序論：在您撰寫瓦斯電閉鎖式氣動密封防噴裝置分析時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。

0引言

焦作礦區(qū)主采的二1煤層構(gòu)造煤發(fā)育且不具備開采保護(hù)層條件，施工穿層鉆孔預(yù)抽成為區(qū)域瓦斯治理的必然選擇。然而由于煤層瓦斯壓力大、含量高，井下鉆孔施工期間，極易出現(xiàn)鉆孔內(nèi)煤屑和瓦斯短時間內(nèi)連續(xù)噴出的現(xiàn)象，一旦控制措施不到位，將會造成施工作業(yè)現(xiàn)場瓦斯?jié)舛瘸?，甚至引發(fā)瓦斯事故。特別是單一低透氣性煤層水力化增透措施的推廣應(yīng)用，進(jìn)一步加劇了鉆孔的噴孔強(qiáng)度，造成簡易防噴裝置失效，即使在防噴裝置末端采取軟密封進(jìn)行主動防護(hù)，仍無法有效阻止劇烈噴孔條件下鉆孔瓦斯的噴出。國內(nèi)一些學(xué)者根據(jù)防噴的機(jī)理及其現(xiàn)場應(yīng)用，分析了噴孔的原因，根據(jù)噴孔原因研制了較多的產(chǎn)品，并在現(xiàn)場得到了應(yīng)用。針對穿層鉆孔施工之后沖煤量的計(jì)量問題以及水力沖孔之后煤水混合物的分離等，研制了履帶式煤水（氣）分離及計(jì)量輸送裝置、煤礦水力沖（鉆）孔煤水分離及水循環(huán)利用成套裝備。有些些煤礦開展了瓦斯電閉鎖及實(shí)用電路的研究，在煤礦井下出現(xiàn)因局部通風(fēng)等原因造成瓦斯積聚現(xiàn)象時，能正確使用瓦斯電閉鎖及時切斷電源，是預(yù)防瓦斯事故的有效措施。本文針對防噴裝置存在的問題，結(jié)合鉆孔瓦斯噴孔突發(fā)性以及噴孔強(qiáng)度的隨機(jī)性影響，人工停鉆、二次防護(hù)往往具有明顯的滯后效應(yīng)，研發(fā)了瓦斯電閉鎖式氣動密封防噴裝置，實(shí)現(xiàn)井下作業(yè)環(huán)境瓦斯?jié)舛葘?shí)時監(jiān)測及施工鉆機(jī)電源閉鎖、氣動密封自動控制，對有效杜絕鉆孔施工期間瓦斯涌出引發(fā)超限，大幅提高現(xiàn)場作業(yè)人員安全具有重要意義。

1瓦斯電閉鎖式氣動密封防噴裝置設(shè)計(jì)

當(dāng)孔口回風(fēng)側(cè)甲烷傳感器檢測到甲烷超過設(shè)定值（根據(jù)現(xiàn)場情況確定）時，甲烷傳感器向PLC控制箱發(fā)出信號，PLC控制箱控制鉆機(jī)開關(guān)停電，鉆機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；同時控制氣動箱動作，依靠環(huán)形氣缸推動環(huán)形實(shí)體膠圈在錐形腔體內(nèi)向前位移，環(huán)形實(shí)體膠圈通過擠壓變形抱死鉆桿，排渣管口的氣動蝶閥與環(huán)形氣缸并聯(lián)，環(huán)形氣缸動作的同時，氣動蝶閥同步關(guān)閉，鉆孔瓦斯通過防噴裝置抽氣口和鉆桿未抽裝置進(jìn)入抽采管道，達(dá)到主動、快捷和準(zhǔn)確密封，有效避免瓦斯噴孔時造成瓦斯超限的事故。當(dāng)鉆瓦斯?jié)舛认陆颠_(dá)到安全范圍后，PLC控制氣動箱動作，環(huán)形氣缸拉動錐形膠圈向后位移歸位，排渣口氣動蝶閥同步打開，PLC控制恢復(fù)鉆機(jī)供電，重新啟動鉆機(jī)可開始正常鉆進(jìn)。

