摘要：煤矿瓦斯抽采流量计量是瓦斯抽采的一个关键环节，是采掘工作面抽采效果分析和瓦斯抽采达标评判的前提。由于井下抽采环境恶劣，存在多种影响流量测定的因素，存在流量测定不准的问题，这与抽采管漏气、测定仪器误差、气流不稳定等多种因素有关，因此，需要开展相关考察，查找瓦斯抽采计量误差产生的原因，为矿井瓦斯抽采达标评判等提供准确的数据支撑。
关键词：瓦斯；抽采计量；可靠性；影响因素
1导言
煤矿瓦斯的主要成分是甲烷，是一种易燃易爆混合气体，其对煤矿开采的安全构成了极大威胁；另一方面，煤矿瓦斯又是一种很好的能源，如能加以收集利用，不仅能达到能源资源的最大利用，同时还可以降低煤矿生产成本，消除瓦斯排放到空气中造成的污染问题。由此可见，对煤矿瓦斯进行科学有效的抽采，提高其抽采率，有着很重要的意义。
2煤矿瓦斯抽采技术
煤矿瓦斯抽采技术的选择设计考虑因素较多，比较关键的因素包括开采的地质条件、开采的程序以及矿井瓦斯来源、煤层赋存状况。就目前而言，国内外煤矿瓦斯抽采包括三大类：本煤层抽采、邻近层抽采和采空区抽采，如本煤层瓦斯抽采的平行钻孔、穿层钻孔、穿层网格式钻孔技术，邻近层瓦斯抽采的顶板穿层钻孔、顶板长钻孔技术，空区瓦斯抽采的地面抽采、埋管抽采技术等。
3瓦斯抽采计量装备的选择
井下瓦斯抽采计量的主要参数是甲烷浓度、流量、温度、压力，所采用的主要计量设备是甲烷传感器、管道气体流量传感器、温度传感器、压力传感器。
3.1管道甲烷传感器的特点及使用
对瓦斯抽放管道内瓦斯浓度的准确测量，是煤矿瓦斯抽放系统做到计量准确的基础条件。目前，国内外用于煤矿井下瓦斯气体检测的主要有载体催化、热导、红外线吸收等几种原理。能用于高浓度瓦斯检测的主要有使用热导和红外吸收两种原理制造的甲烷传感器。采用以热导原理制造的甲烷传感器检测瓦斯时，通过热敏元件测量瓦斯气体混合物热导率的变化，进而测得瓦斯气体混合物中甲烷浓度的变化。由于气体的热导率随温度的增大而增大，环境温度的变化将影响其测量精度，且不易进行温度补偿。在检测抽采管道瓦斯流量时，瓦斯流速较高，会影响热导敏感元件的温度场，导致流量传感器的测量误差偏大。
基于红外线检测技术的甲烷检测传感器具有检测精度高、响应时间快、检测范围广、性能稳定、不受检测环境中其他气体的干扰、无有害气体中毒现象、寿命长等特点，较采用载体催化、热导等瓦斯检测原理制造的煤矿用高低浓度甲烷传感器有一定的优势，已逐渐成为煤矿在瓦斯抽采管道内检测甲烷浓度的主要选择。
3.2管道气体流量传感器的特点及使用选型
瓦斯抽放管道内流量的准确测量，是煤矿瓦斯抽放系统做到计量准确的关键。矿井瓦斯抽采计量相对其他流体计量有一定的特殊性，具有管道环境差、抽采混合流量不稳定等因素。只有选择合适的管道流量计量器具，才能控制和缩小抽采流量计量误差。目前在郑州矿区使用的流量计主要有涡街流量计、V锥流量计、循环自激式流量计等。
3.2.1涡街流量计
涡街流量计是根据卡门涡街原理来测量流体产生涡街频率、从而测得流量的。涡街流量计输出为脉冲频率，其频率与被测流体的实际体积流量成正比，它不受流体组分、密度、压力、温度的影响，因此仪表系数不随抽采气体变化而变化，误差较小。主要测量部件仅为一涡街头，气体阻力小、不易积垢，具有很好的稳定性。但其对外界震动较为敏感，在有明显震动的工况条件下不适用。涡街头测量需要一定稳定的流场，因此抽采管道管径较小的地方不适用；它适合测量高流速、大管径的地点（管径≥250mm），比如：抽采系统的主管、干管及抽采泵站主管路。
3.2.2 V锥流量计
