抽采鉆孔自動(dòng)放水裝置的改造及應(yīng)用

王偉偉

（山西天地王坡煤業(yè)有限公司，山西 晉城048021）

1 概 況

瓦斯抽采作為防治瓦斯災(zāi)害的根本措施，在保障高瓦斯突出礦井安全生產(chǎn)中起到了重要作用，鉆孔抽采效果的好壞直接影響礦井采掘銜接。影響鉆孔抽采效果的因素主要有鉆孔封孔效果、連孔嚴(yán)密性以及放水器放水情況。多數(shù)礦井將鉆孔接抽工作重點(diǎn)放在封孔環(huán)節(jié)，根據(jù)行業(yè)鉆孔封孔工藝技術(shù)進(jìn)步，不斷迭代升級(jí)抽采鉆孔封孔技術(shù)，在礦井安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化工作的帶動(dòng)下，鉆孔連孔工藝及材料也不斷優(yōu)化完善，但抽采鉆孔放水管理作為日常管路巡檢工作的一項(xiàng)常規(guī)內(nèi)容，沒(méi)得到礦井技術(shù)管理的更多關(guān)注，大部分礦井沿用老式的放水器。老式放水器往往體積大、笨重，給運(yùn)輸和安裝帶來(lái)諸多不便，工人安裝勞動(dòng)強(qiáng)度大。在煤礦機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人的大趨勢(shì)下，煤礦井下作業(yè)人員在逐步減少，管路巡檢放水工作內(nèi)容未發(fā)生大的變化，依然要耗費(fèi)大量人力進(jìn)行此項(xiàng)工作，因此，需要在抽采鉆孔放水環(huán)節(jié)進(jìn)行突破，提升抽采鉆孔放水自動(dòng)化水平，減少人員投入。以王坡煤礦井下抽采鉆孔放水為例，對(duì)該礦放水器進(jìn)行改造和應(yīng)用，提升抽采鉆孔放水器放水自動(dòng)化水平。

2 王坡煤礦放水器存在的問(wèn)題

2.1 放水器安裝使用

瓦斯抽采系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中會(huì)將煤層中含有的水通過(guò)抽采鉆孔抽出來(lái)，在鉆孔封孔完成后，每2～3個(gè)鉆孔連接安裝一個(gè)手動(dòng)放水器，如圖1所示。外形尺寸（直徑×高）為300 mm×480 mm，鉆孔內(nèi)瓦斯氣體在抽放負(fù)壓的作用下經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入放水器，氣水分離后，瓦斯氣體由出氣口通過(guò)蛇形進(jìn)入抽放支管被抽走，而煤層中抽出的水積存到放水器內(nèi)，然后每班人工巡檢時(shí)手動(dòng)進(jìn)行放水。

圖1 放水器安裝實(shí)物Fig.1 Installation of water discharge device

巡檢工排放積水時(shí)，首先將抽放支管80蝶閥進(jìn)行關(guān)閉，切斷抽放支管與該組鉆孔之間的抽放負(fù)壓；然后將放水器上端的排氣閥打開(kāi)（或同時(shí)打開(kāi)放水器下端的放水閥），平衡密閉空間內(nèi)的抽放負(fù)壓，待負(fù)壓平衡后再打開(kāi)放水閥進(jìn)行排水（或直接排水）；最后當(dāng)放水完成后，相繼關(guān)閉排氣閥和放水閥，再緩慢打開(kāi)抽放支管上的80蝶閥，該組鉆孔抽放系統(tǒng)恢復(fù)。

2.2 放水器存在的問(wèn)題

（1）放水器容積有限，放水頻率高，手動(dòng)放水無(wú)法滿(mǎn)足。

由于井下瓦斯抽采鉆孔區(qū)域范圍大，一般巡檢工單班僅能對(duì)每個(gè)放水器放水一次，而對(duì)于出水量大的抽采區(qū)域，放水器容積有限，短時(shí)間內(nèi)放水器內(nèi)就積滿(mǎn)了水，手動(dòng)放水器無(wú)法滿(mǎn)足放水的需要。

