煤矿瓦斯抽采流量监测常见问题及分析

煤矿瓦斯抽采流量监测常见问题及分析

谢印钊

天地（常州）自动化股份有限公司  江苏常州  213000

摘要：为提高煤矿的安全生产水平，国家先后出台了多项政策，将瓦斯抽采工程视为生命工程、资源工程，并要求煤矿建设瓦斯抽采计量监测系统，实现温度、压力、流量、甲烷、一氧化碳等参数的监测，其中流量值的监测是瓦斯抽采达标评判和瓦斯利用的重要参数。由于抽采管道内高尘、高湿、高负压等因素的影响，流量监测过程中存在不同类型设备或不同原理设备之间数据差异，给瓦斯抽采领域的技术人员、管理人员造成较大的困扰。结合工作实践，梳理造成上述现象的外部原因和使用过程的一些注意事项，为瓦斯抽采管理工作提供参考。

关键词：煤矿瓦斯抽采流量监测常见问题及分析

引言

煤气事故是煤矿下最大的灾害之一，长期以来威胁着矿山的人员和财产安全。钻井技术是通过在开采前去除煤层气来消除煤气事故的最有效和最直接的手段之一。钻井过程完成后，必须建立一个实时、动态监测的高瓦斯或瓦斯压力煤层开采瓦斯治理监测系统。该系统的主要功能之一是监测构成井眼的管线参数，即通过各种传感器技术准确、实时地监测管道内气体流量、气体浓度和抽取压力的变化。因此，高性能气体监测系统不仅保证了煤炭的安全生产，而且还保证了商品经济的效率。

一、测量方式和精度要求

在收集局部气体流量参数时，采用钻孔或多钻孔周期取样方法，其主要原因是常用的机械流量采集装置，如孔板流量计、v锥流量计和湍流街道流量计 而且这些流量计都有很大的压力损失，需要安装许多收集装置的过度压力损失，才能进行全面监测。 此外，由于小流量下限低、动态范围大、气体纯度低、水汽杂质含量高等因素的影响，机械流量采集装置由于其原理特点难以进行长期数据监测如何解决上述问题——以上一次超声波流量计给出答案，相对于矿用常用的机械流量计，超声波流量计是一种非接触式测量，没有压力损失，具有广泛性、适应能力强等特点。

二、瓦斯流量法测定有效抽采半径原理

流量方法主要是通过计算测量范围内的剩馀气体数量来确定采矿是否有效，以及气体回收率是否符合标准。因此，从所研究地区的天然气储量和总的天然气取样量中获得的实际取样半径得出了剩馀的天然气数量和天然气提取率。在现场联合开采天然气后，将及时测量所需的钻井提取数据。

三、抽采流量模拟研究

当使用较高的抽水通道在空中采空区5204抽取气体时，采空区积累的气体抽水效率随着采空量的增加而提高，但同时也导致采空区的气流和气流大量增加因此，为了合理设计天然气开采路线的开采流量，必须考虑控制煤的自燃，同时提高开采速度，降低开采区内的气体浓度。随着高抽巷开采流量的增加，开采区内气体浓度梯度范围扩大，而超过1%的气体浓度进一步下降到开采区深度。这意味着增加开采流量可以使浪漫水流离开开采区，稀释开采区边缘位置的气体浓度，降低工作区背面浅开采区的气体浓度值，提高工作区作业的安全性。在抽水通道抽取流量较高的情况下，回流通道指定角处的气体浓度大于或等于1%，煤矿安全条例规定，在气体浓度大于1%的环境中不得作业。因此，必须将高抽油道的抽油率设计为排除参数120 m3 / min的值。相应的高抽油道提取流量值为180m3/min、240m3/min和300m3/min，以满足作业安全要求。

四、抽采流量对氧浓度的影响

氧气浓度为8.0%的位置被定为临界值，导致在不同的高速比下降速度下氧带范围广。同时，空域宽度不应大于工作区的最大宽度加上最小自然火灾时间，因为5204工作区的最小和最大速度为28d，工作区乘以平均速度2.5m/d，即空气中氧气区的最大宽度不应大于70m。氧气浓缩器对上小巷各种排气电流超过8.0%。根据一项数值模拟研究，应当指出的是，高速轨道交通提高了气体废物在空气中积累的效率，同时防止了过量氧气浓度造成空气中残留的煤自燃一氧化碳。因此，所选高架桥的实测流量为180m3/min．

五、超声增透系统工艺与方案

煤层超声波增透与二氧化碳驱替瓦斯技术一方面利用超声波增透煤层，改变孔裂隙分布，增大裂隙通道，提高瓦斯渗透能力。超声波发生器提供的最大功率为18kW，频率为25kHz。超声波发生器，又称超声波驱动电源，其作用是把井下用电转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号，驱动超声波换能器工作。超声波换能器的功能是将输入的电功率转换成机械功率(超声波)。超声波换能器在输入(驱动电源)、输出(增幅器、超声波模具)良好匹配的前提下，可以转换(输出)很大的能量声能。将棒型超声换能器送入顺层钻孔内，当开启超声发生器后，棒型换能器将向周围煤体发射超声波物理场。超声波穿透煤体时会产生空化效应、机械振动效应和热效应。在多种效应协同作用下，煤体孔隙孔径增大，孔隙连通性增强，从而提高煤层渗透性及瓦斯解吸能力，促进瓦斯抽采。超声波增透煤层工业性试验步骤分为:原始区域瓦斯抽采效果考察→施工前钻孔准备→超声波发生器和换能器调试安装→超声波增透作业→试验后瓦斯抽采效果观测(瓦斯抽采浓度、流量)→工业性试验研究分析。

六、软件设计

接通系统电源后，首先对所有硬件模块进行初始化，然后对系统进行自检，如果自检失败，则在自检结束时读取系统时间，如果未达到规定的采样时间，则首先读取区域数据否则，进行再传输，然后直接进入取样时间判断过程，否则直接进入取样时间判断过程。当系统时间到达采样时间时，将对数据进行采样，首先使用SPI配置MAX35104注册表，然后发送采样语句，最后在采样后从结果注册表读取采样结果，并读取结果d 最后，在使用内部ADC对萃取压力参数进行取样时，在数据取样完成后，判断LoRa模块的当前状态(如果网络繁忙)，等到网络空闲时再下载数据，直接进入时间确定过程。

七、安装维护对流量测量的影响分析

瓦斯抽采监测的流量传感器主要采用插入式结构设计，该设计结构简单、安装方便，但现场安装过程存在插入深度和探头角度不规范的情况，造成流量检测出现较大误差。插入式流量传感器在插入到正确深度后需要微调传感器的方向，保证流量传感器探头中心轴线与抽采管道的中心轴线一致（两者夹角不大于±３°），修正方向后再紧固流量传感器的探头杆，防止松动。流量传感器安装时需要仔细测量安装地点管道内径参数，管道系列、材质、壁厚等因素会造成实际内径参数差异较大，需要按现场管道实际内径进行参数设置。如无法查出管道的实际内径值，需要测量同批次管道实际内径值或采用外圆周实测法参照公式计算。皮托管、涡街、循环自激式等点式流量传感器在安装时应确保探头插入位置符合要求，正确调整传感器的管径参数，因为安装深度对流速的测量有较大影响。

结束语

瓦斯抽采管道类传感器相比安全监控系统环境类传感器更易受流体分布、水汽、粉尘、管径参数等因素影响，需要安装维护人员具备较高的理论知识和丰富的实践经验，必须确保抽采管路直管段的长度，才能保障抽采计量监测数据的准确性。

参考文献

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