瓦斯抽放管路舊配置的隱患與新配置的安全

1、瓦斯抽放管路舊配置的隱患與新配置的安全國務院辦公廳關于加快煤層氣(煤礦瓦斯)抽采利用的若干意見國辦發(fā)200647號文件指出，煤礦瓦斯先抽后采是治理瓦斯的根本性措施。先抽后采就是煤礦企業(yè)應利用一切可利用的條件和一切能夠采用的技術手段，將煤層瓦斯預抽到有關規(guī)定的指標以下后，再進行煤炭開采。我國煤礦瓦斯災害嚴重，高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井所占比例高，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井4500余處，原國有重點煤礦中，高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井占49.8，煤與瓦斯突出和瓦斯涌出量大是制約煤礦安全生產(chǎn)的主要因素。多年來，一些煤礦企業(yè)通過實施瓦斯先抽后采，不斷提高瓦斯抽采率，有效地防止了煤與瓦斯突出，減

2、少了采掘時期的瓦斯涌出量，改善了礦井安全狀況。實踐證明，煤礦瓦斯先抽后采是防治煤與瓦斯突出的根本性措施，是防止重特大瓦斯事故的治本之策。要從樹立和落實科學發(fā)展觀，堅持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的高度，充分認識瓦斯先抽后采的重要性，強力推進煤礦瓦斯先抽后采工作。趙鐵錘局長總結了瓦斯先抽后采的5條經(jīng)驗，做好瓦斯治理特別是先抽后采工作，應當做到“五個必須”：一是推進企業(yè)安全發(fā)展，必須堅持先抽后采；二是落實先抽后采工作，必須首先提高認識；三是提高瓦斯抽采水平，必須依靠科技進步；四是保障先抽后采效果，必須堅持統(tǒng)籌規(guī)劃；五是深化瓦斯先抽后采工作，必須做到以用促抽。進一步做好瓦斯治理特別是

3、先抽后采工作，要提高認識，深化煤礦瓦斯治理；做好規(guī)劃，促進先抽后采發(fā)展；依靠科技，增強瓦斯抽采效果；培養(yǎng)隊伍，強化瓦斯抽采管理；用足政策，提高瓦斯抽采能力；明確責任，推動落實先抽后采。目前我國所有瓦斯礦井都安裝了瓦斯抽放系統(tǒng)，有的是地面瓦斯抽放泵站，有的是移動瓦斯抽放泵站。但是所有使用中的瓦斯抽放管路的配置都是上個世紀80年代初期設計的，當時瓦斯抽放泵站的抽放量為3-15立方米/分鐘。到了2005年以后，隨著國家對煤礦開采管理日益嚴格，煤礦開采量也增加了幾倍，采掘工作面單體產(chǎn)量增加幅度巨大，從落煤中析出的瓦斯大量聚集在上隅角，同時國家要求先抽后采，煤礦為了生產(chǎn)效率，保證安全，都逐漸配備更大型抽

4、放泵站，從上個世紀80年代的3-15立方米/分鐘，增加到30-60立方米/分鐘，又增加到70-110立方米/分鐘，進而增加到現(xiàn)在的最大800立方米/分鐘，管路內(nèi)的負壓也一增再增，現(xiàn)在管路內(nèi)負壓高達0.09Mpa，但所有配置一直沒有改進。因此在使用中凸顯了每個配置各自的缺點甚至是安全隱患。我公司經(jīng)過認真調研和實踐中的經(jīng)驗，積極與煤礦技術人員共同研究當前抽放技術條件，對抽放管路的配置進行了全面更新，以適應當前瓦斯抽放的技術要求，消除了安全隱患，確保煤礦的安全生產(chǎn)。下面就新舊管路配置作一對比論述：一管路配置 （一）舊管路配置當前抽放管路的配置包括標準孔板流量計、水封式防爆器、銅網(wǎng)式防回火裝置、自動負

