汾西礦業(yè)瓦斯抽放管放水器的研究

路倩倩

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司設(shè)備修造廠， 山西 介休 032000）

1 汾西礦業(yè)開采背景

汾西礦業(yè)集團(tuán)很多煤礦都屬于高瓦斯煤層開采條件，為了實(shí)現(xiàn)煤層的安全、高效開采，勢(shì)必要對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行抽采，所以大量的瓦斯抽采管路需要安裝和布置。礦井煤層瓦斯從地下抽采至地表過程中，在煤礦井下將布置大量的抽采管路，而井下含水量較大，大量的地下水，以及由地層水、煤層含水及由于溫度變化所產(chǎn)生的冷凝水將順著抽采瓦斯鉆孔進(jìn)入瓦斯抽采管路，如果瓦斯抽采管路中的水大量積聚，對(duì)瓦斯的抽采負(fù)壓將產(chǎn)生影響[1]。其不但會(huì)增加抽采管路阻力，降低抽采負(fù)壓，而且會(huì)導(dǎo)致管路有效截面積縮小甚至堵塞，從而降低瓦斯抽采的效率；同時(shí)使管路承受積水的沖擊和重壓，對(duì)瓦斯抽采設(shè)備造成隱患。瓦斯抽采管路積水易造成瓦斯泄漏和積聚，對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成威脅[2]。

2 瓦斯抽采管路存在的問題

為了將瓦斯抽采管路中的積水及時(shí)排出，必須在一定距離的瓦斯抽采管路中安裝放水設(shè)備。有的放水設(shè)備基建較多，瓦斯抽放前，不利于施工安全；有的放水器需要電力驅(qū)動(dòng)，給井下安全生產(chǎn)帶來了隱患，而且當(dāng)前市面上銷售的放水器的質(zhì)量參差不齊[3]，其放水器質(zhì)量不能滿足需求。

3 設(shè)計(jì)方案的確定

為解決以上問題，汾西礦業(yè)集團(tuán)設(shè)備修造廠自主開發(fā)設(shè)計(jì)制造了礦用瓦斯抽采管自動(dòng)放水器。它將瓦斯抽采管路積水由原來人工放水轉(zhuǎn)變?yōu)槿詣?dòng)無電源機(jī)械式放水，可以既放煤渣又放水，并可以適用長期工作，在井下安裝操作既方便又省事。

4 工作原理

瓦斯抽采放水器連接在礦井中的瓦斯抽采管路中，如圖1 所示。當(dāng)放水器首次安裝之前，首先要把6.7 cm（2 寸）軟管套上進(jìn)水口一起用實(shí)用鐵絲帶扎上，不能有漏氣。安裝時(shí)應(yīng)放在水平位置，進(jìn)水管路要高于進(jìn)水口。在放水器外安裝有出水單向閥，瓦斯抽放水器內(nèi)腔內(nèi)放置有三通機(jī)械閥，三通機(jī)械閥的常開端與瓦斯抽采管連接，用于抽采管向放水器內(nèi)進(jìn)水；三通機(jī)械閥的常閉端與瓦斯抽采管連接，用于抽采管和放水器氣體流通。設(shè)置三通機(jī)械閥初始狀態(tài)為打開狀態(tài)，放水器內(nèi)安裝有高壓浮球閥。設(shè)置高壓浮球達(dá)到最高液面關(guān)閉三通機(jī)械閥，打開單項(xiàng)閥。

圖1 工作原理圖

4.1 儲(chǔ)水

當(dāng)三通機(jī)械閥處于打開狀態(tài)，放水器的常開端與瓦斯抽放管相連，出水單向閥因?yàn)槌椴晒茇?fù)壓的作用而閉合，此時(shí)放水器處于儲(chǔ)水狀態(tài)。

