1、矿用全自动负压放水器的研制与应用摘要：介绍了恒大煤业公司的瓦斯抽采管路系统，指出了目前矿井瓦斯抽采管路放水器所存在的问题，研制了一种新型瓦斯抽采管路放水器。结合恒大煤矿现场实际，介绍了该实用型全自动负压放水器的设计原理、功能和应用效果。 关键词：瓦斯抽采；自动型；负压放水器 中图分类号： TV139 文献标识码： A 文章编号： 1 矿井瓦斯抽采概况 恒大煤业公司 2009 年核定为 150 万吨，矿井服务年限为 30 年。井区内可开采煤层有高德层群、太平层群、中间层群、孙家湾层群、水泉层 5 大层群。恒大煤业有限责任公司采用抽出式通风方法，两翼对角式通风方式。矿井绝对瓦斯涌出量 134.58
2、m3/min，相对瓦斯涌出量 46.16 m3/t；二氧化碳绝对涌出量 5.13 m3/min，相对涌出量 1.68m3/t，属于突出矿井。煤层自然发火期 3-6 个月，煤尘爆炸指数 44.97%。 矿井地面南北两翼分别建立有瓦斯抽采泵站，设有 2BEC52 型水环式真空抽放泵 5 台，单泵额定抽放量 200 m3/min；GBF7302BG3 型水环式真空抽放泵 5 台，单泵额定抽放量 578m3/min；2BF-305-1BD3 型水环式真空抽放泵 2 台，单泵额定抽放量 60 m3/min。井下南北两翼各设有移动抽采泵站，每个泵站安设有 GBF4302BG3 型水环式真空抽放泵 2 台，
3、单泵额定抽放量 200 m3/min。矿井铺设 630、426、377、273 瓦斯抽采管路 2 万 m，分为高低浓度 2 趟管路，实现了矿井瓦斯分源抽采。 2 抽采管路放水的必要性 抽采管路是连接瓦斯抽采泵与抽采地点的必要环节，是抽采系统的重要组成部分。但是，由于井下抽采地点混合气体往往含水量较大，或管路途径巷道温差变化较明显，造成管路中积水。管路积水会减小管路有效断面，增加抽采泵的负荷，从而降低抽采效率。为确保抽采管路的有效断面，必须加强管路放水工作。 目前恒大煤矿的做法是， （1）630 主管路：在变坡低位，平巷内每隔 300m，过道管两侧均安设放水器；（2）支干管路：在低洼处，变坡低位
4、，平巷每隔 300m，过道管两侧均安设放水器；（3）温差变化较大的抽采管路低温侧；（4）与预抽钻孔相连接的集气罐，设计具备放水器功能。全矿井累计大小放水器 106 个，通风人员每班对各区域放水器进行放水，放水工作从源头开始，确保抽采管路畅通。 3 现用放水器存在的问题 现使用放水器（如图 1）多为人工操作类型的放水器，需要定期对抽采管路进行放水，放水效率较低，人员劳动强度较大。由此，造成管路积水速度快，积水量大，不能做到对抽采管路内积水的及时处理，不利于瓦斯抽采工作的顺利开展。此外，目前使用的放水器的承水量有限，某处管路内积水量增加速度较快，为保证抽采效果，需要设专人看守进行放水。 图 1 现
5、用自动放水器图 由于矿井环境复杂多变，现使用的一些厂家生产的自动放水器，其规格和放水量不能满足现场需要，并且耗资较大。 我矿现用的半自动放水器（如图 2） ，由于安装地点的限制，在操作过程中，影响钻孔抽采负压，有时达不到瓦斯抽采负压的标准（13kPa） 。图 2 人工调压放水器图 4 全自动负压放水器设计 4.1 设计原理 全自动负压放水器，是结合我矿实际情况，根据负压放水原理自主研发的。该放水器制作工艺简单，体积可调，不受环境影响，能很好的满足抽采负压条件下的自动放水目的，其应用前景广阔。 图 3 全自动负压放水器原理图 （1）集水 管路中的积水通过集水装置自动进入放水器，放水器水位逐渐上升
6、，达到自动触发装置的启动水位。 （2）放水阀门自动转换 浮漂带动负压转换装置，使联通管外的进气阀门打开，使放水器与外界压力平衡，在放水器内水的自重作用下，开启放水单向阀，进行放水。 （3）集水阀门自动转换 放水器内的水位降，浮漂带动转换装置，关闭联通管外的进气阀门，并使联通抽采管路内的进气阀门打开，使放水器与抽采管路内的压力平衡，靠抽采管路集水装置内水的自重开启进水单向阀，进行集水，从而达到一个自动放水循环。 （4）辅助功能 放水器进水侧安装有简易过滤除渣装置，可防止抽采地点的杂质进入抽采分支管路；安装在分支管路上可减少杂质进入主管路；安装在主管路上可减少杂质进入抽采泵。在保证抽采泵的最佳使用
7、环境的同时，可最大限度地保证抽采管路净面积，减小管阻，提高抽采泵效率，从而达到最佳抽采效果。 4.2 全自动放水器的应用 我矿是高瓦斯矿井，现阶段由于瓦斯治理的方法增多，方式多样多，瓦斯抽采或预抽采尤为重要。所以，保证抽采系统（管路）畅通无阻非常关键。在我矿北翼 630 主管路管长约 4860m，-650 大巷至-536 上平台总段回风道（距离地面泵站约 15002500m）有 18 个钻场，每个钻场69 个钻孔。由于该地区曾进行地面打孔压裂，瓦斯涌出量较大，钻孔抽采效果明显。在该段进行人工放水时，至少要往返 1000m 倾斜巷道不少于 3 次，且该地点距离井口较远，往往在交接班时间出现某些地
8、点积水过大，抽采泵站管压异常增高。 使用全自动负压放水器后，放水人员劳动强度明显降低，每原班对该段放水器及过滤装置进行检查维护一次，并能利用剩余时间对其他地点抽采管路等设施进行维护。不但保证了该段钻场瓦斯抽采效果，也使得地面抽采泵负压增高现象明显减少，总回风道内的瓦斯浓度稳定。 此外，全自动负压放水器使用后对于企业安全资金投入也有着很大的节省。 （1）抽采管路原班放水（最低预算：南、北翼各 1 人，包括瓦检员）共需 6 人工，每人月工资按 3000 元计，每月约 1.8 万元。且人工放水涉及到个人安全、检查时间、个人因素等。 （2）自动放水器成本预计 400500 元（包括人工） ，服务时间暂
9、定5 年。以我矿现有开采接续计划看：2 个回采工作面，每个工作面布置 4个自动放水器：46 个掘进工作面，每个掘进工作面 3 个自动放水器；外围巷道 30 个，最多：8+18+30=56 个，2.8 万元。 资金明细： 人工放水投资：1.81221.6 万元； 人工放水器检修资金：21.60.051.08 万元 放水器投资：500 56 2.8 万元 维修、维护费按 5%计：2.80.050.14 万元 按专人周检查、检修计（通风员日检）：3000121.24.2 万元 年节约资金：21.6+1.08-2.8-0.14-4.2=18.34 万元，5 年节约资金：（21.6+1.08-0.14-4.2）5-2.8=88.9 万元。 参考文献 1 徐天明.自动放水器在瓦斯抽放系统中的应用与改造J. 煤矿现代化，2010，(5)：72-73. 2 郝全明,白豹,孙晶,等.高负压情况下新型放水器的研究与应用J.煤，2010， （11）：12-13.
