瓦斯抽采對(duì)防范瓦斯事故具有釜底抽薪、源頭治本的作用,是煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性措施[1]。在瓦斯抽采過(guò)程中,需要對(duì)瓦斯抽采參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。多數(shù)礦井采用在瓦斯抽采管路上安裝孔板流量計(jì)或?qū)Я鞴?利用孔板流量計(jì)或瓦斯綜合參數(shù)測(cè)定儀測(cè)量抽采管路中的濃度、流量、負(fù)壓,才能對(duì)瓦斯抽采量進(jìn)行評(píng)價(jià)。但是井下抽采鉆孔單孔或者部分孔組安裝孔板流量計(jì)或?qū)Я鞴艹杀据^高,而且采用瓦斯綜合參數(shù)測(cè)定儀測(cè)量存在誤差,研發(fā)克服上述缺點(diǎn) 的新型測(cè) 量裝置成 為非常必 要的問(wèn)題[2-3]。鑒于此,研發(fā)了一種新型的瓦斯抽采參數(shù)檢測(cè)裝置,并經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢定試驗(yàn)及井下試驗(yàn),對(duì)該裝置檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。

便攜式瓦斯抽采參數(shù)檢測(cè)裝置由導(dǎo)流管[4]、孔板流量計(jì)及配套的管路系統(tǒng)3部分組成。其中包括PVC瓦斯抽采管主管道,管徑與鉆孔抽采管相同,采用PVC阻燃抗靜電材料; 在PVC瓦斯抽采管主管道兩端分別設(shè)有PVC瓦斯抽采管快速接頭,能與鉆孔抽采管快速連接,保證氣密性。

在2個(gè)快速接頭之間并聯(lián)設(shè)有孔板流量計(jì)支路和導(dǎo)流管支路,在有孔板流量計(jì)支路上設(shè)有球閥8- B,孔板流量計(jì)與PVC瓦斯抽采管主管道通過(guò)PVC瓦斯管管箍連接。孔板流量計(jì)管徑與管路系統(tǒng)管徑相同,能與U型壓差計(jì)配套使用,實(shí)現(xiàn)流量參數(shù)測(cè)定。

在導(dǎo)流管支路上設(shè)有球閥8 – A,導(dǎo)流管與PVC瓦斯抽采管主管道通過(guò)PVC瓦斯管管箍連接。導(dǎo)流管為與管路系統(tǒng)管徑相同的管狀體,在管狀體管壁上設(shè)置有4個(gè)能與瓦斯抽放綜合參數(shù)測(cè)定儀配套使用的測(cè)量孔,能與瓦斯抽放綜合參數(shù)測(cè)定儀[5]配套使用,實(shí)現(xiàn)濃度、流量、負(fù)壓、溫度參數(shù)測(cè)定。便攜式瓦斯抽采參數(shù)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖1。

便攜式瓦斯抽采參數(shù)檢測(cè)裝置配合壓差計(jì)和瓦斯綜合參數(shù)測(cè)定儀可實(shí)現(xiàn)井下瓦斯抽采鉆孔任一單孔或者孔組的流量、濃度、負(fù)壓、溫度測(cè)試,同時(shí)還可校對(duì)現(xiàn)場(chǎng)常用的瓦斯綜合參數(shù)測(cè)定儀的準(zhǔn)確性。裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、使用簡(jiǎn)便快捷,解決煤礦井下抽采鉆孔單孔或者部分孔組未安裝導(dǎo)流管,無(wú)法實(shí)現(xiàn)流量、濃度等參數(shù)測(cè)試,從而保障抽采參數(shù)測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性。

1) 根據(jù)井下抽采管的尺寸,選擇配套的便攜式煤礦井下瓦斯抽采參數(shù)檢測(cè)裝置。

2) 將PVC瓦斯抽采管快速接頭A端接至鉆孔瓦斯抽采管上,B端連接至抽采支管路上,使便攜式煤礦井下瓦斯抽采參數(shù)檢測(cè)裝置管路系統(tǒng)同抽采系統(tǒng)連接,并確保密閉不漏氣。

3) 打開(kāi)球閥7 – A,關(guān)閉球閥7 – B,利用瓦斯抽放綜合參數(shù)測(cè)定儀連接至導(dǎo)流管2,檢測(cè)抽采管路的溫度、負(fù)壓、濃度、流量,并記錄。

4) 打開(kāi)球閥7 – B,關(guān)閉球閥7 – A,將高負(fù)壓瓦斯采樣器與光學(xué)瓦檢儀連接至孔板流量計(jì)3,檢測(cè)抽采管路的濃度。

5) 打開(kāi)球閥7 – B,關(guān)閉球閥7 – A,將U型壓差計(jì)連接至孔板流量計(jì),記錄U型壓差計(jì)壓差,計(jì)算抽采管路的流量。

6) 根據(jù)孔板流量計(jì)檢測(cè)的抽采管路的濃度、流量與瓦斯抽放綜合參數(shù)測(cè)定儀檢測(cè)的濃度流量對(duì)比,校驗(yàn)瓦斯抽放綜合參數(shù)測(cè)定儀檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,以便及時(shí)校核瓦斯抽放綜合參數(shù)測(cè)定儀。

