孫光亞

（哈爾濱電子技術(shù)研究所，黑龍江 哈爾濱 150030）

在礦井作業(yè)中，瓦斯抽放系統(tǒng)具有極為重要的地位。瓦斯抽放，可以減少開采過程中瓦斯涌出量，減少或消除礦井瓦斯對煤礦安全生產(chǎn)的威脅，減少瓦斯事故發(fā)生，維護(hù)作業(yè)安全性。瓦斯抽放系統(tǒng)包括地面泵站、抽放鉆場與井下管路三部分。在進(jìn)行上行抽放作業(yè)時，鉆場鉆孔保持一定仰角進(jìn)入到煤巖層，在自重及負(fù)壓作用下，煤巖層中液態(tài)水容易進(jìn)入到抽放管路之中，如水量較大，容易縮小抽放管路有效截面面積，從而發(fā)生抽放管路堵塞問題，對瓦斯抽放效果造成不利影響。為保證瓦斯抽放效果，就需要對抽放管路中的積水進(jìn)行排放。如果采取人工方式進(jìn)行抽放管路排水，容易造成嚴(yán)重的人力資源浪費(fèi)，且不容易進(jìn)行瓦斯管理，抽放效果不佳。經(jīng)過多次試驗研究，制造出適用于瓦斯抽放系統(tǒng)的自動放水器，并在瓦斯抽放系統(tǒng)中推廣應(yīng)用，獲得了良好效果。

一、自動放水器主要結(jié)構(gòu)及工作原理

（一）自動放水器主要結(jié)構(gòu)

自動放水器主要結(jié)構(gòu)包括：（1）進(jìn)水管；（2）上行閘門；（3）蓄水器；（4）濾水器；（5）啟閉器；（6）圓形橡膠片；（7）放水管；（8）放渣管；（9）下行閘門。（見圖1）

（二）自動放水器工作原理

為保證自動放水器工作效果，一般選擇在地面泵站到井下鉆場的上山管路起坡附近安置自動放水器。在正常抽放作業(yè)時，需要關(guān)閉下行閘門，開啟上行閘門，在大氣壓力等作用下，啟閉器中圓形橡膠片關(guān)閉放水管口，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)氣壓與蓄水箱內(nèi)進(jìn)出口的水壓差之和大于外界大氣壓時，在水壓力作用下，積水頂開啟閉器中圓形橡膠片，放水管打開，積水自動流出蓄水箱外；當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)氣壓與蓄水箱內(nèi)進(jìn)出口水壓差之和小于外界大氣壓時，圓形橡膠片在自重、彈力及大氣壓力作用下，自動返回原本位置，關(guān)閉放水管，通過這種方式，實現(xiàn)抽放管路中積水自動排放。自動放水器中的過濾器主要是由濾網(wǎng)與帶孔鋼板所組成，對積水進(jìn)行過濾。在自動放水器使用一段時間后，抽放管路中銹蝕廢渣及積水中煤巖層殘渣會在蓄水箱一側(cè)堆積，為保證自動放水器排水效果，需要及時進(jìn)行清理工作；在進(jìn)行排渣操作時，需要關(guān)閉上行閘門，開啟下行閘門，通過放渣管將殘余物排出蓄水箱。為防止外界空氣進(jìn)入到瓦斯抽放系統(tǒng)之中，需要在初次使用自動放水器或清理殘渣后，在蓄水箱中預(yù)存約半箱水量。

圖1 自動放水器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 自動放水器受力情況分析示意圖

當(dāng)前，自動放水器獲得了較大發(fā)展，出現(xiàn)了利用浮力結(jié)合磁力改變放水器內(nèi)部空間壓力狀態(tài)來實現(xiàn)自動排水的自動放水器，還有在啟閉器處采用橡膠球封閉放水管口的方法，在實際應(yīng)用中也取得了較好的效果。

二、自動放水器應(yīng)用效果分析

使用自動放水器，獲得了較好的效果，主要表現(xiàn)在以下三個方面：

（一）保證了瓦斯抽放系統(tǒng)的抽放效果：使用人工放水，如選擇每小時一次，則會因放水時間間隔較長，抽放管路中存在較多積水，縮小有效抽放管路有效截面，導(dǎo)致抽放阻力加大，抽放負(fù)壓在中途環(huán)節(jié)被大量消耗，最終影響抽放效果。而在瓦斯抽放系統(tǒng)中應(yīng)用自動放水器，由自動放水器不定期進(jìn)行自動排水，可以確保抽放管路通暢，降低抽放阻力，從而增加鉆場有效負(fù)壓，讓煤層中游離狀態(tài)的瓦斯不斷進(jìn)入到鉆孔中，隨著抽放管路，將大量瓦斯抽到地面，保證了瓦斯抽放效果。

（二）將自動放水器應(yīng)用于瓦斯抽放系統(tǒng)中，有利于加強(qiáng)瓦斯管理，確保生產(chǎn)安全，進(jìn)一步提高作業(yè)效率。傳統(tǒng)抽放系統(tǒng)，不能很好保證瓦斯抽放效果，難以充分發(fā)揮效益，在投產(chǎn)后，由于煤層中瓦斯釋放程度較低，瓦斯含量超標(biāo)，加上通風(fēng)系統(tǒng)無法大量增加，不能確保瓦斯含量在安全氛圍內(nèi)，企業(yè)被迫停止開采活動，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。瓦斯超限，嚴(yán)重威脅著礦井安全生產(chǎn)。將自動放水器應(yīng)用于瓦斯抽放系統(tǒng)中，確保了瓦斯抽放效果，降低了瓦斯含量及瓦斯超限事故發(fā)生率，從而提高了生產(chǎn)效率及質(zhì)量。

