ZKC5型瓦斯抽放參數測定儀的應用及其原理

尚輝

摘 要：該文介紹了ZKC5型瓦斯抽放參數測定儀結構特點、工作原理、主要指標。另外探討了ZKC5型礦用瓦斯抽放多參數測定儀檢測系統對煤礦安全生產的意義，并分析了其應用。ZKC5型瓦斯抽放參數測定儀在工作面高位鉆場過渡期間抽采系統中的應用，及時掌握抽采參數，有效地解決了工作面上隅角及回風流瓦斯超限問題，保證了工作面的安全生產，提出了高位鉆孔在實際抽放過程中存在的問題及解決對策，提高了煤礦瓦斯抽采監測的效率，能夠協助煤礦工作人員的工作，為瓦斯抽放技術提高與改進打下了基礎。

關鍵詞：ZKC5型 瓦斯 抽放 原理 應用

中圖分類號：TD712.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（a）-0108-02

煤礦瓦斯災害是煤礦安全生產的第一殺手，礦井瓦斯抽采作為煤礦瓦斯治理中最有效的手段。經過多年經驗的積累，開發出了ZKC5型瓦斯抽放多參數傳感器監控系統，它能對瓦斯抽放泵房的各種參數進行集中監測，能解決工作面上隅角及回風，能保證抽采效果，及時掌握抽采參數，調整抽采鉆孔狀態，從而保障工作面安全回采[1]。

ZKC5型瓦斯抽放參數測定儀是一種以ARM微處理器及多功能外圍電路為核心的智能化、數字化礦用便攜式儀表。主要用于管道瓦斯流量、濃度、溫度、壓力等參數的測量。它采用流量測量標準器具——皮托管進行管道流量的測量，采用泵吸式紅外測量方式進行管道瓦斯濃度的測量。該儀器能夠同時測量、顯示管道氣體流量、流速、瓦斯濃度、介質壓力、介質溫度、環境大氣壓等參數，具有實時時間顯示、電池電量顯示、測量參數存儲與查詢的功能，而且還具有故障自診斷及自動關機功能。配合上位機軟件，可以實現測量數據導出、整理、生成報表、打印等功能。該儀器操作簡單、使用方便，測量前只需在管道上開直徑10 mm的孔即可完成測量的準備工作。采用大容量電池供電，充滿電后可連續測量5 h以上，是煤礦現場管道參數測量、驗證、校對的有效工具。

1 特點

ZKC5型瓦斯抽放參數測定儀是用于管道氣體流量、濃度、壓力等參數的便攜式綜合測量工具。該測定儀利用皮托管原理測量管道流量，利用泵吸式紅外測量方式測量管道瓦斯濃度。該測定儀能夠實時測量、顯示、存儲及查詢管道氣體流量、流速、瓦斯濃度、介質壓力、介質溫度、環境大氣壓等參數，支持數據導入導出，方便使用。ZKC5型瓦斯抽放參數測定儀能夠同時測量管道介質的流量、濃度、溫度和壓力（介質壓力、環境大氣壓和差壓），并根據以上參數自動計算瓦斯標況瞬時純流量等參數[2]。一次可存諸100個管道地址的測量數據，每個地址可以測10組數據，共計存儲1 000組數據。該測定儀通過配套的據管理軟件可以實現對測量數據的查詢、整理，打印與形成報表，并可通過PC將測定地址導入到測定儀。該測定儀可在不停氣情況下，通過手開孔即可方便地進行測量并通過配堵頭封孔，便于下次測量使用，開孔直徑僅為10 mm。能夠采用彩色液晶屏支持全中文顯示，方便操作。所得的數據準確可靠。基于傳統的皮托管原理測量管道介質流量；采用泵吸式紅外測量管道介質濃度，不受有害氣體的影響有電池電量顯示與保護功能。采用9節無記憶性鎳氯可充電電池，充一次電可連續使用8 h以上，實時顯示電量情況并具有欠壓保護。具有實時時間顯示功能和抽氣泵故障自診斷功能。性能可靠，結構合理，操作方便，充滿電可連續工作5 h以上。安裝方便，在管道上開孔小，僅需開直徑10 mm的孔[3]。

2 工作原理

探頭經信號處理電路采集3路傳感器信號后通過RS232接口輸出，主機檢測探頭的RS232數字信號，經過處理和計算，在液晶屏上顯示測量值。主機啟動抽氣泵從管道中取氣進行甲烷濃度測量，最終計算出流量，并通過人機界面顯示出來，數據可以保存，也可以通過RS232接口上傳到PC機。測定儀的電路原理框圖如圖1所示。

