郭 坦

(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，山西 太原 030053)

標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔抽采系統(tǒng)研究

郭 坦

(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，山西 太原 030053)

為適應(yīng)多樣的地質(zhì)條件、聯(lián)孔條件(主管路、鉆孔抽采管等)及降低材料成本需求，西山煤電集團(tuán)屯蘭礦在標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)新型聯(lián)孔技術(shù)相關(guān)部件，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和可回收化，同時(shí)緩解了管路進(jìn)渣和堵塞的問(wèn)題，外觀整齊美觀，聯(lián)孔速度快捷方便，具有安全潔凈抽采意義。

瓦斯抽采；聯(lián)孔；球型閥體；四通

1 基本概況

西山煤電集團(tuán)公司屯蘭礦位于山西省古交市西部，東西寬11 km，南北長(zhǎng)12 km，總面積80 km2，礦井工業(yè)儲(chǔ)量10.28億t，可采儲(chǔ)量6.28億t；可采煤層為2#、7#、8#、9#煤層，煤層傾角2°～10°，呈由北東向南西傾斜的波浪狀單斜構(gòu)造，采用3個(gè)盤(pán)區(qū)式進(jìn)行回采，1997年試產(chǎn)，2002年正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬(wàn)t，服務(wù)年限100年；礦井采用主斜井-副立井多水平，分區(qū)式開(kāi)拓，已開(kāi)拓+650 m、+750 m兩個(gè)水平，現(xiàn)開(kāi)拓+750 m水平。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量256.43 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量33.58 m3/t，煤塵具有爆炸性，屬于容易自燃煤層。

為了解決本煤層瓦斯抽采，聯(lián)孔系統(tǒng)不規(guī)范、抽采效果不穩(wěn)定、排渣困難等技術(shù)難題，河南理工大學(xué)與西山煤電集團(tuán)有限公司技術(shù)中心合作，以西山煤電屯蘭礦為試驗(yàn)地點(diǎn)，在原有的理論分析與實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)瓦斯抽采關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

2 四變可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)

研究人員通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有聯(lián)孔系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研提出標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有通用性，可根據(jù)煤礦瓦斯抽采的具體情況優(yōu)化聯(lián)孔方案。標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)總體方案具有四變、可調(diào)的特點(diǎn)，四變是指：1) 適應(yīng)鉆孔間距的變化。2) 適應(yīng)鉆孔高度的變化。3) 適應(yīng)巷道變形的變化。4) 適應(yīng)鉆孔左右和上下角度的變化。可調(diào)是指：瓦斯抽采負(fù)壓可以調(diào)節(jié)；抽采濃度與抽采負(fù)壓密切相關(guān)，在抽采后期階段可通過(guò)調(diào)節(jié)抽采負(fù)壓提高后期的抽采濃度。

同時(shí)，為了適應(yīng)井下潮濕的環(huán)境，提高聯(lián)孔系統(tǒng)的耐腐蝕性，整個(gè)聯(lián)孔系統(tǒng)都采用塑料件。為了提高聯(lián)孔系統(tǒng)的安裝速度，聯(lián)接方式設(shè)置有變徑鎖箍和變徑膠套兩種，既能保證管路接頭部位的密封性，又使管路具有一定的伸縮量，以適應(yīng)鉆孔間距、高度，巷道走勢(shì)的變化；鉆孔抽采管與支管之間采用波紋管彎頭連接，一方面可以適應(yīng)鉆孔角度的變化，另一方面可以吸收消除部分由于巷道變形引起的管路變形和應(yīng)力集中。標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖1.

圖1 標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

3 五通排渣閥的研制

五通排渣閥作為連接管路的主要部件是整個(gè)聯(lián)孔系統(tǒng)的關(guān)鍵，可通過(guò)調(diào)節(jié)鉆孔及支管負(fù)壓對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行控制。目前，現(xiàn)行的閥體材質(zhì)多以鋼鐵件為主，存在易銹蝕、不易密封等缺陷，且很難實(shí)現(xiàn)快速安裝。為此，經(jīng)研究設(shè)計(jì)出了以工程塑料為主要材質(zhì)的多功能控制閥體，見(jiàn)圖2，圖3.

1—鎖箍密封圈 2—鎖箍 3—測(cè)氣嘴 4—測(cè)氣嘴帽 5—閥體 6—內(nèi)襯水平四通 7—疏通閥蓋 8—套筒閥芯 9—調(diào)節(jié)旋柄 10—閥芯密封圈圖2 五通閥剖視圖

