摘要：管道瓦斯(si)流量計 量是對(duì)瓦斯抽采是否(fou)達标的重要監(jiān)測手段。煤層抽(chōu)放管👨‍❤️‍👨道中的混(hun)合氣體，具有顆(ke)粒雜質多、濕度(du)大、現場條件惡(è)劣等特點，要👉求(qiú)計量設備須無(wú)可轉動部件、耐(nai)💛髒污介⁉️質能力(lì)強、成本❌低、精度(du)高、安裝方便。通(tōng)過分析 渦街流(liú)量計 、V錐流量計(jì)等煤礦管道瓦(wa)斯流量計量發(fā)展現狀，并根據(jù)在⛷️北皂煤礦應(ying)用情況，從技術(shù)特點、調校維護(hù)、數據傳輸與分(fèn)㊙️析方✉️面，重點研(yán)究如何保證管(guǎn)道瓦斯計量結(jie)果既準确又🐇适(shi)合煤礦現場工(gōng)況條件，真實地(di)反映🛀🏻實際瓦斯(si)抽采情況。
　　北皂(zào)煤礦海下采煤(mei)填補國内空白(bai)，但具體實施過(guò)程中🌐，在海域的(de)掘進和回采過(guo)程中遇到了瓦(wa)斯濃度上升的(de)問題🌐，海域🐅區域(yu)📐也劃爲了瓦斯(sī)異常區，所以需(xū)要對工作♍面的(de)煤層瓦斯進行(háng)抽放。在煤層瓦(wǎ)✊斯抽放進程中(zhong)，需要對抽放管(guan)路中抽出氣體(ti)累計🌂量、瓦斯量(liàng)等進行計算，從(cong)而對抽放效果(guo)進行評估，具體(ti)是通過對抽放(fang)管道内混合氣(qi)體的流量、管道(dao)内溫度、管道内(nèi)壓力、混合氣體(tǐ)中的甲烷濃度(du)、一氧化🙇🏻碳濃度(dù)等進行連續監(jiān)測。并且充分利(lì)👨‍❤️‍👨用本礦現有的(de)KJ95N安全監控系統(tong)，實現全礦井瓦(wa)斯數據的統一(yi)🚶采集和分析，因(yin)此🈲對管道瓦斯(sī)抽放監測技術(shu)進行了研究和(he)應用。
1管道瓦斯(sī)計量現狀
　　煤層(céng)氣管道瓦斯氣(qi)具有雜質多、粉(fěn)塵大、濕度大、濃(nong)📧度變化範圍大(dà)、監測傳感器不(bú)易維護和調校(xiào)的特點，而目前(qian)在用的安♍全監(jian)控瓦斯、流量等(deng)傳感器由于結(jie)構的不适應，不(bú)能直接應用于(yu)管道瓦斯抽放(fàng)監測。必須♊解決(jué)氣體采樣、去濕(shi)、防污的問題，要(yào)求具🔞有量程寬(kuān)、結構無可轉動(dong)部件、滿足多😘種(zhǒng)參數測量⛱️、不易(yì)堵塞磨損和自(zì)清潔的特⛱️征。
2幾(ji)種可用的管道(dao)瓦斯流量計分(fèn)析對比
　　當前适(shi)用于煤礦管道(dào)瓦斯流量監測(ce)的幾種可用的(de)管道瓦斯流量(liàng)計有 孔闆流量(liang)計 、渦街流量計(jì)、皮托管流量計(jì)、V錐流量計等。
（1）孔(kong)闆流量計屬于(yu) 差壓式流量計(jì) 中的一種。是利(lì)用流體通過孔(kǒng)闆時在孔闆前(qian)後産生的差壓(ya)來測量流量的(de)一種方法，主要(yao)由孔闆、取壓裝(zhuang)置、信号管🌈路、 差(chà)壓變送器 及顯(xian)示儀表組成。