V锥流量计是根据在封闭管道中连续流动的流体能量守恒的伯努利方程进行测量节流件两端差压的，与理想流体介质的流速与差压的平方根成正比。V锥流量计的节流件对不稳定流场具有整流作用，还有一定自清洁功能，不易产生积垢。因此V形锥流量计较适合流场不稳定、气流含煤粉杂质较多、测量环境较恶劣的中等流速环境，如井下临时抽采泵站的干管、支管等地点。
3.2.3循环自激式流量计
循环自激式管道流量测量原理是在流体中设置一旋涡发生体（三角柱阻流体），抽采管道内的气流首先通过传感器测量腔体的漩涡发生体。从旋涡发生体两侧交替产生有规则的旋涡，旋涡在旋涡发生体下游非对称地交替、循环排列，交替推挽产生脉动。这些脉动信号会周期性地通过金属引出导管传到另一端的极其敏感元件———热微桥传感器，使热微桥传感器的温度场发生周期性变化。它的变化频率与抽采管道内的气体流速成正比。据此可以测出管道内的流量。循环自激式流量传感器对流速信号极为敏感，即使是低速信号，也能得到有效识别和采集。其测量范围宽，测量的流速最低下限可以达到1m/s；可用于抽采管路的支路、实现单独计量的抽采钻场或抽采管路集流器抽采流量的计量。
4流量测定准确性影响因素考察分析
通过开展串联、并联等不同连接形式的管路流量测定分析，可知在理想试验条件下，基本符合流量平衡定律，但实验室模拟管路和井下现场还存在较大区别，井下巷道空间狭小、管路连接弯头、阀门多，此外，还存在钻孔涌水的影响。因此，为了进一步确定井下流量测定误差较大的原因，分别对管路拐弯、水分等影响因素进行模拟考察分析。
4.1拐弯串联连接测定考察
多拐弯串联测定管路连接后，启动真空泵，待管路内气流稳定后，依次对孔板和导流管流量进行测定。通过测定，4个参数测定仪测定流量为0.521~0.539m3/min，偏差为0.91%~1.73%，4个孔板测定的流量值为0.482~0.499m3/min，偏差为0.12%~2.06%，可以看出，在较多拐弯的串联连接方式下（孔板或导流管距弯头较近），利用相同的流量测定设备测定同一流量时偏差很小，利用参数测定仪和孔板流量计两种仪器测定误差为4.24%~7.41%，和无弯头串联测定的偏差及误差相当，可以认为，导流管或孔板本身的直管段长度足够使气流趋于稳定，抽采管路中的弯头不会对流量测定产生影响。
4.2水分影响因素考察
井下测定时，由于部分钻孔出水，水被负压引流至抽采管路，可能会影响流量测定的准确性，为了验证，对管路进行了注水模拟。通过在3号孔板处加水，依次对孔板和导流管流量进行测定，通过测定发现，当注水量较大时，多功能参数测定仪及U型水柱计波动均很大，无法准确测定管路流量，可以认为，管路内积水是影响流量测定的主要因素。
5结束语
总之，在串联管路条件下，当测定参数测定仪和孔板流量计测定同一流量时，在绝大数工况下偏差均小于5%，说明两种测定仪器的稳定性都比较好；在进行较大流量时，孔板测定数据更加准确稳定，在测定较小流量时，综合参数测定仪避免了人工读数的误差，相对更加稳定，而孔板流量计由于U型水柱计压差很低，人工读数存在较大误差导致偏差较大。在并联管路条件下，孔板流量计测定准确性明显高于参数测定仪。两种测定仪器误差随总管流量降低均呈现增大现象，这和串联管路流量越小误差越大具有一致性。导流管或孔板本身的直管段长度足够使气流趋于稳定，抽采管路中的弯头不会对流量测定产生影响，管路内积水是影响流量测定的主要因素。
参考文献
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