2整體設(shè)計(jì)方案

瓦斯電閉鎖式氣動密封防噴裝置的工作流程如圖1所示，主要包括PLC控制系統(tǒng)、激光甲烷傳感器（0~100%）、本安型電磁閥、氣動控制系統(tǒng)、環(huán)形氣缸、氣動蝶閥。

2.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)在激光甲烷傳感器的配合下，實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)對電磁閥和鉆機(jī)開關(guān)控制。當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到上限設(shè)定值時，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出指令，電磁閥開啟一路氣源，完成環(huán)形氣缸推進(jìn)及氣動蝶閥的密封動作，鉆機(jī)開關(guān)同時形成瓦斯閉鎖的狀態(tài)。當(dāng)瓦斯?jié)舛认孪拊O(shè)定值時，PLC控制系統(tǒng)再次發(fā)出指令，電磁閥開啟另一路氣源，使環(huán)形氣缸和氣動蝶閥恢復(fù)至打鉆狀態(tài)，為避免自動送電造成的安全隱患，即使瓦斯?jié)舛鹊陀谠O(shè)定值下限，必須人工確認(rèn)安全后，方可送電作業(yè)。

2.2氣動抱緊密封裝置設(shè)計(jì)

在防噴裝置腔體內(nèi)加裝氣缸及錐形腔體，在腔體內(nèi)放置高分子彈性膠圈，為防止噴孔時有過多的煤渣進(jìn)入錐形腔體，在腔體前設(shè)置1道毛刷作為屏障。氣動抱緊密封防噴裝置圖如圖2所示。根據(jù)鉆桿直徑及鉆頭直徑，可選橡膠內(nèi)徑φ100~φ120mm裝配，通過在錐形腔體內(nèi)擠壓后最小內(nèi)徑為φ62~φ79mm，小于常規(guī)鉆桿最小直徑φ63.5～φ89mm，從而可以達(dá)到密封鉆桿空隙的目的。按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行加工后，在地面進(jìn)行模擬試驗(yàn)，將鉆桿放入密封放噴裝置內(nèi)，開啟氣源，環(huán)形氣缸推動錐形高分子彈性膠圈，高分子彈性膠圈在錐形套內(nèi)滑動。在變徑約束下，高分子彈性橡膠圈可以有效抱緊（密封）鉆桿，將鉆桿提起時，腔體緊緊包裹住鉆桿被同時提起；在腔體上部加水，可實(shí)現(xiàn)密封不漏水、不漏氣，說明膠圈經(jīng)擠壓后起到了較好地密封作用。

2.3氣動擠壓式固孔密封裝置設(shè)計(jì)

通過現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，孔口防噴裝置在使用過程中孔口固定存在較大問題，擠壓式密封方式，雖然安裝固定較為方便，但在打鉆作業(yè)時，往往受鉆桿旋轉(zhuǎn)的影響，造成松動。旋轉(zhuǎn)擠壓式固孔方式，旋轉(zhuǎn)手柄使用較長時間后由于煤渣的堵塞出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)困難，無法達(dá)到密封固孔的效果。針對此問題，提出一種氣動擠壓式固孔密封裝置。需要固孔密封時，打開氣源控制閥，通過環(huán)形氣缸推桿擠壓高分子膨脹膠圈密封，施工完畢時，開啟另一路氣源控制閥，將膨脹膠圈拉至復(fù)原位置，避免膨脹膠圈不能自主復(fù)原的問題。

2.4排渣口密封裝置設(shè)計(jì)

打鉆沖孔期間，瓦斯易漏通道主要集中在鉆孔孔壁與固孔裝置結(jié)合處、防噴體與鉆桿結(jié)合處及排渣口處。前2種易漏通道已經(jīng)得到有效的控制，為此設(shè)計(jì)一種排渣口聯(lián)動密封裝置，如圖3所示，在條縫式煤水分離池上，設(shè)計(jì)安裝排渣口聯(lián)動密封裝置的固定座，排渣口、進(jìn)渣口分別通過法蘭與氣動蝶閥相連，進(jìn)渣口另一端與防噴裝置的排渣口相連。當(dāng)設(shè)定的巷道瓦斯?jié)舛冗_(dá)到設(shè)定值時，PLC控制器驅(qū)動電磁閥，打開控制氣源，氣源同時驅(qū)動抱緊密封裝置與排渣口密封裝置，形成聯(lián)動。也可根據(jù)現(xiàn)場使用效果，在排渣口密封裝置氣源增加延遲器，使抱緊密封裝置與排渣口密封裝置形成時間差。此時，瓦斯易漏的3個通道均形成密封狀態(tài)，鉆孔瓦斯通過防噴裝置上端的抽氣口進(jìn)入抽放系統(tǒng)，有效的避免噴孔時，造成的瓦斯超限事故。PLC激光甲烷傳感器電磁閥鉆機(jī)開關(guān)氣動系統(tǒng)環(huán)形氣缸氣動蝶閥

