黃文爭(zhēng)

(冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司 檢測(cè)檢驗(yàn)中心 河北邯鄲 056200)

目前，國內(nèi)高瓦斯、煤與瓦斯突出煤礦進(jìn)行瓦斯治理或防突治理有效手段就是預(yù)抽煤層瓦斯和抽采井下采空區(qū)瓦斯，煤層瓦斯經(jīng)過抽采達(dá)標(biāo)后能確保采掘工作面安全生產(chǎn)?！斗乐蚊号c瓦斯突出細(xì)則》第六十九條規(guī)定：采用殘余瓦斯含量或者殘余瓦斯壓力檢驗(yàn)指標(biāo)時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先根據(jù)檢驗(yàn)單元內(nèi)瓦斯抽采與排放量等計(jì)算煤層的殘余瓦斯含量或者殘余瓦斯壓力，達(dá)到了要求指標(biāo)后再現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定殘余瓦斯含量或者殘余瓦斯壓力指標(biāo)，并根據(jù)直接測(cè)定指標(biāo)判定防突效果。

各高突礦井抽采瓦斯管路在泵站、主管、干管、支管及需要單獨(dú)評(píng)價(jià)的區(qū)域分支、鉆場(chǎng)等均布置計(jì)量測(cè)點(diǎn)，即管路瓦斯氣體綜合參數(shù)測(cè)定儀，能實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)定管路瓦斯的流量等參數(shù)；同時(shí)煤礦有專人攜帶便攜式瓦斯抽放綜合參數(shù)儀，對(duì)上述地點(diǎn)進(jìn)行定期巡回測(cè)定流量等參數(shù)，進(jìn)行比對(duì)，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。由于煤礦井下環(huán)境惡劣，受各種因素影響，上述精密儀器在井下現(xiàn)場(chǎng)安裝、使用一段時(shí)間后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)測(cè)量的流量數(shù)據(jù)失真不準(zhǔn)，造成抽采瓦斯量與實(shí)際不符，嚴(yán)重影響煤礦抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判，進(jìn)而影響高突礦井瓦斯治理和防突工作效果，給礦井安全生產(chǎn)帶領(lǐng)重大隱患。

1 低速風(fēng)洞簡(jiǎn)介

冀中能源峰峰集團(tuán)檢測(cè)檢驗(yàn)中心現(xiàn)有DZS—Ⅰ型低速風(fēng)洞一套，使用機(jī)械式差壓計(jì)，按鍵型定點(diǎn)風(fēng)速控制箱，人工記錄校驗(yàn)數(shù)據(jù)，功能單一，只具備手動(dòng)檢定礦用風(fēng)速表功能。因此，如何對(duì)該低速風(fēng)洞進(jìn)行技術(shù)改造，在現(xiàn)有功能基礎(chǔ)上，擴(kuò)展其適用范圍，使之具備調(diào)校管路瓦斯氣體綜合參數(shù)測(cè)定儀和便攜式瓦斯抽放綜合參數(shù)儀（流量參數(shù)）、自動(dòng)檢定礦用風(fēng)速表等功能；實(shí)現(xiàn)煤礦抽采瓦斯管路中流量參數(shù)的定期標(biāo)定、校驗(yàn)，保證抽采瓦斯流量準(zhǔn)確，成為煤礦瓦斯綜合治理和防突工作急需解決的難題。

2 風(fēng)洞技術(shù)改造方案

我們?cè)诂F(xiàn)有DZS—Ⅰ型低速風(fēng)洞（符合河北省市場(chǎng)監(jiān)督管理局授權(quán)的礦用風(fēng)速表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核證書要求，具備手動(dòng)檢定礦用風(fēng)速表功能）基礎(chǔ)上，使用風(fēng)洞檢驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造，系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方案，可用于風(fēng)速類儀表、插入式流量計(jì)等儀器的檢驗(yàn)工作，主要由采集控制站、自動(dòng)校驗(yàn)軟件、閉口直路式風(fēng)洞主體、變頻器、風(fēng)機(jī)、皮托管、微差壓傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、工裝夾具、PC機(jī)、打印機(jī)等組成。系統(tǒng)風(fēng)速測(cè)量采用皮托管加差壓變送器方案，通過伯努利方程將風(fēng)壓轉(zhuǎn)換為風(fēng)速，并配備有溫度、氣壓傳感器，進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償。系統(tǒng)采用風(fēng)速閉環(huán)調(diào)整方案，由軟件通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集到的風(fēng)速值，最終將風(fēng)速穩(wěn)定在預(yù)先設(shè)定的風(fēng)速閾值范圍內(nèi)。（見圖1風(fēng)洞校驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖）

