進氣關斷閥在煤層氣鉆機車上的應用及技術分析

王　東，龐國強，趙奕杰

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710048）

進氣關斷閥在煤層氣鉆機車上的應用及技術分析

王東*，龐國強，趙奕杰

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710048）

煤層氣鉆機車作為特種作業工程車，是針對地面礦山應急救援孔和地面煤層氣抽采孔的施工研制的一款專用鉆機車。該鉆機車主要作業地點為礦山及野外，環境比較惡劣，出現事故風險也較大，當在施工作業中發生事故時，很難快速得到救援。所以，這就要求煤層氣鉆機車本身要擁有較好的安全性和可靠性，在發現鉆機車出現異常情況時，要能夠確保立即停止鉆機車動力系統的高速運轉，進氣關斷閥可以很好地解決鉆機車緊急停機的要求。

煤層氣鉆機車；進氣關斷閥；電動式；安全性

1　概述

煤層氣，在煤礦區又稱瓦斯，是煤炭伴生資源。我國煤炭資源儲量豐富，其中蘊含著大量的煤層氣資源。煤層氣的開發利用具有煤礦安全治理、清潔資源利用的雙重作用，國家也先后對煤層氣發展做出專項批示。因此，開采煤層氣的配套裝備就顯得尤為重要。煤層氣鉆機車作為開采煤層氣的關鍵和核心設備就備受關注，由于鉆機車作業現場環境復雜，鉆機車難于搬運等因素制約，所以對其安全性和可靠性有著很高的要求［1-3］。

煤層氣鉆機車在施工作業中，當鉆機車遇到緊急情況時，就要求上裝動力柴油機應以最快的速度停止運轉［4］。傳統的方法為斷油法，即通過快速停止柴油機油料供給，達到停機目的。但是這種方法存在一定的滯后性，緊急時刻多一秒鐘就會造成不可預測的后果。通過大量數據分析比較，可以證明最快、最有效地讓柴油機停止運轉的方法為斷氣法，即快速停止柴油機進氣系統進氣即可。與此同時，鉆機車作業現場環境比較惡劣，空氣中混有某些可燃性氣體（如：CH4）達到一定濃度時，被吸入鉆機車上裝柴油機燃燒室，造成柴油機燃氣濃度過高，進而造成柴油機及鉆機車較大震動，給整個施工及現場工作人員造成安全隱患。考慮以上2點，需要給柴油機加裝進氣關斷閥，以便可以有效做到快速制動鉆機車動力系統和制止鉆機車發生較大震動。

2　進氣關斷閥結構及原理

目前，特種作業工程車上使用的進氣關斷閥主要分為機械式和電動式。機械式操作簡單，便于拆卸等優點，然而，它的缺點是需要人為手動操作，對工作人員有一定要求，當發生緊急情況時，人為因素顯得至關重要，同時也存在因機械原因導致損壞等故障。電動式憑借自動控制程度高、性能穩定、可靠性高等優點備受青睞。

通過以上2種進氣關斷閥優缺點的比較，電動式顯得更具優越性（圖1）。某型號特種作業工程車使用的進氣關斷閥就為電動式。該進氣關斷閥的工作原理為：通過進氣關斷閥內部的電磁閥得失電來控制進氣關斷閥閥門的開合，進氣關斷閥內有2種線圈，一種為吸合線圈，另一種為保持線圈，啟動時先是吸合線圈得電，進氣關斷閥閥門打開的同時，觸碰到機械式頂桿，從而轉換為保持線圈得電，用來維持閥門一直保持打開狀態。

在后期鉆機車進氣關斷閥的升級改造中，發現傳統的電動式存在一些弊端。它的吸拉線圈和保持線圈轉換形式是通過機械式頂桿推動轉換按鈕來完成，存在一定的機械故障可能，如果故障發生，電磁閥線圈持續通過高電流，線圈將會被輕易燒壞，導致進氣關斷閥無法正常打開。

圖1　電動式進氣關斷閥安裝示意圖

經過調研和相關技術分析，目前已有部分鉆機車配備了升級版電動式進氣關斷閥，很大程度解決了傳統進氣關斷閥線圈頻繁燒毀的故障。此進氣關斷閥還包括增加了外部延時電路，外部延時電路主要作用是更好地控制線圈之間的安全轉換，既通過外部延時電路來切換吸拉線圈和保持線圈，將不再出現吸拉線圈過長時間通過高電流而導致線圈燒毀［5-6］。該型進氣關斷閥如圖2所示。

圖2　升級后的進氣關斷閥

升級后進氣關斷閥的外部延時電路如圖3所示。

3　技術應用與維護保養

通過試驗證明，升級版的電動式進氣關斷閥比傳統的使用壽命更長，可靠性更高，已在部分車型上得到較好應用。

為保證加裝進氣關斷閥的鉆機車運行可靠，需要做好以下維護保養工作：

圖3　升級后的進氣關斷閥外部延時電路圖

（1）進氣關斷閥可靠性至關重要，所以，需定期檢查其狀態。

（2）確保每次使用鉆機車前，對進氣關斷閥電氣線路進行排查，防止線路出現損傷、斷裂及短路等故障。

（3）每次使用鉆機車前，確保進氣關斷閥閥門處無雜質及顆粒物，避免出現卡滯現象。

4　結論

安裝電動式進氣關斷閥（帶外部延時電路）的煤層氣鉆機車，在緊急情況下，可以有效地防止事故的發生概率，明顯降低對施工人員的傷害風險和設備的損壞程度。

［1］崔榮國.國內外煤層氣開發利用現狀［J］.國土資源情報，2005 （11）.

［2］李文陽，等.中國煤層氣勘探與開發［M］.中國礦業大學出版社，2003.

［3］陳粵強.國內煤層氣井用鉆機技術分析與研究［D］.西安科技大學，2009.

［4］張樹立，等.有效制止柴油機飛車的進氣關斷閥［J］.工程機械與維修，2014（9）.

［5］劉軍營，等.液壓傳動系統設計與應用實例解析［M］.機械工業出版社，2010.

［6］徐松.全液壓車裝鉆機控制系統設計及研究［D］.吉林大學，2014.

P634

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1004-5716（2016）07-0160-02

2016-03-21

2016-03-22

王東（1984-），男（漢族），陜西涇陽人，助理工程師，現從事鉆探裝備技術研究與推廣工作。