5、壓放水器、管路除渣器，其組成示意圖如下：其工作過程為：首先在欲開采煤層按規(guī)定的技術要求鉆大量的深孔，然后將鋼管插進深孔并在孔外留下接頭，封閉鋼管與深孔縫隙，確保瓦斯不沿鋼管外壁析出于空氣中；將連接與抽放主管路的軟管套在鋼管接頭上進行抽采煤層瓦斯。在抽采的過程中，煤層中水和煤屑與瓦斯一起進入主管路，煤屑經(jīng)管路排渣器除掉，管路中的水由自動負壓放水器放掉，銅網(wǎng)式防回火裝置起到隔絕管路瓦斯混合氣爆炸火焰的傳導，水封式防爆器通過水封切斷爆炸，并爆開頂部膠板泄壓，孔板流量計測量管路的流量。理論上這是一套比較合理的配置，但是在實際應用中，每個配置都凸顯了各自的缺點甚至是安全隱患。（二） 新管路配置我公司根據(jù)

6、多個抽放管路發(fā)生的實際問題和現(xiàn)場經(jīng)驗，對抽放管路配置進行了全新的設計與制造，組成了抽放管理全新配置，主要包括：泵站防回水裝置、無阻力流量計、恒定水位水封式防爆器、復網(wǎng)式防回火裝置、管路積水器與全自動排渣放水器、管路快速排渣器、全自動鉆孔排渣放水裝置；結構更合理，使用更安全，性能更可靠。組成示意圖如下：二 新舊管路配置對比新舊管路配置在組成形式和功能上有很大區(qū)別，下面就作一個詳細的闡述：（一）抽放泵站防回水裝置隨著大抽放量的瓦斯抽放泵站的安裝使用，在實際應用中泵站回水一直在困擾抽放工作。大容量抽放泵站的水環(huán)真空泵內(nèi)有大量的水，在管路負壓的作用下，停機的瞬間倒灌進入抽放管路；由于抽放管路都比較長，

7、都在幾千米以上，有的深埋地下，有的沿巷道曲折鋪設，高低不平，這樣造成低洼管路的大量積水，目前使用自動負壓放水器都不能正常工作，加之放水量小，管路積水直接影響抽放效率，嚴重危脅安全。    由本公司開發(fā)的泵站防回水裝置（見圖），整體組成為：管路積水器、大容量放水裝置、快速回止閥門等三大部件；積水器容積為0.1-1.5立方米，放水器速度為100-500升/分鐘，回止閥門關閉時間為小于0.2秒；我們首先在遼寧省鐵法煤業(yè)（集團）有限責任公司曉明礦的地面瓦斯抽放泵站使用，成功地解決了困擾煤礦防回水問題。（二） 流量計 1標準孔板流量計標準孔板流量計作為流體計量工具，歷史悠久

8、，應用廣泛；但在煤礦瓦斯抽放管路上使用有兩個突出的弊病：1） 節(jié)流孔下緣線以下滯留的雜物和水直接影響測量精度在煤礦實際抽放中，管道內(nèi)的氣體與水和小煤屑、小石塊等雜物被一起抽到管路中，氣體可以通過節(jié)流孔；而水和雜物在節(jié)流孔的下緣線以下的部分被滯留，造成管路1/4的堵塞，因此抽放設計流量減少1/4。由于抽放量的減少，對抽放安全造成不良影響。2） 節(jié)流孔直接減少抽放流量 孔板流量計是截取孔板前后的壓差來計算管道流量，但是孔板節(jié)流孔直徑是管道直徑的1/2，孔板節(jié)流孔的截面積是管道截面積的1/4；4倍于節(jié)流孔面積的氣流通過節(jié)流孔，將損失相當一部分流量，遠小于管道實際通行流量，對安全有直接影響。2 無阻力

9、流量計針對目前孔板流量計在實際應用中的缺點，本公司制造一種可以在復雜氣體環(huán)境中使用的以固定擋板或可移動擋板作為測量設施的管道無阻力流量計。1）可移動擋板管道無阻力流量計。構造組成（見圖）為：鋼管、取壓嘴、不銹鋼擋板、密封墊、螺紋拉桿、旋柄、密封罩、連接法蘭等部分。鋼管的長度為管徑8-12倍，擋板安裝位置為鋼管的1/3-1/2長度處，開口深度為管徑的上1/41/2，前取壓嘴與擋板的距離為2倍管徑；后取壓嘴與擋板的距離為1倍管徑。當需要測量管路內(nèi)氣體流量時，轉動旋柄將不銹鋼擋板插入管內(nèi)至預設的位置，待氣流穩(wěn)定后即可以測量壓差，計算流量；當測量工作完成后，將不銹鋼擋板拉出管路，讓氣流暢通，不影響管路

