摘要：管道(dao)瓦斯流量(liang)計 量是對(dui)瓦斯抽采(cai)是否達标(biao)的重要監(jian)測手段。煤(mei)層抽放管(guan)🌈道中的混(hun)合氣體，具(ju)有顆粒雜(za)質多、濕度(du)大、現場條(tiao)件惡劣⭐等(deng)特📞點，要求(qiu)計量設備(bei)須無可轉(zhuan)動部件、耐(nai)髒污介質(zhi)能力強、成(cheng)本低、精度(du)🛀🏻高、安裝方(fang)便。通過分(fen)析 渦街流(liu)量計 、V錐流(liu)量計等煤(mei)礦管道瓦(wa)斯流量計(ji)量發展現(xian)狀，并根據(ju)在北皂煤(mei)礦應用情(qing)況，從技術(shu)特點、調校(xiao)維護、數據(ju)傳輸與分(fen)析方面，重(zhong)點研究如(ru)何保證管(guan)道瓦斯計(ji)量🤞結果既(ji)準确又适(shi)合煤礦現(xian)場❗工況條(tiao)件，真🛀實地(di)反映實際(ji)瓦斯🌈抽采(cai)情況🌈。
　　北皂(zao)煤礦海下(xia)采煤填補(bu)國内空白(bai)，但具體實(shi)施過程中(zhong)，在海域的(de)掘進和回(hui)采過程中(zhong)遇到了瓦(wa)斯濃度上(shang)升的問題(ti)☎️，海域區域(yu)也劃爲了(le)瓦斯異常(chang)區，所⛱️以需(xu)要對工作(zuo)面的煤層(ceng)瓦斯進行(hang)抽放。在煤(mei)層瓦斯抽(chou)放進程中(zhong)，需要❤️對抽(chou)放管路中(zhong)抽出氣體(ti)累計量、瓦(wa)斯量等進(jin)行計算，從(cong)而對抽放(fang)效果進行(hang)評估，具體(ti)是通過對(dui)🌂抽放管道(dao)内混合氣(qi)體的流量(liang)、管道内溫(wen)度、管道内(nei)壓⛹🏻‍♀️力、混合(he)氣體中的(de)甲烷濃度(du)、一氧化碳(tan)濃度等進(jin)行連續監(jian)測。并且充(chong)分✌️利用本(ben)礦現有的(de)KJ95N安全📱監控(kong)系統，實現(xian)全礦井瓦(wa)斯數據的(de)統一🏒采集(ji)和分析，因(yin)此對管道(dao)‼️瓦斯抽放(fang)監測技術(shu)進行了研(yan)究和應用(yong)。
1管道瓦斯(si)計量現狀(zhuang)
　　煤層氣管(guan)道瓦斯氣(qi)具有雜質(zhi)多、粉塵大(da)、濕度大、濃(nong)🐅度變化範(fan)圍大、監測(ce)傳感器不(bu)易維護和(he)調校的特(te)☂️點，而目前(qian)在用的安(an)全監控瓦(wa)斯、流量等(deng)傳感器由(you)于結構的(de)不适應，不(bu)能直接應(ying)用于管道(dao)瓦斯抽放(fang)監測。必須(xu)♌解決氣體(ti)采樣、去濕(shi)、防污的問(wen)題，要求具(ju)有量程寬(kuan)、結💜構無可(ke)轉動部件(jian)、滿足多種(zhong)參數測量(liang)、不易堵塞(sai)磨損和自(zi)清潔的特(te)征。
2幾種可(ke)用的管道(dao)瓦斯流量(liang)計分析對(dui)比
　　當前适(shi)用于煤礦(kuang)管道瓦斯(si)流量監測(ce)的幾種可(ke)用的管☎️道(dao)瓦斯流量(liang)計有 孔闆(pan)流量計 、渦(wo)街流量計(ji)、皮托管流(liu)量計、V錐流(liu)量計等。
