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您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。

0引言

焦作礦區主采的二1煤層構造煤發育且不具備開采保護層條件，施工穿層鉆孔預抽成為區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，極易出現鉆孔內煤屑和瓦斯短時間內連續噴出的現象，一旦控制措施不到位，將會造成施工作業現場瓦斯濃度超限，甚至引發瓦斯事故。特別是單一低透氣性煤層水力化增透措施的推廣應用，進一步加劇了鉆孔的噴孔強度，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行主動防護，仍無法有效阻止劇烈噴孔條件下鉆孔瓦斯的噴出。國內一些學者根據防噴的機理及其現場應用，分析了噴孔的原因，根據噴孔原因研制了較多的產品，并在現場得到了應用。針對穿層鉆孔施工之后沖煤量的計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）分離及計量輸送裝置、煤礦水力沖（鉆）孔煤水分離及水循環利用成套裝備。有些些煤礦開展了瓦斯電閉鎖及實用電路的研究，在煤礦井下出現因局部通風等原因造成瓦斯積聚現象時，能正確使用瓦斯電閉鎖及時切斷電源，是預防瓦斯事故的有效措施。本文針對防噴裝置存在的問題，結合鉆孔瓦斯噴孔突發性以及噴孔強度的隨機性影響，人工停鉆、二次防護往往具有明顯的滯后效應，研發了瓦斯電閉鎖式氣動密封防噴裝置，實現井下作業環境瓦斯濃度實時監測及施工鉆機電源閉鎖、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超限，大幅提高現場作業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計

當孔口回風側甲烷傳感器檢測到甲烷超過設定值（根據現場情況確定）時，甲烷傳感器向PLC控制箱發出信號，PLC控制箱控制鉆機開關停電，鉆機停止運轉；同時控制氣動箱動作，依靠環形氣缸推動環形實體膠圈在錐形腔體內向前位移，環形實體膠圈通過擠壓變形抱死鉆桿，排渣管口的氣動蝶閥與環形氣缸并聯，環形氣缸動作的同時，氣動蝶閥同步關閉，鉆孔瓦斯通過防噴裝置抽氣口和鉆桿未抽裝置進入抽采管道，達到主動、快捷和準確密封，有效避免瓦斯噴孔時造成瓦斯超限的事故。當鉆瓦斯濃度下降達到安全范圍后，PLC控制氣動箱動作，環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控制恢復鉆機供電，重新啟動鉆機可開始正常鉆進。

2整體設計方案

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、激光甲烷傳感器（0~100%）、本安型電磁閥、氣動控制系統、環形氣缸、氣動蝶閥。

2.1PLC控制系統設計

PLC控制系統在激光甲烷傳感器的配合下，實現PLC控制系統對電磁閥和鉆機開關控制。當瓦斯濃度達到上限設定值時，PLC控制系統發出指令，電磁閥開啟一路氣源，完成環形氣缸推進及氣動蝶閥的密封動作，鉆機開關同時形成瓦斯閉鎖的狀態。當瓦斯濃度下限設定值時，PLC控制系統再次發出指令，電磁閥開啟另一路氣源，使環形氣缸和氣動蝶閥恢復至打鉆狀態，為避免自動送電造成的安全隱患，即使瓦斯濃度低于設定值下限，必須人工確認安全后，方可送電作業。

2.2氣動抱緊密封裝置設計

在防噴裝置腔體內加裝氣缸及錐形腔體，在腔體內放置高分子彈性膠圈，為防止噴孔時有過多的煤渣進入錐形腔體，在腔體前設置1道毛刷作為屏障。氣動抱緊密封防噴裝置圖如圖2所示。根據鉆桿直徑及鉆頭直徑，可選橡膠內徑φ100~φ120mm裝配，通過在錐形腔體內擠壓后最小內徑為φ62~φ79mm，小于常規鉆桿最小直徑φ63.5～φ89mm，從而可以達到密封鉆桿空隙的目的。按照設計方案進行加工后，在地面進行模擬試驗，將鉆桿放入密封放噴裝置內，開啟氣源，環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，可實現密封不漏水、不漏氣，說明膠圈經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計

通過現場考察發現，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，但在打鉆作業時，往往受鉆桿旋轉的影響，造成松動。旋轉擠壓式固孔方式，旋轉手柄使用較長時間后由于煤渣的堵塞出現旋轉困難，無法達到密封固孔的效果。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，將膨脹膠圈拉至復原位置，避免膨脹膠圈不能自主復原的問題。

2.4排渣口密封裝置設計

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合處、防噴體與鉆桿結合處及排渣口處。前2種易漏通道已經得到有效的控制，為此設計一種排渣口聯動密封裝置，如圖3所示，在條縫式煤水分離池上，設計安裝排渣口聯動密封裝置的固定座，排渣口、進渣口分別通過法蘭與氣動蝶閥相連，進渣口另一端與防噴裝置的排渣口相連。當設定的巷道瓦斯濃度達到設定值時，PLC控制器驅動電磁閥，打開控制氣源，氣源同時驅動抱緊密封裝置與排渣口密封裝置，形成聯動。也可根據現場使用效果，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，鉆孔瓦斯通過防噴裝置上端的抽氣口進入抽放系統，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開關氣動系統環形氣缸氣動蝶閥

3現場應用效果及優化

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運輸底抽巷開展了工業性試驗，結合鉆機與巷道甲烷傳感器的懸掛位置，不斷調整PLC控制系統采集巷道瓦斯的位置，確定了鉆孔瓦斯與PLC控制系統采集的最佳位置，經過多次現場試驗，PLC控制系統可以準確的、及時的發出指令，各氣動裝置準確完成密封動作，達到了設計的要求。（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，當氣源壓力低于0.4MPa時，環形氣缸無法將高分子彈性橡膠圈推到設計位置，造成高分子彈性橡膠圈與鉆桿間隙過大，達不到密封的效果。②排渣口密封裝置在正常打鉆、沖孔時，處于敞開的狀態，抽放負壓較低時，部分瓦斯通過排渣口排到巷道中，增加了巷道的瓦斯濃度。（2）改進及優化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，重新設計一種氣動旋轉式密封裝置，如圖4所示。該裝置內部由刮板、柔性密封膠皮將旋轉腔體等分成3個相對獨立的空間，刮板旋轉期間，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。通過氣動馬達帶動葉片，實現連續密閉式自動排渣，阻斷了瓦斯通過排渣口涌出。經過多次試驗，該裝置的可靠性達到了設計的要求。

4結語

（1）針對鉆孔瓦斯噴孔突發性以及噴孔強度的隨機性影響，采取人工停鉆、二次防護往往具有明顯的滯后效應，進一步增大了現場施工人員作業的安全風險。通過瓦斯電閉鎖式防噴裝置的應用，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合，有效防止了孔口漏氣現象，并在鉆孔噴孔的情況下得到了檢驗。（3）氣動旋轉式密封裝置，實現了連續密閉式自動排渣，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瓦斯濃度，保障了安全作業。

參考文獻：

［1］郝殿,李學臣,魏培瑾.突出煤層鉆孔施工防瓦斯超限技術及裝備［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］張進濤.抽放鉆孔防噴孔裝置的研究應用［J］．機械管理開發,2019,34(10):167－168,175.

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

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

［6］郝殿,李學臣,魏培瑾,等.履帶式煤水（氣）分離及計量輸送裝置研究［J］．煤礦機械.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利用成套裝備設計［J］．能源與環保,2018,40(2):131-135.

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

作者:魏培瑾 李學臣 郝殿 張清田 薛文濤 毋楊 單位:焦作煤業集團有限責任公司科學技術研究所