特點(diǎn)：數(shù)字刻度指示；兩種排渣方式圖3 五通閥設(shè)計(jì)效果圖

閥體將動(dòng)閥芯設(shè)計(jì)成套筒狀，流通口設(shè)計(jì)成圓形，通過(guò)調(diào)節(jié)套筒閥芯開(kāi)口與直通開(kāi)口的相對(duì)圓形開(kāi)口大小，即控制閥體的開(kāi)口面積大小與旋轉(zhuǎn)角度成正比，實(shí)現(xiàn)鉆孔流量的線性控制，開(kāi)口大小可通過(guò)觀察刻槽旁邊的指示刻度加以控制。為防止閥體發(fā)生泄漏，在旋柄刻槽兩側(cè)的接觸口設(shè)置密封圈、矩形橡膠密封墊，閥芯與閥體接觸面設(shè)置兩道O型密封圈。在閥體下方設(shè)置疏通口，并通過(guò)絲扣疏通閥蓋7(圖2)密封，當(dāng)出現(xiàn)閥體堵塞時(shí)，可拆下疏通閥蓋進(jìn)行清理。

4 標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)系列化發(fā)展研究

為適應(yīng)多樣的地質(zhì)條件、聯(lián)孔條件(主管路、鉆孔抽采管等)及降低材料成本需求，在標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)簡(jiǎn)化、優(yōu)化等途徑形成了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)方案。

1) 標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)方案一。

標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)由五通閥(排渣、測(cè)氣、調(diào)節(jié))、變徑鎖箍、變徑膠套、波紋管彎頭、PE管、排渣罐等組成。各部件通過(guò)插接、螺紋等方式聯(lián)接，使用變徑鎖箍、變徑膠套、鎖緊螺母等進(jìn)行固定和密封，見(jiàn)圖4.

注：a)、b)差異是水平聯(lián)接件的不同圖4 標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)方案一

2) 標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)方案二。

對(duì)于煤層透氣性較好的煤層，在抽采過(guò)程中基本不需要濃度調(diào)控。為降低成本，使用四通和球型閥體組合代替五通閥，見(jiàn)圖5. 四通部件下部留設(shè)排渣口，可聯(lián)接排渣罐。球形閥體上設(shè)有測(cè)氣口，管路聯(lián)接均采用變徑膠套固定和密封。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)方案二

3) 標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)方案三。

標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)方案三中，波紋管彎頭同球型閥粘接相連，不可拆卸。水平方向上，四通同PE管插接相連，使用乳膠套密封，具有一定的伸縮量，見(jiàn)圖6.

圖6 標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)方案三

4) 標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)方案四。

當(dāng)井下礦壓不大，巷道在抽采期內(nèi)變形不大時(shí)，對(duì)管路的適應(yīng)性要求降低。對(duì)上述聯(lián)孔系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，即取消支管可伸縮連接設(shè)計(jì)，將五通閥簡(jiǎn)化為普通球閥+四通接頭，形成標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)方案四，見(jiàn)圖7. 球閥為標(biāo)準(zhǔn)化件，見(jiàn)圖8a). 四通接頭見(jiàn)圖8b).

圖7 標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)方案四

圖8 球閥和四通接頭圖

標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)方案四與方案二差別不大，主要差異是水平管路與四通的聯(lián)接方式。

標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)方案四具有一次投入材料費(fèi)用低，漏氣環(huán)節(jié)少等優(yōu)點(diǎn)，由于仍然保留了波紋管彎頭設(shè)計(jì)，允許少量巷道變形，在巷道變形不大的情況下使用相對(duì)可靠，但已不具備管材回收復(fù)用、快速安裝等優(yōu)勢(shì)。

5 研究成果

針對(duì)屯蘭礦的實(shí)際情況，在標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了適合該礦使用的聯(lián)孔方案，解決了原有聯(lián)孔方式排渣放水難的問(wèn)題。同時(shí)，井下工業(yè)性試驗(yàn)表明，可調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔系統(tǒng)在外觀、安裝拆卸、氣密性、排放水、適應(yīng)性、維護(hù)管理、回收復(fù)用等方面均優(yōu)于現(xiàn)行的聯(lián)孔方法。

[1] 王 峰.井下瓦斯抽采鉆孔標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)孔技術(shù)研究及應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2014，33(5)：15-16.

[2] 王振鋒，宋維賓，王永龍.成莊礦瓦斯抽采鉆孔聯(lián)管裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤炭工程，2014,46(5)：59-61.

[3] 許家林，孟廣石.應(yīng)用上覆巖層采動(dòng)裂隙“O”形圈特征抽放采空區(qū)瓦斯[J].煤礦安全，1995(7)：2-4.

Study on Standardization for Joint Hole Gas Drainage System

GUO Tan

Based on the variety of geological conditions, joint-hole conditions as well as the materials cost conditions, on the basis of standardized joint hole system, a new type of joint-hole technology for gas hole drilling has been designed in Tunlancoal mine, Xishan coal and electricity group. Standardization and materials recycling have been realized, the problem of flow-block inside the pipe is relieved in some point.Installation becomes more convenient.

Gas extraction; Joint hole; Ball shaped valve; Four-way valve

2017-04-22

郭 坦(1987—)，男，河南周口人，2010年畢業(yè)于河北工程大學(xué)，工程師，主要從事煤礦安全技術(shù)管理工作(E-mail)276256606@qq.com

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