自备套管制作，工艺简单，不易损坏。

结论：套管除尘制作简单，利用废旧套管，可直接制作，最优。

（三）价格及成本比对

①孔口喷雾：价格成本低，可自己制作（千元以内）；②KCS23QK除尘器：属于专业设备，价格成本高（3万元以上）；③套管除尘：价格成本低，可自己制作（500元）。

结论：套管除尘成本低且不易损壞，可以反复、多次使用，最优。

五、结论

（1）钻孔粉尘零排放。“钻孔孔口除尘装置”为“封闭式”除尘方式，将煤渣、粉尘有效控制在套管内并完全混合到压力水中，把干燥钻屑变成流质化煤泥，流出孔口套管管口，实现高效灭尘，除尘效果好，便于操作。配合自制套管口“捕尘罩”、“环形喷雾”，最终实现钻孔孔口粉尘零排放，达到100%除尘效率。

（2）工艺成本：成本低、设计简单、制作方便。

（3）安全效益：a.避免因打钻造成大量煤尘污染环境，消除煤尘爆炸的成因。

b.优化作业环境，保障施工人员健康，避免出现尘肺病。

（4）适用条件：上向煤钻孔。