瓦斯抽放管路旧配置的隐患与新配置的安全

1、瓦斯抽放管路旧配置的隐患与新配置的安全国务院办公厅关于加快煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用的若干意见国办发200647号文件指出，煤矿瓦斯先抽后采是治理瓦斯的根本性措施。先抽后采就是煤矿企业应利用一切可利用的条件和一切能够采用的技术手段，将煤层瓦斯预抽到有关规定的指标以下后，再进行煤炭开采。我国煤矿瓦斯灾害严重，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井所占比例高，据不完全统计，全国高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井4500余处，原国有重点煤矿中，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占49.8，煤与瓦斯突出和瓦斯涌出量大是制约煤矿安全生产的主要因素。多年来，一些煤矿企业通过实施瓦斯先抽后采，不断提高瓦斯抽采率，有效地防止了煤与瓦斯突出，减

2、少了采掘时期的瓦斯涌出量，改善了矿井安全状况。实践证明，煤矿瓦斯先抽后采是防治煤与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。要从树立和落实科学发展观，坚持节约发展、清洁发展、安全发展，实现可持续发展的高度，充分认识瓦斯先抽后采的重要性，强力推进煤矿瓦斯先抽后采工作。赵铁锤局长总结了瓦斯先抽后采的5条经验，做好瓦斯治理特别是先抽后采工作，应当做到“五个必须”：一是推进企业安全发展，必须坚持先抽后采；二是落实先抽后采工作，必须首先提高认识；三是提高瓦斯抽采水平，必须依靠科技进步；四是保障先抽后采效果，必须坚持统筹规划；五是深化瓦斯先抽后采工作，必须做到以用促抽。进一步做好瓦斯治理特别是

3、先抽后采工作，要提高认识，深化煤矿瓦斯治理；做好规划，促进先抽后采发展；依靠科技，增强瓦斯抽采效果；培养队伍，强化瓦斯抽采管理；用足政策，提高瓦斯抽采能力；明确责任，推动落实先抽后采。目前我国所有瓦斯矿井都安装了瓦斯抽放系统，有的是地面瓦斯抽放泵站，有的是移动瓦斯抽放泵站。但是所有使用中的瓦斯抽放管路的配置都是上个世纪80年代初期设计的，当时瓦斯抽放泵站的抽放量为3-15立方米/分钟。到了2005年以后，随着国家对煤矿开采管理日益严格，煤矿开采量也增加了几倍，采掘工作面单体产量增加幅度巨大，从落煤中析出的瓦斯大量聚集在上隅角，同时国家要求先抽后采，煤矿为了生产效率，保证安全，都逐渐配备更大型抽

4、放泵站，从上个世纪80年代的3-15立方米/分钟，增加到30-60立方米/分钟，又增加到70-110立方米/分钟，进而增加到现在的最大800立方米/分钟，管路内的负压也一增再增，现在管路内负压高达0.09Mpa，但所有配置一直没有改进。因此在使用中凸显了每个配置各自的缺点甚至是安全隐患。我公司经过认真调研和实践中的经验，积极与煤矿技术人员共同研究当前抽放技术条件，对抽放管路的配置进行了全面更新，以适应当前瓦斯抽放的技术要求，消除了安全隐患，确保煤矿的安全生产。下面就新旧管路配置作一对比论述：一管路配置 （一）旧管路配置当前抽放管路的配置包括标准孔板流量计、水封式防爆器、铜网式防回火装置、自动负

5、压放水器、管路除渣器，其组成示意图如下：其工作过程为：首先在欲开采煤层按规定的技术要求钻大量的深孔，然后将钢管插进深孔并在孔外留下接头，封闭钢管与深孔缝隙，确保瓦斯不沿钢管外壁析出于空气中；将连接与抽放主管路的软管套在钢管接头上进行抽采煤层瓦斯。在抽采的过程中，煤层中水和煤屑与瓦斯一起进入主管路，煤屑经管路排渣器除掉，管路中的水由自动负压放水器放掉，铜网式防回火装置起到隔绝管路瓦斯混合气爆炸火焰的传导，水封式防爆器通过水封切断爆炸，并爆开顶部胶板泄压，孔板流量计测量管路的流量。理论上这是一套比较合理的配置，但是在实际应用中，每个配置都凸显了各自的缺点甚至是安全隐患。（二） 新管路配置我公司根据

