序論：在您撰寫瓦斯電閉鎖式氣動(dòng)密封防噴裝置分析時(shí)，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(shí)間內(nèi)連續(xù)噴出的現(xiàn)象，一旦控制措施不到位，將會(huì)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(dòng)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(duì)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(shí)，能正確使用瓦斯電閉鎖及時(shí)切斷電源，是預(yù)防瓦斯事故的有效措施。本文針對(duì)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(dòng)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(shí)監(jiān)測及施工鉆機(jī)電源閉鎖、氣動(dòng)密封自動(dòng)控制，對(duì)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(dòng)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(shí)，甲烷傳感器向PLC控制箱發(fā)出信號(hào)，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(shí)控制氣動(dòng)箱動(dòng)作，依靠環(huán)形氣缸推動(dòng)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(dòng)蝶閥與環(huán)形氣缸并聯(lián)，環(huán)形氣缸動(dòng)作的同時(shí)，氣動(dòng)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(dòng)、快捷和準(zhǔn)確密封，有效避免瓦斯噴孔時(shí)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(dòng)箱動(dòng)作，環(huán)形氣缸拉動(dòng)錐形膠圈向后位移歸位，排渣口氣動(dòng)蝶閥同步打開，PLC控制恢復(fù)鉆機(jī)供電，重新啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)、環(huán)形氣缸、氣動(dòng)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(duì)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(shí)，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(dòng)蝶閥的密封動(dòng)作，鉆機(jī)開關(guān)同時(shí)形成瓦斯閉鎖的狀態(tài)。當(dāng)瓦斯?jié)舛认孪拊O(shè)定值時(shí)，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(dòng)蝶閥恢復(fù)至打鉆狀態(tài)，為避免自動(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)錐形高分子彈性膠圈，高分子彈性膠圈在錐形套內(nèi)滑動(dòng)。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(shí)，腔體緊緊包裹住鉆桿被同時(shí)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(dòng)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(shí)，往往受鉆桿旋轉(zhuǎn)的影響，造成松動(dòng)。旋轉(zhuǎn)擠壓式固孔方式，旋轉(zhuǎn)手柄使用較長時(shí)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(duì)此問題，提出一種氣動(dòng)擠壓式固孔密封裝置。需要固孔密封時(shí)，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(shí)，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(dòng)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(dòng)密封裝置的固定座，排渣口、進(jìn)渣口分別通過法蘭與氣動(dòng)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(shí)，PLC控制器驅(qū)動(dòng)電磁閥，打開控制氣源，氣源同時(shí)驅(qū)動(dòng)抱緊密封裝置與排渣口密封裝置，形成聯(lián)動(dòng)。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(shí)間差。此時(shí)，瓦斯易漏的3個(gè)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(shí)，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(dòng)系統(tǒng)環(huán)形氣缸氣動(dòng)蝶閥

3現(xiàn)場應(yīng)用效果及優(yōu)化

瓦斯電閉鎖式氣動(dòng)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(shí)的發(fā)出指令，各氣動(dòng)裝置準(zhǔn)確完成密封動(dòng)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(dòng)密封裝置對(duì)氣源壓力有一定的限制，當(dāng)氣源壓力低于0.4MPa時(shí)，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(shí)，處于敞開的狀態(tài)，抽放負(fù)壓較低時(shí)，部分瓦斯通過排渣口排到巷道中，增加了巷道的瓦斯?jié)舛?。?）改進(jìn)及優(yōu)化①對(duì)氣源壓力低于0.4MPa時(shí)，增加1個(gè)氣動(dòng)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(shí)，密封效果不好的問題。②對(duì)排渣口瓦斯涌出的問題，重新設(shè)計(jì)一種氣動(dòng)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(gè)相對(duì)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(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)葉片，實(shí)現(xiàn)連續(xù)密閉式自動(dòng)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(duì)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(shí)的瓦斯超限事故。（2）氣動(dòng)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(shí)間過長的問題。氣動(dòng)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(dòng)旋轉(zhuǎn)式密封裝置，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)密閉式自動(dòng)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)。

參考文獻(xiàn)：

［1］郝殿,李學(xué)臣,魏培瑾.突出煤層鉆孔施工防瓦斯超限技術(shù)及裝備［J］．煤礦安全,2021,52(3):148-151.

［2］張福旺．瓦斯抽采鉆孔施工防噴用孔口裝置［J］．煤礦安全,2017,48(1):84-87.

［3］張進(jìn)濤.抽放鉆孔防噴孔裝置的研究應(yīng)用［J］．機(jī)械管理開發(fā),2019,34(10):167－168,175.

［4］張清鋒,張朝華,張飛,等.大容量高強(qiáng)度瓦斯防噴裝置的應(yīng)用［J］．煤礦安全,2013，44(3):139-141.

［5］周二元．高瓦斯極松軟強(qiáng)突出煤層穿層鉆孔防噴孔施工工藝研究與應(yīng)用［J］．煤炭技術(shù)，2016，35(5):243-244.

［6］郝殿,李學(xué)臣,魏培瑾,等.履帶式煤水（氣）分離及計(jì)量輸送裝置研究［J］．煤礦機(jī)械.2021,42(9):55-57.

［7］顏威合,詹東陽.煤礦水力沖(鉆)孔煤水分離及水循環(huán)利用成套裝備設(shè)計(jì)［J］．能源與環(huán)保,2018,40(2):131-135.

［8］李劍峰.瓦斯電閉鎖及實(shí)用電路［J］．煤礦機(jī)械,2010,31(12):96.

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