改造后的系統(tǒng)具備自動(dòng)標(biāo)定、自動(dòng)校驗(yàn)、手動(dòng)標(biāo)定、手動(dòng)校驗(yàn)功能；自動(dòng)功能應(yīng)用于“管道瓦斯測(cè)定儀”、“礦用機(jī)械風(fēng)表”的檢定、校驗(yàn)工作，手動(dòng)功能應(yīng)用于“便攜多參數(shù)測(cè)定儀”的檢定、校驗(yàn)工作。具有自動(dòng)化程度高、使用便捷、精度高等特點(diǎn)。

2.1 壓力傳感器、溫度傳感器安裝固定方式

拆除風(fēng)洞原有燈座，將傳感器安裝轉(zhuǎn)接座安裝至原來風(fēng)洞燈座開孔處，這樣可省去安裝壓力傳感器、溫度傳感器所需要的開孔。轉(zhuǎn)接座底部設(shè)計(jì)有與風(fēng)洞內(nèi)部相同曲率的曲面，以最大程度與風(fēng)洞內(nèi)部表面相吻合，填補(bǔ)燈座內(nèi)部空洞，減少對(duì)流場(chǎng)品質(zhì)的負(fù)面影響。通過三通球閥可以選擇將傳感器測(cè)量腔與外部環(huán)境連通或與風(fēng)洞內(nèi)部連通，以此來選擇測(cè)量風(fēng)洞外部環(huán)境壓力、溫度或風(fēng)洞內(nèi)部壓力、溫度。

2.2 瓦斯抽放綜合參數(shù)測(cè)定儀安裝方式

將便攜式多參數(shù)測(cè)定儀轉(zhuǎn)接座安裝至風(fēng)洞原有的DN75凸臺(tái)，然后將引流管安裝至便攜多參數(shù)測(cè)定儀轉(zhuǎn)接座，無需對(duì)風(fēng)洞進(jìn)行另外開孔。

2.3 管路瓦斯氣體綜合參數(shù)測(cè)定儀安裝方式

管路瓦斯氣體綜合參數(shù)測(cè)定儀可直接安裝與原有DN75凸臺(tái)，無需二次改造。

2.4 礦用機(jī)械風(fēng)表安裝方式

研制了礦用機(jī)械風(fēng)表專用固定支架，通過加裝光電傳感器、轉(zhuǎn)速變送器，可將礦用機(jī)械風(fēng)表的扇葉轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并上傳至風(fēng)洞控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械風(fēng)表的自動(dòng)化檢驗(yàn)。

3 實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)、檢定功能

3.1 自動(dòng)(手動(dòng))檢驗(yàn)、標(biāo)定功能

主要用于“管道瓦斯多參數(shù)測(cè)定儀”、“便攜多參數(shù)測(cè)定儀”，即使用系統(tǒng)的“自動(dòng)(手動(dòng))校驗(yàn)”功能檢驗(yàn)被測(cè)儀器是否合格，如合格，則打印檢驗(yàn)、標(biāo)定報(bào)告，結(jié)束流程。

圖1 風(fēng)洞校驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

3.1.1 自動(dòng)(手動(dòng))校定流程簡(jiǎn)介

系統(tǒng)能夠自動(dòng)(手動(dòng))檢驗(yàn)被測(cè)儀器流量(風(fēng)速)測(cè)量功能是否合格(測(cè)量值誤差是否合格)，并自動(dòng)生成原始測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表、檢驗(yàn)報(bào)告(手動(dòng)功能需人為記錄數(shù)據(jù)，填寫檢驗(yàn)報(bào)告等，以下括號(hào)內(nèi)標(biāo)注項(xiàng)為需要人工參與的步驟) ，自動(dòng)模式下整個(gè)流程一鍵自動(dòng)運(yùn)行，無需人工操作。即：系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)動(dòng)風(fēng)速（風(fēng)量）為預(yù)設(shè)值，自動(dòng)采集（人工記錄）此風(fēng)速（風(fēng)量）點(diǎn)被測(cè)儀器示值3次，自動(dòng)（或人工）檢查是否需要切換至下一風(fēng)速（風(fēng)量）點(diǎn)（共計(jì)10個(gè)測(cè)點(diǎn)），當(dāng)所有風(fēng)速（風(fēng)量）點(diǎn)檢測(cè)完畢，自動(dòng)（或人工）計(jì)算誤差并判定各測(cè)定是否合格，自動(dòng)生成(或人工記錄)原始記錄表，自動(dòng)生成(或人工填寫)檢驗(yàn)證書，結(jié)束流程。