（三）將自動放水器應(yīng)用于瓦斯抽放系統(tǒng)中，節(jié)省了人力資源，降低了能耗，獲取了良好的經(jīng)濟(jì)效益。人工放水時，需要安排工作人員每小時進(jìn)行放水作業(yè)，管理不便，且容易導(dǎo)致外界空氣進(jìn)入抽放管路，降低系統(tǒng)負(fù)壓，影響抽放效果。而應(yīng)用自動放水器，只需要每周安排一人檢修即可，抽放效果較好。

表1 三種不同型號的浮子參數(shù)

三、自動放水器改造及應(yīng)用效果

在礦井作業(yè)活動中，自動放水器在一般情況下可以滿足生產(chǎn)作業(yè)的要求，但仍存在著放水速度較慢、抽放管路中殘存積水的問題，為更好的確保放水效果及抽放效果，我們提出對自動放水器進(jìn)行改造，并應(yīng)用于實踐之中。

（一）自動放水器改造方法一

根據(jù)自動放水器工作原理，安裝與抽放管路相平行的積水管，組合安裝多個自動放水器，增加自動放水速度及效率，保證抽放效果。如在礦井作業(yè)活動中，管路內(nèi)存水較多，使用人工排水的方式不僅效率低，不能實現(xiàn)連續(xù)放水，且需要安排專職人員進(jìn)行值班，停泵后處理積水，影響抽放效果。即使是使用了自動放水器之后，仍存在著放水速度較慢等問題，為此，進(jìn)行自動放水器改造，組合安裝兩套自動放水器，經(jīng)過這種改造，有效地解決了瓦斯抽放管路中殘存積水的問題，且大大提高了排水效率，保證了抽放效果。

（二）自動放水器改造方法二

在一些自動放水器中，存在著利用浮力結(jié)合磁力改變放水器內(nèi)部空間壓力狀態(tài)來實現(xiàn)自動排水的自動放水器，這種自動放水器應(yīng)用較為廣泛，為提高自動放水速度及效率，通過改變浮子形狀及體積，增加一次循環(huán)放水量，從而實現(xiàn)改造目的，確保抽放效果。

采取不同的浮子形狀及體積，進(jìn)行放水效果實驗，最終選擇出效果最佳的浮子形狀及體積，實現(xiàn)對自動放水器的有效改造。

1選擇三種型號浮子進(jìn)行實驗：第一種，高度為100mm，直徑為240mm，自重及配重分別為24N、20N；第二種，高度為200mm，直徑為205mm，自重及配重分別為28N及16N；第三種，高度為100mm，直徑為205mm，自重及配重均為22N。三種不同型號的浮子參數(shù)如表1：

2設(shè)計方案理論分析：通過改變浮子形狀及體系來實現(xiàn)對自動放水器的改造，其設(shè)計方案理論在于自動放水器的受力物理性質(zhì)。圖2是自動放水器受力分析圖：

其中F浮屬于浮子所承受的浮力；G為浮子重量；Z＇為放水閘高度；H為浮子高度；h為浮子在水面下高度等。根據(jù)放水器工作原理，可以得出自動放水器在放水時水面的高度Z取決于浮子高度H減去浮子在水面下高度h的值。H-h值越大，Z就越小，相反，H-h值越小，Z值就越大。

通過計算，采取第三種型號的浮子時，水面高度Z的取值最大。影響放水速度的因素還有放水器氣壓，水面高度越大，氣壓越高，放水速度就越快。通過實驗對比，發(fā)現(xiàn)采取第三種型號浮子放水流速較快。

然而，雖然第三種型號浮子應(yīng)用于自動放水器中，其放水速度最快，放水量最大，但其放水時間卻并不是最短的。為將放水量、放水速度及放水時間協(xié)調(diào)到最佳，通過計算，采取第一種型號浮子，其單個循環(huán)放水量較大，放水速度較快，循環(huán)放水所用時間最短。綜合分析對比，最終選擇使用第一種型號浮子應(yīng)用于自動放水器中，并經(jīng)過實踐，獲得良好效果。

通過組合安裝積水管或改變不同浮子形狀及體積，實現(xiàn)對自動放水器應(yīng)用改造，縮短了放水時間，提高了放水速度，確保了抽放效果，滿足了礦井作業(yè)活動的需要。

結(jié)語

在礦井作業(yè)活動中，為確保生產(chǎn)安全，需要進(jìn)行瓦斯抽放作業(yè)。將自動放水器應(yīng)用于瓦斯抽放系統(tǒng)中，可以節(jié)省大量人力，降低能耗，加強(qiáng)瓦斯管理，確保生產(chǎn)安全。為進(jìn)一步提高自動放水器的排水速度及效率，可以組合安裝積水管及多個自動放水器或?qū)ψ詣臃潘鹘Y(jié)構(gòu)進(jìn)行合理改造，進(jìn)一步縮短放水時間，確保瓦斯抽放效果。

[1]余天明.自動放水器在瓦斯抽放系統(tǒng)中的應(yīng)用與改造[J].煤礦現(xiàn)代化，2010（01）.

[2]趙利輝.均壓放水器在瓦斯抽放系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技,2011（25）.

[3]孟繁金,王素枝,靳光法等.連續(xù)式負(fù)壓自動放水器的研制[J].煤礦機(jī)電,2010（05）.

[4]桑森.抽采系統(tǒng)高負(fù)壓自動放水器改進(jìn)與應(yīng)用[J].科技視界，2012（25）.

[5]段平平.瓦斯抽采管路自動放水器的改進(jìn)應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技，2011（34）.