摘要：管道瓦(wǎ)斯流量(liàng)計 量(liàng)是對瓦斯(sī)抽采是否(fǒu)達标(biāo)的重要(yào)監測手(shǒu)段。煤層抽放管道中的混合氣(qì)體，具有顆粒雜質多(duō)、濕度(dù)大、現(xiàn)場條件惡劣等(děng)特點，要(yào)求計(jì)量設備須(xū)無(wú)可轉(zhuǎn)動部件、耐(nài)髒污(wū)介質(zhì)能力強、成(chéng)本低、精度高、安(ān)裝方便。通過(guò)分(fèn)析 渦(wō)街流(liú)量計(jì) 、v錐流量(liàng)計(jì)等煤礦管(guǎn)道瓦斯流(liú)量計量發(fā)展現(xiàn)狀，并根據(jù)在北(běi)皂煤礦(kuàng)應(yīng)用情(qíng)況，從技(jì)術(shù)特點、調校維(wéi)護、數據傳輸與分析方(fāng)面，重點(diǎn)研究如(rú)何保(bǎo)證管道瓦(wǎ)斯計量結果既準确又适合煤(méi)礦現(xiàn)場(chǎng)工(gōng)況條(tiáo)件，真(zhēn)實(shí)地(dì)反映實際瓦斯(sī)抽采(cǎi)情況。
　　北皂煤礦(kuàng)海下采煤(méi)填補(bǔ)國内(nèi)空(kōng)白，但具(jù)體實施過(guò)程中(zhōng)，在海域的掘進和回采過程中(zhōng)遇到了瓦斯濃(nóng)度(dù)上(shàng)升的問題(tí)，海域區域也劃(huà)爲了(le)瓦斯異常(cháng)區，所(suǒ)以需要對(duì)工作(zuò)面的(de)煤層瓦斯進行(háng)抽放(fàng)。在煤(méi)層瓦斯抽(chōu)放進程中(zhōng)，需要(yào)對抽放管路中抽出氣(qì)體累計(jì)量、瓦(wǎ)斯(sī)量等進(jìn)行計算(suàn)，從(cóng)而對抽放效果進行評估，具體(tǐ)是通過對抽放管道内混(hùn)合氣體的(de)流量、管道内溫(wēn)度、管道内(nèi)壓力(lì)、混合氣體中的甲烷(wán)濃度、一氧(yǎng)化碳(tàn)濃度等進(jìn)行連(lián)續監測。并(bìng)且充分利用本(běn)礦現有的(de)kj95n安全(quán)監控(kòng)系統，實現(xiàn)全礦井(jǐng)瓦(wǎ)斯數(shù)據的統(tǒng)一采集和分(fèn)析，因此對(duì)管道瓦(wǎ)斯抽放(fàng)監測(cè)技術(shù)進行(háng)了研究和(hé)應用(yòng)。
1管道(dào)瓦斯(sī)計量現狀
　　煤(méi)層(céng)氣管(guǎn)道瓦斯氣具有(yǒu)雜質(zhì)多、粉塵大、濕(shī)度(dù)大、濃度變(biàn)化範圍大、監測(cè)傳感(gǎn)器不易維(wéi)護和調校的特點，而(ér)目前在用(yòng)的安全(quán)監控瓦(wǎ)斯、流量(liàng)等傳感器由于結(jié)構的不适(shì)應，不能直(zhí)接應用于(yú)管道(dào)瓦斯(sī)抽放監測(cè)。必須解(jiě)決氣體采樣、去濕(shī)、防污(wū)的問題，要(yào)求具有量(liàng)程寬(kuān)、結構無可轉動部件(jiàn)、滿足多種參(cān)數測量、不易(yì)堵塞(sāi)磨損和(hé)自清潔(jié)的特(tè)征(zhēng)。
2幾種可(kě)用(yòng)的管道瓦斯(sī)流量計分(fèn)析對(duì)比
