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孔板流量計再煤礦瓦斯抽采計量中的可靠性及影響因素研究

作者: 來源: 發布時間:2020-04-26 11:41:47

 摘 要:為掌握瓦斯抽采計量可靠性及影響因素,在實驗室開展了抽采模擬試驗,確定了不同計量裝置、測定方 法、管路連接均對測定結果影響較小,但在抽采管路含水狀態下,無法準確測定管路流量,判定影響井下抽采測 定準確性主要因素為鑽孔湧水。

 
       煤礦瓦斯抽采流量計量是瓦斯抽采的一個關鍵環 節,是采掘工作麵抽采效果分析和瓦斯抽采達標評判的前提。由於井下抽采環境惡劣,存在多種影響流量測定的因素,存在流量測定不準的問題,這與抽采管漏 氣、測定儀器誤差、氣流不穩定等多種因素有關,因此, 需要開展相關考察,查找瓦斯抽采計量誤差產生的原因, 為礦井瓦斯抽采達標評判等提供準確的數據支撐。 
 
1 瓦斯抽采計量實驗室模擬平台建立 
       在實驗室開展抽采計量模擬試驗,針對串聯、並 聯、連續彎頭等不同管路連接類型,利用不同流量測定 儀器、方法進行考察測定,綜合分析抽采計量的準確 性,同時,模擬井下鑽孔出水等異常現象,考察分析抽 采流量測定的影響因素。管路連接材料:φ50 抽采管、 φ50 彎頭、φ50 三通、φ50 截門、導流管、孔板流量計; 流量測定設備:多功能參數測定儀,U 型水柱計;負壓提 供設備:真空泵。 
 
2 串聯方式下抽采計量試驗
2.1 串聯管路連接方式及測定方法 
 
       將 5 個孔板和 5 個導流管利用 φ50 抽采管間隔1m 串聯連接,並接到真空泵上。啟動真空泵,待管路內氣流穩定後,依次對孔板和導流管流量進行多次測定。 通過調節真空泵或管路閥門,調節出不同流量工況,在 每個工況條件下對管路所有孔板和導流管分別測定
2~3 次。本次串聯管路模擬考察了 10 個不同工況、共計22 組測定數據。
 
2.2 測定數據分析
       (1)測定偏差分析。在串聯係統不同工況條件下, 利用多功能參數測定儀(2 台儀器)測定時,偏差分別為0.03~4.88%和 0.02~3.38%,均小於 5%;利用孔板流量計 測定時,偏差為 0~36.9%。
 
       隨著流量增大,無論是多功能參數測定儀還是孔板流量計,偏差均呈現逐漸下降的趨勢,說明在測定大 流量時,測定數據更加準確;當流量大於 0.2m3/min 時, 孔板測定偏差整體小於多功能參數測定儀,當流量小 於 0.2m3/min 時,孔板測定偏差整體大於多功能參數測定儀,主要是 U 型水柱計壓差很低,人工讀數存在較大 誤差所致。以上表明,在進行較大流量測定時,孔板測 定數據更加準確穩定,在測定較小流量測定時,綜合參數測定儀避免了人工讀數的誤差,相對更加穩定。 
 
       (2)不同測定儀器誤差分析。在串聯係統不同工況 條件下,同時利用多功能參數測定儀(2 台儀器)和孔板 流量計進行了測定,將同一個工況同一設備多次測定 數據平均計算。在同一流量工況條件下,不同的測定儀 器誤差有較大變化,當測定流量為 0.22m3/min(工況點 4)附近時,3 種儀器測定結果表現出較高的一致性,綜 合誤差僅 2.85%;當測定流量小於 0.22m3/min 時,孔板 流量計測定結果略大於多功能參數測定儀;當測定流 量大於 0.22m3/min 時,孔板流量計測定結果均小於多功 能參數測定儀。3 種儀器綜合誤差 2.85%~18.45%,平均12.9%,呈現兩端高中間低的形態,說明在流量偏大或 偏小的情況下,不同測定儀器之間誤差較大。 
 