其(qi)原理是将一個(ge)孔闆節流件固(gù)定在☎️管道内部(bu)，節流件的孔徑(jìng)小，對流過的流(liú)體有約束作用(yong)，流體的流👨‍❤️‍👨束截(jié)面突然收縮，流(liú)速随之加快，由(you)于節流件前後(hòu)的流速突🔞然變(bian)化，使得在節流(liu)件前後産🚩生靜(jing)壓力差，流體通(tong)過節流件的流(liú)量越🔞大，産生的(de)靜壓力差越大(da)，通過測量節流(liú)件前後的差壓(yā)，進而實現對流(liu)量的測量。孔闆(pan)流量計是較早(zao)用于測量氣體(ti)流量的流量計(ji)，它的優點是便(bian)于安裝、成本低(dī)、無可轉動部件(jian)。孔闆流量計的(de)✨缺點是穩定性(xìng)差，流動性差，流(liú)速範圍小✍️，節流(liú)件前段容易堆(duī)積雜質，測量精(jing)度差等。
（2）渦街流(liú)量計類似于目(mu)前煤礦廣泛使(shi)用的渦街風速(su)傳感器，也是根(gen)據卡曼渦街原(yuan)理，是在一穩定(ding)的流體中安㊙️放(fang)一根非流線型(xing)阻流體，流體受(shòu)阻流體的影響(xiǎng)✨，動能和壓能相(xiàng)互轉換，外部流(liu)體壓強大于内(nèi)部流體，迫使内(nèi)部🌈流體向相反(fǎn)方向移動，從而(ér)在阻流體兩側(cè)交替地形成兩(liang)串規則的㊙️旋渦(wō)，而産生的旋渦(wō)周期頻🈲率與管(guan)道内的流體流(liu)速之間❗有确定(ding)的數值關系，通(tōng)過超聲🏃🏻‍♂️、熱敏、應(ying)力、應變、電容、電(dian)磁、光電、光纖等(deng)其他形式的檢(jiǎn)測方式測出旋(xuán)渦的分離頻率(lǜ)變化就可以換(huan)算出流體的流(liú)量。渦街流量計(ji)的優點是結構(gòu)簡單，無可轉動(dòng)部件，耐髒污介(jie)質🛀能力強，測量(liang)量程比寬，永久(jiu)性壓損小。渦街(jie)流量計㊙️的缺❌點(dian)是在高粘度、低(dī)流速流🥵體🙇🏻精度(dù)差，不适用于低(di)雷諾數測量，隻(zhi)适用于高流速(sù)流體的測量，對(duì)測量管道前後(hòu)的直管🐪段長度(du)要求長，方能保(bao)證穩定🌈的測量(liang)。
（3）皮托管流量計(jì)又名“空速管”，“風(fēng)速管”，是通過測(ce)量管道内某點(dian)🆚流體的動壓與(yǔ)靜壓之差來測(cè)量流量的，原理(lǐ)是在皮托管頭(tóu)部迎流方向開(kāi)有一個小孔稱(cheng)爲總壓孔，在該(gāi)處形成“駐點”，在(zai)距頭部一定距(jù)離處開有若幹(gan)垂直于流♍體流(liu)向的靜壓孔．各(ge)靜壓孔所測靜(jìng)壓在均👣壓室均(jun1)壓後輸出，由于(yú)流✉️體的總壓和(he)靜壓之差與被(bei)測流體的流速(su)有确定的數值(zhí)關系，因此可以(yi)用皮托管測得(de)流體流速從而(ér)計算出被測☂️流(liu)體的流量。皮托(tuo)✊管流量計在飛(fēi)機💔上廣泛應用(yong)，其優點是🔞測量(liàng)範圍寬🙇🏻，使用制(zhi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼造方便，點流速(su)測量🐇準确度高(gao)。缺點是低流速(su)性差，受流速分(fèn)💔布影響大，容易(yì)堵塞。
