ZKC5型瓦斯抽放參數(shù)測(cè)定儀的應(yīng)用及其原理

尚輝

摘 要：該文介紹了ZKC5型瓦斯抽放參數(shù)測(cè)定儀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、主要指標(biāo)。另外探討了ZKC5型礦用瓦斯抽放多參數(shù)測(cè)定儀檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的意義，并分析了其應(yīng)用。ZKC5型瓦斯抽放參數(shù)測(cè)定儀在工作面高位鉆場(chǎng)過(guò)渡期間抽采系統(tǒng)中的應(yīng)用，及時(shí)掌握抽采參數(shù)，有效地解決了工作面上隅角及回風(fēng)流瓦斯超限問(wèn)題，保證了工作面的安全生產(chǎn)，提出了高位鉆孔在實(shí)際抽放過(guò)程中存在的問(wèn)題及解決對(duì)策，提高了煤礦瓦斯抽采監(jiān)測(cè)的效率，能夠協(xié)助煤礦工作人員的工作，為瓦斯抽放技術(shù)提高與改進(jìn)打下了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：ZKC5型 瓦斯 抽放 原理 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TD712.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）06（a）-0108-02

煤礦瓦斯災(zāi)害是煤礦安全生產(chǎn)的第一殺手，礦井瓦斯抽采作為煤礦瓦斯治理中最有效的手段。經(jīng)過(guò)多年經(jīng)驗(yàn)的積累，開(kāi)發(fā)出了ZKC5型瓦斯抽放多參數(shù)傳感器監(jiān)控系統(tǒng)，它能對(duì)瓦斯抽放泵房的各種參數(shù)進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)，能解決工作面上隅角及回風(fēng)，能保證抽采效果，及時(shí)掌握抽采參數(shù)，調(diào)整抽采鉆孔狀態(tài)，從而保障工作面安全回采[1]。

ZKC5型瓦斯抽放參數(shù)測(cè)定儀是一種以ARM微處理器及多功能外圍電路為核心的智能化、數(shù)字化礦用便攜式儀表。主要用于管道瓦斯流量、濃度、溫度、壓力等參數(shù)的測(cè)量。它采用流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)器具——皮托管進(jìn)行管道流量的測(cè)量，采用泵吸式紅外測(cè)量方式進(jìn)行管道瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)量。該儀器能夠同時(shí)測(cè)量、顯示管道氣體流量、流速、瓦斯?jié)舛?、介質(zhì)壓力、介質(zhì)溫度、環(huán)境大氣壓等參數(shù)，具有實(shí)時(shí)時(shí)間顯示、電池電量顯示、測(cè)量參數(shù)存儲(chǔ)與查詢的功能，而且還具有故障自診斷及自動(dòng)關(guān)機(jī)功能。配合上位機(jī)軟件，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)出、整理、生成報(bào)表、打印等功能。該儀器操作簡(jiǎn)單、使用方便，測(cè)量前只需在管道上開(kāi)直徑10 mm的孔即可完成測(cè)量的準(zhǔn)備工作。采用大容量電池供電，充滿電后可連續(xù)測(cè)量5 h以上，是煤礦現(xiàn)場(chǎng)管道參數(shù)測(cè)量、驗(yàn)證、校對(duì)的有效工具。

1 特點(diǎn)

