孔板流量计用于便携式瓦斯抽采参数检测装置的

瓦斯抽采对防范瓦斯事故具有釜底抽薪、源头治本的作用,是煤矿安全生产的基础性、关键性措施[1]。在瓦斯抽采过程中,需要对瓦斯抽采参数进行测试。多数矿井采用在瓦斯抽采管路上安装孔板流量计或导流管,利用孔板流量计或瓦斯综合参数测定仪测量抽采管路中的浓度、流量、负压,才能对瓦斯抽采量进行评价。但是井下抽采钻孔单孔或者部分孔组安装孔板流量计或导流管成本较高,而且采用瓦斯综合参数测定仪测量存在误差,研发克服上述缺点 的新型测 量装置成 为非常必 要的问题[2-3]。鉴于此,研发了一种新型的瓦斯抽采参数检测装置,并经过实验室检定试验及井下试验,对该装置检测数据的准确性进行验证。

便携式瓦斯抽采参数检测装置由导流管[4]、孔板流量计及配套的管路系统3部分组成。其中包括PVC瓦斯抽采管主管道,管径与钻孔抽采管相同,采用PVC阻燃抗静电材料; 在PVC瓦斯抽采管主管道两端分别设有PVC瓦斯抽采管快速接头,能与钻孔抽采管快速连接,保证气密性。

在2个快速接头之间并联设有孔板流量计支路和导流管支路,在有孔板流量计支路上设有球阀8- B,孔板流量计与PVC瓦斯抽采管主管道通过PVC瓦斯管管箍连接。孔板流量计管径与管路系统管径相同,能与U型压差计配套使用,实现流量参数测定。

在导流管支路上设有球阀8 – A,导流管与PVC瓦斯抽采管主管道通过PVC瓦斯管管箍连接。导流管为与管路系统管径相同的管状体,在管状体管壁上设置有4个能与瓦斯抽放综合参数测定仪配套使用的测量孔,能与瓦斯抽放综合参数测定仪[5]配套使用,实现浓度、流量、负压、温度参数测定。便携式瓦斯抽采参数检测装置结构如图1。

图 1 便携式煤矿井下瓦斯抽采参数检测装置结构图

1 – 导流管; 2 – 孔板流量计; 3 – PVC 瓦斯管管箍;4 – PVC 瓦斯抽采管; 5 – PVC 瓦斯抽采管弯头;6 – PVC 瓦斯抽采管三通; 7 – 球阀; 8 – PVC 瓦斯抽采快速接头;9 – 双抗耐负压软管

便携式瓦斯抽采参数检测装置配合压差计和瓦斯综合参数测定仪可实现井下瓦斯抽采钻孔任一单孔或者孔组的流量、浓度、负压、温度测试,同时还可校对现场常用的瓦斯综合参数测定仪的准确性。装置具有结构简单、成本低廉、使用简便快捷,解决煤矿井下抽采钻孔单孔或者部分孔组未安装导流管,无法实现流量、浓度等参数测试,从而保障抽采参数测试的准确性和可靠性。

1) 根据井下抽采管的尺寸,选择配套的便携式煤矿井下瓦斯抽采参数检测装置。

2) 将PVC瓦斯抽采管快速接头A端接至钻孔瓦斯抽采管上,B端连接至抽采支管路上,使便携式煤矿井下瓦斯抽采参数检测装置管路系统同抽采系统连接,并确保密闭不漏气。

3) 打开球阀7 – A,关闭球阀7 – B,利用瓦斯抽放综合参数测定仪连接至导流管2,检测抽采管路的温度、负压、浓度、流量,并记录。

4) 打开球阀7 – B,关闭球阀7 – A,将高负压瓦斯采样器与光学瓦检仪连接至孔板流量计3,检测抽采管路的浓度。

5) 打开球阀7 – B,关闭球阀7 – A,将U型压差计连接至孔板流量计,记录U型压差计压差,计算抽采管路的流量。

6) 根据孔板流量计检测的抽采管路的浓度、流量与瓦斯抽放综合参数测定仪检测的浓度流量对比,校验瓦斯抽放综合参数测定仪检测数据的准确性,以便及时校核瓦斯抽放综合参数测定仪。

为验证便携式瓦斯抽采参数检测装置检测数据的准确性,在实验室通过流量二次仪表检定装置对研发的抽采参数检测装置进行检定。流量二次仪表检定装置的原理是利用小功率负压抽采泵提供设定流量的气源,在抽采泵上联接与抽采参数检测装置相同管径的管路,在管路上预留有能与抽采参数检测装置联接的接头。检定时,将抽采参数检测装置联接至管路,通过改变气源的流量,测定孔板流量计( 导流管) 的流量,以此验证检测数据的准确性。

实验室对抽采参数检测装置检定时,通过DN50球阀实现孔板流量计支路和导流管支路的分别联通,配合U型压差计或瓦斯抽放综合参数测定仪,实现浓度、流量、负压、温度参数测定。设定流量与检测流量对比图如图2。

图 2 设定流量与检测流量对比图

由图2可知,实验室设定流量与检测流量误差较小,单独打开导流管和分别打开导流管和孔板流量计检测数据与设定流量基本一致。通过实验室检定实验数据,便携式瓦斯抽采参数测试装置测试数据误差在±0. 016范围,为精度一级,证实便携式瓦斯抽采参数测试装置检测数据准确、可靠。

新河矿井为基建矿井,设计生产能力60万t/a,服务年限37. 3年,主采山西组二1煤层,煤层厚度4. 33 ~ 8. 1 m,平均煤厚6. 08 m,矿井为煤与瓦斯突出矿井,瓦斯含量为1. 47 ~ 27. 86 m3/ t,平均15. 43m3/ t。其中首采区( – 500 m水平以浅) 平均瓦斯含量为13. 24 m3/ t; 利用高压容量法测得吸附常数a、b值分别为40. 930和1. 496。

新河矿首采面布置2条顶板巷抽采巷,施工穿层钻孔抽采煤巷条带瓦斯。选取顶抽巷10个穿层钻孔进行井下试验。将便携式瓦斯抽采参数检测装置联接至钻孔抽采管路,通过2个DN50球阀控制2个并联管路分别联通,配合U型压差计、光学瓦检仪、瓦斯抽放综合参数测定仪等仪器,对比2个并联管路的检测值,同时可以起到对瓦斯抽放综合参数测定仪的校准。导流管和孔板流量计检测流量对比如图3,浓度对比图如图4。

图 3 导流管和孔板流量计检测流量对比图

图 4 导流管和孔板流量计检测浓度对比图

通过井下钻孔抽采参数的测试,导流管支路和孔板流量计支路流量检测数据和浓度检测数据均相差较小,证明该装置能准确的测量井下单孔或孔组的抽采参数,同时孔板流量计支路检测数据可以校核瓦斯抽放综合参数测定仪,以便对其及时校准,更好的实现井下瓦斯抽采参数的计量。

通过对现用井下瓦斯抽采参数测试现状的分析,研发了成本低廉的便携式瓦斯抽采参数检测装置,通过实验室实验和井下试验,证实该装置测试数据准确,误差在允许范围内,同时,该装置还可校对现场常用的瓦斯综合参数测定仪的准确性。该装置具有准确度高、结构简单、成本低廉、使用简便快捷等特点,解决煤矿井下抽采钻孔单孔或者部分孔组未安装导流管,无法实现流量、浓度等参数测试,从而保障抽采参数测试的全面性、准确性和可靠性。