（1）孔(kong)闆流量計(ji)屬于 差壓(ya)式流量計(ji) 中的一種(zhong)。是利用流(liu)體通過孔(kong)闆時在孔(kong)闆前後産(chan)生的差壓(ya)來測量流(liu)量的一種(zhong)方法，主要(yao)由孔闆、取(qu)壓裝置、信(xin)号管路、 差(cha)壓變送器(qi) 及顯示儀(yi)表組成。其(qi)原理是将(jiang)一個孔闆(pan)節流件固(gu)定在管道(dao)内部，節流(liu)件的孔徑(jing)小，對流過(guo)的流體有(you)約束作用(yong)，流體的流(liu)束截面突(tu)然收縮，流(liu)速随之加(jia)快，由于🛀節(jie)流件前後(hou)的流速突(tu)然變化，使(shi)得在節流(liu)件前後産(chan)生靜壓力(li)差，流體通(tong)過節流件(jian)🐕的流量越(yue)大，産生的(de)靜❗壓力差(cha)越大，通過(guo)測量節流(liu)件前後的(de)㊙️差壓，進而(er)實現對流(liu)量的測量(liang)。孔闆流量(liang)計是較早(zao)用于測量(liang)📱氣體流量(liang)的流量計(ji)，它的優點(dian)是便于安(an)裝、成本低(di)、無可轉動(dong)部件。孔闆(pan)流量計的(de)缺點是穩(wen)定性差，流(liu)🐇動性差，流(liu)速範圍小(xiao)，節流件前(qian)段容易堆(dui)積雜質，測(ce)量精度差(cha)等。
（2）渦街流(liu)量計類似(si)于目前煤(mei)礦廣泛使(shi)用的渦街(jie)風速傳感(gan)器，也是根(gen)據卡曼渦(wo)街原理，是(shi)在一穩定(ding)的流體中(zhong)安放一根(gen)非📐流線型(xing)阻流體，流(liu)體受阻流(liu)體的影響(xiang)，動能和壓(ya)能相互轉(zhuan)換，外部流(liu)體壓強大(da)于内部流(liu)體，迫使内(nei)部流體向(xiang)相反方向(xiang)移🤞動，從而(er)在阻流體(ti)兩側交替(ti)地形成兩(liang)串規則的(de)旋渦，而産(chan)生⭐的旋渦(wo)周期頻率(lü)與管道内(nei)的流體流(liu)速之間有(you)确定的數(shu)值關系，通(tong)過超聲、熱(re)敏、應力、應(ying)變、電容、電(dian)磁、光電、光(guang)纖等其他(ta)形式的檢(jian)測方式測(ce)出旋渦的(de)分離頻率(lü)變化就可(ke)以換算出(chu)流體的流(liu)量。渦街流(liu)量♋計的優(you)點是結構(gou)簡單，無可(ke)轉動部件(jian)，耐髒污介(jie)質能力強(qiang)，測量👨‍❤️‍👨量程(cheng)比寬，永久(jiu)性壓損小(xiao)。渦街流量(liang)計的缺點(dian)是在高粘(zhan)度、低流速(su)流體📧精度(du)差，不适用(yong)于低雷諾(nuo)數💁測量，隻(zhi)适用于高(gao)流速流體(ti)的測量，對(dui)測量管道(dao)前後的直(zhi)管🈚段長度(du)要求長，方(fang)能保證穩(wen)定🏃🏻‍♂️的測量(liang)。
（3）皮托管流(liu)量計又名(ming)“空速管”，“風(feng)速管”，是通(tong)過測量管(guan)道内某點(dian)流🏃體的動(dong)壓與靜壓(ya)之差來測(ce)量流量的(de)💁，原理是在(zai)皮托管頭(tou)部迎流方(fang)向開有一(yi)個小孔稱(cheng)⛷️爲總壓孔(kong)，在該處形(xing)成“駐點”，在(zai)🏃距頭部一(yi)定距離處(chu)🍉開有若幹(gan)垂直于流(liu)體流向的(de)靜壓孔．各(ge)🌈靜壓孔所(suo)測靜壓在(zai)均壓室均(jun)壓後輸出(chu)，由于流體(ti)的總壓和(he)靜壓之差(cha)與㊙️被測流(liu)體的流速(su)有确定的(de)數值關系(xi)☁️，因此可以(yi)用皮托管(guan)測得㊙️流體(ti)流速從而(er)計算出被(bei)測流體的(de)流量。皮托(tuo)管流量計(ji)在飛機上(shang)廣泛應用(yong)，其優點是(shi)🈲測量範圍(wei)寬，使用制(zhi)造方便，點(dian)流速測量(liang)準确度高(gao)。缺點是低(di)流速性差(cha)，受流速分(fen)布影響大(da)，容易堵塞(sai)。