　　當前适(shì)用于(yú)煤礦管道瓦斯(sī)流量(liàng)監測的幾(jǐ)種可(kě)用(yòng)的管道(dào)瓦斯(sī)流量計(jì)有(yǒu) 孔闆流(liú)量(liàng)計 、渦街流量計、皮托(tuō)管流(liú)量計(jì)、v錐流(liú)量計等。
（1）孔闆流(liú)量計(jì)屬于(yú) 差壓式流(liú)量(liàng)計 中的(de)一種。是利用流體通(tōng)過孔闆時(shí)在(zài)孔闆前後産生的差壓(yā)來測(cè)量流量的一種(zhǒng)方法(fǎ)，主要由孔(kǒng)闆、取(qǔ)壓裝置、信(xìn)号管路、 差壓變(biàn)送器 及顯(xiǎn)示儀(yí)表組成。其(qí)原理(lǐ)是将一個孔闆(pǎn)節流件固(gù)定在管道内部，節流(liú)件的孔(kǒng)徑(jìng)小，對流過的流體有(yǒu)約束作用，流體(tǐ)的流束截面突然收縮(suō)，流速随(suí)之加快，由(yóu)于節(jiē)流件(jiàn)前後的流速突(tū)然變(biàn)化，使(shǐ)得在(zài)節流件前(qián)後産生(shēng)靜壓力(lì)差，流體通過節(jiē)流件的流(liú)量越大，産生(shēng)的靜壓(yā)力差(chà)越(yuè)大，通過(guò)測(cè)量節流件前(qián)後的差壓，進而(ér)實現對流量的(de)測量。孔(kǒng)闆(pǎn)流量計是較(jiào)早用于(yú)測(cè)量氣(qì)體(tǐ)流量(liàng)的流(liú)量計，它的優點是便(biàn)于安裝、成本低(dī)、無可(kě)轉動(dòng)部件。孔闆(pǎn)流量計的缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差(chà)，流(liú)動性差(chà)，流速範(fàn)圍小，節流(liú)件前段容(róng)易堆積雜質，測量精度差(chà)等。
（2）渦(wō)街流量計(jì)類似于(yú)目前煤(méi)礦廣泛使用的(de)渦街(jiē)風速傳感(gǎn)器，也是根(gēn)據卡(kǎ)曼渦街原(yuán)理(lǐ)，是在一穩定(dìng)的流(liú)體中安(ān)放(fàng)一根非流線(xiàn)型(xíng)阻流體，流體受阻流(liú)體的影響(xiǎng)，動能(néng)和壓能相(xiàng)互轉(zhuǎn)換，外部(bù)流體壓(yā)強大于内部流體，迫(pò)使内部流(liú)體向相(xiàng)反方向(xiàng)移動(dòng)，從而在阻(zǔ)流體兩(liǎng)側交替地形成兩串規(guī)則的旋渦，而産(chǎn)生的旋渦周期(qī)頻率與管(guǎn)道内(nèi)的流(liú)體(tǐ)流(liú)速之(zhī)間有确定(dìng)的數值關系，通過超(chāo)聲、熱敏、應力、應(yīng)變、電(diàn)容、電磁、光(guāng)電、光(guāng)纖等其他(tā)形式的檢(jiǎn)測方(fāng)式測出旋(xuán)渦的(de)分離頻(pín)率變化就可以換(huàn)算出流體(tǐ)的(de)流量。渦(wō)街流(liú)量計的優(yōu)點是(shì)結構(gòu)簡單(dān)，無可轉動(dòng)部件(jiàn)，耐髒污介質能力強，測(cè)量(liàng)量程比寬(kuān)，永(yǒng)久性壓(yā)損小(xiǎo)。渦街流量(liàng)計的缺點是在高粘度(dù)、低流速流體精度差，不(bú)适用于低雷諾(nuò)數測量，隻适用(yòng)于高流速(sù)流體(tǐ)的測量，對測量(liàng)管道前後的直(zhí)管段(duàn)長度要求(qiú)長，方能保證穩(wěn)定的(de)測量。