4.2 放水

當(dāng)儲(chǔ)水器水滿時(shí)，放水器內(nèi)高壓浮球閥達(dá)到最高液面，關(guān)閉三通機(jī)械閥，其常開端閉合，與排氣管連接的常閉端打開，放水器內(nèi)上部空氣和瓦斯抽采管壓強(qiáng)流通，這樣放水器的水在重力的作用下通過出水單向閥就可以自動(dòng)放水了。經(jīng)過15～20 s 放水時(shí)間，放水器內(nèi)壓強(qiáng)逐漸變小最后與抽采管內(nèi)壓強(qiáng)一致，單向出水閥關(guān)閉，高壓浮球閥的下降使得機(jī)械三通閥打開，放水器則進(jìn)入下一儲(chǔ)水狀態(tài)。

4.3 除渣

罐體底部呈圓弧形構(gòu)造，設(shè)有煤渣清潔槽，可實(shí)現(xiàn)自清潔，且筒體設(shè)置為透明狀態(tài)，方便檢修人員在巡檢過程中查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，安裝檢修便捷。

4.4 放水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

設(shè)備修造廠設(shè)計(jì)的瓦斯抽采管自動(dòng)放水器有蓋、桶、浮漂、閥組成，如圖2、圖3 所示。罐體采用聚碳酸酯材質(zhì)，以全透明的形式呈現(xiàn)，放水器桶（集水箱）為不規(guī)則的圓柱體，底部為圓弧形，圓柱體底端圓形直徑為465 mm，放水器高420 mm，容積約為25 L，罐體質(zhì)量不超過5 kg，全重9.8 kg。放水器便于攜帶，在強(qiáng)打擊、強(qiáng)撞擊條件下，依然可保持良好狀態(tài)，抗摔抗沖擊能力強(qiáng)。

圖2 自動(dòng)放水器結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

圖3 自動(dòng)放水器產(chǎn)品外觀圖

5 放水器的檢驗(yàn)

為了檢測(cè)放水器的質(zhì)量，設(shè)備修造廠專門研制了放水器試驗(yàn)臺(tái)，放水器試驗(yàn)臺(tái)能夠模擬瓦斯抽采管內(nèi)的大氣壓強(qiáng)和不同出水量，將自動(dòng)放水器置于自動(dòng)放水器試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)，把放水器的負(fù)壓接口、進(jìn)水口與試驗(yàn)臺(tái)連接。將試驗(yàn)臺(tái)負(fù)壓設(shè)定在-50～-5 kPa 之間。主要進(jìn)行了以下幾方面的測(cè)試：

1）大水量測(cè)試：將水流量設(shè)定在1.0～1.2 m3/h 范圍內(nèi)，進(jìn)行為期7 d 的抽放測(cè)試，檢測(cè)自動(dòng)放水器運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

2）小水量測(cè)試：將水流量設(shè)定在0.3～0.4 m3/h 范圍內(nèi)，進(jìn)行為期7 d 的抽放測(cè)試，檢測(cè)自動(dòng)放水器運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

3）傾斜角度測(cè)試：將自動(dòng)放水器傾斜20°，水流量設(shè)定在1.0～1.2 m3/h 范圍內(nèi)，進(jìn)行為期7 d 的抽放測(cè)試，檢測(cè)自動(dòng)放水器運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

4）抗沖擊能力測(cè)試：將放水器從4 m 的高度投下，檢測(cè)放水器外觀和氣密性并放入試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)運(yùn)行，放水器正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

6 放水器的應(yīng)用和推廣

該自動(dòng)放水器全自動(dòng)無電源，結(jié)構(gòu)為純機(jī)械構(gòu)造，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，適用于礦井安全要求，實(shí)現(xiàn)了無人值守。罐體底部呈圓弧形構(gòu)造，設(shè)有煤渣清潔槽，可實(shí)現(xiàn)自清潔。并且此放水器在強(qiáng)打擊、強(qiáng)撞擊條件下，依然可保持良好狀態(tài)，抗摔、抗沖擊能力強(qiáng)。

該瓦斯抽放管自動(dòng)放水器在汾西礦業(yè)集團(tuán)公司的中興煤礦、雙柳煤礦、水峪煤礦、正珠煤礦，華晉吉寧和西山煤礦等煤礦進(jìn)行安裝調(diào)試，保證每隔一定距離安裝一組自動(dòng)放水裝置，尤其在管路低洼段，從而成功地解決了管路積水問題，為礦井高瓦斯條件下安全有效的生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，推廣前景廣闊。