為驗(yàn)證便攜式瓦斯抽采參數(shù)檢測(cè)裝置檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)流量二次儀表檢定裝置對(duì)研發(fā)的抽采參數(shù)檢測(cè)裝置進(jìn)行檢定。流量二次儀表檢定裝置的原理是利用小功率負(fù)壓抽采泵提供設(shè)定流量的氣源,在抽采泵上聯(lián)接與抽采參數(shù)檢測(cè)裝置相同管徑的管路,在管路上預(yù)留有能與抽采參數(shù)檢測(cè)裝置聯(lián)接的接頭。檢定時(shí),將抽采參數(shù)檢測(cè)裝置聯(lián)接至管路,通過(guò)改變氣源的流量,測(cè)定孔板流量計(jì)( 導(dǎo)流管) 的流量,以此驗(yàn)證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

實(shí)驗(yàn)室對(duì)抽采參數(shù)檢測(cè)裝置檢定時(shí),通過(guò)DN50球閥實(shí)現(xiàn)孔板流量計(jì)支路和導(dǎo)流管支路的分別聯(lián)通,配合U型壓差計(jì)或瓦斯抽放綜合參數(shù)測(cè)定儀,實(shí)現(xiàn)濃度、流量、負(fù)壓、溫度參數(shù)測(cè)定。設(shè)定流量與檢測(cè)流量對(duì)比圖如圖2。

由圖2可知,實(shí)驗(yàn)室設(shè)定流量與檢測(cè)流量誤差較小,單獨(dú)打開(kāi)導(dǎo)流管和分別打開(kāi)導(dǎo)流管和孔板流量計(jì)檢測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)定流量基本一致。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),便攜式瓦斯抽采參數(shù)測(cè)試裝置測(cè)試數(shù)據(jù)誤差在±0. 016范圍,為精度一級(jí),證實(shí)便攜式瓦斯抽采參數(shù)測(cè)試裝置檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。

新河礦井為基建礦井,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬(wàn)t/a,服務(wù)年限37. 3年,主采山西組二1煤層,煤層厚度4. 33 ~ 8. 1 m,平均煤厚6. 08 m,礦井為煤與瓦斯突出礦井,瓦斯含量為1. 47 ~ 27. 86 m3/ t,平均15. 43m3/ t。其中首采區(qū)( – 500 m水平以淺) 平均瓦斯含量為13. 24 m3/ t; 利用高壓容量法測(cè)得吸附常數(shù)a、b值分別為40. 930和1. 496。

新河礦首采面布置2條頂板巷抽采巷,施工穿層鉆孔抽采煤巷條帶瓦斯。選取頂抽巷10個(gè)穿層鉆孔進(jìn)行井下試驗(yàn)。將便攜式瓦斯抽采參數(shù)檢測(cè)裝置聯(lián)接至鉆孔抽采管路,通過(guò)2個(gè)DN50球閥控制2個(gè)并聯(lián)管路分別聯(lián)通,配合U型壓差計(jì)、光學(xué)瓦檢儀、瓦斯抽放綜合參數(shù)測(cè)定儀等儀器,對(duì)比2個(gè)并聯(lián)管路的檢測(cè)值,同時(shí)可以起到對(duì)瓦斯抽放綜合參數(shù)測(cè)定儀的校準(zhǔn)。導(dǎo)流管和孔板流量計(jì)檢測(cè)流量對(duì)比如圖3,濃度對(duì)比圖如圖4。

通過(guò)井下鉆孔抽采參數(shù)的測(cè)試,導(dǎo)流管支路和孔板流量計(jì)支路流量檢測(cè)數(shù)據(jù)和濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)均相差較小,證明該裝置能準(zhǔn)確的測(cè)量井下單孔或孔組的抽采參數(shù),同時(shí)孔板流量計(jì)支路檢測(cè)數(shù)據(jù)可以校核瓦斯抽放綜合參數(shù)測(cè)定儀,以便對(duì)其及時(shí)校準(zhǔn),更好的實(shí)現(xiàn)井下瓦斯抽采參數(shù)的計(jì)量。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)用井下瓦斯抽采參數(shù)測(cè)試現(xiàn)狀的分析,研發(fā)了成本低廉的便攜式瓦斯抽采參數(shù)檢測(cè)裝置,通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和井下試驗(yàn),證實(shí)該裝置測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,誤差在允許范圍內(nèi),同時(shí),該裝置還可校對(duì)現(xiàn)場(chǎng)常用的瓦斯綜合參數(shù)測(cè)定儀的準(zhǔn)確性。該裝置具有準(zhǔn)確度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、使用簡(jiǎn)便快捷等特點(diǎn),解決煤礦井下抽采鉆孔單孔或者部分孔組未安裝導(dǎo)流管,無(wú)法實(shí)現(xiàn)流量、濃度等參數(shù)測(cè)試,從而保障抽采參數(shù)測(cè)試的全面性、準(zhǔn)確性和可靠性。