ZKC5型瓦斯抽放參數(shù)測(cè)定儀是用于管道氣體流量、濃度、壓力等參數(shù)的便攜式綜合測(cè)量工具。該測(cè)定儀利用皮托管原理測(cè)量管道流量，利用泵吸式紅外測(cè)量方式測(cè)量管道瓦斯?jié)舛?。該測(cè)定儀能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量、顯示、存儲(chǔ)及查詢管道氣體流量、流速、瓦斯?jié)舛?、介質(zhì)壓力、介質(zhì)溫度、環(huán)境大氣壓等參數(shù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出，方便使用。ZKC5型瓦斯抽放參數(shù)測(cè)定儀能夠同時(shí)測(cè)量管道介質(zhì)的流量、濃度、溫度和壓力（介質(zhì)壓力、環(huán)境大氣壓和差壓），并根據(jù)以上參數(shù)自動(dòng)計(jì)算瓦斯標(biāo)況瞬時(shí)純流量等參數(shù)[2]。一次可存諸100個(gè)管道地址的測(cè)量數(shù)據(jù)，每個(gè)地址可以測(cè)10組數(shù)據(jù)，共計(jì)存儲(chǔ)1 000組數(shù)據(jù)。該測(cè)定儀通過(guò)配套的據(jù)管理軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的查詢、整理，打印與形成報(bào)表，并可通過(guò)PC將測(cè)定地址導(dǎo)入到測(cè)定儀。該測(cè)定儀可在不停氣情況下，通過(guò)手開(kāi)孔即可方便地進(jìn)行測(cè)量并通過(guò)配堵頭封孔，便于下次測(cè)量使用，開(kāi)孔直徑僅為10 mm。能夠采用彩色液晶屏支持全中文顯示，方便操作。所得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠?；趥鹘y(tǒng)的皮托管原理測(cè)量管道介質(zhì)流量；采用泵吸式紅外測(cè)量管道介質(zhì)濃度，不受有害氣體的影響有電池電量顯示與保護(hù)功能。采用9節(jié)無(wú)記憶性鎳氯可充電電池，充一次電可連續(xù)使用8 h以上，實(shí)時(shí)顯示電量情況并具有欠壓保護(hù)。具有實(shí)時(shí)時(shí)間顯示功能和抽氣泵故障自診斷功能。性能可靠，結(jié)構(gòu)合理，操作方便，充滿電可連續(xù)工作5 h以上。安裝方便，在管道上開(kāi)孔小，僅需開(kāi)直徑10 mm的孔[3]。

2 工作原理

探頭經(jīng)信號(hào)處理電路采集3路傳感器信號(hào)后通過(guò)RS232接口輸出，主機(jī)檢測(cè)探頭的RS232數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理和計(jì)算，在液晶屏上顯示測(cè)量值。主機(jī)啟動(dòng)抽氣泵從管道中取氣進(jìn)行甲烷濃度測(cè)量，最終計(jì)算出流量，并通過(guò)人機(jī)界面顯示出來(lái)，數(shù)據(jù)可以保存，也可以通過(guò)RS232接口上傳到PC機(jī)。測(cè)定儀的電路原理框圖如圖1所示。

3 主要指標(biāo)

3.1 溫度測(cè)量

測(cè)量范圍：（-10～50）℃；

基本誤差：±2.5%（F.S）。

3.2 壓力測(cè)量

測(cè)量范圍：（20～200）kPa；

基本誤差：±1.5%（F.S）。

3.3 差壓測(cè)量

測(cè)量范圍：（0～500）Pa；

基本誤差：±0.75%（F.S）。

3.4 甲烷濃度測(cè)量

測(cè)量范圍：（0～100）%CH4；

基本誤差：（0～1.00）%CH4，±0.07；

（1.00～100）%CH4，真值的±7%；

響應(yīng)時(shí)間（T90）：≤50 s。

3.5 流速測(cè)量

測(cè)量范圍：（0.3～23）m/s；

基本誤差：±2%（F.S）。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

ZKC5型瓦斯抽放參數(shù)測(cè)定儀可以測(cè)量煤礦瓦斯管道的溫度、壓力、差壓、甲烷濃度、氣體流速等參數(shù)，計(jì)算出流量并且可以保存測(cè)量結(jié)果，適用輸送瓦斯氣體的管道中，適合于煤礦管理干部、瓦斯抽采人員、項(xiàng)目驗(yàn)收人員、質(zhì)量監(jiān)察人員及井下流動(dòng)作業(yè)人員[4]。