（3）皮(pí)托(tuō)管流量計(jì)又名“空速(sù)管”，“風速管”，是通(tōng)過測量管(guǎn)道内某點流體(tǐ)的動(dòng)壓與(yǔ)靜壓之差(chà)來(lái)測量流(liú)量的，原理是在(zài)皮托(tuō)管頭部迎(yíng)流(liú)方向開(kāi)有一(yī)個小(xiǎo)孔稱爲總(zǒng)壓孔，在該處形(xíng)成“駐點(diǎn)”，在距頭(tóu)部一定距離處(chù)開有若幹垂直(zhí)于流(liú)體流(liú)向的(de)靜壓(yā)孔．各(gè)靜壓(yā)孔所測(cè)靜(jìng)壓在(zài)均壓(yā)室均壓後(hòu)輸出(chū)，由于流體(tǐ)的總壓和靜壓之差與(yǔ)被(bèi)測流體的(de)流(liú)速有确(què)定的數值關系(xì)，因此可(kě)以用皮(pí)托管測得流體(tǐ)流速從而(ér)計算出被測流(liú)體的(de)流量(liàng)。皮托管流(liú)量(liàng)計在飛(fēi)機上(shàng)廣泛應用，其優(yōu)點是(shì)測量(liàng)範圍寬，使用(yòng)制(zhì)造方(fāng)便，點流速測量準确度高。缺點(diǎn)是低流(liú)速性差，受流速分布影(yǐng)響大(dà)，容易堵塞(sāi)。
（4） v 錐流(liú)量計 也是(shì)一種差壓(yā)式流量計，同(tóng)樣(yàng)是基(jī)于密閉管(guǎn)道中(zhōng)能量相互(hù)轉化(huà)的伯努利(lì)定律，利用節流效應(yīng)來測量流體(tǐ)流量。它是(shì)在管道(dào)中心安(ān)裝一個錐形(xíng)體來(lái)對流(liú)體進行節流，使(shǐ)管道中(zhōng)心的流(liú)體繞錐形(xíng)體流(liú)動，并(bìng)将流體收(shōu)縮到管(guǎn)壁(bì)。與孔(kǒng)闆(pǎn)流量計的中(zhōng)心孔節流不同(tóng)，v錐流(liú)量計是管(guǎn)道外圍(wéi)的環狀(zhuàng)節流。管道内的(de)流體流過v錐體(tǐ)時，被(bèi)收縮(suō)到管(guǎn)壁，使(shǐ)管壁流體(tǐ)的流速加快，在(zài)v錐體的(de)前後産生(shēng)差(chà)壓，流體的(de)流速與差壓的(de)平方有确(què)定的數值關系(xì)。并且(qiě)錐體(tǐ)與(yǔ)管道同(tóng)軸，錐體前(qián)部直(zhí)接作(zuò)用于流體(tǐ)中心部分，迫使高速(sù)的中(zhōng)心與接近管壁的低速流體均勻化(huà)，從而産生正(zhèng)确的壓(yā)差。v錐流量(liàng)計具(jù)有(yǒu)量程下(xià)限低(dī)，量程(chéng)比寬(kuān)，适用磨損小，流(liú)場自動(dòng)調整，自(zì)清掃等特(tè)點。

表1幾種管(guǎn)道流(liú)量計參(cān)數(shù)對比(bǐ)

名稱	精(jīng)度 等級(jí)	長期穩 定性	量(liàng)程比	可動(dòng) 部件	耐髒防堵	高流(liú) 速性	低(dī)流(liú) 速性(xìng)	直管段 要(yào)求
孔(kǒng)闆	1.5級	差	1:3	無(wú)	差	差(chà)	差	10d 後(hòu)5d
勻速管	1.5級(jí)	一般	1:10	無(wú)	一(yī)般	好	差(chà)	前20d 後10d