（2）自動(dòng)放水器易堵塞，堵塞后自動(dòng)放水功能失靈。

針對(duì)手動(dòng)放水器使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，王坡煤礦引進(jìn)了WFS-0.5型負(fù)壓自動(dòng)放水器，如圖2所示，外形尺寸（直徑×高）為108 mm×330 mm。自動(dòng)放水器由外筒、浮子、進(jìn)水管、單向閥、磁鐵、中心導(dǎo)向桿、導(dǎo)向座等組成，放水原理是利用浮子浮力開(kāi)啟單向閥，借助其自重關(guān)閉單向閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放水。實(shí)際使用中，將放水器的進(jìn)水管（連接軟管）與抽放管路連接即可。

圖2 負(fù)壓自動(dòng)放水器示意Fig.2 Negative pressure automatic water discharge device

WFS-0.5型負(fù)壓自動(dòng)放水器初期使用時(shí)放水效果較好，但隨著使用及抽采系統(tǒng)負(fù)壓的提高，發(fā)現(xiàn)負(fù)壓自動(dòng)放水器自動(dòng)排水口尺寸小，經(jīng)常被煤渣堵住，導(dǎo)致放水口無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)放水，積水甚至可以到達(dá)蛇形管及抽放支管內(nèi)，嚴(yán)重影響了瓦斯抽采系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低了瓦斯抽采效果。

為此嘗試對(duì)現(xiàn)有放水器進(jìn)行改造，在出水量大的區(qū)域?qū)⑹謩?dòng)放水器與負(fù)壓自動(dòng)放水器組合到一起使用，充分利用各自放水特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)揚(yáng)長(zhǎng)避短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

3 自動(dòng)放水裝置改造

3.1 自動(dòng)放水裝置的改造

在手動(dòng)放水器上距下圓底高10 cm左右開(kāi)孔，焊接1節(jié)4分管，使負(fù)壓自動(dòng)放水器接口與手動(dòng)放水器之間可以使用配套的軟膠管進(jìn)行連接。根據(jù)抽采鉆孔涌出量，可以適當(dāng)縮小手動(dòng)放水器尺寸，減輕放水器重量，便于運(yùn)輸和安裝。

改造的自動(dòng)放水裝置結(jié)合了手動(dòng)放水器和負(fù)壓自動(dòng)放水器的優(yōu)點(diǎn)，兼有手動(dòng)放水器排渣能力強(qiáng)、容量大和負(fù)壓自動(dòng)放水器可以自動(dòng)放水的特點(diǎn)。

3.2 工作原理

改造后的自動(dòng)放水裝置如圖3所示。自動(dòng)放水裝置在接入抽采系統(tǒng)后，正常抽采情況下，從鉆孔內(nèi)抽出的水先積存到手動(dòng)放水器內(nèi)。當(dāng)手動(dòng)放水器內(nèi)積水達(dá)到焊接4分管處時(shí)（圖3中H處），之后抽出的水就會(huì)順著4分管、連接軟管流入負(fù)壓自動(dòng)放水器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放水。當(dāng)系統(tǒng)抽出的水含有煤粉等雜質(zhì)時(shí)，由于重力作用會(huì)首先沉淀到手動(dòng)放水器底部，當(dāng)煤粉等雜質(zhì)積累到H處時(shí)，才會(huì)對(duì)負(fù)壓自動(dòng)放水器的放水產(chǎn)生影響，但在此之前有足夠的時(shí)間，通過(guò)手動(dòng)的方式將手動(dòng)放水器內(nèi)積存的煤粉等雜質(zhì)排出清理掉。手動(dòng)排渣時(shí)，首先將系統(tǒng)接抽閥門(mén)關(guān)閉，開(kāi)啟手動(dòng)進(jìn)氣口C的控制閥門(mén)，打開(kāi)下部手動(dòng)排水口B的控制閥門(mén)，含有雜質(zhì)的水流就會(huì)通過(guò)手動(dòng)排水口B流出，完成放水排渣過(guò)程。

