北皂(zào)煤礦海下采(cai)煤填補國内(nei)空白，但具體(tǐ)實施過♉程💋中(zhōng)，在🐅海域的掘(jué)進和回采過(guo)程中遇到了(le)瓦斯濃度上(shàng)升的問題，海(hai)域區域也劃(huà)爲了瓦斯異(yi)常區，所以需(xu)要對工作面(miàn)的煤層瓦斯(sī)進行抽放。在(zai)煤層瓦斯抽(chou)放進💜程中，需(xū)要對抽放管(guan)路中抽出氣(qì)體累計量、瓦(wa)斯量等進行(háng)計算，從而對(duì)抽放效果進(jin)行評估，具體(ti)是通過對🤟抽(chōu)放管道内混(hùn)合氣體的流(liu)量、管道内溫(wēn)度、管道内壓(ya)力、混合氣體(tǐ)中的甲烷濃(nong)度、一氧化💯碳(tan)濃度等進行(hang)連🐕續監測。并(bìng)且充分利用(yong)本礦現有的(de)KJ95N安全監控系(xì)統，實現全礦(kuàng)井瓦斯數據(ju)的統一采集(jí)和分析，因此(cǐ)對管道瓦斯(sī)抽放監測技(jì)術進行了研(yan)究和應用。
1管(guan)道瓦斯計量(liang)現狀
煤層氣(qì)管道瓦斯氣(qi)具有雜質多(duo)、粉塵大、濕度(dù)大、濃度變化(hua)範圍大、監測(ce)傳感器不易(yì)維護和調校(xiao)的特點，而目(mu)前在用的安(an)全監控瓦斯(si)、流量等傳感(gǎn)器由🍓于結構(gou)的不适應，不(bu)能💋直接應🍉用(yong)于管道瓦斯(si)抽放🧡監測。必(bi)須解決氣體(tǐ)🏃🏻♂️采樣、去濕、防(fáng)污的問題，要(yao)求具有量程(cheng)寬、結構無可(kě)轉動㊙️部件、滿(mǎn)足多種參數(shù)測量💃🏻、不易堵(dǔ)塞磨損和自(zi)清潔的特♻️征(zhēng)。
2幾種可用的(de)管道瓦斯流(liu)量計分析對(dui)比
當前适用(yòng)于煤礦管道(dao)瓦斯流量監(jiān)測的幾種可(ke)用的管道瓦(wǎ)斯流量計有(you) 孔闆流量計(jì) 、渦街流量計(jì)、皮托管流量(liàng)計、V錐流量計(ji)等。
（1）孔闆流量(liàng)計屬于 差壓(yā)式流量計 中(zhōng)的一種。是利(lì)用流體通過(guo)孔闆時在孔(kǒng)闆前後産生(shēng)的☂️差壓來☀️測(ce)量流量的一(yi)種方法，主要(yào)由孔闆、取壓(ya)裝置、信号管(guan)路、 差壓變送(sòng)器 及顯示儀(yi)表組成。其原(yuan)理是将一個(gè)孔闆節流件(jiàn)固定在管道(dào)内部，節流件(jiàn)的孔徑小，對(dui)流過的流體(tǐ)有💔約束作用(yòng)📞，流體的流束(shu)截面突然收(shōu)縮，流速随之(zhī)加快，由于節(jiē)流件前後的(de)流速突然變(bian)化，使得在節(jiē)流件前後産(chan)生靜壓力差(chà)，流體通過節(jiē)流件的流量(liang)越☀️大，産生的(de)靜壓力差越(yuè)大，通過測量(liàng)節流件前後(hòu)的差壓，進而(ér)實現對流量(liang)的測量。孔闆(pan)流量計是較(jiao)早用于測量(liang)氣體流量的(de)流量計，它的(de)優點是便于(yu)安裝㊙️、成本低(dī)、無可轉動部(bu)件。孔闆流量(liang)計的缺點是(shì)穩定性差，流(liu)動性差，流速(su)範圍小，節流(liú)件前段容易(yi)堆積雜質，測(cè)量精度差等(deng)。
