煤矿瓦斯抽采计量可靠性及影响因素研究

煤矿瓦斯抽采计量可靠性及影响因素研究

关龙龙

山西兰花科技创业股份有限公司唐安煤矿分公司 山西高平 048400

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：煤矿瓦斯；抽采计量；可靠性

引言

瓦斯地质规律研究是瓦斯地质学的核心内容，是瓦斯预测、治理的基础，研究清楚瓦斯的赋存规律，对于进行防治煤与瓦斯突出、预测下一开采水平的瓦斯分布规律及瓦斯突出危险性有重要的指导意义。瓦斯地质规律是指揭示瓦斯与所有地质因素之间内在联系的规律，与该区域地质 [6-9]构 造、埋藏深度、煤层厚度等有很大关系 ，瓦斯涌出规律及瓦斯治理方法等都受瓦斯地质规律的控制。因此，开展瓦斯地质规律分析与研究是一项非常重要的地质工作。

一、概况

小常煤矿位于位于山西省长治市郊区堠北庄镇余庄村一带，现开采二叠系山西组3号煤层，生产规模210万t/年， 2矿 区面积16.6341km ，通风方式采用中央并列机械抽出式。矿区位于太行山西侧，属长治新生界断陷沉积盆地。矿区范围内属松散堆积二级阶地区，微地貌为阶地表面平坦，通常向河流下游方向倾斜，在下游方向有很明显的陡坎。

二、串联方式下抽采计量试验

（一）测定数据分析

（1）测定偏差分析。在串联系统不同工况条件下，利用多功能参数测定仪（2台仪器）测定时，偏差分别为0.03~4.88%和0.02~3.38%，均小于5%；利用孔板流量计测定时，偏差为0~36.9%。随着流量增大，无论是多功能参数测定仪还是孔板流量计，偏差均呈现逐渐下降的趋势，说明在测定大流量时，测定数据更加准确；当流量大于0.2m3/min时，孔板测定偏差整体小于多功能参数测定仪，当流量小于0.2m3/min时，孔板测定偏差整体大于多功能参数测定仪，主要是U型水柱计压差很低，人工读数存在较大误差所致。以上表明，在进行较大流量测定时，孔板测定数据更加准确稳定，在测定较小流量测定时，综合参数测定仪避免了人工读数的误差，相对更加稳定。（2）不同测定仪器误差分析。在串联系统不同工况条件下，同时利用多功能参数测定仪（2台仪器）和孔板流量计进行了测定，将同一个工况同一设备多次测定数据平均计算。在同一流量工况条件下，不同的测定仪器误差有较大变化，当测定流量为0.22m3/min（工况点4）附近时，3种仪器测定结果表现出较高的一致性，综合误差仅2.85%；当测定流量小于0.22m3/min时，孔板流量计测定结果略大于多功能参数测定仪。

(二)串联管路连接方式及测定方法

将5个孔板和5个导流管利用φ50抽采管间隔1m串联连接，并接到真空泵上。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多次测定。通过调节真空泵或管路阀门，调节出不同流量工况，在每个工况条件下对管路所有孔板和导流管分别测定2~3次。本次串联管路模拟考察了10个不同工况、共计22组测定数据。

三、瓦斯治理效果分析

（一）大、小孔径钻孔抽采参数测定情况

1901运输巷掘进面305m及钻场大、小孔径钻孔施工完毕后，封孔连管抽采瓦斯，成孔后每个钻孔进行始抽参数测定，而后每3天由专职人员负责测定钻孔瓦斯抽采浓度和流量等参数，并绘制出钻孔的抽采流量、瓦斯浓度(表1);为了考察大、小孔径的抽采效果，将上一循环设计布置(1901运输巷掘进面275m)小孔径(94mm)钻孔的瓦斯抽采参数统计，并绘制出钻孔的抽采流量、瓦斯浓度表(表2)。将2个循环的不同孔径钻孔瓦斯抽采参数进行对比。

（二）不同孔径钻孔瓦斯抽采效果比较

(1)普通孔径(94mm)钻孔瓦斯抽采量及效果检验情况。施工设计改进前，通过1901运输巷通尺275m掘进面这一循环全部施工的94mm瓦斯抽采钻孔进行瓦斯抽采量的测定、统计，以及单孔浓度、流量的考察，本循环共施工11个钻孔，其中浓度80%以上的只有2个，占比19%;浓度70%以上的1个，占比9%;浓度60%以上的1个，占比9%;浓度50%以上的1个，占比9%;浓度40%以上的3个，占比28%;浓度20%～30%以上的2个，占比19%。本循环从2018年9月25日第1个钻孔施工结束联管抽采开始，到10月1日最后一个钻孔连抽计量考察，最后取样效检合格时间为10月27日，抽采时间26d将控制范围内煤层瓦斯降到8m3/t以下。(2)大孔径(153mm)钻孔瓦斯抽采量及效果检验情况。施工设计改进后，通过1901运输巷通尺305m掘进面这一循环，设计施工的一半(5个)153mm瓦斯抽采钻孔进行瓦斯抽采量的测定、统计，以及单孔浓度、流量的考察情况:本循环共施工11个钻孔(6个94mm孔、5个153mm孔)。

（三）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。

结束语

（1）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。（2）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。（3）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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