矿井瓦斯涌出量精准统计与智能化计量

文/武世龙

矿井瓦斯涌出量统计工作是煤矿瓦斯治理的基础条件，是矿井通风设计、瓦斯抽采系统设计和矿井及工作面产量确定的重要依据。2018年6月份《河北省煤矿瓦斯综合治理办法》发布实施，要求各煤矿制定并执行瓦斯动态分析、处置制度（即瓦斯日、周分析）。瓦斯日分析工作将瓦斯治理的关口前移，为各矿瓦斯统计工作带来了新的挑战和机遇。能否快速、准确地统计矿井瓦斯涌出量成为矿井瓦斯治理工作的关键。

开滦集团各矿生产年限均较长，已具备较完整的瓦斯涌出量实测资料，各矿均采用矿山统计瓦斯预测法来预测新采区和新工作面瓦斯涌出量。现各矿瓦斯涌出量统计工作局限于通风旬报和通风月报，而通风报表主要针对矿井通风系统风量分配的合理性进行分析，不能准确反映瓦斯涌出量情况。针对矿井瓦斯涌出量统计工作误差大、数据整理分析困难的现状，优化矿井各工作面瓦斯涌出量和瓦斯抽采量的统计工作，采用现场瓦斯测定数据、通风风量和抽采参数相结合的方法，准确、智能化统计各工作面瓦斯涌出量，进一步提高矿井瓦斯分析能力和瓦斯治理能力。

一、工作面风排瓦斯量统计

工作面瓦斯涌出量取决于该工作面回风量和回风瓦斯浓度两个因素。当工作面风量变化时，仅用回风瓦斯浓度作为瓦斯分析指标，不能反映工作面真实瓦斯涌出量情况。这就需要在日常工作中，将每次通风系统调整后和每十天所测量的风量参数加入到瓦斯涌出量统计之中。

二、抽采瓦斯量统计

抽采流量作为瓦斯泵运行的重要参数，直接反映瓦斯泵运行状态。而由于抽采管路中气体成分复杂，参数变化频繁导致各矿瓦斯流量测量数据误差较大。且自瓦斯抽采综合参数测定仪投入使用后，由于其不方便携带和对测量环境要求苛刻，导致部分分支不能完成流量测量或流量测定工作滞后等问题。

针对上述问题提出利用标准孔板流量计与监测负压传感器完成瓦斯流量人工比对和自动计量工作，利用抽采管网解算，准确计算出各分支抽采流量，提高抽采流量准确性，完善瓦斯涌出量统计工作。

1.用孔板流量计测量抽采流量

标准孔板应用历史悠久,从设计、制造、检验、使用等方面有一套国际公认的标准规范，而且孔板流量计结构十分简单，能够适用各种环境下流量的测量。

（1）测量地点的大气压力值；

（2）管道内的气体压力值；

（3）管道内的气体温度；

（4）管道内的瓦斯浓度。

然后采用下式进行计算孔板流量计开启时的标况流量：

K——流量校正系数，

K=189.76·a0·m·D2；

a0——标准孔板流量系数；

m——截面比，m=( d/D)2；

D——管道直径，m；

∆h——在孔板前后端所测之压差，Pa；

δT——温度校正系数；

δp——压力校正系数;

b——瓦斯浓度校正系数。

为了避免孔板流量计影响瓦斯泵抽采流量，在孔板流量计安设位置设置一条并联管路，如图1所示，在不进行测量时气体通过孔板分支和并联分支，在进行测量时关闭并联分支阀门让气体全部经过孔板流量计。

图1 孔板流量计安装示意图

而这样的测量方法导致所测量的流量为关闭分支阀门时的流量，不能代表瓦斯泵正常运行时的流量，为此，利用瓦斯综合参数仪或GLW200/16G型流量传感器对孔板流量计开启和关闭两个状态下的流量进行测量，得出孔板节流矫正系数C。

式中，Q1——瓦斯泵正常运行时用瓦斯综合参数仪或GLW200/16G型流量传感器所测流量，m3/min；

Q2——用孔板流量计进行测量时瓦斯综合参数仪或GLW200/16G型流量传感器所测流量，m3/min。

则瓦斯泵真实流量Q为：

通过上述计算方法，制定孔板流量计算表格，并每周根据泵站运行情况调整压力、浓度、瓦斯等参数。将该表设置在通风调度电脑中，既能准确测量抽采流量，又能督导泵站司机每班进行孔板流量和监测流量的人工比对工作。

2.抽采分支流量解算

根据抽采管网中气体总量和瓦斯总量不变原理，测定总支瓦斯浓度、流量和各分支瓦斯浓度。采用下式进行计算：

式中，Q1、Q2分别为分支1和分支2的标况流量，m3/min；

C1、C2分别为分支1和分支2的瓦斯浓度，%；

Q0为总支标况流量，m3/min；

C0为总支瓦斯浓度，%。

三、瓦斯涌出量智能化计量

矿井瓦斯智能化管理符合煤炭行业发展趋势，与现在煤炭行业减人提效的重点工作合拍。瓦斯智能化管理工作，即在瓦斯日分析的基础上，将矿井瓦斯涌出量情况进行智能化统计，将瓦斯涌出量信息化、可视化，切实发挥瓦斯日分析的实质性作用。

上文介绍了瓦斯涌出量统计中各参数的测量方法，其中工作面回风瓦斯浓度可由监测探头直接进行统计。故只需在通风风量改变时及时更改工作面风量参数，即可完成工作面风排瓦斯量自动计量工作。

抽采流量和抽采瓦斯浓度现在均已实现实时测量和联网统计功能，而在日常使用过程中GLW200/16G型传感器故障率较高，且测定数据受抽采环境变化影响波动较大。采用矿井负压传感器与孔板流量计测压孔并联来监测孔板流量计压差，再将所测压差值导入孔板流量计算表中，从而完成人工比对工作和流量自动测量工作。

将上述工作面风量、工作面回风瓦斯浓度、抽采流量和抽采瓦斯浓度汇总生成矿井日瓦斯涌出量统计折线图，完成瓦斯日分析及电脑统计工作。

四、小结

1.工作面回风瓦斯浓度结合工作面风量共同进行分析，更能反映各工作面瓦斯涌出情况。

2.利用瓦斯抽采分支流量解算，降低了抽采分支流量测量工作量，同时掌握了各抽采分支的流量和瓦斯浓度，为抽采分支压力分配工作提供了数据，提高了瓦斯抽采效率和针对性。

3.利用监测压力传感器测量孔板流量计压差，增加了抽采流量的测量手段，通过综合参数仪、流量传感器和孔板流量计三个流量参数能够准确掌握泵站运行状态。但由于监测所使用的压力传感器测量范围为0～5Kpa，需要管理人员根据压力范围反算孔板流量计开孔大小。

4.通过分析瓦斯涌出量折现图，能够直观地发现瓦斯涌出异常点和瓦斯涌出量变化规律，为下一步瓦斯治理工作提供数据支持。

5.由于矿井通风管理人员计算机编程知识不足，瓦斯涌出量智能化统计工作还需要计算机专业人员和监测厂家人员共同进行完成。