（2）渦街流量計(jì)類似于目前(qian)煤礦廣泛使(shi)用的渦街風(feng)速傳感器，也(yě)是根據卡曼(man)渦街原理，是(shì)在一穩定的(de)流體中安放(fàng)一根非流線(xian)型阻流體，流(liú)體受阻流體(tǐ)的影響，動能(néng)和壓能相互(hu)轉換，外部流(liú)🐪體壓強大于(yú)内部流體，迫(po)使内部流體(tǐ)向相反方向(xiang)移動，從而在(zai)阻流體兩側(ce)交替地形成(chéng)兩串規則的(de)旋渦，而産生(sheng)㊙️的旋渦周期(qī)頻率與管道(dao)内的流體流(liú)速之間有确(que)定的數值✌️關(guān)系，通過超聲(shēng)、熱敏、應力、應(ying)變、電容、電磁(cí)🎯、光電、光纖等(děng)其他形式的(de)檢測方式測(ce)⛱️出旋渦的分(fèn)離頻率變化(huà)就可以換算(suàn)出流體的流(liú)量。渦街流量(liàng)🌈計的優點是(shì)結構簡單，無(wu)✊可轉動部件(jiàn)，耐髒污介質(zhì)🧑🏽🤝🧑🏻能力強，測量(liàng)🧑🏾🤝🧑🏼量程比寬，永(yǒng)🥵久性壓損小(xiǎo)。渦街流量計(ji)的缺點是在(zai)高粘度、低流(liu)速流體精度(dù)差，不适用于(yú)低雷諾數測(cè)量，隻适用于(yu)高流速流體(tǐ)的💋測量，對測(cè)量管道前後(hou)的🚶♀️直管段長(zhang)度要求長✍️，方(fāng)能保證穩定(ding)🚶的測量。
（3）皮托(tuō)管流量計又(yòu)名“空速管”，“風(feng)速管”，是通過(guo)測量管道内(nèi)🔆某✉️點流體的(de)動壓與靜壓(ya)之差來測量(liàng)流量的，原理(li)‼️是在皮托管(guan)頭部迎流方(fang)向開有一個(gè)小孔稱爲總(zong)壓⛷️孔，在該處(chu)形成“駐點”，在(zai)距頭部一定(dìng)距離處開有(yǒu)若幹垂直于(yú)流㊙️體流向的(de)靜壓孔．各靜(jing)壓孔所測靜(jing)壓在均壓室(shì)均壓後輸出(chū)，由于流體的(de)總壓和靜壓(ya)之差與被測(ce)流體的流速(sù)💯有确定的數(shu)值✊關系，因此(cǐ)可以用皮托(tuō)♋管測得流體(ti)流速從而計(ji)算出被🏃♂️測流(liu)體的流量。皮(pí)托管流量計(ji)在飛機上廣(guǎng)泛應用，其優(you)點是測量範(fàn)圍寬，使用制(zhi)造方便，點流(liú)速測量🐆準确(que)度高。缺點是(shì)低流速性差(chà)，受流速分布(bu)影響大，容易(yi)堵塞。
（4） V 錐流量(liàng)計 也是一種(zhǒng)差壓式流量(liang)計，同樣是基(jī)于密閉管道(dào)中能💰量相互(hù)轉化的伯努(nǔ)利定律，利用(yòng)節流效應來(lái)測量流體流(liu)🧑🏽🤝🧑🏻量。它是在管(guǎn)道中心安裝(zhuāng)一個錐形體(tǐ)來對流體進(jìn)行節流，使管(guan)道中心的流(liu)體繞錐形體(tǐ)流動，并将流(liu)👨❤️👨體收縮到管(guǎn)壁。與孔闆流(liu)量計的中心(xin)孔節流不同(tóng)，V錐🐆流量計是(shi)管道外圍的(de)環狀節流。管(guan)道🔅内的流體(tǐ)流過V錐體時(shi)，被收縮到管(guan)壁，使管壁🐆流(liu)體的流速加(jia)快，在V錐♋體的(de)前後産生差(chà)壓，流體的流(liu)速與差壓的(de)平方有确定(dìng)的數值關系(xì)。