（4） V 錐流量計(ji) 也是一種(zhong)差壓式流(liu)量計，同樣(yang)是基于密(mi)閉管道中(zhong)能量相互(hu)轉化的伯(bo)努利定律(lü)，利用節流(liu)效應來測(ce)量流體流(liu)量。它是在(zai)管道中心(xin)安裝一個(ge)錐形體來(lai)對流體💃進(jin)行節流，使(shi)管道中心(xin)的流體繞(rao)錐形體流(liu)動，并将流(liu)體收縮到(dao)㊙️管壁。與孔(kong)闆流量計(ji)的中心孔(kong)節流不同(tong)，V錐流量計(ji)是管⛹🏻‍♀️道外(wai)圍的環狀(zhuang)節流。管道(dao)🛀🏻内的流體(ti)流過V錐體(ti)時，被收縮(suo)到管壁，使(shi)管壁流體(ti)的流速加(jia)快，在V錐體(ti)的前後産(chan)生差壓，流(liu)體的流速(su)與差壓的(de)平方有确(que)定的數值(zhi)關系。并且(qie)錐體與管(guan)道同軸，錐(zhui)體前部直(zhi)接作用于(yu)流體中心(xin)部分，迫使(shi)高速的中(zhong)心與接近(jin)管壁的低(di)速流體均(jun)🌐勻化，從而(er)産生正确(que)的壓差。V錐(zhui)流量計具(ju)有量程下(xia)限低，量程(cheng)比寬👌，适用(yong)磨損小，流(liu)場自動調(diao)整，自清掃(sao)等特點。

表1幾(ji)種管道流(liu)量計參數(shu)對比

名稱(cheng)	精度 等級(ji)	長期穩 定(ding)性	量程比(bi)	可動 部件(jian)	耐髒防堵(du)	高流 速性(xing)	低流 速性(xing)	直管段 要(yao)求
孔闆	1.5級(ji)	差	1:3	無	差	差(cha)	差	10D 後5D
勻速(su)管	1.5級	一般(ban)	1:10	無	一般	好(hao)	差	前20D 後10D
渦(wo)街	2.0級	一般(ban)	1:7	無	一般	好(hao)	差	前25D 後15D
V錐(zhui)	0.5級	好	1:10	無	好(hao)	好	好前	前(qian)3D 後1D

綜上比(bi)較，最适合(he)管道瓦斯(si)抽放監測(ce)的是V錐流(liu)量計。
3V錐管(guan)道流量計(ji)在北皂煤(mei)礦的應用(yong)
3.1相關技術(shu)指标要求(qiu)
（1）量程比：1:10；
（2）公(gong)稱直徑DN:DN150；
（3）公(gong)稱壓力PN:1MPa；
（4）介(jie)質溫度：20~25℃；
（5）負(fu)壓範圍：-10~-40kPa；
（6）流(liu)量範圍：6~42m3/min；
（7）測(ce)量精度：0.5級(ji)；
（8）錐體材質(zhi)：不鏽鋼；
（9）管(guan)道外殼材(cai)質：碳鋼或(huo)不鏽鋼；
（10）RS485通(tong)信方式：可(ke)運行KJ95N以及(ji)其他基于(yu)RS485接口的通(tong)訊協議，波(bo)特率1200~115200bps可調(diao)；
（11）通信距離(li)：傳感器到(dao)抽放顯示(shi)控制裝置(zhi)最大距離(li)🔆不小于2km；
（12）工(gong)業以太環(huan)網平台：10/100/1000Mbit/s。
3.2主(zhu)要設備
　　主(zhu)要設備包(bao)括V錐管件(jian)、GD3多參數傳(chuan)感器、GJG100H紅外(wai)甲烷傳☀️感(gan)器、GTH1000一氧化(hua)碳傳感器(qi)、KPPI汽水分離(li)器。
(1)V錐管件(jian)。直管段滿(man)足前3D後1D(D指(zhi)管道的直(zhi)徑)，安裝前(qian)直管段要(yao)求不低于(yu)0.6m。在V錐測壓(ya)孔上安裝(zhuang)三閥組，通(tong)過穩壓㊙️組(zu)件⁉️連接到(dao)傳感器；把(ba)汽水分離(li)裝置、管道(dao)紅外瓦斯(si)傳感器和(he)管道一氧(yang)化⚽碳傳感(gan)器分别用(yong)螺絲緊固(gu)于V錐支架(jia)上，汽水分(fen)離裝置導(dao)氣管低進(jin)高出，後連(lian)到兩🔱個傳(chuan)感器上。在(zai)北皂煤礦(kuang)應用時曾(ceng)經出現瓦(wa)斯和一氧(yang)化碳傳感(gan)器數值顯(xian)示爲零、流(liu)量❗低的問(wen)題，原因是(shi)導氣管将(jiang)流量、瓦斯(si)和一氧化(hua)碳傳感器(qi)串聯，導緻(zhi)氣⛷️阻過大(da)，将流量與(yu)瓦🤞斯、一氧(yang)化碳傳感(gan)器氣路分(fen)離後正常(chang)。
