瓦斯抽采参数的监测与监控

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1、Email ：,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 18003818889,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%。 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。,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

2、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,一、概述 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。 1、流量的测定方法分类 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。,(1)面积式流量计 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。 (2)差压式流量计 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

3、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。,(3)流速式流量计 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。 (4)容积式流量计 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。,2、节流式流量计 (1)基本原理 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

4、而通过测量压差即可计算出流体的流量。,(2)节流装置的取压方式 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D0.1D处，下游侧取压孔中心位于孔板下游端面0.5D0.02D处。 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25.41mm。 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。,(3)节流装置的种类 节流装置分标准节流装置和非标准节流装置2类。 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。 非标准节

5、流装置有圆缺孔板、 圆喷嘴、矩形流量管等。,二、孔板流量计 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： 孔板圆孔直径 d12.5mm 管道直径 50mmD760mm 直径比 0.20=d/D0.75 雷诺数 12602DReo108,1、孔板流量计的构造与工作原理,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,(1)孔板构造 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

6、7-3 标准孔板,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=(0.0050.02D)；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3045。,(2)孔板流量计的工作原理 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p1p2,此即节流现象。节流装置的作用在于造成流束的局部收缩，

7、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； 0混合气体的密度，kg/m3，参见表7-1。 孔板特性系数，m2.5/min，参见表7-2。,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,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。

8、 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,4、使用孔板流量计的管道条件与安装要求 (1)孔板上游侧的测量管长度为10D，下游侧的长度为4D。 (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),(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。 (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。 (5)在测量

9、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,一、压差计 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)。 1、U型管压差计 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56mm。,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

10、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。 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。,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,2、单管汞柱压差计 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

11、-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,二、气压计 1、气压计的种类 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。,2、水银气压计 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。,图7-9 槽式水银气压计 1-水银柱面；

12、2-尖端； 3-水银柱；4-旋钮； 5-测微游标旋钮,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。 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）,3、空盒气压计 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

13、大气压力减小时，膜盒就膨胀，通过传动机构使指针逆时针方向偏转一定角度。根据指针在刻度盘上的位置，便可直接读出压力值。 测量绝对静压时，将空盒气压计水平放置于测点，待指针变化稳定后，即可从刻度盘上直接读出静压显示值，然后根据测点温度和仪器本身的误差校正表进行校正，即可得到该点的实际静压值。,图7-10 空盒气压计,第三节 瓦斯浓度的检测,一、光干涉式瓦斯检定器 1、光干涉式瓦斯检定器的结构原理 抽放瓦斯管道中的瓦斯浓度，可以用光干涉式瓦斯检定器进行检测。它是根据光的折射率与气体浓度间存在某种比例关系的特性，通过测量干涉条纹的移动量达到测量气体折射率、进而达到测定空气中瓦斯浓度的仪器。,光干涉式瓦

14、斯检定器按其测量瓦斯浓度的范围不同，分为低浓度光学瓦斯检定器（测定范围010，精度0.01%)和高浓度光学瓦斯检定器（测定范围0100，精度0.1%)两种。 光学瓦斯检定器主要由气路、光路和电路三大系统组成，如图7-11所示。,图7-1l AQG1型光学瓦斯检定器 （a）外形 （b）内部构造 1目镜；2主调螺旋；3微调螺旋；4吸气管；5进气管；6微读数观察窗；7微读数电门；8光源电门；9水分吸收管；10吸气球；11二氧化碳吸收管；12干电池；13光源盖；14目镜盖；15主调螺旋盖；16光源灯泡；17光栅；18聚光镜；19光屏；20平行平面镜；21平面玻璃；22气室；23反射棱镜；24折射棱镜；

15、25物镜；26测微玻璃；27分划板；28场镜；29目镜保护玻璃；30毛细管,2、光干涉式瓦斯检定器的使用方法 (1)使用前的准备工作 检查药品是否失效。 将检定器中的药品与失效的药品进行对比，判断药品是否失效。水分吸收管中硅胶在完全失效时其颜色由兰色变为白色或很淡的浅红色。二氧化碳吸收管中的钠石灰会由粉红色变为浅黄色或白色。,检查气路系统。 气路系统的检查包括三项具体内容：检查吸气球是否完好。一手掐住吸气管，另一只手捏扁吸气球后立即放松，同时观察吸气球完全胀起来需要的时间，如能超过1分钟或不能胀起，则认为吸气球是完好的；检查气路系统是否漏气。一只手将二氧化碳吸收管的进气口堵住，另一只手将吸气球

16、捏扁后立即放松，同时观察吸气球完全胀起来需要的时间，如能超过1分钟或不能胀起，则认为气路系统不漏气；检查气路系统是否畅通。将吸气球捏扁后立即放松，若吸气球恢复的很快，则认为仪器的气路系统是畅通的。,检查干涉条纹。 仪器干涉条纹的检查包括两项内容：检查仪器的干涉条纹是否清晰。检查方法是按下光源电门，同时通过目镜观察干涉条纹亮度是否足够、相邻条纹之间的分界线是否清楚、干涉条纹是否有弯曲或倾斜的现象。检查干涉条纹的宽度。方法是通过调整主调螺旋使干涉条纹中左边的那条较黑的条纹与分划板上的零刻度线重合，然后从这条黑色条纹向右数，数到第五条黑色条纹时，看其是否与7%的刻度线重合，如重合则认为仪器精度符合要求。,对零。 对零可按以下顺