礦井瓦斯涌出量精準統(tǒng)計與智能化計量

文/武世龍

礦井瓦斯涌出量統(tǒng)計工作是煤礦瓦斯治理的基礎條件，是礦井通風設計、瓦斯抽采系統(tǒng)設計和礦井及工作面產(chǎn)量確定的重要依據(jù)。2018年6月份《河北省煤礦瓦斯綜合治理辦法》發(fā)布實施，要求各煤礦制定并執(zhí)行瓦斯動態(tài)分析、處置制度（即瓦斯日、周分析）。瓦斯日分析工作將瓦斯治理的關口前移，為各礦瓦斯統(tǒng)計工作帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇。能否快速、準確地統(tǒng)計礦井瓦斯涌出量成為礦井瓦斯治理工作的關鍵。

開灤集團各礦生產(chǎn)年限均較長，已具備較完整的瓦斯涌出量實測資料，各礦均采用礦山統(tǒng)計瓦斯預測法來預測新采區(qū)和新工作面瓦斯涌出量?，F(xiàn)各礦瓦斯涌出量統(tǒng)計工作局限于通風旬報和通風月報，而通風報表主要針對礦井通風系統(tǒng)風量分配的合理性進行分析，不能準確反映瓦斯涌出量情況。針對礦井瓦斯涌出量統(tǒng)計工作誤差大、數(shù)據(jù)整理分析困難的現(xiàn)狀，優(yōu)化礦井各工作面瓦斯涌出量和瓦斯抽采量的統(tǒng)計工作，采用現(xiàn)場瓦斯測定數(shù)據(jù)、通風風量和抽采參數(shù)相結合的方法，準確、智能化統(tǒng)計各工作面瓦斯涌出量，進一步提高礦井瓦斯分析能力和瓦斯治理能力。

一、工作面風排瓦斯量統(tǒng)計

工作面瓦斯涌出量取決于該工作面回風量和回風瓦斯?jié)舛葍蓚€因素。當工作面風量變化時，僅用回風瓦斯?jié)舛茸鳛橥咚狗治鲋笜耍荒芊从彻ぷ髅嬲鎸嵧咚褂砍隽壳闆r。這就需要在日常工作中，將每次通風系統(tǒng)調整后和每十天所測量的風量參數(shù)加入到瓦斯涌出量統(tǒng)計之中。

二、抽采瓦斯量統(tǒng)計

抽采流量作為瓦斯泵運行的重要參數(shù)，直接反映瓦斯泵運行狀態(tài)。而由于抽采管路中氣體成分復雜，參數(shù)變化頻繁導致各礦瓦斯流量測量數(shù)據(jù)誤差較大。且自瓦斯抽采綜合參數(shù)測定儀投入使用后，由于其不方便攜帶和對測量環(huán)境要求苛刻，導致部分分支不能完成流量測量或流量測定工作滯后等問題。

針對上述問題提出利用標準孔板流量計與監(jiān)測負壓傳感器完成瓦斯流量人工比對和自動計量工作，利用抽采管網(wǎng)解算，準確計算出各分支抽采流量，提高抽采流量準確性，完善瓦斯涌出量統(tǒng)計工作。

1.用孔板流量計測量抽采流量

標準孔板應用歷史悠久,從設計、制造、檢驗、使用等方面有一套國際公認的標準規(guī)范，而且孔板流量計結構十分簡單，能夠適用各種環(huán)境下流量的測量。

（1）測量地點的大氣壓力值；

（2）管道內(nèi)的氣體壓力值；

（3）管道內(nèi)的氣體溫度；

（4）管道內(nèi)的瓦斯?jié)舛取?/p>

然后采用下式進行計算孔板流量計開啟時的標況流量：

K——流量校正系數(shù)，

K=189.76·a0·m·D2；

a0——標準孔板流量系數(shù)；

m——截面比，m=( d/D)2；

D——管道直徑，m；

?h——在孔板前后端所測之壓差，Pa；

δT——溫度校正系數(shù)；

δp——壓力校正系數(shù);

b——瓦斯?jié)舛刃Ｕ禂?shù)。

為了避免孔板流量計影響瓦斯泵抽采流量，在孔板流量計安設位置設置一條并聯(lián)管路，如圖1所示，在不進行測量時氣體通過孔板分支和并聯(lián)分支，在進行測量時關閉并聯(lián)分支閥門讓氣體全部經(jīng)過孔板流量計。

