瓦斯抽采集成旁通阀二位放水器研制

潘小波

（山西晋煤集团沁秀公司岳城煤矿，山西 晋城 048006）

1 原旁通放水器存在问题

煤矿井下钻孔抽采瓦斯是目前常用的瓦斯治理手段，放水器是瓦斯抽采管路系统的重要附属装置。岳城煤矿目前使用的为旁通负压放水器，见图1。

图1 旁通放水器

放水器使用时，工人正常完成放水工序需要5个阀门先后各控制2～3次来控制钻孔与支管之间的气流连通，操作复杂，操作时间需要2～3 min，劳动强度较大。同时，还存在如下问题：一是放水器的配气阀门在安装方面不规范，位置不统一，造成放水器箱体内集水空间减小；二是双截止阀使用繁琐，配气阀操作不到位，导致瓦斯溢出引发报警或超限事故；三是抽放钻孔内气体不易排出，气体积聚极易导致瓦斯喷孔。因此非常有必要从设计上对上述问题进行改进，提高放水装置的实用性。

2 集成旁通阀二位放水器研制

2.1 放水器结构、原理

通过对原系统存在问题进行分析研究，研制具有集成调控装置的放水器，实现一个阀门控制所有气路和水路，确保放水时，阀体内的配气通道畅通，抽采旁通正常抽采；正常抽采时阀体内的配气通道关闭，抽采旁通关闭；集成阀组的配气阀、旁通阀同球体的转动密封实现可靠，不泄露，阀组同放水器箱体、钻孔联孔管、抽采支管的连接可靠。

图2 集中阀设计原理

从图2可以看出，采用集中阀的放水器在放水前阀门处于工位Ⅰ，此时1-3和2-4是连通的，1-2和3-4是关闭的；放水时阀门处于工位Ⅱ，此时1-2和3-4是连通的，1-3和2-4是关闭的。

该放水器全部为机械部件组成，能够实现集中调控装置要求的各工位情况下的功能，能够满足井下瓦斯抽采在不同压力状态下的正常使用，同时结构更为简单，体积更小，而且降低了阀门开关操作时需要的扭矩，简便容易操作，比较省力。结构的调整使产品的密封面使用了硬度较高的材料，从而降低了对介质的严格要求，允许介质有适当的颗粒杂物，一方面能够使钻孔瓦斯抽采中气流携带的煤粉得到处理，阀门不易堵塞；另一方面增强了材料的耐磨性，能够保证更好的密封效果，进气（出气）口的调整使通过的介质流动无阻碍，在一定程度了减小了气流阻力。

2.2 箱体改进

在模型实验成功的基础上，对放水器的放水箱体进行了设计和改进，见图3。

图3 现场试验最终样品

将原有箱体上的放水阀门由手动模式改变为自动模式，改进后的阀门内部为一个自动开合结构，且能够保证密封性。处于负压状态时，阀门靠负压产生的吸力将阀门吸紧关闭。放水时无负压，阀门自动打开进行放水。

在箱体上增加了一个机械式液面计，一方面对于箱体内的积水情况可以直观的进行了解，放水人员可以明确掌握放水需要，大大减少了以往放水工作的无用功；另一方面对于瓦斯抽采系统而言，提高了系统本身的可靠性和稳定性，能够更为有效地避免因放水工作的不到位造成的抽采问题。

3 试验效果

集成旁通阀二位放水器在岳城矿现场进行了试验应用。东翼进风巷十二钻场钻孔施工地点，3月31日安装一个放水器，联接6个钻孔，抽采负压18 kPa，甲烷浓度48%，每班（8h）放1次水；另一个位于千米钻机施工地点，4月5日安装，联接1个钻孔，边打边抽，抽采负压22 kPa，甲烷浓度7%，每30 min放一次水。根据岳城矿现场试验情况和操作人员反馈，该放水器有如下优点：

（1）操作简单、方便，可通过观察液面计，根据需要进行放水。指针指向抽放位置时，实施抽放，指针指向放水位置时，开始放水。避免了操作失误，保证了瓦斯抽采系统的稳定。

（2）为负压放水，放水过程中不用担心瓦斯涌出超限，实现了放水期间瓦斯的安全抽采。

（3）操作时间仅需要3 s左右，提高了效率，大大降低了工作量。

4 结语

现场试验应用证明，集中旁通阀二位放水器能够实现一个阀门控制所有气路和水路，自主放水和负压排水，从源头上杜绝了瓦斯喷孔和水流溢出等情况，能避免操作失误，实现了井下抽采系统安全可靠运行。同时，在操作上从2～3 min缩减为3s左右，大大减少了放水人员劳动强度。