瓦斯抽采對防范瓦斯事故具有釜底抽薪、源頭治本的作用,是煤礦安全生產的基礎性、關鍵性措施[1]。在瓦斯抽采過程中,需要對瓦斯抽采參數進行測試。多數礦井采用在瓦斯抽采管路上安裝孔板流量計或導流管,利用孔板流量計或瓦斯綜合參數測定儀測量抽采管路中的濃度、流量、負壓,才能對瓦斯抽采量進行評價。但是井下抽采鉆孔單孔或者部分孔組安裝孔板流量計或導流管成本較高,而且采用瓦斯綜合參數測定儀測量存在誤差,研發(fā)克服上述缺點 的新型測 量裝置成 為非常必 要的問題[2-3]。鑒于此,研發(fā)了一種新型的瓦斯抽采參數檢測裝置,并經過實驗室檢定試驗及井下試驗,對該裝置檢測數據的準確性進行驗證。

便攜式瓦斯抽采參數檢測裝置由導流管[4]、孔板流量計及配套的管路系統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個快速接頭之間并聯設有孔板流量計支路和導流管支路,在有孔板流量計支路上設有球閥8- B,孔板流量計與PVC瓦斯抽采管主管道通過PVC瓦斯管管箍連接?？装辶髁坑嫻軓脚c管路系統管徑相同,能與U型壓差計配套使用,實現流量參數測定。

在導流管支路上設有球閥8 – A,導流管與PVC瓦斯抽采管主管道通過PVC瓦斯管管箍連接。導流管為與管路系統管徑相同的管狀體,在管狀體管壁上設置有4個能與瓦斯抽放綜合參數測定儀配套使用的測量孔,能與瓦斯抽放綜合參數測定儀[5]配套使用,實現濃度、流量、負壓、溫度參數測定。便攜式瓦斯抽采參數檢測裝置結構如圖1。

便攜式瓦斯抽采參數檢測裝置配合壓差計和瓦斯綜合參數測定儀可實現井下瓦斯抽采鉆孔任一單孔或者孔組的流量、濃度、負壓、溫度測試,同時還可校對現場常用的瓦斯綜合參數測定儀的準確性。裝置具有結構簡單、成本低廉、使用簡便快捷,解決煤礦井下抽采鉆孔單孔或者部分孔組未安裝導流管,無法實現流量、濃度等參數測試,從而保障抽采參數測試的準確性和可靠性。

1) 根據井下抽采管的尺寸,選擇配套的便攜式煤礦井下瓦斯抽采參數檢測裝置。

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檢測裝置管路系統同抽采系統連接,并確保密閉不漏氣。

3) 打開球閥7 – A,關閉球閥7 – B,利用瓦斯抽放綜合參數測定儀連接至導流管2,檢測抽采管路的溫度、負壓、濃度、流量,并記錄。

4) 打開球閥7 – B,關閉球閥7 – A,將高負壓瓦斯采樣器與光學瓦檢儀連接至孔板流量計3,檢測抽采管路的濃度。

5) 打開球閥7 – B,關閉球閥7 – A,將U型壓差計連接至孔板流量計,記錄U型壓差計壓差,計算抽采管路的流量。

6) 根據孔板流量計檢測的抽采管路的濃度、流量與瓦斯抽放綜合參數測定儀檢測的濃度流量對比,校驗瓦斯抽放綜合參數測定儀檢測數據的準確性,以便及時校核瓦斯抽放綜合參數測定儀。

為驗證便攜式瓦斯抽采參數檢測裝置檢測數據的準確性,在實驗室通過流量二次儀表檢定裝置對研發(fā)的抽采參數檢測裝置進行檢定。流量二次儀表檢定裝置的原理是利用小功率負壓抽采泵提供設定流量的氣源,在抽采泵上聯接與抽采參數檢測裝置相同管徑的管路,在管路上預留有能與抽采參數檢測裝置聯接的接頭。檢定時,將抽采參數檢測裝置聯接至管路,通過改變氣源的流量,測定孔板流量計( 導流管) 的流量,以此驗證檢測數據的準確性。

實驗室對抽采參數檢測裝置檢定時,通過DN50球閥實現孔板流量計支路和導流管支路的分別聯通,配合U型壓差計或瓦斯抽放綜合參數測定儀,實現濃度、流量、負壓、溫度參數測定。設定流量與檢測流量對比圖如圖2。

由圖2可知,實驗室設定流量與檢測流量誤差較小,單獨打開導流管和分別打開導流管和孔板流量計檢測數據與設定流量基本一致。通過實驗室檢定實驗數據,便攜式瓦斯抽采參數測試裝置測試數據誤差在±0. 016范圍,為精度一級,證實便攜式瓦斯抽采參數測試裝置檢測數據準確、可靠。

新河礦井為基建礦井,設計生產能力60萬t/a,服務年限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; 利用高壓容量法測得吸附常數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個穿層鉆孔進行井下試驗。將便攜式瓦斯抽采參數檢測裝置聯接至鉆孔抽采管路,通過2個DN50球閥控制2個并聯管路分別聯通,配合U型壓差計、光學瓦檢儀、瓦斯抽放綜合參數測定儀等儀器,對比2個并聯管路的檢測值,同時可以起到對瓦斯抽放綜合參數測定儀的校準。導流管和孔板流量計檢測流量對比如圖3,濃度對比圖如圖4。

通過井下鉆孔抽采參數的測試,導流管支路和孔板流量計支路流量檢測數據和濃度檢測數據均相差較小,證明該裝置能準確的測量井下單孔或孔組的抽采參數,同時孔板流量計支路檢測數據可以校核瓦斯抽放綜合參數測定儀,以便對其及時校準,更好的實現井下瓦斯抽采參數的計量。

通過對現用井下瓦斯抽采參數測試現狀的分析,研發(fā)了成本低廉的便攜式瓦斯抽采參數檢測裝置,通過實驗室實驗和井下試驗,證實該裝置測試數據準確,誤差在允許范圍內,同時,該裝置還可校對現場常用的瓦斯綜合參數測定儀的準確性。該裝置具有準確度高、結構簡單、成本低廉、使用簡便快捷等特點,解決煤礦井下抽采鉆孔單孔或者部分孔組未安裝導流管,無法實現流量、濃度等參數測試,從而保障抽采參數測試的全面性、準確性和可靠性。