6、多个抽放管路发生的实际问题和现场经验，对抽放管路配置进行了全新的设计与制造，组成了抽放管理全新配置，主要包括：泵站防回水装置、无阻力流量计、恒定水位水封式防爆器、复网式防回火装置、管路积水器与全自动排渣放水器、管路快速排渣器、全自动钻孔排渣放水装置；结构更合理，使用更安全，性能更可靠。组成示意图如下：二 新旧管路配置对比新旧管路配置在组成形式和功能上有很大区别，下面就作一个详细的阐述：（一）抽放泵站防回水装置随着大抽放量的瓦斯抽放泵站的安装使用，在实际应用中泵站回水一直在困扰抽放工作。大容量抽放泵站的水环真空泵内有大量的水，在管路负压的作用下，停机的瞬间倒灌进入抽放管路；由于抽放管路都比较长，

7、都在几千米以上，有的深埋地下，有的沿巷道曲折铺设，高低不平，这样造成低洼管路的大量积水，目前使用自动负压放水器都不能正常工作，加之放水量小，管路积水直接影响抽放效率，严重危胁安全。    由本公司开发的泵站防回水装置（见图），整体组成为：管路积水器、大容量放水装置、快速回止阀门等三大部件；积水器容积为0.1-1.5立方米，放水器速度为100-500升/分钟，回止阀门关闭时间为小于0.2秒；我们首先在辽宁省铁法煤业（集团）有限责任公司晓明矿的地面瓦斯抽放泵站使用，成功地解决了困扰煤矿防回水问题。（二） 流量计 1标准孔板流量计标准孔板流量计作为流体计量工具，历史悠久

8、，应用广泛；但在煤矿瓦斯抽放管路上使用有两个突出的弊病：1） 节流孔下缘线以下滞留的杂物和水直接影响测量精度在煤矿实际抽放中，管道内的气体与水和小煤屑、小石块等杂物被一起抽到管路中，气体可以通过节流孔；而水和杂物在节流孔的下缘线以下的部分被滞留，造成管路1/4的堵塞，因此抽放设计流量减少1/4。由于抽放量的减少，对抽放安全造成不良影响。2） 节流孔直接减少抽放流量 孔板流量计是截取孔板前后的压差来计算管道流量，但是孔板节流孔直径是管道直径的1/2，孔板节流孔的截面积是管道截面积的1/4；4倍于节流孔面积的气流通过节流孔，将损失相当一部分流量，远小于管道实际通行流量，对安全有直接影响。2 无阻力

9、流量计针对目前孔板流量计在实际应用中的缺点，本公司制造一种可以在复杂气体环境中使用的以固定挡板或可移动挡板作为测量设施的管道无阻力流量计。1）可移动挡板管道无阻力流量计。构造组成（见图）为：钢管、取压嘴、不锈钢挡板、密封垫、螺纹拉杆、旋柄、密封罩、连接法兰等部分。钢管的长度为管径8-12倍，挡板安装位置为钢管的1/3-1/2长度处，开口深度为管径的上1/41/2，前取压嘴与挡板的距离为2倍管径；后取压嘴与挡板的距离为1倍管径。当需要测量管路内气体流量时，转动旋柄将不锈钢挡板插入管内至预设的位置，待气流稳定后即可以测量压差，计算流量；当测量工作完成后，将不锈钢挡板拉出管路，让气流畅通，不影响管路

10、流量。更突出的特点是：管道内的水和小煤屑、小石块等杂物将全部通过不被滞留，不会影响管路流量。2）固定挡板无阻力流量计：构造组成（见图）为：钢管、取压嘴、不锈钢挡板、连接法兰等部分。钢管的长度为管径8-12倍，挡板安装位置为钢管的1/3-1/2长度处，开口深度为管径的上1/41/2，前取压嘴与挡板的距离为2倍管径；后取压嘴与挡板的距离为1倍管径。当需要测量管路内气体流量时，直接测量压差，计算流量。更突出的特点是：管道内的水和小煤屑、小石块等杂物将全部通过不被滞留，不会影响管路流量（三） 防爆器根据煤矿安全规程第一百四十六条规定“干式抽放瓦斯泵吸气侧管路系统中，必须装设有防回火、防回气和防爆炸作用

11、的安全装置；并定期检查，保持性能良好”。1 水封式防爆器FBQ系列水封式防爆器作为防爆炸作用的安全装置，它利用水封式防爆器内部的水封保护着井上井下、抽放泵站设备及用户安全，理论上是最安全的防爆器，所以广泛地应用在绝大多数的瓦斯抽放系统中。但是目前使用的水封式防爆器由于设计上的缺陷，在实际应用时不能保持性能良好，无法维持水封式防爆器内部的水封恒定，存在着重大安全隐患。目前使用的水封式防爆器在设计上存在缺陷，造成严重的安全隐患。1） 缺陷之一：加水装置的设计不合理。水封式防爆器是靠人工通过加水漏斗加水来保持水封，但由于瓦斯抽放风量很大，初始水封很快被风干，很多时候来不及补水或忘记补水；即便补水及时

