間歇式高負(fù)壓自動放水裝置在瓦斯抽采管路中的應(yīng)用

楊華東 耶毅剛 許永剛 汪虎

摘 要：通過對瓦斯抽采管路積水原因及放水裝置綜合分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合原有人工放水裝置的弊端，探索出一種新型間歇式高負(fù)壓自動放水裝置，并成功應(yīng)用與瓦斯抽采管路中。通過實踐表明，采取這些措施，能夠有效的防止瓦斯抽采管路積水，提高瓦斯抽采效率，降低勞動強(qiáng)度，對同類礦井具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：自動放水裝置；瓦斯抽采；高負(fù)壓

引言

在煤礦瓦斯抽采系統(tǒng)中，由于采用濕式打孔的方式施工瓦斯預(yù)抽孔，施工完畢后遺留下的部分積水；以及煤層中的含水層，和抽采過程中氣態(tài)水轉(zhuǎn)化為液態(tài)水等積水方式。在瓦斯預(yù)抽過程中，積水在負(fù)壓的作用下，進(jìn)入瓦斯抽采管路，容易在管路低洼處形成積水區(qū)，導(dǎo)致管路有效截面積縮小，降低了瓦斯抽效率；故為排除管路積水問題，必須每隔一定距離安裝一組放水裝置裝置，在管路低洼段尤為重要；因此需要一種能夠放水的裝置來排出管路中的積水。胡家河煤礦在生產(chǎn)過程中探索出一種間歇式高負(fù)壓自動放水裝置裝置，能夠自動排出管路積水，取得了很好的效果。

1 工程概況及原有放水裝置分析

1.1 工程概況分析

該礦目前有三條巷道同時進(jìn)行瓦斯抽采，采用DN800、DN300、DN150、DN100等直徑管道將瓦斯抽至地面泵站。在各巷道瓦斯抽采支管路中，因巷道起伏、濕式打孔、煤層含水量大等原因，要求管路每隔二十四米安設(shè)一臺放水裝置，用于排除瓦斯抽采管路中的積水、煤渣等。

1.2 原有放水裝置分析

該礦以前主要采用的是人工放水的方式來排出積水，以及借助壓風(fēng)、磁鐵等制作的自動放水裝置。但人工放水存在很多的弊端，主要有以下幾點：（1）人工循環(huán)放水時，由于瓦斯抽采管路線長、面廣，無法全面顧及到所有放水裝置，導(dǎo)致部分管路積水嚴(yán)重；影響瓦斯效率；（2）在每次放水時，需要頻繁開、閉控制閥門，使用的蝶閥損壞率高；（3）耗費(fèi)工時且工作程序復(fù)雜。而借助壓風(fēng)、磁鐵等制作的自動放水裝置受條件限制，實用面窄；磁鐵無法精確的選型，及煤泥容易覆蓋磁鐵面，影響磁力等現(xiàn)象。故經(jīng)過實踐改進(jìn)后，該礦相繼更換了原有放水裝置，全部采用新型自動放水裝置，徹底解決了瓦斯抽采管路積水的問題。

2 設(shè)計方案及工作原理

2.1 設(shè)計方案

采用與原有人工放水器同等尺寸的圓型柱體，根據(jù)水的浮力、負(fù)壓的作用力、浮體自重等力的平衡作用，及抽放系統(tǒng)的負(fù)壓參數(shù)，經(jīng)過準(zhǔn)確計算，選擇合適的浮體重量、積水量以及相關(guān)配件，實現(xiàn)浮體在水量上升到一定的高度后，控壓球能夠同步完成密封住負(fù)壓孔、配氣桿頂開配氣閥的動作，使積水腔與大氣連通，腔內(nèi)處于正壓狀態(tài)，此時，積水在自重的作用下，自動打開排水口單向閥擋板，排出積水。

2.2 工作原理

2.2.1 自動放水原理：在管路連接過程中（見圖1），自動放水裝置的負(fù)壓接口與瓦斯抽放主管路相連接后，分別向兩邊延伸瓦斯抽放支管路，以便連接瓦斯預(yù)抽孔，當(dāng)瓦斯、水等混合物在負(fù)壓的作用下，集聚在放水裝置內(nèi)部時，水分在自重的作用下，與氣體混合物相分離，由負(fù)壓孔進(jìn)入下部積水腔內(nèi)，隨著積水不斷增多，浮體逐漸升高，達(dá)到一定的高度后，控壓球密閉住負(fù)壓孔，同時配氣桿頂開配氣閥，使下部積水腔體與大氣相連通，處于正壓狀態(tài)，從而積水在自重的作用下，自動打開排水口處單向閥，實現(xiàn)自動排水的過程。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本使用新型結(jié)構(gòu)簡單，連接方便，能夠靈敏、可靠的在正負(fù)壓之間自行切換，實用性強(qiáng)；自動放水裝置在管路連接方面，在水、氣體混合物進(jìn)入瓦斯抽放主管路之前，依據(jù)氣水自身的性質(zhì)，將其分離，有效的阻止了水分進(jìn)入瓦斯抽放主管路；在自動放水過程中，整個裝置能夠在正負(fù)壓之間迅速切換，根據(jù)積水在正、負(fù)壓狀態(tài)下的不同狀態(tài)，及時、快速的開、閉配氣閥和排水閥門，從而達(dá)到自動排水的目的。

附圖標(biāo)號：1-負(fù)壓進(jìn)氣口；2-壓力表；3-配氣閥；4-清理窗；5-支管路連接口；6-維修窗；7-配氣控制桿；8-主心桿；9-控壓球；10-配重固定桿；11-浮體；12-支撐橫梁；13-浮體支撐架；14-出水口；15-積水腔；16-煤泥積聚腔；17-負(fù)壓孔；18-過濾網(wǎng)。

