标准化联孔抽采系统研究

郭 坦

(西山煤电集团有限责任公司 技术中心，山西 太原 030053)

标准化联孔抽采系统研究

郭 坦

(西山煤电集团有限责任公司 技术中心，山西 太原 030053)

为适应多样的地质条件、联孔条件(主管路、钻孔抽采管等)及降低材料成本需求，西山煤电集团屯兰矿在标准化联孔系统的基础上，通过设计新型联孔技术相关部件，实现了标准化和可回收化，同时缓解了管路进渣和堵塞的问题，外观整齐美观，联孔速度快捷方便，具有安全洁净抽采意义。

瓦斯抽采；联孔；球型阀体；四通

1 基本概况

西山煤电集团公司屯兰矿位于山西省古交市西部，东西宽11 km，南北长12 km，总面积80 km2，矿井工业储量10.28亿t，可采储量6.28亿t；可采煤层为2#、7#、8#、9#煤层，煤层倾角2°～10°，呈由北东向南西倾斜的波浪状单斜构造，采用3个盘区式进行回采，1997年试产，2002年正式投产，设计生产能力400万t，服务年限100年；矿井采用主斜井-副立井多水平，分区式开拓，已开拓+650 m、+750 m两个水平，现开拓+750 m水平。矿井绝对瓦斯涌出量256.43 m3/min，相对瓦斯涌出量33.58 m3/t，煤尘具有爆炸性，属于容易自燃煤层。

为了解决本煤层瓦斯抽采，联孔系统不规范、抽采效果不稳定、排渣困难等技术难题，河南理工大学与西山煤电集团有限公司技术中心合作，以西山煤电屯兰矿为试验地点，在原有的理论分析与实验室研究的基础上，进一步对瓦斯抽采关键技术进行了研究。

2 四变可调标准化联孔系统

研究人员通过对国内现有联孔系统进行调研提出标准化联孔系统，该系统具有通用性，可根据煤矿瓦斯抽采的具体情况优化联孔方案。标准化联孔系统总体方案具有四变、可调的特点，四变是指：1) 适应钻孔间距的变化。2) 适应钻孔高度的变化。3) 适应巷道变形的变化。4) 适应钻孔左右和上下角度的变化。可调是指：瓦斯抽采负压可以调节；抽采浓度与抽采负压密切相关，在抽采后期阶段可通过调节抽采负压提高后期的抽采浓度。

同时，为了适应井下潮湿的环境，提高联孔系统的耐腐蚀性，整个联孔系统都采用塑料件。为了提高联孔系统的安装速度，联接方式设置有变径锁箍和变径胶套两种，既能保证管路接头部位的密封性，又使管路具有一定的伸缩量，以适应钻孔间距、高度，巷道走势的变化；钻孔抽采管与支管之间采用波纹管弯头连接，一方面可以适应钻孔角度的变化，另一方面可以吸收消除部分由于巷道变形引起的管路变形和应力集中。标准化联孔系统总体设计图见图1.

图1 标准化联孔系统总体设计图

3 五通排渣阀的研制

五通排渣阀作为连接管路的主要部件是整个联孔系统的关键，可通过调节钻孔及支管负压对瓦斯浓度进行控制。目前，现行的阀体材质多以钢铁件为主，存在易锈蚀、不易密封等缺陷，且很难实现快速安装。为此，经研究设计出了以工程塑料为主要材质的多功能控制阀体，见图2，图3.

1—锁箍密封圈 2—锁箍 3—测气嘴 4—测气嘴帽 5—阀体 6—内衬水平四通 7—疏通阀盖 8—套筒阀芯 9—调节旋柄 10—阀芯密封圈图2 五通阀剖视图

特点：数字刻度指示；两种排渣方式图3 五通阀设计效果图

阀体将动阀芯设计成套筒状，流通口设计成圆形，通过调节套筒阀芯开口与直通开口的相对圆形开口大小，即控制阀体的开口面积大小与旋转角度成正比，实现钻孔流量的线性控制，开口大小可通过观察刻槽旁边的指示刻度加以控制。为防止阀体发生泄漏，在旋柄刻槽两侧的接触口设置密封圈、矩形橡胶密封垫，阀芯与阀体接触面设置两道O型密封圈。在阀体下方设置疏通口，并通过丝扣疏通阀盖7(图2)密封，当出现阀体堵塞时，可拆下疏通阀盖进行清理。

4 标准化联孔系统系列化发展研究

为适应多样的地质条件、联孔条件(主管路、钻孔抽采管等)及降低材料成本需求，在标准化联孔系统的基础上，通过简化、优化等途径形成了一系列的标准化联孔系统方案。

1) 标准化联孔系统方案一。

标准化联孔系统由五通阀(排渣、测气、调节)、变径锁箍、变径胶套、波纹管弯头、PE管、排渣罐等组成。各部件通过插接、螺纹等方式联接，使用变径锁箍、变径胶套、锁紧螺母等进行固定和密封，见图4.

注：a)、b)差异是水平联接件的不同图4 标准化联孔系统方案一

2) 标准化联孔系统方案二。

对于煤层透气性较好的煤层，在抽采过程中基本不需要浓度调控。为降低成本，使用四通和球型阀体组合代替五通阀，见图5. 四通部件下部留设排渣口，可联接排渣罐。球形阀体上设有测气口，管路联接均采用变径胶套固定和密封。

图5 标准化联孔系统方案二

3) 标准化联孔系统方案三。

标准化联孔系统方案三中，波纹管弯头同球型阀粘接相连，不可拆卸。水平方向上，四通同PE管插接相连，使用乳胶套密封，具有一定的伸缩量，见图6.

图6 标准化联孔系统方案三

4) 标准化联孔系统方案四。

当井下矿压不大，巷道在抽采期内变形不大时，对管路的适应性要求降低。对上述联孔系统进行了简化设计，即取消支管可伸缩连接设计，将五通阀简化为普通球阀+四通接头，形成标准化联孔系统方案四，见图7. 球阀为标准化件，见图8a). 四通接头见图8b).

图7 标准化联孔系统方案四

图8 球阀和四通接头图

标准化联孔系统方案四与方案二差别不大，主要差异是水平管路与四通的联接方式。

标准化联孔系统方案四具有一次投入材料费用低，漏气环节少等优点，由于仍然保留了波纹管弯头设计，允许少量巷道变形，在巷道变形不大的情况下使用相对可靠，但已不具备管材回收复用、快速安装等优势。

5 研究成果

针对屯兰矿的实际情况，在标准化联孔方案的基础上进行改进，设计了适合该矿使用的联孔方案，解决了原有联孔方式排渣放水难的问题。同时，井下工业性试验表明，可调节标准化联孔系统在外观、安装拆卸、气密性、排放水、适应性、维护管理、回收复用等方面均优于现行的联孔方法。

[1] 王 峰.井下瓦斯抽采钻孔标准化联孔技术研究及应用[J].煤炭技术，2014，33(5)：15-16.

[2] 王振锋，宋维宾，王永龙.成庄矿瓦斯抽采钻孔联管装置优化设计[J].煤炭工程，2014,46(5)：59-61.

[3] 许家林，孟广石.应用上覆岩层采动裂隙“O”形圈特征抽放采空区瓦斯[J].煤矿安全，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年毕业于河北工程大学，工程师，主要从事煤矿安全技术管理工作(E-mail)276256606@qq.com

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1672-0652(2017)06-0024-03