該測(cè)定儀現(xiàn)已分別在淮北礦務(wù)局臨渙礦、六枝礦務(wù)局供氣站、山西寺河煤礦和四川白皎煤礦進(jìn)行了試驗(yàn)。主要對(duì)儀器在煤礦井下，抽放瓦斯泵站和燃?xì)夤竟庹镜拳h(huán)境條件下的工作性能、測(cè)量功能和測(cè)量精度等進(jìn)行了考察。結(jié)果表明：該儀器體積小、重量輕、整機(jī)緊湊、便于攜帶和使用；電氣、機(jī)械性能可靠，防潮防塵性能好[5]。但在實(shí)際使用中也存在一定的不足之處。例如在井下瓦斯抽放管道內(nèi)，氣體中常含有水、煤灰和其他雜質(zhì)，這些雜質(zhì)經(jīng)常會(huì)堵塞皮托管、微差壓傳感器、紅外瓦斯傳感器探頭這樣會(huì)增大測(cè)量誤差；另外紅外瓦斯氣體探頭受氣體中水的影響也比較明顯，一段時(shí)間后傳感器會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，如使用壽命縮短、測(cè)量精度下降，要想解決這類(lèi)問(wèn)題就必須經(jīng)常更換紅外甲烷傳感器，這樣就一定會(huì)增加瓦斯抽采監(jiān)測(cè)的成本。因此，管道妥善處理是一個(gè)重要的任務(wù)，經(jīng)過(guò)研究，將氣水分離裝置加裝在瓦斯抽放管道取樣處，過(guò)濾瓦斯氣體，干燥和清潔通入到測(cè)定儀內(nèi)部的氣體，這個(gè)措施取得較好效果。

5 結(jié)語(yǔ)

ZKC5型瓦斯抽放參數(shù)測(cè)定儀采用最新電子技術(shù)研制而成，該儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、體積小、重量輕、整機(jī)緊湊、便于攜帶和使用；電氣、機(jī)械性能可靠，防潮防塵性能好，各項(xiàng)電氣、機(jī)械性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是一種測(cè)定瓦斯抽放參數(shù)較為理想的便攜式測(cè)量?jī)x器。儀器功能齊全，既可作井下流動(dòng)檢測(cè)，又能在地面泵站對(duì)管道抽放瓦斯負(fù)壓、濃度、溫度和流量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多參效測(cè)量；通過(guò)與微機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)微機(jī)管理數(shù)據(jù)，降低了現(xiàn)場(chǎng)裝備投入成本，方便了現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)測(cè)定工作，為數(shù)據(jù)自動(dòng)化管理提供了條件。在抽放瓦斯泵房和煤礦井下等環(huán)境條件下使用時(shí)，儀器的各項(xiàng)功能均能可靠工作，測(cè)量精度達(dá)到了煤炭部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，滿足了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量瓦斯管道抽放參數(shù)的需要。

高位鉆場(chǎng)過(guò)渡期間，通過(guò)使用ZKC5型瓦斯抽放參數(shù)測(cè)定儀對(duì)高位鉆場(chǎng)鉆孔抽采參數(shù)的測(cè)定，準(zhǔn)確地把握了各個(gè)鉆孔的抽采狀態(tài)，根據(jù)抽采參數(shù)判斷出每個(gè)鉆孔是否透氣，合理控制抽采鉆孔，從而使各個(gè)鉆場(chǎng)處于最佳抽采狀態(tài)，這樣提高了抽采濃度，極大地降低了工作面上隅角及回風(fēng)流瓦斯超限的風(fēng)險(xiǎn)，保證了工作面的安全回采。

參考文獻(xiàn)

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[4] 苗二礦.GD4型礦用瓦斯抽放多參數(shù)傳感器在瓦斯流量計(jì)量中的應(yīng)用[J].煤，2016，25（6）：11-12.

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