3.1.2 自動(dòng)(手動(dòng))標(biāo)定流程簡(jiǎn)介

“標(biāo)定”是指對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，使其測(cè)量值誤差在要求范圍內(nèi)。系統(tǒng)能夠自動(dòng)(手動(dòng))校準(zhǔn)被校儀器的流量(風(fēng)速)測(cè)量功能，自動(dòng)模式下整個(gè)流程一鍵自動(dòng)運(yùn)行，無需用戶操作。手動(dòng)模式需要用戶操作被校儀器，輸入校準(zhǔn)值，以下流程括號(hào)內(nèi)標(biāo)注項(xiàng)為需要人工參與的步驟。即：系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)洞風(fēng)速（風(fēng)量）為預(yù)設(shè)值，自動(dòng)向被校儀器發(fā)送命令（或人工操作被校儀器），完成本校驗(yàn)點(diǎn)校準(zhǔn)，自動(dòng)（或人工）檢查是否需要切換至下一風(fēng)速（風(fēng)量）點(diǎn)（共計(jì)10個(gè)測(cè)點(diǎn)），當(dāng)所有標(biāo)定點(diǎn)標(biāo)定完畢，自動(dòng)生成標(biāo)定記錄表（或人工記錄），結(jié)束流程。

3.2 礦用機(jī)械風(fēng)表自動(dòng)檢測(cè)功能簡(jiǎn)介

系統(tǒng)采用對(duì)射式光電傳感器采集礦用機(jī)械風(fēng)表扇葉轉(zhuǎn)速，扇葉與礦用機(jī)械風(fēng)表的指針轉(zhuǎn)速比固定，通過轉(zhuǎn)速比將扇葉轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為機(jī)械風(fēng)表指針示值。能夠自動(dòng)計(jì)算出被測(cè)礦用機(jī)械風(fēng)表的線性回歸方程，自動(dòng)繪制曲線表，自動(dòng)生成原始記錄表、計(jì)算誤差、判定是否合格，自動(dòng)生成檢定證書，整個(gè)流程一鍵自動(dòng)運(yùn)行。檢測(cè)流程為：系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)洞風(fēng)速為預(yù)設(shè)值，自動(dòng)采集此風(fēng)速點(diǎn)礦用機(jī)械風(fēng)表示值，自動(dòng)檢查是否需要切換至下一風(fēng)速點(diǎn)（共計(jì)6個(gè)風(fēng)速點(diǎn)），當(dāng)所有風(fēng)速點(diǎn)檢測(cè)完畢后，自動(dòng)用最小二乘法計(jì)算線性回歸方程，自動(dòng)計(jì)算各測(cè)點(diǎn)風(fēng)表風(fēng)速值，計(jì)算誤差并判定各測(cè)點(diǎn)是否合格，自動(dòng)生成原始記錄表和曲線表，生成檢定證書，結(jié)束流程。

4 應(yīng)用效果

經(jīng)過高精度智能化技術(shù)改造，現(xiàn)有低速風(fēng)洞具備了自動(dòng)（手動(dòng)）調(diào)校管路瓦斯氣體綜合參數(shù)測(cè)定儀和便攜式瓦斯抽放綜合參數(shù)儀（流量參數(shù)）、自動(dòng)（手動(dòng)）檢定礦用風(fēng)速表等多種功能。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢定礦用風(fēng)速表后，有效杜絕了人工檢定風(fēng)表經(jīng)常發(fā)生的人為誤差，真正保證了風(fēng)表的數(shù)值可靠準(zhǔn)確，為煤礦井下通風(fēng)工作提供了重要的物質(zhì)保障，同時(shí)，自動(dòng)檢定一塊礦用風(fēng)表只需25min，相比人工檢定提高效率4倍以上。自動(dòng)（手動(dòng)）調(diào)校管路瓦斯氣體綜合參數(shù)測(cè)定儀和便攜式瓦斯抽放綜合參數(shù)儀（流量參數(shù)），填補(bǔ)了河北省煤礦管路抽采瓦斯（流量參數(shù)）精準(zhǔn)測(cè)量的空白，實(shí)現(xiàn)煤礦抽采瓦斯管路中流量參數(shù)的定期標(biāo)定、校驗(yàn)，保證管路抽采瓦斯流量準(zhǔn)確可靠，為煤礦瓦斯綜合治理和防突工作打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，調(diào)校一臺(tái)綜合參數(shù)儀只需用時(shí)30min，全程自動(dòng)化出數(shù)據(jù)，杜絕了人為誤差，有效保證了測(cè)定數(shù)字的準(zhǔn)確性，峰峰集團(tuán)共計(jì)160臺(tái)綜合參數(shù)測(cè)定儀，按調(diào)校一臺(tái)1500元計(jì)算，每半年調(diào)校一次，每年可創(chuàng)效48萬元。同時(shí)，該技術(shù)改造可以推廣應(yīng)用到全國所有煤礦的礦井瓦斯綜合治理和防突工作中，能為煤礦提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，真正做到為煤礦的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。