LOGOEmail ：矿井瓦斯抽采技术- 瓦斯抽采参数的监 测与监控郑州煤炭工业技师学院 资源开发教研室 杨晨光 18003818889v《煤矿安全规程》对抽放管道中瓦斯浓度 做了规定：利用瓦斯时，浓度不得低于 30%，且在利用瓦斯的系统中必须装设有 防回火、防回气和防爆炸作用的安全装置 不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯设备时 ，抽放浓度不得低于25% v《煤矿瓦斯抽放规范》(AQ 1027-2006)规 定，地面永久瓦斯抽放系统必须建立瓦斯 抽放参数监控系统；抽放站内应配置专用 检测瓦斯抽放参数的仪器仪表v矿井瓦斯抽放系统必须监测抽放管道中的 瓦斯浓度、流量、负压、温度和一氧化碳 等参数，同时监测抽放泵站内瓦斯泄漏等 当出现瓦斯抽放浓度过低、一氧化碳超 限、泵站内有瓦斯泄漏等情况时，应能报 警并使抽放泵主电源断电第一节 瓦斯流量的测定v一、概述 v为了全面掌握与管理井下瓦斯抽放情况， 需要在总管、分管、支管和各个钻场内安 设测定瓦斯流量的流量计 v1、流量的测定方法分类 v按作用原理划分可把常用的流量测量仪表 分成面积式流量计、差压式流量计、流速 式流量计和容积式流量计四大类v(1)面积式流量计v面积式流量计又称转子流量计，因转子处于任一 平衡位置时，两端压差是定值，所以也称恒压差 式流量计，可以测量低雷诺数中小型管径小流量 。
v(2)差压式流量计v差压式流量计是通过测定流体流经节流装置时产 生的压力差而测量流量的由节流装置和差压计 组成的节流式流量计是目前工业中应用最广泛的 流量计通用的节流装置有孔板、喷嘴、文丘利 管和文丘利喷嘴等4种v(3)流速式流量计v常用的有通过叶轮转速快慢反映流量大小的旋翼 式水表、分流旋翼式蒸汽式流量计及涡轮流量计 ，测量旋涡频率的旋涡流量计，通过测量导电流 体感应电动势变化的电磁流量计 v(4)容积式流量计v容积式流量计相当于是一个标准容积的容器，其 通过对流体进行不断的度量而测量出相应的流量 适用于流量气体流量的有煤气表、湿式流量计 v2、节流式流量计 v(1)基本原理 v由于连续流动的流体经管道内的节流装置 时流速会增大，在节流装置上下游侧之间 出现静压力差，且流量与压差之间存在着 一个恒定的关系，因而通过测量压差即可 计算出流体的流量v(2)节流装置的取压方式 v①径距取压（D和D/2取压）这种取压方式的上 游侧取压孔中心位于孔板上游端面D±0.1D处，下 游侧取压孔中心位于孔板下游端面0.5D±0.02D处 v②法兰取压这种取压方式的孔板上、下游取压 孔中心与孔板入口及出口端面的距离均为 25.4±1mm。
v③角接取压这种取压方式的上、下游取压点均 位于孔板出入口的端面外处，又分为环室取压和 单独钻孔取压2种结构v(3)节流装置的种类 v节流装置分标准节流装置和非标准节流装 置2类 v我国国家标准GB2624-81规定的标准节流 装置是角接取压的标准孔板、法兰取压的 标准孔板、角接取压的标准喷嘴3种 v非标准节流装置有圆缺孔板、 圆喷嘴、矩 形流量管等v二、孔板流量计 v在煤矿瓦斯抽放流量测量中使用最广泛的 流量计是径距取压的标准孔板，其适用条 件是： v孔板圆孔直径 d≥12.5mm v管道直径 50mm≤D≤760mm v直径比 0.20≤β=d/D≤0.75 v雷诺数 1260β2D≤Reo≤1081、孔板流量计的构造与工作原理v 孔板流量计由孔板、取压嘴和钢管组成，如图7-1、图7-2 所示图7-1 孔板流量计(A)图7-2 孔板流量计(B) 1-孔板；2-测量嘴；3-钢管v (1)孔板构造 v 孔板是一块具有圆形 开孔并相对于开孔轴线对 称的圆形薄板，如图7-3 所示不同管道内径的 孔板，其结构形式 是 几何相似的。