并且錐體與(yu)管道同軸，錐(zhui)🌈體前部直接(jie)作用于流體(tǐ)中心部分，迫(po)使高速的中(zhong)心與接近管(guan)壁的低速流(liu)體均勻化，從(cong)而産生正确(que)的壓差。V錐流(liú)量計具有量(liang)程下限低，量(liàng)程比寬，适用(yong)磨損小，流場(chang)自動調整，自(zì)清掃等特點(dian)。
表1幾種(zhong)管道流量計(jì)參數對比
| 名(ming)稱 |
精度
|
長期穩
|
量程比 |
耐髒防(fang)堵 |
低流
|
直(zhi)管段
|
||
|
孔(kong)闆 |
1.5級 |
差 |
1:3 |
無 |
差(chà) |
差 |
10D
|
|
|
勻速(su)管 |
1.5級 |
一般 |
1:10 |
無(wú) |
一般 |
好 |
差 |
前(qian)20D
|
|
渦街 |
2.0級 |
一(yi)般 |
1:7 |
無 |
一般 |
差 |
前25D
|
|
|
V錐 |
0.5級(ji) |
好 |
1:10 |
無 |
好 |
好 |
好(hao)前 |
前3D
|
綜上(shang)比較，最适合(he)管道瓦斯抽(chou)放監測的是(shi)V錐流量計。
3V錐(zhuī)管道流量計(jì)在北皂煤礦(kuang)的應用
3.1相關(guān)技術指标要(yào)求
（1）量程比：1:10；
（2）公(gong)稱直徑DN:DN150；
（3）公稱(cheng)壓力PN:1MPa；
（4）介質溫(wen)度：20~25℃；
（5）負壓範圍(wei)：-10~-40kPa；
（6）流量範圍：6~42m3/min；
（7）測(cè)量精度：0.5級；
（8）錐(zhui)體材質：不鏽(xiu)鋼；
（9）管道外殼(ke)材質：碳鋼或(huo)不鏽鋼；
（10）RS485通信(xìn)方式：可運行(háng)KJ95N以及其他基(ji)于RS485接口的通(tōng)訊協議👄，波特(tè)率❤️1200~115200bps可調；
（11）通信(xìn)距離：傳感器(qi)到抽放顯示(shi)控制裝置最(zuì)大距離不小(xiao)☎️于2km；
（12）工業以太(tài)環網平台：10/100/1000Mbit/s。
3.2主(zhǔ)要設備
主要(yao)設備包括V錐(zhui)管件、GD3多參數(shù)傳感器、GJG100H紅外(wai)甲烷傳🥵感器(qì)、GTH1000一氧化碳傳(chuan)感器、KPPI汽水分(fèn)離器。
(1)V錐管件(jian)。直管段滿足(zu)前3D後1D(D指管道(dào)的直徑)，安裝(zhuāng)前直管段要(yào)求不低于0.6m。在(zai)V錐測壓孔上(shang)安裝三閥組(zǔ)，通過穩壓組(zu)件連接到傳(chuán)感器；把汽水(shui)分離裝置、管(guan)道紅外瓦斯(sī)傳感器和管(guǎn)道一氧化碳(tàn)傳感器分别(bie)用螺絲緊固(gu)于V錐支架上(shang)，汽水分離裝(zhuang)置導氣管低(di)進高出，後連(lian)到兩個傳感(gan)器上。在北皂(zao)煤礦應用時(shí)曾經出現瓦(wa)斯和一氧化(hua)碳傳感器數(shu)值顯示爲零(ling)、流量低的問(wen)題，原因是導(dao)氣管将流量(liang)、瓦斯和一氧(yang)化碳傳⚽感器(qì)串聯，導緻氣(qì)👈阻過大，将流(liú)量與瓦☁️斯、一(yī)氧化🔱碳傳感(gǎn)器氣路分離(lí)後正常。
