ZKC5型瓦斯抽放参数测定仪的应用及其原理

尚辉

摘 要：该文介绍了ZKC5型瓦斯抽放参数测定仪结构特点、工作原理、主要指标。另外探讨了ZKC5型矿用瓦斯抽放多参数测定仪检测系统对煤矿安全生产的意义，并分析了其应用。ZKC5型瓦斯抽放参数测定仪在工作面高位钻场过渡期间抽采系统中的应用，及时掌握抽采参数，有效地解决了工作面上隅角及回风流瓦斯超限问题，保证了工作面的安全生产，提出了高位钻孔在实际抽放过程中存在的问题及解决对策，提高了煤矿瓦斯抽采监测的效率，能够协助煤矿工作人员的工作，为瓦斯抽放技术提高与改进打下了基础。

关键词：ZKC5型 瓦斯 抽放 原理 应用

中图分类号：TD712.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（a）-0108-02

煤矿瓦斯灾害是煤矿安全生产的第一杀手，矿井瓦斯抽采作为煤矿瓦斯治理中最有效的手段。经过多年经验的積累，开发出了ZKC5型瓦斯抽放多参数传感器监控系统，它能对瓦斯抽放泵房的各种参数进行集中监测，能解决工作面上隅角及回风，能保证抽采效果，及时掌握抽采参数，调整抽采钻孔状态，从而保障工作面安全回采[1]。

ZKC5型瓦斯抽放参数测定仪是一种以ARM微处理器及多功能外围电路为核心的智能化、数字化矿用便携式仪表。主要用于管道瓦斯流量、浓度、温度、压力等参数的测量。它采用流量测量标准器具——皮托管进行管道流量的测量，采用泵吸式红外测量方式进行管道瓦斯浓度的测量。该仪器能够同时测量、显示管道气体流量、流速、瓦斯浓度、介质压力、介质温度、环境大气压等参数，具有实时时间显示、电池电量显示、测量参数存储与查询的功能，而且还具有故障自诊断及自动关机功能。配合上位机软件，可以实现测量数据导出、整理、生成报表、打印等功能。该仪器操作简单、使用方便，测量前只需在管道上开直径10 mm的孔即可完成测量的准备工作。采用大容量电池供电，充满电后可连续测量5 h以上，是煤矿现场管道参数测量、验证、校对的有效工具。

1 特点

ZKC5型瓦斯抽放参数测定仪是用于管道气体流量、浓度、压力等参数的便携式综合测量工具。该测定仪利用皮托管原理测量管道流量，利用泵吸式红外测量方式测量管道瓦斯浓度。该测定仪能够实时测量、显示、存储及查询管道气体流量、流速、瓦斯浓度、介质压力、介质温度、环境大气压等参数，支持数据导入导出，方便使用。ZKC5型瓦斯抽放参数测定仪能够同时测量管道介质的流量、浓度、温度和压力（介质压力、环境大气压和差压），并根据以上参数自动计算瓦斯标况瞬时纯流量等参数[2]。一次可存诸100个管道地址的测量数据，每个地址可以测10组数据，共计存储1 000组数据。该测定仪通过配套的据管理软件可以实现对测量数据的查询、整理，打印与形成报表，并可通过PC将测定地址导入到测定仪。该测定仪可在不停气情况下，通过手开孔即可方便地进行测量并通过配堵头封孔，便于下次测量使用，开孔直径仅为10 mm。能够采用彩色液晶屏支持全中文显示，方便操作。所得的数据准确可靠。基于传统的皮托管原理测量管道介质流量；采用泵吸式红外测量管道介质浓度，不受有害气体的影响有电池电量显示与保护功能。采用9节无记忆性镍氯可充电电池，充一次电可连续使用8 h以上，实时显示电量情况并具有欠压保护。具有实时时间显示功能和抽气泵故障自诊断功能。性能可靠，结构合理，操作方便，充满电可连续工作5 h以上。安装方便，在管道上开孔小，仅需开直径10 mm的孔[3]。

2 工作原理

探头经信号处理电路采集3路传感器信号后通过RS232接口输出，主机检测探头的RS232数字信号，经过处理和计算，在液晶屏上显示测量值。主机启动抽气泵从管道中取气进行甲烷浓度测量，最终计算出流量，并通过人机界面显示出来，数据可以保存，也可以通过RS232接口上传到PC机。测定仪的电路原理框图如图1所示。