10、流量。更突出的特點是：管道內(nèi)的水和小煤屑、小石塊等雜物將全部通過不被滯留，不會影響管路流量。2）固定擋板無阻力流量計：構造組成（見圖）為：鋼管、取壓嘴、不銹鋼擋板、連接法蘭等部分。鋼管的長度為管徑8-12倍，擋板安裝位置為鋼管的1/3-1/2長度處，開口深度為管徑的上1/41/2，前取壓嘴與擋板的距離為2倍管徑；后取壓嘴與擋板的距離為1倍管徑。當需要測量管路內(nèi)氣體流量時，直接測量壓差，計算流量。更突出的特點是：管道內(nèi)的水和小煤屑、小石塊等雜物將全部通過不被滯留，不會影響管路流量（三） 防爆器根據(jù)煤礦安全規(guī)程第一百四十六條規(guī)定“干式抽放瓦斯泵吸氣側管路系統(tǒng)中，必須裝設有防回火、防回氣和防爆炸作用

11、的安全裝置；并定期檢查，保持性能良好”。1 水封式防爆器FBQ系列水封式防爆器作為防爆炸作用的安全裝置，它利用水封式防爆器內(nèi)部的水封保護著井上井下、抽放泵站設備及用戶安全，理論上是最安全的防爆器，所以廣泛地應用在絕大多數(shù)的瓦斯抽放系統(tǒng)中。但是目前使用的水封式防爆器由于設計上的缺陷，在實際應用時不能保持性能良好，無法維持水封式防爆器內(nèi)部的水封恒定，存在著重大安全隱患。目前使用的水封式防爆器在設計上存在缺陷，造成嚴重的安全隱患。1） 缺陷之一：加水裝置的設計不合理。水封式防爆器是靠人工通過加水漏斗加水來保持水封，但由于瓦斯抽放風量很大，初始水封很快被風干，很多時候來不及補水或忘記補水；即便補水及時

12、，當水從加水漏斗進入防爆器時，由于防爆器內(nèi)風的流速和流量都很大，水在下落過程中就被風經(jīng)出氣管帶走，落到底部的水要很長時間才能形成水封或者根本無法形成水封，導致絕大多數(shù)水封式防爆器都是在無水封狀態(tài)下運行。我們調查了幾個礦的水封式防爆器使用情況，發(fā)現(xiàn)都是在無水封狀態(tài)下工作。分析原因：水封式防爆器初始設計時，國家對先抽后采還沒有強制要求，那時瓦斯抽采量很小，瓦斯抽放管道內(nèi)的氣體流速為3-5米/秒；隨著國家對瓦斯抽放工作強制要求，各個礦都加大了瓦斯抽放量。由于瓦斯抽放管道很長，如果更換瓦斯抽放管道或鋪設大管徑管道，耗資巨大；經(jīng)濟實惠的作法就是加大管道內(nèi)的氣體流速，現(xiàn)在管道內(nèi)的流速已達15-30米/秒，

13、所以再靠人工加水已經(jīng)來不及維持水封的恒定了。2） 缺陷之二：水封式防爆器泄壓裝置的膠板不能保持密閉。由于瓦斯抽放量加大，瓦斯抽放管道及水封式防爆器內(nèi)的負壓大且不穩(wěn)定，造成膠板上下抖動而損壞，或在巨大負壓作用下，被抽裂而造成損壞，與外界相通，不能維持一個封閉空間。2 恒定水位水封式防爆器 針對水封式防爆器的缺陷問題，為消除安全隱患，我公司專門對水封式防爆器進行了改造，研發(fā)出一個專利產(chǎn)品來消除這個缺陷和安全隱患。這個專利產(chǎn)品就是“FBQH系列恒定水位水封式防爆器”，其結構（見圖）：在保持原有的合理設計基礎上，安裝了自動加水裝置，去掉人工加水漏斗；加水靠防爆器外部的自動加水裝置自動完成，無論管道內(nèi)和