图7-3 标准孔板v孔板开孔上游侧直角入口边缘应锐利，边 缘角应不大于0.0004d孔板开孔圆筒形部 分长度e=(0.005～0.02D)；孔板厚度E在e 和0.05D之间，一般不小于2mm；出口处向 下游侧扩散的锥面的圆锥角为30°～45° v(2)孔板流量计的工作原理 v连续流动着的流体遇到节流装置时,由于节流装置 的截面积比管道的截面积小，在压差(能量)作用 下流体的流速增大，挤过节流孔，形成流束收缩 ；在挤过节流孔之后，流速又由于流通面积的变 大和流束的扩大而降低，这样，在节流装置前后 的管壁处的流体静压力产生差异，形成静压力差 △p,△p=p1-p2，并且p1＞p2,此即节流现象节流 装置的作用在于造成流束的局部收缩，从而产生 压差；流过的流量越大，压差越大流体流经节 流装置时的节流现象如图7-4所示图7-4 流体流过孔板时的节流现象式中： QH—管道中混合气体的流量,m3/min；△h—孔板前后测压孔的静压差，Pa；P—管内孔板后的绝对静压,Pa；t—管内孔板后的温度，℃；p0—标准大气压，Pa； ρ0—混合气体的密度，kg/m3，参见表7-1κ—孔板特性系数，m2.5/min，参见表7-2。
甲烷浓度012345678901.75301.74651.74001.73351.72701.72051.71371.70941.70061.6942101.68751.68091.67431.66771.66101.65451.64861.64111.63441.6278201.62101.61431.60781.60091.59431.58751.58081.57401.56721.5604301.55371.54671.54011.53311.52641.51941.51261.50571.49891.4921401.48511.47821.47121.46441.45751.45051.44341.43651.42951.4227501.41551.40851.40141.39451.38741.38041.37331.36621.35901.3519601.34481.33771.33071.32341.31641.30901.30201.29471.28761.2803701.27311.26581.25891.25111.24421.23671.22941.22211.21481.2075801.20021.19271.18521.17791.17071.16331.15581.14851.14091.1336901.12601.11831.11111.10361.09611.08861.08091.07351.06581.05841001.0505表7-1 甲烷与空气混合气体在20℃和1个标准大气压下的密度值v标准规格的孔板流量计，孔径大于20mm时 ，它的特性系数可采用表7-2中的数值。
孔 径小于20mm的孔板，由于加工误差的影响 较大，应该用标准流量计来标定它的系数 v孔板流量计孔板圆孔的大小，应根据流量 来选择为了减小测量时的误差，孔板前 后的压力差应大于98.1Pa；为了减少阻力 和便于测量，静压差应小于981Pa表7-2 孔板流量计特性系数κ孔板孔径 /mm流量 /m3·min-1孔板特性系数 /m2.5·min-1 △h=98Pa△h=980Pa参考数值20.00160.0050.052×10-240.0060.020.208×10-260.0150.0460.473×10-280.0250.0800.83×10-2100.0400.1271.32×10-212.70.0640.2032.10×10-225.40.2560.8128.4×10-250.81.0243.2483.36×10-176.22.3047.3087.58×10-1101.64.09612.9921.345v4、使用孔板流量计的管道条件与安装要求 v(1)孔板上游侧的测量管长度为10D，下游 侧的长度为4D v(2)测量管内表面应清洁，无凹陷和沉淀物 ，其相对粗糙度K/D应小于或等于0.001。
