汾西矿业瓦斯抽放管放水器的研究

路倩倩

（山西汾西矿业集团有限责任公司设备修造厂， 山西 介休 032000）

1 汾西矿业开采背景

汾西矿业集团很多煤矿都属于高瓦斯煤层开采条件，为了实现煤层的安全、高效开采，势必要对煤层瓦斯进行抽采，所以大量的瓦斯抽采管路需要安装和布置。矿井煤层瓦斯从地下抽采至地表过程中，在煤矿井下将布置大量的抽采管路，而井下含水量较大，大量的地下水，以及由地层水、煤层含水及由于温度变化所产生的冷凝水将顺着抽采瓦斯钻孔进入瓦斯抽采管路，如果瓦斯抽采管路中的水大量积聚，对瓦斯的抽采负压将产生影响[1]。其不但会增加抽采管路阻力，降低抽采负压，而且会导致管路有效截面积缩小甚至堵塞，从而降低瓦斯抽采的效率；同时使管路承受积水的冲击和重压，对瓦斯抽采设备造成隐患。瓦斯抽采管路积水易造成瓦斯泄漏和积聚，对矿井安全生产造成威胁[2]。

2 瓦斯抽采管路存在的问题

为了将瓦斯抽采管路中的积水及时排出，必须在一定距离的瓦斯抽采管路中安装放水设备。有的放水设备基建较多，瓦斯抽放前，不利于施工安全；有的放水器需要电力驱动，给井下安全生产带来了隐患，而且当前市面上销售的放水器的质量参差不齐[3]，其放水器质量不能满足需求。

3 设计方案的确定

为解决以上问题，汾西矿业集团设备修造厂自主开发设计制造了矿用瓦斯抽采管自动放水器。它将瓦斯抽采管路积水由原来人工放水转变为全自动无电源机械式放水，可以既放煤渣又放水，并可以适用长期工作，在井下安装操作既方便又省事。

4 工作原理

瓦斯抽采放水器连接在矿井中的瓦斯抽采管路中，如图1 所示。当放水器首次安装之前，首先要把6.7 cm（2 寸）软管套上进水口一起用实用铁丝带扎上，不能有漏气。安装时应放在水平位置，进水管路要高于进水口。在放水器外安装有出水单向阀，瓦斯抽放水器内腔内放置有三通机械阀，三通机械阀的常开端与瓦斯抽采管连接，用于抽采管向放水器内进水；三通机械阀的常闭端与瓦斯抽采管连接，用于抽采管和放水器气体流通。设置三通机械阀初始状态为打开状态，放水器内安装有高压浮球阀。设置高压浮球达到最高液面关闭三通机械阀，打开单项阀。

图1 工作原理图

4.1 储水

当三通机械阀处于打开状态，放水器的常开端与瓦斯抽放管相连，出水单向阀因为抽采管负压的作用而闭合，此时放水器处于储水状态。

4.2 放水

当储水器水满时，放水器内高压浮球阀达到最高液面，关闭三通机械阀，其常开端闭合，与排气管连接的常闭端打开，放水器内上部空气和瓦斯抽采管压强流通，这样放水器的水在重力的作用下通过出水单向阀就可以自动放水了。经过15～20 s 放水时间，放水器内压强逐渐变小最后与抽采管内压强一致，单向出水阀关闭，高压浮球阀的下降使得机械三通阀打开，放水器则进入下一储水状态。

4.3 除渣

罐体底部呈圆弧形构造，设有煤渣清洁槽，可实现自清洁，且筒体设置为透明状态，方便检修人员在巡检过程中查看设备运行状态，安装检修便捷。

4.4 放水器内部结构的设计

设备修造厂设计的瓦斯抽采管自动放水器有盖、桶、浮漂、阀组成，如图2、图3 所示。罐体采用聚碳酸酯材质，以全透明的形式呈现，放水器桶（集水箱）为不规则的圆柱体，底部为圆弧形，圆柱体底端圆形直径为465 mm，放水器高420 mm，容积约为25 L，罐体质量不超过5 kg，全重9.8 kg。放水器便于携带，在强打击、强撞击条件下，依然可保持良好状态，抗摔抗冲击能力强。

图2 自动放水器结构图（单位：mm）

图3 自动放水器产品外观图

5 放水器的检验

为了检测放水器的质量，设备修造厂专门研制了放水器试验台，放水器试验台能够模拟瓦斯抽采管内的大气压强和不同出水量，将自动放水器置于自动放水器试验台内，把放水器的负压接口、进水口与试验台连接。将试验台负压设定在-50～-5 kPa 之间。主要进行了以下几方面的测试：

1）大水量测试：将水流量设定在1.0～1.2 m3/h 范围内，进行为期7 d 的抽放测试，检测自动放水器运转正常。

2）小水量测试：将水流量设定在0.3～0.4 m3/h 范围内，进行为期7 d 的抽放测试，检测自动放水器运转正常。

3）倾斜角度测试：将自动放水器倾斜20°，水流量设定在1.0～1.2 m3/h 范围内，进行为期7 d 的抽放测试，检测自动放水器运转正常。

4）抗冲击能力测试：将放水器从4 m 的高度投下，检测放水器外观和气密性并放入试验台内运行，放水器正常运转。

6 放水器的应用和推广

该自动放水器全自动无电源，结构为纯机械构造，结构简单，运行可靠，适用于矿井安全要求，实现了无人值守。罐体底部呈圆弧形构造，设有煤渣清洁槽，可实现自清洁。并且此放水器在强打击、强撞击条件下，依然可保持良好状态，抗摔、抗冲击能力强。

该瓦斯抽放管自动放水器在汾西矿业集团公司的中兴煤矿、双柳煤矿、水峪煤矿、正珠煤矿，华晋吉宁和西山煤矿等煤矿进行安装调试，保证每隔一定距离安装一组自动放水装置，尤其在管路低洼段，从而成功地解决了管路积水问题，为矿井高瓦斯条件下安全有效的生产创造了条件，推广前景广阔。