圖3 自動(dòng)放水裝置連接示意Fig.3 Connection of automatic water discharge device

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

4.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)

根據(jù)井下瓦斯抽采系統(tǒng)的運(yùn)行情況，選擇在王坡煤礦3310工作面運(yùn)輸順槽鉆孔出水量非常大的區(qū)域進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)。將該區(qū)域10個(gè)水量較大的手動(dòng)放水器更換為改造后的自動(dòng)放水裝置。

更換前，手動(dòng)放水器每2～3 h就充滿(mǎn)水，甚至積存到蛇形管內(nèi)，需分派專(zhuān)門(mén)巡檢人員在固定時(shí)間段、固定區(qū)域進(jìn)行巡視檢查，既浪費(fèi)人力，又降低了工作效率。更換后，通過(guò)1周的觀(guān)察，水流能順利通過(guò)改造的自動(dòng)放水裝置排出，且未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，也未使用人工進(jìn)行排渣處理，系統(tǒng)運(yùn)行正常。隨后幾個(gè)月的應(yīng)用實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該自動(dòng)放水裝置每月僅需1～2次的手動(dòng)排渣，減少了人員工作量，提高了抽采系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

在各巷道支管開(kāi)始的最低處加裝該裝置可以很好的起到保護(hù)抽放干管的作用，最不利情況下，即使在停產(chǎn)放假期間，巡檢人員巡檢不到位也能將管路積水控制在支管內(nèi)，而不會(huì)影響抽放干管的穩(wěn)定運(yùn)行。

該裝置可以重復(fù)利用，在抽放一定時(shí)間，鉆孔水量很小后，可以拆除該裝置，重新安裝至出水量較大的鉆孔處。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）自動(dòng)放水裝置的改造應(yīng)用，減少了巡檢人員的放水工作量，有更多的精力可以進(jìn)行抽采系統(tǒng)的隱患排查治理、抽采參數(shù)的檢測(cè)、安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化等方面，在王坡煤礦長(zhǎng)期巡檢人員配置緊張的形勢(shì)下，具有重要意義。

（2）從成本投入上看，手動(dòng)放水器615元/個(gè)，WFS-0.5型負(fù)壓自動(dòng)放水器750元/個(gè)，兩者相加為1 365元/個(gè)。而市場(chǎng)上自動(dòng)排渣放水裝置的價(jià)格普遍在2 500～3 500元/個(gè)，按目前已使用量1 000個(gè)來(lái)計(jì)算，節(jié)約成本113.5～213.5萬(wàn)元。

（3）抽采系統(tǒng)積水問(wèn)題得到解決，巡檢人員有精力對(duì)抽采系統(tǒng)進(jìn)行更詳實(shí)的巡查及抽采參數(shù)的檢測(cè)工作，對(duì)抽采系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。

5 結(jié) 論

（1）改造后自動(dòng)放水裝置結(jié)合了手動(dòng)放水器和負(fù)壓自動(dòng)放水器的優(yōu)點(diǎn)，兼有手動(dòng)放水器排渣能力強(qiáng)、容量大和負(fù)壓自動(dòng)放水器可以自動(dòng)放水的特性。

（2）抽采鉆孔自動(dòng)放水裝置的改造及應(yīng)用，滿(mǎn)足了王坡煤礦實(shí)際生產(chǎn)時(shí)抽采鉆孔自動(dòng)放水的需要，提高了鉆孔瓦斯抽采效率。自動(dòng)放水裝置的加工改造簡(jiǎn)單，能顯著提升放水自動(dòng)化水平，具有推廣應(yīng)用的可操作性。

（3）自動(dòng)放水裝置的使用減少了出水量較大區(qū)域巡檢人員的工作量，巡檢工作效率和放水效率得到提升，巡檢人員有更多時(shí)間開(kāi)展其它相關(guān)抽采業(yè)務(wù)，對(duì)瓦斯抽采工作的開(kāi)展及瓦斯抽采系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。