（2）GD3多參(cān)數傳感器。用(yòng)于監測管道(dào)瓦斯氣體，實(shí)時顯示管道(dao)内瓦斯氣體(ti)多種參數值(zhi)（差壓、絕壓、負(fu)壓、溫度、流量(liàng)、累積流量等(děng)值），在此處用(yòng)于采集管道(dao)流量、負壓和(hé)溫⭐度，并由🥵GD3将(jiang)數據統一傳(chuán)輸到監測分(fen)站。
（3）GJG100H紅外甲烷(wan)傳感器。用于(yu)監測管道甲(jia)烷濃度。甲烷(wán)檢測範圍：0~100%；甲(jia)烷🆚基本誤差(chà)：甲烷濃度≤1%：真(zhen)值±0.07%；甲烷濃度(du)＞1%：±7%（真值）。爲避免(mian)管道瓦斯氣(qì)體🏃♂️内的水分(fen)對紅外甲烷(wán)測🏃🏻♂️量造成影(ying)響，在進氣端(duan)安裝汽水分(fèn)離器。監測數(shù)據單獨傳輸(shū)到監測分站(zhàn)。
（4）GTH1000一氧化碳傳(chuan)感器。對管道(dào)内的CO進行測(ce)量及顯示測(ce)量範圍🌍：0~1000×10-6CO；監測(ce)數據單獨傳(chuán)輸到監測分(fèn)站。
（5）與KJ95N系統的(de)聯接。瓦斯抽(chōu)放監測系統(tong)所采用的設(she)備均是KJ95N系統(tǒng)的聯檢設備(bei)。在接入方式(shì)上有兩種模(mó)式㊙️，一是接入(ru)🌈專用監測分(fèn)站，通過環網(wang)進行數據傳(chuán)輸；另一種是(shi)接入通用監(jian)測分站🛀🏻，通過(guo)電纜實現數(shu)據上傳。而無(wú)論哪兩種方(fang)法，由于✏️管道(dào)氣體監測傳(chuan)感🈲器的測量(liang)範👣圍與環境(jing)氣體監測傳(chuan)感器測量範(fàn)圍大不相同(tong)，需要在系統(tǒng)主機上對傳(chuán)感器進行✔️定(dìng)義後方可正(zheng)常使用，否則(zé)會㊙️增大數據(ju)傳輸誤差。
4應(ying)用效果
在北皂(zào)煤礦海域H2302工(gōng)作面應用V錐(zhuī)管道瓦斯抽(chōu)放監測，并将(jiang)瓦斯抽放監(jian)測系統接入(ru)到KJ95N安全監控(kòng)系統中，實現(xian)了數據🌂上傳(chuán)和統一監控(kong)。自2025年12月至2025年(nian)12月，累計抽放(fang)瓦斯32.84萬m3。
5結束(shu)語
通過管道(dào)瓦斯流量計(ji)在北皂煤礦(kuàng)的應用，在現(xian)場對比了渦(wō)街流量計和(he)V錐流量計，V錐(zhuī)流量計的量(liàng)程下限低，低(di)流速⭐測量性(xing)能好，安裝簡(jiǎn)單的特點比(bi)較突出，而且(qiě)利用V錐産生(sheng)的氣壓将氣(qì)樣導出抽放(fang)管道的方式(shi)，大大減少了(le)管道氣内的(de)粉塵、水分對(dui)瓦斯、一氧化(hua)碳傳感器敏(mǐn)感元件的影(ying)響。爲北皂煤(mei)礦⭐工作面的(de)瓦斯⛱️抽放工(gōng)作提供了準(zhǔn)确的監測數(shù)據保障。
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