3現(xiàn)場應(yīng)用效果及優(yōu)化

瓦斯電閉鎖式氣動密封防噴裝置完成組裝后，在九里山礦1607運(yùn)輸?shù)壮橄镩_展了工業(yè)性試驗(yàn)，結(jié)合鉆機(jī)與巷道甲烷傳感器的懸掛位置，不斷調(diào)整PLC控制系統(tǒng)采集巷道瓦斯的位置，確定了鉆孔瓦斯與PLC控制系統(tǒng)采集的最佳位置，經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗(yàn)，PLC控制系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的、及時的發(fā)出指令，各氣動裝置準(zhǔn)確完成密封動作，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。（1）存在的問題①瓦斯電閉鎖式氣動密封裝置對氣源壓力有一定的限制，當(dāng)氣源壓力低于0.4MPa時，環(huán)形氣缸無法將高分子彈性橡膠圈推到設(shè)計(jì)位置，造成高分子彈性橡膠圈與鉆桿間隙過大，達(dá)不到密封的效果。②排渣口密封裝置在正常打鉆、沖孔時，處于敞開的狀態(tài)，抽放負(fù)壓較低時，部分瓦斯通過排渣口排到巷道中，增加了巷道的瓦斯?jié)舛取＃?）改進(jìn)及優(yōu)化①對氣源壓力低于0.4MPa時，增加1個氣動增加閥，增壓范圍可達(dá)到0.2~2MPa，滿足于氣缸的工作壓力，解決了氣源壓力不足時，密封效果不好的問題。②對排渣口瓦斯涌出的問題，重新設(shè)計(jì)一種氣動旋轉(zhuǎn)式密封裝置，如圖4所示。該裝置內(nèi)部由刮板、柔性密封膠皮將旋轉(zhuǎn)腔體等分成3個相對獨(dú)立的空間，刮板旋轉(zhuǎn)期間，始終保證有至少1塊刮板將上部入口與下部出口之間腔體隔開，以保持排渣管路一直處于密閉狀態(tài)。通過氣動馬達(dá)帶動葉片，實(shí)現(xiàn)連續(xù)密閉式自動排渣，阻斷了瓦斯通過排渣口涌出。經(jīng)過多次試驗(yàn)，該裝置的可靠性達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

4結(jié)語

（1）針對鉆孔瓦斯噴孔突發(fā)性以及噴孔強(qiáng)度的隨機(jī)性影響，采取人工停鉆、二次防護(hù)往往具有明顯的滯后效應(yīng)，進(jìn)一步增大了現(xiàn)場施工人員作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。通過瓦斯電閉鎖式防噴裝置的應(yīng)用，有效避免了噴孔時的瓦斯超限事故。（2）氣動式固孔密封裝置，解決因煤渣的堵塞手柄旋轉(zhuǎn)困難及安裝時間過長的問題。氣動式固孔密封裝置可與孔壁緊密結(jié)合，有效防止了孔口漏氣現(xiàn)象，并在鉆孔噴孔的情況下得到了檢驗(yàn)。（3）氣動旋轉(zhuǎn)式密封裝置，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)密閉式自動排渣，阻斷了打鉆沖孔期間瓦斯涌出的通道，有效降低了打鉆地點(diǎn)瓦斯?jié)舛?，保障了安全作業(yè)。

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作者:魏培瑾 李學(xué)臣 郝殿 張清田 薛文濤 毋楊 單位:焦作煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司科學(xué)技術(shù)研究所