3 主要指標

3.1 溫度測量

測量范圍：（-10～50）℃；

基本誤差：±2.5%（F.S）。

3.2 壓力測量

測量范圍：（20～200）kPa；

基本誤差：±1.5%（F.S）。

3.3 差壓測量

測量范圍：（0～500）Pa；

基本誤差：±0.75%（F.S）。

3.4 甲烷濃度測量

測量范圍：（0～100）%CH4；

基本誤差：（0～1.00）%CH4，±0.07；

（1.00～100）%CH4，真值的±7%；

響應時間（T90）：≤50 s。

3.5 流速測量

測量范圍：（0.3～23）m/s；

基本誤差：±2%（F.S）。

4 現場應用

ZKC5型瓦斯抽放參數測定儀可以測量煤礦瓦斯管道的溫度、壓力、差壓、甲烷濃度、氣體流速等參數，計算出流量并且可以保存測量結果，適用輸送瓦斯氣體的管道中，適合于煤礦管理干部、瓦斯抽采人員、項目驗收人員、質量監察人員及井下流動作業人員[4]。

該測定儀現已分別在淮北礦務局臨渙礦、六枝礦務局供氣站、山西寺河煤礦和四川白皎煤礦進行了試驗。主要對儀器在煤礦井下，抽放瓦斯泵站和燃氣公司供氣站等環境條件下的工作性能、測量功能和測量精度等進行了考察。結果表明：該儀器體積小、重量輕、整機緊湊、便于攜帶和使用；電氣、機械性能可靠，防潮防塵性能好[5]。但在實際使用中也存在一定的不足之處。例如在井下瓦斯抽放管道內，氣體中常含有水、煤灰和其他雜質，這些雜質經常會堵塞皮托管、微差壓傳感器、紅外瓦斯傳感器探頭這樣會增大測量誤差；另外紅外瓦斯氣體探頭受氣體中水的影響也比較明顯，一段時間后傳感器會出現一些問題，如使用壽命縮短、測量精度下降，要想解決這類問題就必須經常更換紅外甲烷傳感器，這樣就一定會增加瓦斯抽采監測的成本。因此，管道妥善處理是一個重要的任務，經過研究，將氣水分離裝置加裝在瓦斯抽放管道取樣處，過濾瓦斯氣體，干燥和清潔通入到測定儀內部的氣體，這個措施取得較好效果。

5 結語

ZKC5型瓦斯抽放參數測定儀采用最新電子技術研制而成，該儀器結構設計合理、體積小、重量輕、整機緊湊、便于攜帶和使用；電氣、機械性能可靠，防潮防塵性能好，各項電氣、機械性能指標達到設計要求，是一種測定瓦斯抽放參數較為理想的便攜式測量儀器。儀器功能齊全，既可作井下流動檢測，又能在地面泵站對管道抽放瓦斯負壓、濃度、溫度和流量進行連續監測，實現了一機多參效測量；通過與微機通訊，實現微機管理數據，降低了現場裝備投入成本，方便了現場參數測定工作，為數據自動化管理提供了條件。在抽放瓦斯泵房和煤礦井下等環境條件下使用時，儀器的各項功能均能可靠工作，測量精度達到了煤炭部行業標準的要求，滿足了現場測量瓦斯管道抽放參數的需要。

高位鉆場過渡期間，通過使用ZKC5型瓦斯抽放參數測定儀對高位鉆場鉆孔抽采參數的測定，準確地把握了各個鉆孔的抽采狀態，根據抽采參數判斷出每個鉆孔是否透氣，合理控制抽采鉆孔，從而使各個鉆場處于最佳抽采狀態，這樣提高了抽采濃度，極大地降低了工作面上隅角及回風流瓦斯超限的風險，保證了工作面的安全回采。

參考文獻

[1] 劉亮，郄利敏.井下瓦斯抽放參數分析及應用[J].內蒙古煤炭經濟，2016（23）：147.

[2] 林雪峰，李祖邦.MDM95型瓦斯抽放監控系統的設計[J].礦業安全與環保，2005，10（5）：41-42.

[3] 胡千庭，文光才，徐三民，等.WGC瓦斯抽放管道參數測定儀[J].礦業安全與環保，1998（1）：17-19.

[4] 苗二礦.GD4型礦用瓦斯抽放多參數傳感器在瓦斯流量計量中的應用[J].煤，2016，25（6）：11-12.

[5] 韓衛忠.CJZ70瓦斯抽放綜合參數測定儀在瓦斯抽采中的應用[J].科技與企業，2015（5）：128.