12、，当水从加水漏斗进入防爆器时，由于防爆器内风的流速和流量都很大，水在下落过程中就被风经出气管带走，落到底部的水要很长时间才能形成水封或者根本无法形成水封，导致绝大多数水封式防爆器都是在无水封状态下运行。我们调查了几个矿的水封式防爆器使用情况，发现都是在无水封状态下工作。分析原因：水封式防爆器初始设计时，国家对先抽后采还没有强制要求，那时瓦斯抽采量很小，瓦斯抽放管道内的气体流速为3-5米/秒；随着国家对瓦斯抽放工作强制要求，各个矿都加大了瓦斯抽放量。由于瓦斯抽放管道很长，如果更换瓦斯抽放管道或铺设大管径管道，耗资巨大；经济实惠的作法就是加大管道内的气体流速，现在管道内的流速已达15-30米/秒，

13、所以再靠人工加水已经来不及维持水封的恒定了。2） 缺陷之二：水封式防爆器泄压装置的胶板不能保持密闭。由于瓦斯抽放量加大，瓦斯抽放管道及水封式防爆器内的负压大且不稳定，造成胶板上下抖动而损坏，或在巨大负压作用下，被抽裂而造成损坏，与外界相通，不能维持一个封闭空间。2 恒定水位水封式防爆器 针对水封式防爆器的缺陷问题，为消除安全隐患，我公司专门对水封式防爆器进行了改造，研发出一个专利产品来消除这个缺陷和安全隐患。这个专利产品就是“FBQH系列恒定水位水封式防爆器”，其结构（见图）：在保持原有的合理设计基础上，安装了自动加水装置，去掉人工加水漏斗；加水靠防爆器外部的自动加水装置自动完成，无论管道内和

14、防爆器内的流速和流量多快和多大，都能保证水封水位的稳定，只要加水装置不断水。使用时方便安全，保持水封水位的恒定，真正起到水封的作用；泄压装置的胶板改用10-15mm厚防静电金属板代替，可以承受更大的负压，确保空间密闭。恒定水位水封式防爆器优点：1 可以自动维持水封，保持水封水位的恒定，真正起到水封防爆的作用；2 防爆胶垫改为防静电金属板，可以承受巨大负压，当发生泄压时，金属板自动弹开，泄压后自动复位。可以设定泄压弹开压力。(四) 防回火装置根据煤矿安全规程第一百四十六条规定“干式抽放瓦斯泵吸气侧管路系统中，必须装设有防回火、防回气和防爆炸作用的安全装置；并定期检查，保持性能良好”。1铜网式防回

15、火装置FHQ型系列防回火装置是瓦斯抽放与利用系统必备的安全设施，安装在抽放瓦斯泵吸气侧和排气端的管路上，起到保护矿井上下、抽放泵设备及用户的安全。防回火管径是主管径的1.5倍，安装6-8层铜网，利用铜网散热作用，达到隔绝火焰的传播。但是由于铜网比较柔软，在管路内强烈气流和气流中的小煤屑、小石块等杂物作用下，很容易损坏，铜网一旦破坏，将不能隔绝爆炸气体的火焰传播，对安全生产造成巨大隐患。2复网式防回火装置基于铜网式防回火装置的隐患，我们开发了一种全新的防回火装置FFHQ系列复网式防回火装置；在结构上进行科学合理的改造，防回火管径由原来的1.5倍主管径增加到2倍主管径，在铜网的第一迎风组，前后都加

16、一层不锈钢网，其它在铜网顺风向加固不锈钢网，确保铜网不被风或杂质损坏；另外由于管道内的杂质和水将滞留在防回火装置底部，影响抽放量，所以利用全自动负压排渣放水器除渣放水。 在确保了铜网的完整性，复网式防回火装置真正起到了隔绝爆炸气体的火焰传播，保障了煤矿的安全生产。3 复网式防回火防回气装置在复网式防回火装置的基础上，我们有开发了一种防回火装置-FFHS复网式防回火防回气装置，增加了一个防回气功能，更加有效的保障管路安全。当瓦斯抽放泵站停机时，回止阀门自动关闭。在结构上进行科学合理的改造，防回火管径由原来的1.5倍主管径增加到2倍主管径，在铜网的第一迎风组，前后都加一层不锈钢网，其它在铜网顺风向