14、防爆器內(nèi)的流速和流量多快和多大，都能保證水封水位的穩(wěn)定，只要加水裝置不斷水。使用時方便安全，保持水封水位的恒定，真正起到水封的作用；泄壓裝置的膠板改用10-15mm厚防靜電金屬板代替，可以承受更大的負壓，確?？臻g密閉。恒定水位水封式防爆器優(yōu)點：1 可以自動維持水封，保持水封水位的恒定，真正起到水封防爆的作用；2 防爆膠墊改為防靜電金屬板，可以承受巨大負壓，當發(fā)生泄壓時，金屬板自動彈開，泄壓后自動復位?？梢栽O定泄壓彈開壓力。(四) 防回火裝置根據(jù)煤礦安全規(guī)程第一百四十六條規(guī)定“干式抽放瓦斯泵吸氣側管路系統(tǒng)中，必須裝設有防回火、防回氣和防爆炸作用的安全裝置；并定期檢查，保持性能良好”。1銅網(wǎng)式防回

15、火裝置FHQ型系列防回火裝置是瓦斯抽放與利用系統(tǒng)必備的安全設施，安裝在抽放瓦斯泵吸氣側和排氣端的管路上，起到保護礦井上下、抽放泵設備及用戶的安全。防回火管徑是主管徑的1.5倍，安裝6-8層銅網(wǎng)，利用銅網(wǎng)散熱作用，達到隔絕火焰的傳播。但是由于銅網(wǎng)比較柔軟，在管路內(nèi)強烈氣流和氣流中的小煤屑、小石塊等雜物作用下，很容易損壞，銅網(wǎng)一旦破壞，將不能隔絕爆炸氣體的火焰?zhèn)鞑?，對安全生產(chǎn)造成巨大隱患。2復網(wǎng)式防回火裝置基于銅網(wǎng)式防回火裝置的隱患，我們開發(fā)了一種全新的防回火裝置FFHQ系列復網(wǎng)式防回火裝置；在結構上進行科學合理的改造，防回火管徑由原來的1.5倍主管徑增加到2倍主管徑，在銅網(wǎng)的第一迎風組，前后都加

16、一層不銹鋼網(wǎng)，其它在銅網(wǎng)順風向加固不銹鋼網(wǎng)，確保銅網(wǎng)不被風或雜質損壞；另外由于管道內(nèi)的雜質和水將滯留在防回火裝置底部，影響抽放量，所以利用全自動負壓排渣放水器除渣放水。 在確保了銅網(wǎng)的完整性，復網(wǎng)式防回火裝置真正起到了隔絕爆炸氣體的火焰?zhèn)鞑?，保障了煤礦的安全生產(chǎn)。3 復網(wǎng)式防回火防回氣裝置在復網(wǎng)式防回火裝置的基礎上，我們有開發(fā)了一種防回火裝置-FFHS復網(wǎng)式防回火防回氣裝置，增加了一個防回氣功能，更加有效的保障管路安全。當瓦斯抽放泵站停機時，回止閥門自動關閉。在結構上進行科學合理的改造，防回火管徑由原來的1.5倍主管徑增加到2倍主管徑，在銅網(wǎng)的第一迎風組，前后都加一層不銹鋼網(wǎng)，其它在銅網(wǎng)順風向

17、加固不銹鋼網(wǎng)，確保銅網(wǎng)不被風或雜質損壞；另外由于管道內(nèi)的雜質和水將滯留在防回火裝置底部，影響抽放量，所以利用全自動負壓排渣放水器除渣放水。 就目前瓦斯抽放泵站對于防爆器和防回火裝置的選型，不能單憑瓦斯抽放管路的直徑來配型，更要考慮管路內(nèi)的流速和流量、負壓的多個參數(shù)；當管路內(nèi)流速大于10米/秒時，要選配兩套防爆器和防回火裝置并聯(lián)來保障安全抽放工作；當管路內(nèi)流速大于15米/秒時，要選配三套防爆器和防回火裝置并聯(lián)才可以保障抽放安全?？傊?，經(jīng)過防爆器和防回火內(nèi)的流速不能大于8米/秒。（四） 放水器1自動負壓放水器CWGFY型自動負壓放水器作為管路放水裝置已經(jīng)使用多年了，但是在實際應用中，自動負壓放水器