圖1 自動放水裝置示意圖

2.2.2 除渣原理：當(dāng)瓦斯抽放系統(tǒng)鉆孔施工完畢后，孔內(nèi)殘留有少量的煤泥，尤其是負(fù)角度的瓦斯預(yù)抽鉆孔尤為嚴(yán)重；待抽放系統(tǒng)開啟后，煤泥就在負(fù)壓的作用下，進(jìn)入放水器上部空腔（16）內(nèi)，在水流的帶動和沖擊下，細(xì)微顆粒的煤渣可以隨水流進(jìn)入下部積水腔后，在放水的過程中，混合在水流中排出系統(tǒng)之外，體積較大的煤渣在過濾網(wǎng)（18）的攔截下，積存在上部空腔內(nèi)，定期打開上部煤泥清理窗，清理積存的部分煤泥，從而實現(xiàn)放水器除渣的功能。

2.3 工作流程

2.3.1 首先將自動放水裝置連接在瓦斯抽放主管路上，然后依次向兩邊延伸支管路，并連接上瓦斯預(yù)抽孔（見圖1）。

2.3.2 待抽放管路連接完畢后，檢查管路連接的密閉性，檢驗合格后，打開控制支管路負(fù)壓的閥門，使連接的整套管路處于負(fù)壓抽放狀態(tài)。

2.3.3 自動放水裝置進(jìn)入工作階段，在瓦斯抽放系統(tǒng)開啟之前，積水腔（15）內(nèi)沒有積水，浮體（11）處于最低點位置，負(fù)壓孔（18）和控壓球（9）處于分離狀態(tài)；抽放系統(tǒng)開啟后，在負(fù)壓作用下，放水器排水口（14）、配氣閥（3）在處于關(guān)閉狀態(tài)；此時整個放水器和抽放系統(tǒng)形成完整的閉合系統(tǒng)；隨著管路的積水不斷增加，積水腔（15）的水量不斷增大，浮體（11）在浮力的作用下，緩緩上升，同時配氣控制桿（7）不斷上升，待積水達(dá)到一定的高度后，控壓球（9）和負(fù)壓孔（18）相接觸，進(jìn)而達(dá)到完全密封的狀態(tài)，空氣由配氣閥（3）進(jìn)入積水腔（15）內(nèi)，使其整個腔體空間形成正壓狀態(tài)，從而積水在自重的作用下，頂開出水口（14）處安裝的單向閥擋板，從而達(dá)到了自動放水的目的。待積水排出后，積水腔（15）內(nèi)水位下降，浮力減小，浮體（11）在自重的作用下，逐漸下降，進(jìn)而控壓球（9）和負(fù)壓孔（18）分離，系統(tǒng)負(fù)壓進(jìn)入積水腔（15）內(nèi)，此時整個腔體處于負(fù)壓狀態(tài)，積水處于失重狀態(tài)，配氣閥（3）、出水口（14）處安裝的單向閥在負(fù)壓的作用下瞬間關(guān)閉，整個放水器和抽放系統(tǒng)再次恢復(fù)到密閉狀態(tài)，完成一次自動方式的過程。

2.3.4 當(dāng)放水裝置中積水再次增多時，放水器系統(tǒng)如此不斷循環(huán)工作，從而達(dá)到自動放水的目的。

3 應(yīng)用及效果

經(jīng)過精確計算和改進(jìn)，研制成功的自動放水器安裝在411回順、421運(yùn)順瓦斯抽放管路中安裝使用，經(jīng)過定期的現(xiàn)場觀測、記錄，自動放水器能夠及時、靈活可靠的不定期排出抽放管路中的積水。

使用效果：連接的該組抽放管路中，不再有積水現(xiàn)象發(fā)生，同時節(jié)省了工時，提高了工作效率，此自動放水器主要的優(yōu)點如下：

（1）能夠不定期的自動放水，消除管路積水不能及時排出的隱患；（2）抽放系統(tǒng)便于管理，在使用自動放水器后，不再需要頻繁開啟、關(guān)閉各類蝶閥，避免了外部空氣進(jìn)入抽放管路中，降低抽放效率的現(xiàn)象發(fā)生；（3）維修方便，放水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對簡單和分散，打開維修窗后，能夠及時、準(zhǔn)確的尋找到存在的問題，并進(jìn)行維修；（4）優(yōu)化抽放系統(tǒng)，抽放管路阻力降低，抽放泵的效率提高，或是在同等流量下需要的負(fù)壓降低，從而降低的電耗。

4 結(jié)束語

瓦斯治理工作對于高瓦斯礦井來說尤為重要，瓦斯抽采是最關(guān)鍵的一步，而瓦斯抽采過程中系統(tǒng)積水問題直接關(guān)系到瓦斯抽采效果，此次研制出的間歇式高負(fù)壓自動放水器最大程度的解決了管路積水的現(xiàn)象，提高了瓦斯抽采率，大大降低了煤層中瓦斯含量。實踐表明，在降低勞動強(qiáng)度、節(jié)約成本的情況下，科學(xué)、有效的采取放水措施，對煤層的安全高效開采提供了有利的技術(shù)依據(jù)，并且能夠獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡介：楊華東（1987-），男，陜西咸陽人，本科學(xué)歷，畢業(yè)于安徽理工大學(xué)，主要從事礦井瓦斯防治、防滅火技術(shù)管理工作。單位：陜西彬長胡家河礦業(yè)有限公司。