渦街	2.0級(jí)	一般	1:7	無(wú)	一(yī)般	好(hǎo)	差	前(qián)25d 後(hòu)15d
v錐	0.5級	好(hǎo)	1:10	無	好	好	好(hǎo)前	前(qián)3d 後1d

綜(zōng)上(shàng)比較，最(zuì)适(shì)合管道瓦斯抽放(fàng)監測的是(shì)v錐流(liú)量計。
3v錐管(guǎn)道流(liú)量(liàng)計在北(běi)皂煤礦(kuàng)的(de)應用
3.1相(xiàng)關技術指标(biāo)要求
（1）量程比：1:10；
（2）公(gōng)稱直(zhí)徑dn:dn150；
（3）公(gōng)稱壓(yā)力pn:1mpa；
（4）介質溫(wēn)度：20~25℃；
（5）負壓範圍：-10~-40kpa；
（6）流量範(fàn)圍：6~42m3/min；
（7）測量精度：0.5級(jí)；
（8）錐體材質：不鏽(xiù)鋼；
（9）管道外(wài)殼材(cái)質：碳鋼或(huò)不鏽(xiù)鋼；
（10）rs485通(tōng)信方式：可(kě)運行kj95n以(yǐ)及其他(tā)基于rs485接(jiē)口(kǒu)的通(tōng)訊協議，波(bō)特率(lǜ)1200~115200bps可調；
（11）通(tōng)信距離：傳感器到抽放(fàng)顯(xiǎn)示控(kòng)制(zhì)裝置(zhì)最大距離(lí)不(bú)小(xiǎo)于2km；
（12）工業以(yǐ)太環(huán)網平台：10/100/1000mbit/s。
3.2主要設(shè)備
　　主要(yào)設備包(bāo)括v錐(zhuī)管件、gd3多參(cān)數傳(chuán)感器(qì)、gjg100h紅外(wài)甲烷(wán)傳(chuán)感器、gth1000一(yī)氧化碳(tàn)傳感器(qì)、kppi汽水(shuǐ)分離器。
(1)v錐管件。直管(guǎn)段滿(mǎn)足前3d後1d(d指(zhǐ)管道(dào)的直徑)，安裝前(qián)直管(guǎn)段(duàn)要求不(bú)低于0.6m。在v錐(zhuī)測壓孔上安裝三閥(fá)組，通過穩壓(yā)組(zǔ)件連(lián)接到(dào)傳感(gǎn)器；把汽(qì)水(shuǐ)分離裝置(zhì)、管道紅外瓦(wǎ)斯傳感器和(hé)管道(dào)一氧化碳(tàn)傳感器分别用螺絲緊固于v錐(zhuī)支架上，汽(qì)水分(fèn)離裝(zhuāng)置(zhì)導氣管(guǎn)低進高出，後連到兩(liǎng)個傳(chuán)感器(qì)上。在(zài)北皂煤礦(kuàng)應用(yòng)時曾(céng)經出(chū)現瓦斯和一氧(yǎng)化碳(tàn)傳(chuán)感器數(shù)值顯示爲(wèi)零、流量低的問題，原(yuán)因是導(dǎo)氣(qì)管将(jiāng)流量(liàng)、瓦斯和一(yī)氧化碳傳感(gǎn)器(qì)串聯(lián)，導(dǎo)緻(zhì)氣阻(zǔ)過大，将(jiāng)流(liú)量與(yǔ)瓦斯(sī)、一氧(yǎng)化碳(tàn)傳感器(qì)氣路分(fèn)離後正常(cháng)。
（2）gd3多參(cān)數傳(chuán)感器。用于(yú)監測管道瓦斯(sī)氣體，實時(shí)顯示(shì)管道内瓦斯氣(qì)體多種參(cān)數(shù)值（差壓、絕壓、負壓(yā)、溫度(dù)、流量、累積(jī)流量(liàng)等值），在此(cǐ)處用于采(cǎi)集管道流量、負(fù)壓和(hé)溫度(dù)，并由(yóu)gd3将數(shù)據統一傳(chuán)輸到(dào)監測分站(zhàn)。