3 並聯方式下抽采計量試驗
3.1 並聯管路連接方式及測定方法
       將 5 個孔板流量計和 5 個導流管利用 φ50 抽采管 並聯連接,並接到真空泵上。啟動真空泵,待管路內氣 流穩定後,利用參數測定儀和孔板流量計依次對總管 路、1~4 號支路進行測定。通過調節真空泵閥門,調節出 不同流量工況。本次模擬考察共調節了 7 個不同工況14 組測定數據。
 
3.2 測定數據分析
       並聯管路抽采方式時,采用參數測定儀測定的總管和各支管流量累計量誤差為 6.4%~26.8%,平均13.8%, 采用孔板流量計測定誤差為 0.4%~7.0%,平均 3.3%,孔板流量計測定準確性明顯高於參數測定儀。兩種測定 儀器誤差隨總管流量降低呈現增大現象,這和串聯管 路流量越小誤差越大具有一致性。結合串聯係統測定 數據,測定較低流量時,參數測定儀由於避免了人工讀 數誤差,讀數比較穩定,但和真實值誤差較大,在並聯 係統總管流量較低時,部分支管流量處於低流量區間, 測定準確性差,支管累計和總管流量產生了較大誤差; 孔板流量計在測定低流量時,壓差較小,測定值在真實 值上下波動,多分支累計後與總管流量誤差較小。 
 
4 流量測定準確性影響因素考察分析
       通過開展串聯、並聯等不同連接形式的管路流量 測定分析,可知在理想試驗條件下,基本符合流量平衡 定律,但實驗室模擬管路和井下現場還存在較大區別, 井下巷道空間狹小、管路連接彎頭、閥門多,此外,還存 在鑽孔湧水的影響。因此,為了進一步確定井下流量測定誤差較大的原因,分別對管路拐彎、水分等影響因素進行模擬考察分析。
 
4.1 拐彎串聯連接測定考察 
 
       多拐彎串聯測定管路連接後,啟動真空泵,待管路 內氣流穩定後,依次對孔板和導流管流量進行測定。通 過測定,4 個參數測定儀測定流量為0.521~0.539m3/min, 偏差為 0.91%~1.73%,4 個孔板測定的流量值為 0.482~0.499m3/min,偏差為 0.12%~2.06%,可以看出,在較多拐 彎的串聯連接方式下(孔板或導流管距彎頭較近),利用 相同的流量測定設備測定同一流量時偏差很小,利用 參數測定儀和孔板流量計兩種儀器測定誤差為 4.24%~7.41%,和無彎頭串聯測定的偏差及誤差相當,可以認為,導流管或孔板本身的直管段長度足夠使氣流趨於 穩定,抽采管路中的彎頭不會對流量測定產生影響。
 
4.2 水分影響因素考察 
       井下測定時,由於部分鑽孔出水,水被負壓引流至抽采管路,可能會影響流量測定的準確性,為了驗證, 對管路進行了注水模擬。通過在 3 號孔板處加水,依次 對孔板和導流管流量進行測定,通過測定發現,當注水 量較大時,多功能參數測定儀及 U 型水柱計波動均很 大,無法準確測定管路流量,可以認為,管路內積水是影響流量測定的主要因素。 
 
5 結 語
       (1)在串聯管路條件下,當測定參數測定儀和孔板 流量計測定同一流量時,在絕大數工況下偏差均小於5%,說明兩種測定儀器的穩定性都比較好;在進行較大 流量時,孔板測定數據更加準確穩定,在測定較小流量 時,綜合參數測定儀避免了人工讀數的誤差,相對更加穩定,而孔板流量計由於 U 型水柱計壓差很低,人工讀 數存在較大誤差導致偏差較大。 
 
       (2)在並聯管路條件下,孔板流量計測定準確性明 顯高於參數測定儀。兩種測定儀器誤差隨總管流量降 低均呈現增大現象,這和串聯管路流量越小誤差越大 具有一致性。 
       (3)導流管或孔板本身的直管段長度足夠使氣流趨於穩定,抽采管路中的彎頭不會對流量測定產生影 響,管路內積水是影響流量測定的主要因素。

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