18、在煤礦井下復雜的氣體環(huán)境下，很快失去放水功能，直接影響了煤礦的安全生產(chǎn)。究其原因，有以下缺陷：1） 結構復雜，關聯(lián)件過多，一損俱損；2） 其浮漂采用PVC發(fā)泡，這是一個有眾多個體小顆粒發(fā)泡組成的浮漂；這些小顆粒發(fā)泡在負壓時膨脹，正壓時回復，反復幾次以后，小顆粒發(fā)泡表面破裂，漸漸失去浮力，整個發(fā)泡浮漂也減小或失去浮力，不能浮起，無法完成放水功能；3） 出水口只有直徑8mm，管路中水很復雜，小煤塊、煤屑、小石塊、小泥塊、泥水混雜其中，當放水時這些雜質有的通過出水口，有的不能通過，將出水口堵塞，使放水器失去了放水功能；4） 其放水量很小，只有7升/分鐘，根本無法完成放水任務，直接影響瓦斯抽放工作，對

19、安全造成一定隱患。5）負壓放水器在復雜環(huán)境下，3-5天即損壞，一般也只能使用1-3個月。6）沒有管路積水器，管路會發(fā)生臃水現(xiàn)象，放水器又不能及時放水，積水將占據(jù)管路的有限空間，影響抽放，對安全產(chǎn)生隱患。2 全自動負壓排渣放水器 APS-FY型瓦斯抽放管路負壓全自動排渣放水器是我公司的專利產(chǎn)品，自有知識產(chǎn)權；適用于瓦斯抽放和利用系統(tǒng)的主管、干管、支管的自動排渣放水，是替代現(xiàn)有負壓放水器的升級換代產(chǎn)品，與管路積水器配合使用。具有以下特點： 1完全實現(xiàn)全自動排渣放水，排渣放水口為32mm、50mm、75mm、100mm; 負壓放水器放水出口只有8mm；2排水量大，最大分別可達100升/分鐘、150升

20、/分鐘、330升/分鐘、500升/分鐘；負壓放水器只有7升/分鐘；3承受負壓環(huán)境可達極限負壓；負壓放水器不能；4結構合理，使用方便；負壓放水器結構復雜，很容易損壞；5性能穩(wěn)定、靈敏可靠、自動排放效果好，浮漂浮力恒定；6. 使用壽命大大加長，無需維護。負壓放水器在復雜環(huán)境下，3-5天即損壞，一般也只能使用3個月。7.管路積水器及時將管路內(nèi)的水和雜質過渡到積水箱里，管路不會發(fā)生臃水現(xiàn)象，確保管路暢通無阻，保障煤礦的安全生產(chǎn)。（六）管路排渣器 1 排渣器FZQ系列瓦斯抽放管路排渣器，是瓦斯抽放管路上必備的排渣裝置；一定要安裝在銅網(wǎng)式防回火裝置及防爆器之前，用法蘭與管路或其它設備聯(lián)接；該設備通過分級式

21、篩網(wǎng)擋板阻攔和沉淀管路內(nèi)的煤渣、石塊及其它大的雜物，凈化氣流；保護瓦斯抽放設備的安全。但實際應用中，操作極不方便；在排渣時，首先關閉通過排渣器的兩側三通，再卸掉排渣口所有螺栓，然后打開封堵排渣；排完渣后將封堵重新固定封緊，擰緊所有螺栓，再打開三通，整個過程要耗時20分鐘以上。2管路快速排渣器FZQ-K系列瓦斯抽放管路快速排渣器是在FZQ系列瓦斯抽放管路排渣器基礎上的改進型，是瓦斯抽放管路上必備的排渣裝置；一定要安裝在銅網(wǎng)式防回火裝置及防爆器之前，用法蘭與管路或其它設備聯(lián)接；該設備通過分級式篩網(wǎng)擋板阻攔和沉淀管路內(nèi)的煤渣、石塊及其它大的雜物，凈化氣流；保護瓦斯抽放設備的安全。對比原排渣器，其優(yōu)點體現(xiàn)為：1 排渣方便快捷；2 排渣時，只需關閉閘閥，打開排渣口開關即可實現(xiàn)排渣；3 排渣速度快，只需3-5分鐘，原排渣器需要20分鐘以上；（七）鉆孔排渣放水裝置目前國家要求先抽后采，所以鉆孔采瓦斯很普遍。其工作過程為：首先在欲開采煤層按規(guī)定的技術要求鉆大量的深孔，然后將鋼管插進深孔并在孔外留下接頭，封閉鋼管與深孔縫隙，確保瓦斯不沿鋼管外壁析出于空氣中；將連接與抽放主管路的軟管套在鋼管接頭上進行抽采煤層瓦斯。在抽采的過程中，煤層中水和煤屑與瓦斯一起進入主管路，如果不