17、加固不锈钢网，确保铜网不被风或杂质损坏；另外由于管道内的杂质和水将滞留在防回火装置底部，影响抽放量，所以利用全自动负压排渣放水器除渣放水。 就目前瓦斯抽放泵站对于防爆器和防回火装置的选型，不能单凭瓦斯抽放管路的直径来配型，更要考虑管路内的流速和流量、负压的多个参数；当管路内流速大于10米/秒时，要选配两套防爆器和防回火装置并联来保障安全抽放工作；当管路内流速大于15米/秒时，要选配三套防爆器和防回火装置并联才可以保障抽放安全。总之，经过防爆器和防回火内的流速不能大于8米/秒。（四） 放水器1自动负压放水器CWGFY型自动负压放水器作为管路放水装置已经使用多年了，但是在实际应用中，自动负压放水器

18、在煤矿井下复杂的气体环境下，很快失去放水功能，直接影响了煤矿的安全生产。究其原因，有以下缺陷：1） 结构复杂，关联件过多，一损俱损；2） 其浮漂采用PVC发泡，这是一个有众多个体小颗粒发泡组成的浮漂；这些小颗粒发泡在负压时膨胀，正压时回复，反复几次以后，小颗粒发泡表面破裂，渐渐失去浮力，整个发泡浮漂也减小或失去浮力，不能浮起，无法完成放水功能；3） 出水口只有直径8mm，管路中水很复杂，小煤块、煤屑、小石块、小泥块、泥水混杂其中，当放水时这些杂质有的通过出水口，有的不能通过，将出水口堵塞，使放水器失去了放水功能；4） 其放水量很小，只有7升/分钟，根本无法完成放水任务，直接影响瓦斯抽放工作，对

19、安全造成一定隐患。5）负压放水器在复杂环境下，3-5天即损坏，一般也只能使用1-3个月。6）没有管路积水器，管路会发生臃水现象，放水器又不能及时放水，积水将占据管路的有限空间，影响抽放，对安全产生隐患。2 全自动负压排渣放水器 APS-FY型瓦斯抽放管路负压全自动排渣放水器是我公司的专利产品，自有知识产权；适用于瓦斯抽放和利用系统的主管、干管、支管的自动排渣放水，是替代现有负压放水器的升级换代产品，与管路积水器配合使用。具有以下特点： 1完全实现全自动排渣放水，排渣放水口为32mm、50mm、75mm、100mm; 负压放水器放水出口只有8mm；2排水量大，最大分别可达100升/分钟、150升

20、/分钟、330升/分钟、500升/分钟；负压放水器只有7升/分钟；3承受负压环境可达极限负压；负压放水器不能；4结构合理，使用方便；负压放水器结构复杂，很容易损坏；5性能稳定、灵敏可靠、自动排放效果好，浮漂浮力恒定；6. 使用寿命大大加长，无需维护。负压放水器在复杂环境下，3-5天即损坏，一般也只能使用3个月。7.管路积水器及时将管路内的水和杂质过渡到积水箱里，管路不会发生臃水现象，确保管路畅通无阻，保障煤矿的安全生产。（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备的排渣装置；一定要安装在铜网式防回火装置及防爆器之前，用法兰与管路或其它设备联接；该设备通过分级式

21、筛网挡板阻拦和沉淀管路内的煤渣、石块及其它大的杂物，净化气流；保护瓦斯抽放设备的安全。但实际应用中，操作极不方便；在排渣时，首先关闭通过排渣器的两侧三通，再卸掉排渣口所有螺栓，然后打开封堵排渣；排完渣后将封堵重新固定封紧，拧紧所有螺栓，再打开三通，整个过程要耗时20分钟以上。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础上的改进型，是瓦斯抽放管路上必备的排渣装置；一定要安装在铜网式防回火装置及防爆器之前，用法兰与管路或其它设备联接；该设备通过分级式筛网挡板阻拦和沉淀管路内的煤渣、石块及其它大的杂物，净化气流；保护瓦斯抽放设备的安全。对比原排渣器，其优点体现为：1 排渣方便快捷；2 排渣时，只需关闭闸阀，打开排渣口开关即可实现排渣；3 排渣速度快，只需3-5分钟，原排渣器需要20分钟以上；（七）钻孔排渣放水装置目前国家要求先抽后采，所以钻孔采瓦斯很普遍。其工作过程为：首先在欲开采煤层按规定的技术要求钻大量的深孔，然后将钢管插进深孔并在孔外留下接头，封闭钢管与深孔缝隙，确保瓦斯不沿钢管外壁析出于空气中；将连接与抽放主管路的软管套在钢管接头上进行抽采煤层瓦斯。在抽采的过程中，煤层中水和煤屑与瓦斯一起进入主管路，如果不