矿井瓦斯抽采管网计量监控系统现状研究与分析矿井瓦斯抽采管网计量监控系统现状研究与分析.doc

矿井瓦斯抽采管网计量监控系统现状研究与分析 摘要：瓦斯抽采管网计量监控系统是煤矿安全监测监控中最为重要的组成部分，本文就我国煤矿目前常用的瓦斯抽采管网计量监控系统进行了详细的对比研究与分析，并总结得出了其优缺点，结合松藻煤电公司瓦斯泵站所采用的不同抽采管网计量监控系统进行现场应用研究和对比分析，发现CGWZ-100瓦斯抽采管网计量监控系统在实现瓦斯抽采准确、稳定、方便、经济等方面具有巨大的优越性，这对我国煤矿选择瓦斯抽采管网计量监控系统有一定的指导意义。 关键词：瓦斯抽采；管网计量；流量计；浓度传感器；监控系统 瓦斯治理十二字方针是“先抽后采、以风定产、监测监控”。“先抽后采”就是在煤层、特别是煤层开采之前，对煤层中的瓦斯进行抽采，再开采煤层，为安全生产创造条件，它是防治瓦斯的基础，是从源头上治理瓦斯灾害的关键举措。 精度高、稳定性好的瓦斯抽采管网计量监控系统实现煤矿井下瓦斯抽采连续实时在线监测，取代大量人工井下检测测定瓦斯抽采参数实现分段计算工作面抽采量、抽采率，为瓦斯抽采效果评价提供依据。 瓦斯抽采管网计量监控系统两个重要的参数：流量和浓度，这两个参数（尤其是流量）的准确监测能够最直观的反映整个管网计量监控系统的成功与否。矿井瓦斯抽采计量监控系统现状主要抽采管网流量监测技术和浓度监测技术研究。 1.1、抽采管网流量监测技术研究 目前可用于煤矿井下管道瓦斯抽采流量监测的流量计主要有：孔板流量计、涡街流量计、V锥流量计、旋进漩涡式流量计和循环自激式管道瓦斯流量计等。 1.1.1瓦斯抽采管道流量传感器性能介绍、对比 （1）孔板流量计： 孔板流量计的原理是流体在流经管道内径的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差，依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）为基础，其流量计算公式为： （1） 式中为体积流量，m3/s ；为流出系数，无量钢；，直径比，无量钢；d为节流件的孔径，mm；D为上游管道内径，mm；为可膨胀系数，无量钢；为孔板前后的差压值，Pa；为流体的密度，kg/m3。 孔板流量计结构简单、制造成本低。从公式（1）知，差压与流量是非线性关系，当流量很小时，误差就会增大；无法准确测量3m/s以下的流速，误差大；含尘介质长期磨损，流量系数变化，将会导致精度下降；孔板流量计变径节流，大大地增加了抽采阻力，既影响了抽采效果又浪费了大量的电能。 （2）涡街流量计： 涡街流量计是利用卡门涡街技术，在流体中设置旋涡发生体(阻流体)，从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门涡街，通过检测元件测出旋涡频率即可求得流量。流量计算公式为： （2） 式中为体积流量，m3/s；为仪表系数，无量纲；为旋涡频率(Hz)。 涡街流量计由于没有可动的机械部件，维护工作量小，仪表常数稳定；与孔板式流量计相比，涡街流量计测量范围大（量程比一般能达到10：1），压力损失小，准确度较高，安装与维护简单。由于涡街流量计是基于流体振动检测流量的，其测量信号会受环境振动的干扰，测量下限受到了限制，一般在6m/s以上。另外，瓦斯抽采管道内的水汽和粉尘对涡街流量计的使用性能也有很大的影响。 （3）V锥流量计： V型锥流量计属于差压式流量仪表的范畴，是由孔板流量计衍生出的产品。它是通过在密闭管道中心线悬挂一个特制的流线型锥体来进行中央节流，当流体通过锥体节流区时，流速会加快，锥体下游尾部的压力降低，产生了差压，通过差压值计算管道中的流量。其测量原理结构如图（a）： （a） （b） 图1 直接焊接型V锥流量传感器 利用流体的连续性方程和伯努利方程，即可推导出被测流量与输出差压值的数学关系式： 式中为体积流量，m3/s；为仪表系数，无量纲；为气体可膨胀系数，无量纲；为锥体产生的差压，Pa；为流体密度kg/m3。 V锥流量计量程比一般能达到10：1，对直管段要求不高。它与孔板流量计的工作原理相同，差压与流量是非线性关系，当流量很小时，误差就会增大，无法准确测量3m/s以下的流速；它同样存在管道阻力损失大的突出问题，而且，内部锥体表面状况对测量有很大的影响。该传感器采用的是被一个直杆固定在管道中心的悬臂结构，在V锥流量计的工作过程中不可避免有震荡存在，震荡对流量计的影响程度随口径不同而不同，悬臂结构也使外部安装难以解决震荡问题，这一点会影响V锥流量计的性能。 （4）旋进旋涡型流量计