（4） V 錐流量計(ji) 也是一種差壓(yā)式流量計，同樣(yàng)是基于密閉管(guan)道中能量🐅相互(hu)轉化的伯努利(li)定律，利用節流(liú)效應來測量流(liú)體流量。它是在(zai)管道中心安裝(zhuang)一個錐形體來(lai)對流體進行節(jie)流，使管道中心(xīn)的流體繞錐形(xíng)體流動，并将流(liu)💰體收縮到管壁(bi)。與孔⛷️闆流量計(jì)☀️的中心孔🏃🏻節流(liú)不同，V錐流量計(ji)是管⭐道外圍的(de)環狀節流。管道(dao)🔞内的流體流⭐過(guò)V錐體時，被收縮(suo)👣到管壁，使管壁(bi)👄流體的流速加(jia)快，在V錐體的前(qian)後産生差✏️壓，流(liú)體的流速🔴與差(cha)壓的平方有确(què)❓定的數值關系(xì)。并且錐體與管(guǎn)道同軸，錐體前(qián)部直接作用于(yú)流體中心部分(fèn)，迫使高速的中(zhong)心與接近管壁(bì)的低速流體均(jun1)🌂勻化，從而🤞産生(sheng)正确的壓差。V錐(zhuī)流量計具有量(liàng)程下限低，量程(cheng)比寬，适用磨損(sun)小，流場自動調(diao)整，自清掃等特(tè)點。

表1幾種管(guǎn)道流量計參數(shu)對比

名稱	精度(du) 等級	長期穩 定(ding)性	量程比	可動(dong) 部件	耐髒防堵(dǔ)	高流 速性	低流(liu) 速性	直管段 要(yao)求
孔闆	1.5級	差	1:3	無(wu)	差	差	差	10D 後5D
勻速(su)管	1.5級	一般	1:10	無	一(yī)般	好	差	前20D 後10D
渦(wo)街	2.0級	一般	1:7	無	一(yi)般	好	差	前25D 後15D
V錐(zhuī)	0.5級	好	1:10	無	好	好	好(hǎo)前	前3D 後1D

綜上比(bi)較，最适合管道(dào)瓦斯抽放監測(cè)的是V錐流量計(ji)。
3V錐管道流量計(ji)在北皂煤礦的(de)應用
3.1相關技術(shu)指标要求
（1）量程(chéng)比：1:10；
（2）公稱直徑DN:DN150；
（3）公(gōng)稱壓力PN:1MPa；
（4）介質溫(wēn)度：20~25℃；
（5）負壓範圍：-10~-40kPa；
（6）流(liú)量範圍：6~42m3/min；
（7）測量精(jīng)度：0.5級；
（8）錐體材質(zhi)：不鏽鋼；
（9）管道外(wai)殼材質：碳鋼或(huò)不鏽鋼；
（10）RS485通信方(fang)式：可運行KJ95N以及(ji)其他基于RS485接口(kou)的通訊協議，波(bo)特率1200~115200bps可調；
（11）通信(xìn)距離：傳感器到(dào)抽放顯示控制(zhì)裝置最大距離(lí)⛷️不☔小于2km；
（12）工業以(yi)太環網平台：10/100/1000Mbit/s。
3.2主(zhu)要設備
　　主要設(she)備包括V錐管件(jian)、GD3多參數傳感器(qì)、GJG100H紅外甲烷傳感(gǎn)器、GTH1000一氧化碳傳(chuán)感器、KPPI汽水分離(li)器。
(1)V錐管件。直管(guǎn)段滿足前3D後1D(D指(zhǐ)管道的直徑)，安(ān)裝前直管段要(yao)求不低于0.6m。在V錐(zhuī)測壓孔上安裝(zhuang)三閥組，通過📱穩(wen)壓🔆組件連接到(dao)傳感器；把汽水(shuǐ)分離裝置、管道(dào)紅外瓦斯✔️傳感(gan)器和管道一氧(yǎng)化碳傳感器分(fen)别用螺絲緊固(gu)于🐪V錐支架上，汽(qi)水分離裝置導(dǎo)氣管低進高出(chū)，後連到兩個傳(chuan)感器上。在北皂(zao)煤礦㊙️應用時曾(ceng)經出現瓦斯和(he)🌂一氧化碳傳感(gan)器數值顯示爲(wèi)零、流量低的問(wèn)題，原因是導氣(qi)管将流量、瓦斯(sī)和一氧化碳傳(chuán)感器串聯，導緻(zhi)氣阻過大，将流(liu)量與瓦斯、一氧(yang)化🔞碳傳感器氣(qi)路分離後正常(chang)。
