进气关断阀在煤层气钻机车上的应用及技术分析

2016-09-18庞国强赵奕杰

西部探矿工程 2016年7期

关键词：机械式煤层气延时

王　东，庞国强，赵奕杰

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710048）

进气关断阀在煤层气钻机车上的应用及技术分析

王东*，庞国强，赵奕杰

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710048）

煤层气钻机车作为特种作业工程车，是针对地面矿山应急救援孔和地面煤层气抽采孔的施工研制的一款专用钻机车。该钻机车主要作业地点为矿山及野外，环境比较恶劣，出现事故风险也较大，当在施工作业中发生事故时，很难快速得到救援。所以，这就要求煤层气钻机车本身要拥有较好的安全性和可靠性，在发现钻机车出现异常情况时，要能够确保立即停止钻机车动力系统的高速运转，进气关断阀可以很好地解决钻机车紧急停机的要求。

煤层气钻机车；进气关断阀；电动式；安全性

1　概述

煤层气，在煤矿区又称瓦斯，是煤炭伴生资源。我国煤炭资源储量丰富，其中蕴含着大量的煤层气资源。煤层气的开发利用具有煤矿安全治理、清洁资源利用的双重作用，国家也先后对煤层气发展做出专项批示。因此，开采煤层气的配套装备就显得尤为重要。煤层气钻机车作为开采煤层气的关键和核心设备就备受关注，由于钻机车作业现场环境复杂，钻机车难于搬运等因素制约，所以对其安全性和可靠性有着很高的要求［1-3］。

煤层气钻机车在施工作业中，当钻机车遇到紧急情况时，就要求上装动力柴油机应以最快的速度停止运转［4］。传统的方法为断油法，即通过快速停止柴油机油料供给，达到停机目的。但是这种方法存在一定的滞后性，紧急时刻多一秒钟就会造成不可预测的后果。通过大量数据分析比较，可以证明最快、最有效地让柴油机停止运转的方法为断气法，即快速停止柴油机进气系统进气即可。与此同时，钻机车作业现场环境比较恶劣，空气中混有某些可燃性气体（如：CH4）达到一定浓度时，被吸入钻机车上装柴油机燃烧室，造成柴油机燃气浓度过高，进而造成柴油机及钻机车较大震动，给整个施工及现场工作人员造成安全隐患。考虑以上2点，需要给柴油机加装进气关断阀，以便可以有效做到快速制动钻机车动力系统和制止钻机车发生较大震动。

2　进气关断阀结构及原理

目前，特种作业工程车上使用的进气关断阀主要分为机械式和电动式。机械式操作简单，便于拆卸等优点，然而，它的缺点是需要人为手动操作，对工作人员有一定要求，当发生紧急情况时，人为因素显得至关重要，同时也存在因机械原因导致损坏等故障。电动式凭借自动控制程度高、性能稳定、可靠性高等优点备受青睐。

通过以上2种进气关断阀优缺点的比较，电动式显得更具优越性（图1）。某型号特种作业工程车使用的进气关断阀就为电动式。该进气关断阀的工作原理为：通过进气关断阀内部的电磁阀得失电来控制进气关断阀阀门的开合，进气关断阀内有2种线圈，一种为吸合线圈，另一种为保持线圈，启动时先是吸合线圈得电，进气关断阀阀门打开的同时，触碰到机械式顶杆，从而转换为保持线圈得电，用来维持阀门一直保持打开状态。

在后期钻机车进气关断阀的升级改造中，发现传统的电动式存在一些弊端。它的吸拉线圈和保持线圈转换形式是通过机械式顶杆推动转换按钮来完成，存在一定的机械故障可能，如果故障发生，电磁阀线圈持续通过高电流，线圈将会被轻易烧坏，导致进气关断阀无法正常打开。

图1　电动式进气关断阀安装示意图

经过调研和相关技术分析，目前已有部分钻机车配备了升级版电动式进气关断阀，很大程度解决了传统进气关断阀线圈频繁烧毁的故障。此进气关断阀还包括增加了外部延时电路，外部延时电路主要作用是更好地控制线圈之间的安全转换，既通过外部延时电路来切换吸拉线圈和保持线圈，将不再出现吸拉线圈过长时间通过高电流而导致线圈烧毁［5-6］。该型进气关断阀如图2所示。