圖1 孔板流量計安裝示意圖

而這樣的測量方法導致所測量的流量為關閉分支閥門時的流量，不能代表瓦斯泵正常運行時的流量，為此，利用瓦斯綜合參數(shù)儀或GLW200/16G型流量傳感器對孔板流量計開啟和關閉兩個狀態(tài)下的流量進行測量，得出孔板節(jié)流矯正系數(shù)C。

式中，Q1——瓦斯泵正常運行時用瓦斯綜合參數(shù)儀或GLW200/16G型流量傳感器所測流量，m3/min；

Q2——用孔板流量計進行測量時瓦斯綜合參數(shù)儀或GLW200/16G型流量傳感器所測流量，m3/min。

則瓦斯泵真實流量Q為：

通過上述計算方法，制定孔板流量計算表格，并每周根據(jù)泵站運行情況調整壓力、濃度、瓦斯等參數(shù)。將該表設置在通風調度電腦中，既能準確測量抽采流量，又能督導泵站司機每班進行孔板流量和監(jiān)測流量的人工比對工作。

2.抽采分支流量解算

根據(jù)抽采管網(wǎng)中氣體總量和瓦斯總量不變原理，測定總支瓦斯?jié)舛?、流量和各分支瓦斯?jié)舛?。采用下式進行計算：

式中，Q1、Q2分別為分支1和分支2的標況流量，m3/min；

C1、C2分別為分支1和分支2的瓦斯?jié)舛龋?；

Q0為總支標況流量，m3/min；

C0為總支瓦斯?jié)舛龋?。

三、瓦斯涌出量智能化計量

礦井瓦斯智能化管理符合煤炭行業(yè)發(fā)展趨勢，與現(xiàn)在煤炭行業(yè)減人提效的重點工作合拍。瓦斯智能化管理工作，即在瓦斯日分析的基礎上，將礦井瓦斯涌出量情況進行智能化統(tǒng)計，將瓦斯涌出量信息化、可視化，切實發(fā)揮瓦斯日分析的實質性作用。

上文介紹了瓦斯涌出量統(tǒng)計中各參數(shù)的測量方法，其中工作面回風瓦斯?jié)舛瓤捎杀O(jiān)測探頭直接進行統(tǒng)計。故只需在通風風量改變時及時更改工作面風量參數(shù)，即可完成工作面風排瓦斯量自動計量工作。

抽采流量和抽采瓦斯?jié)舛痊F(xiàn)在均已實現(xiàn)實時測量和聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)計功能，而在日常使用過程中GLW200/16G型傳感器故障率較高，且測定數(shù)據(jù)受抽采環(huán)境變化影響波動較大。采用礦井負壓傳感器與孔板流量計測壓孔并聯(lián)來監(jiān)測孔板流量計壓差，再將所測壓差值導入孔板流量計算表中，從而完成人工比對工作和流量自動測量工作。

將上述工作面風量、工作面回風瓦斯?jié)舛?、抽采流量和抽采瓦斯?jié)舛葏R總生成礦井日瓦斯涌出量統(tǒng)計折線圖，完成瓦斯日分析及電腦統(tǒng)計工作。

四、小結

1.工作面回風瓦斯?jié)舛冉Y合工作面風量共同進行分析，更能反映各工作面瓦斯涌出情況。

2.利用瓦斯抽采分支流量解算，降低了抽采分支流量測量工作量，同時掌握了各抽采分支的流量和瓦斯?jié)舛?，為抽采分支壓力分配工作提供了?shù)據(jù)，提高了瓦斯抽采效率和針對性。

3.利用監(jiān)測壓力傳感器測量孔板流量計壓差，增加了抽采流量的測量手段，通過綜合參數(shù)儀、流量傳感器和孔板流量計三個流量參數(shù)能夠準確掌握泵站運行狀態(tài)。但由于監(jiān)測所使用的壓力傳感器測量范圍為0～5Kpa，需要管理人員根據(jù)壓力范圍反算孔板流量計開孔大小。

4.通過分析瓦斯涌出量折現(xiàn)圖，能夠直觀地發(fā)現(xiàn)瓦斯涌出異常點和瓦斯涌出量變化規(guī)律，為下一步瓦斯治理工作提供數(shù)據(jù)支持。

5.由于礦井通風管理人員計算機編程知識不足，瓦斯涌出量智能化統(tǒng)計工作還需要計算機專業(yè)人員和監(jiān)測廠家人員共同進行完成。