（2）GD3多參數傳(chuan)感器。用于(yu)監測管道(dao)瓦斯氣體(ti)，實時顯示(shi)管道内瓦(wa)斯氣體多(duo)種參數值(zhi)（差壓、絕壓(ya)、負壓、溫度(du)、流量、累積(ji)流量等值(zhi)），在此處用(yong)于采集管(guan)道流量、負(fu)壓和溫度(du)，并由GD3将數(shu)據統一傳(chuan)輸到監測(ce)分站。
（3）GJG100H紅外(wai)甲烷傳感(gan)器。用于監(jian)測管道甲(jia)烷濃度。甲(jia)烷檢測範(fan)圍🐅：0~100%；甲💞烷🤩基(ji)本誤差：甲(jia)烷濃度≤1%：真(zhen)值±0.07%；甲烷濃(nong)度＞1%：±7%（真值）。爲(wei)💁避免管道(dao)瓦斯氣體(ti)内的水分(fen)對紅外甲(jia)烷測量造(zao)成影響，在(zai)進氣端安(an)裝汽水分(fen)離器。監測(ce)數據單獨(du)傳輸到監(jian)測分站。
（4）GTH1000一(yi)氧化碳傳(chuan)感器。對管(guan)道内的CO進(jin)行測量及(ji)顯示測💚量(liang)範圍🤟：0~1000×10-6CO；監測(ce)數據單獨(du)傳輸到監(jian)測分站。
（5）與(yu)KJ95N系統的聯(lian)接。瓦斯抽(chou)放監測系(xi)統所采用(yong)的設備均(jun)是KJ95N系統🌈的(de)聯檢設備(bei)。在接入方(fang)式上有兩(liang)種模式，一(yi)是接入專(zhuan)用監測分(fen)站，通過環(huan)網進行數(shu)據傳輸；另(ling)一種是接(jie)入通用監(jian)測分站，通(tong)過電纜實(shi)現數據上(shang)傳。而無論(lun)哪兩種方(fang)法，由于管(guan)道氣體監(jian)測傳感器(qi)的測量範(fan)圍與環境(jing)氣體監測(ce)傳感器測(ce)量範圍大(da)不相同，需(xu)要在系統(tong)主機上對(dui)傳感器進(jin)行定義後(hou)方可正常(chang)使用，否則(ze)會增大數(shu)據🏃🏻傳輸誤(wu)差。
4應用效(xiao)果

　　在北(bei)皂煤礦海(hai)域H2302工作面(mian)應用V錐管(guan)道瓦斯抽(chou)放監測，并(bing)将瓦斯抽(chou)放監測系(xi)統接入到(dao)KJ95N安全監控(kong)系統中，實(shi)現了數據(ju)上傳🚶‍♀️和統(tong)⭕一監控。自(zi)2025年11月至2025年(nian)11月，累計抽(chou)放瓦斯32.84萬(wan)🏃🏻m3。
5結束語
　　通(tong)過管道瓦(wa)斯流量計(ji)在北皂煤(mei)礦的應用(yong)，在現場對(dui)比了🆚渦街(jie)流量計和(he)V錐流量計(ji)，V錐流量計(ji)的量程下(xia)限低，低流(liu)速測量性(xing)能好，安裝(zhuang)簡單的特(te)點比較突(tu)出，而且利(li)用👌V錐産生(sheng)的氣壓将(jiang)氣樣導出(chu)抽放管道(dao)的方式♻️，大(da)大減少了(le)管道氣内(nei)的粉塵、水(shui)分對瓦斯(si)、一氧化碳(tan)傳感器敏(min)感元件的(de)影響。爲北(bei)皂煤礦工(gong)作面的瓦(wa)斯🌏抽放工(gong)作提供了(le)準确的監(jian)測數據保(bao)障。

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