（2）GD3多參數傳感器(qi)。用于監測管道(dào)瓦斯氣體，實時(shi)顯示管道👄内瓦(wa)斯氣體多種參(cān)數值（差壓、絕壓(yā)、負壓、溫度、流量(liang)、累積流量等值(zhí)），在此處用于采(cai)集管道流量、負(fù)壓和溫度，并由(you)GD3将數據統一傳(chuan)輸到監測分站(zhàn)。
（3）GJG100H紅外甲烷傳感(gan)器。用于監測管(guan)道甲烷濃度。甲(jia)烷檢測範🔞圍：0~100%；甲(jia)烷基本誤差：甲(jiǎ)烷濃度≤1%：真值±0.07%；甲(jia)烷濃度＞1%：±7%（真值）。爲(wèi)避免管道瓦斯(sī)氣體📞内的水分(fèn)對紅外甲烷測(ce)量造成影響，在(zài)進氣端🈚安裝汽(qi)💯水分離🈲器。監測(ce)數據單獨傳輸(shu)到監測分站。
（4）GTH1000一(yi)氧化碳傳感器(qi)。對管道内的CO進(jìn)行測量及顯示(shi)測量範圍：0~1000×10-6CO；監測(ce)數據單獨傳輸(shū)到監測分站。
（5）與(yu)KJ95N系統的聯接。瓦(wa)斯抽放監測系(xi)統所采用的設(shè)備均是KJ95N系統的(de)✊聯檢設備。在接(jiē)入方式上有兩(liang)種模式，一是接(jiē)入專用監測分(fen)站，通過環網進(jìn)行數據傳輸；另(lìng)一種⭐是接入通(tōng)用監測分站，通(tong)過電纜實現數(shu)據上傳。而無🔴論(lun)哪兩種方法，由(yóu)于管道氣體監(jian)測傳感器的測(ce)量範圍與環境(jing)氣㊙️體監測傳感(gǎn)🔱器測量範圍⚽大(dà)不相同，需要💃🏻在(zai)系統主機上對(duì)傳感器進行定(ding)義後方可正🎯常(cháng)使用👨‍❤️‍👨，否則會✂️增(zēng)大數據傳輸誤(wù)差。
4應用效果

　　在北皂煤(mei)礦海域H2302工作面(mian)應用V錐管道瓦(wa)斯抽放監測，并(bing)😍将瓦斯抽放監(jiān)測系統接入到(dào)KJ95N安全監控系統(tǒng)中，實現了數據(jù)上傳和統一監(jiān)控。自2025年12月至2025年(nián)12月，累計抽放🈲瓦(wǎ)斯32.84萬m3。
5結束語
　　通(tong)過管道瓦斯流(liu)量計在北皂煤(méi)礦的應用，在現(xian)場對比🐕了渦🔴街(jie)流量計和V錐流(liú)量計，V錐流量計(ji)的量程下限低(dī)，低✂️流速測量性(xing)能好，安裝簡單(dān)的特點比較🔴突(tu)出，而且利用V錐(zhui)産生🥵的氣壓👈将(jiang)氣樣導出抽放(fàng)管道的方式⚽，大(da)大減少🧑🏽‍🤝‍🧑🏻了管道(dào)氣内的粉塵❓、水(shui)分對瓦斯、一氧(yang)化碳傳感器敏(mǐn)感元件的影響(xiǎng)。爲北皂煤礦工(gōng)作面的瓦斯抽(chōu)放工作提供了(le)準确的監測數(shu)據保障。

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