（3）gjg100h紅外甲烷(wán)傳感器。用(yòng)于監測管道甲烷濃度。甲烷檢(jiǎn)測範(fàn)圍(wéi)：0~100%；甲烷基(jī)本誤(wù)差：甲烷濃(nóng)度≤1%：真值±0.07%；甲(jiǎ)烷濃(nóng)度＞1%：±7%（真值）。爲(wèi)避免(miǎn)管道瓦斯(sī)氣體(tǐ)内的(de)水分對紅(hóng)外甲(jiǎ)烷測(cè)量造成影(yǐng)響，在進氣(qì)端安裝汽(qì)水(shuǐ)分(fèn)離器。監測(cè)數據(jù)單獨(dú)傳輸到監(jiān)測分站。
（4）gth1000一氧化(huà)碳傳感(gǎn)器。對管(guǎn)道内的(de)co進(jìn)行測(cè)量及顯(xiǎn)示測量範圍：0~1000×10-6co；監(jiān)測(cè)數據(jù)單獨(dú)傳輸(shū)到監(jiān)測分站。
（5）與kj95n系統(tǒng)的聯接。瓦斯抽放監測(cè)系統所(suǒ)采用(yòng)的設(shè)備均(jun1)是kj95n系(xì)統的(de)聯檢(jiǎn)設備。在接(jiē)入方(fāng)式上(shàng)有兩(liǎng)種(zhǒng)模式，一是(shì)接(jiē)入專用監測(cè)分(fèn)站，通(tōng)過環網進行數據傳輸；另一種(zhǒng)是接入通用(yòng)監(jiān)測分(fèn)站(zhàn)，通(tōng)過電纜實現(xiàn)數據上傳。而(ér)無論哪兩種方法，由于管道氣(qì)體監測傳感器的測量範圍與環境氣體(tǐ)監測傳感(gǎn)器測(cè)量(liàng)範圍大不相(xiàng)同，需(xū)要(yào)在系(xì)統(tǒng)主機上對傳感(gǎn)器進行定義後(hòu)方可正(zhèng)常使用(yòng)，否則會增大數(shù)據傳輸(shū)誤差。
4應(yīng)用效果(guǒ)

　　在北(běi)皂煤(méi)礦海(hǎi)域h2302工(gōng)作面應用(yòng)v錐管道瓦(wǎ)斯(sī)抽放監測，并将瓦斯抽放監(jiān)測系統接(jiē)入到kj95n安全(quán)監控系統中，實(shí)現了(le)數據(jù)上傳(chuán)和統一監控。自(zì)2016年8月至(zhì)2017年(nián)2月，累(lèi)計抽放瓦斯32.84萬(wàn)m3。
5結束(shù)語
　　通過管(guǎn)道瓦斯流(liú)量計(jì)在北皂煤礦的(de)應用，在現(xiàn)場對(duì)比了(le)渦街(jiē)流量計和v錐流(liú)量計，v錐流量計的量(liàng)程下限低(dī)，低流(liú)速測(cè)量性(xìng)能好(hǎo)，安裝簡(jiǎn)單(dān)的特(tè)點比(bǐ)較突出，而(ér)且利用v錐産生(shēng)的氣壓(yā)将(jiāng)氣樣(yàng)導出抽放(fàng)管道的方(fāng)式，大大減少了(le)管道氣内(nèi)的粉塵(chén)、水分對(duì)瓦斯、一氧(yǎng)化碳傳感器(qì)敏感元(yuán)件的(de)影(yǐng)響(xiǎng)。爲北(běi)皂煤礦工作面(miàn)的瓦斯(sī)抽放工作提(tí)供了(le)準确(què)的監測(cè)數據保(bǎo)障。

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