其中，K为管道内壁绝对平均粗糙度)v(3)孔板上、下游所需直管长度不得小于课 本P132页表7-3所示 v(4)测量管长度之外的直管段内表面的相对 粗糙度K/D小于或等于0.001，但也允许使 用相对粗糙度更高一些的管子 v(5)在测量管中安装孔板时，开孔轴线与测 量管轴线同轴，孔板上游侧端面与管道轴 线垂直，垂直度小于±1%第二节 管道中压差和负压的测定v一、压差计 v压差计可用来测量孔板流量计上、下游侧 的压差，也可用来测量抽放管道内外的压 差(即负压) v1、U型管压差计 v U形管压差计为一固定在木板上的U形玻璃管 ，内装汞或水作为工作液压差大时用汞，压差 小时用水工作液的正常高度为U形玻璃管高度 的一半，刻度尺嵌在产U形管中间，如图7-5所示 玻璃管的内径一般是5～6mmv用U形管压差计测量高负压管道的孔板流量 计的压差时，U形管压差计的两根胶管，必 须同时接通2个测量嘴，以免压差计的工作 液被负压吸走为了操作方便，在压差计 的一根玻璃管上安装一个玻璃旋塞阀，如 图7-6所示，先关闭旋塞阀再接测量嘴，开 放旋塞阀即可进行测量 v当测定的压差值很小时，为提高读数精度 ，应采用倾斜压差计，如图7-7所示。
v 图7-5 U型压差计 1-胶皮管；2-刻度尺；3-U形玻 璃管；4-工作液图7-6 有旋塞的 U型压差计 1-旋塞阀；2-胶皮管；3-U形玻璃管图7-7 倾斜压差计v2、单管汞柱压差计 v单管汞柱压差计用于测量抽放管道内的负 压，结构如图7-8所示测量前，接头1、2 均通大气，用调正螺钉让零点对准玻璃管 中汞柱的凹面；测量时接头2用软管接到管 道测量嘴上即可储汞瓶是防止管内负压 过高时将汞抽出，小球是防止管内遇较大 正压时将汞冲出图7-8 单管汞柱压差计 1、2-接头；3、4-储汞瓶；5-调整螺钉；6-小球v二、气压计 v1、气压计的种类 v气压计是用来测量静压力的仪器，主要有 水银气压计和空盒气压计2种水银气压计 有动槽式水银气压计和定槽式水银气压计 v2、水银气压计 v动槽水银气压计如图7-9所示，主要部件是 一根倒置于可动水银槽内的玻璃管，管的 上端水银面上是真空的，槽内液面则通向 大气所以玻璃管内的水银柱高度就表示 了大气压力，单位为毫米汞柱或毫巴测 定时，转动底部调节螺丝，使槽内水银液 面正好与象牙指针触及，然后转动中部螺 丝，使游标的切口与水银顶面相切，由刻 度尺和游标读出大气压的读数值。
v 图7-9 槽式水银气压计 1-水银柱面；2-尖端； 3 -水银柱；4-旋钮； 5- 测微游标旋钮v定槽式水银气压计的下部水银槽是固定不 动的,除不必调节槽内液面高低外,其余使用 方法和动槽式相同 v因为气压计上的刻度尺是金属制作的，热 胀冷缩，因此测量结果要进行读值的校正 根据温度和P读查表7-4得出校正气压P校 ，按公式P=P读+P校，就可算出此时的大气 压力表7-4 水银气压计温度校正值表（P校）温度/℃水银气压计读值P读（毫米汞柱）74075076077078010-1.21-1.22-1.24-1.26-1.2715-1.81-1.83-1.86-1.89-1.9120-2.41-2.44-2.48-2.51-2.5425-3.01-3.05-3.09-3.13-3.1730-3.61-3.66-3.71-3.75-3.80v3、空盒气压计v空盒气压计如图7-10所示其测压原理是以随大气压力 变化而产生轴向移动的真空膜盒作为感应元件，它通过 拉杆和传动机构带动指针，指示出当时某测点的绝对静 压值当大气压力增加时，膜盒被压缩，通过传动机构 使指针顺时针方向偏转一定角度；当大气压力减小时， 膜盒就膨胀，通过传动机构使指针逆。