3 主要指标

3.1 温度测量

测量范围：（-10～50）℃；

基本误差：±2.5%（F.S）。

3.2 压力测量

测量范围：（20～200）kPa；

基本误差：±1.5%（F.S）。

3.3 差压测量

测量范围：（0～500）Pa；

基本误差：±0.75%（F.S）。

3.4 甲烷浓度测量

测量范围：（0～100）%CH4；

基本误差：（0～1.00）%CH4，±0.07；

（1.00～100）%CH4，真值的±7%；

响应时间（T90）：≤50 s。

3.5 流速测量

测量范围：（0.3～23）m/s；

基本误差：±2%（F.S）。

4 现场应用

ZKC5型瓦斯抽放参数测定仪可以测量煤矿瓦斯管道的温度、压力、差压、甲烷浓度、气体流速等参数，计算出流量并且可以保存测量结果，适用输送瓦斯气体的管道中，适合于煤矿管理干部、瓦斯抽采人员、项目验收人员、质量监察人员及井下流动作业人员[4]。

该测定仪现已分别在淮北矿务局临涣矿、六枝矿务局供气站、山西寺河煤矿和四川白皎煤矿进行了试验。主要对仪器在煤矿井下，抽放瓦斯泵站和燃气公司供气站等环境条件下的工作性能、测量功能和测量精度等进行了考察。结果表明：该仪器体积小、重量轻、整机紧凑、便于携带和使用；电气、机械性能可靠，防潮防尘性能好[5]。但在实际使用中也存在一定的不足之处。例如在井下瓦斯抽放管道内，气体中常含有水、煤灰和其他杂质，这些杂质经常会堵塞皮托管、微差压传感器、红外瓦斯传感器探头这样会增大测量误差；另外红外瓦斯气体探头受气体中水的影响也比较明显，一段时间后传感器会出现一些问题，如使用寿命缩短、测量精度下降，要想解决这类问题就必须经常更换红外甲烷传感器，这样就一定会增加瓦斯抽采监测的成本。因此，管道妥善处理是一个重要的任务，经过研究，将气水分离装置加装在瓦斯抽放管道取样处，过滤瓦斯气体，干燥和清洁通入到测定仪内部的气体，这个措施取得较好效果。

5 结语

ZKC5型瓦斯抽放参数测定仪采用最新电子技术研制而成，该仪器结构设计合理、体积小、重量轻、整机紧凑、便于携带和使用；电气、机械性能可靠，防潮防尘性能好，各项电气、机械性能指标达到设计要求，是一种测定瓦斯抽放参数较为理想的便携式测量仪器。仪器功能齐全，既可作井下流动检测，又能在地面泵站对管道抽放瓦斯负压、浓度、温度和流量进行连续监测，实现了一机多参效测量；通过与微机通讯，实现微机管理数据，降低了现场装备投入成本，方便了现场参数测定工作，为数据自动化管理提供了条件。在抽放瓦斯泵房和煤矿井下等环境条件下使用时，仪器的各项功能均能可靠工作，测量精度达到了煤炭部行业标准的要求，满足了现场测量瓦斯管道抽放参数的需要。

高位钻场过渡期间，通过使用ZKC5型瓦斯抽放参数测定仪对高位钻场钻孔抽采参数的测定，准确地把握了各个钻孔的抽采状态，根据抽采参数判断出每个钻孔是否透气，合理控制抽采钻孔，从而使各个钻场处于最佳抽采状态，这样提高了抽采浓度，极大地降低了工作面上隅角及回风流瓦斯超限的风险，保证了工作面的安全回采。

参考文献

[1] 刘亮，郄利敏.井下瓦斯抽放参数分析及应用[J].内蒙古煤炭经济，2016（23）：147.

[2] 林雪峰，李祖邦.MDM95型瓦斯抽放监控系统的设计[J].矿业安全与环保，2005，10（5）：41-42.

[3] 胡千庭，文光才，徐三民，等.WGC瓦斯抽放管道参数测定仪[J].矿业安全与环保，1998（1）：17-19.

[4] 苗二矿.GD4型矿用瓦斯抽放多参数传感器在瓦斯流量计量中的应用[J].煤，2016，25（6）：11-12.

[5] 韩卫忠.CJZ70瓦斯抽放综合参数测定仪在瓦斯抽采中的应用[J].科技与企业，2015（5）：128.