1、Email ：,礦井瓦斯抽采技術(shù)-瓦斯抽采參數(shù)的監(jiān)測與監(jiān)控,鄭州煤炭工業(yè)技師學(xué)院 資源開發(fā)教研室 楊晨光煤礦安全規(guī)程對抽放管道中瓦斯?jié)舛茸隽艘?guī)定：利用瓦斯時，濃度不得低于30%，且在利用瓦斯的系統(tǒng)中必須裝設(shè)有防回火、防回氣和防爆炸作用的安全裝置。不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯設(shè)備時，抽放濃度不得低于25%。 煤礦瓦斯抽放規(guī)范(AQ 1027-2006)規(guī)定，地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)必須建立瓦斯抽放參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)；抽放站內(nèi)應(yīng)配置專用檢測瓦斯抽放參數(shù)的儀器儀表。,礦井瓦斯抽放系統(tǒng)必須監(jiān)測抽放管道中的瓦斯?jié)舛?、流量、?fù)壓、溫度和一氧化碳等參數(shù)，同時監(jiān)測抽放泵站內(nèi)瓦斯泄漏等。當(dāng)出現(xiàn)瓦

2、斯抽放濃度過低、一氧化碳超限、泵站內(nèi)有瓦斯泄漏等情況時，應(yīng)能報警并使抽放泵主電源斷電。,第一節(jié) 瓦斯流量的測定,一、概述 為了全面掌握與管理井下瓦斯抽放情況，需要在總管、分管、支管和各個鉆場內(nèi)安設(shè)測定瓦斯流量的流量計。 1、流量的測定方法分類 按作用原理劃分可把常用的流量測量儀表分成面積式流量計、差壓式流量計、流速式流量計和容積式流量計四大類。,(1)面積式流量計 面積式流量計又稱轉(zhuǎn)子流量計，因轉(zhuǎn)子處于任一平衡位置時，兩端壓差是定值，所以也稱恒壓差式流量計，可以測量低雷諾數(shù)中小型管徑小流量。 (2)差壓式流量計 差壓式流量計是通過測定流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而測量流量的。由節(jié)流裝置和差壓

3、計組成的節(jié)流式流量計是目前工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的流量計。通用的節(jié)流裝置有孔板、噴嘴、文丘利管和文丘利噴嘴等4種。,(3)流速式流量計 常用的有通過葉輪轉(zhuǎn)速快慢反映流量大小的旋翼式水表、分流旋翼式蒸汽式流量計及渦輪流量計，測量旋渦頻率的旋渦流量計，通過測量導(dǎo)電流體感應(yīng)電動勢變化的電磁流量計。 (4)容積式流量計 容積式流量計相當(dāng)于是一個標(biāo)準(zhǔn)容積的容器，其通過對流體進行不斷的度量而測量出相應(yīng)的流量。適用于流量氣體流量的有煤氣表、濕式流量計。,2、節(jié)流式流量計 (1)基本原理 由于連續(xù)流動的流體經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時流速會增大，在節(jié)流裝置上下游側(cè)之間出現(xiàn)靜壓力差，且流量與壓差之間存在著一個恒定的關(guān)系，因而

4、通過測量壓差即可計算出流體的流量。,(2)節(jié)流裝置的取壓方式 徑距取壓（D和D/2取壓）。這種取壓方式的上游側(cè)取壓孔中心位于孔板上游端面D0.1D處，下游側(cè)取壓孔中心位于孔板下游端面0.5D0.02D處。 法蘭取壓。這種取壓方式的孔板上、下游取壓孔中心與孔板入口及出口端面的距離均為25.41mm。 角接取壓。這種取壓方式的上、下游取壓點均位于孔板出入口的端面外處，又分為環(huán)室取壓和單獨鉆孔取壓2種結(jié)構(gòu)。,(3)節(jié)流裝置的種類 節(jié)流裝置分標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置2類。 我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB2624-81規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是角接取壓的標(biāo)準(zhǔn)孔板、法蘭取壓的標(biāo)準(zhǔn)孔板、角接取壓的標(biāo)準(zhǔn)噴嘴3種。 非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流

5、裝置有圓缺孔板、 圓噴嘴、矩形流量管等。,二、孔板流量計 在煤礦瓦斯抽放流量測量中使用最廣泛的流量計是徑距取壓的標(biāo)準(zhǔn)孔板，其適用條件是： 孔板圓孔直徑 d12.5mm 管道直徑 50mmD760mm 直徑比 0.20=d/D0.75 雷諾數(shù) 12602DReo108,1、孔板流量計的構(gòu)造與工作原理,孔板流量計由孔板、取壓嘴和鋼管組成，如圖7-1、圖7-2所示。,圖7-1 孔板流量計(A),圖7-2 孔板流量計(B) 1-孔板；2-測量嘴；3-鋼管,(1)孔板構(gòu)造 孔板是一塊具有圓形 開孔并相對于開孔軸線對 稱的圓形薄板，如圖7-3 所示。不同管道內(nèi)徑的 孔板，其結(jié)構(gòu)形式 是 幾何相似的。,圖7

6、-3 標(biāo)準(zhǔn)孔板,孔板開孔上游側(cè)直角入口邊緣應(yīng)銳利，邊緣角應(yīng)不大于0.0004d。孔板開孔圓筒形部分長度e=(0.0050.02D)；孔板厚度E在e和0.05D之間，一般不小于2mm；出口處向下游側(cè)擴散的錐面的圓錐角為3045。,(2)孔板流量計的工作原理 連續(xù)流動著的流體遇到節(jié)流裝置時,由于節(jié)流裝置的截面積比管道的截面積小，在壓差(能量)作用下流體的流速增大，擠過節(jié)流孔，形成流束收縮；在擠過節(jié)流孔之后，流速又由于流通面積的變大和流束的擴大而降低，這樣，在節(jié)流裝置前后的管壁處的流體靜壓力產(chǎn)生差異，形成靜壓力差p,p=p1-p2，并且p1p2,此即節(jié)流現(xiàn)象。節(jié)流裝置的作用在于造成流束的局部收縮，從

7、而產(chǎn)生壓差；流過的流量越大，壓差越大。流體流經(jīng)節(jié)流裝置時的節(jié)流現(xiàn)象如圖7-4所示。,圖7-4 流體流過孔板時的節(jié)流現(xiàn)象,式中： QH管道中混合氣體的流量,m3/min； h孔板前后測壓孔的靜壓差，Pa； P管內(nèi)孔板后的絕對靜壓,Pa； t管內(nèi)孔板后的溫度，； p0標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，Pa； 0混合氣體的密度，kg/m3，參見表7-1。 孔板特性系數(shù)，m2.5/min，參見表7-2。,表7-1 甲烷與空氣混合氣體在20和1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度值,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的孔板流量計，孔徑大于20mm時，它的特性系數(shù)可采用表7-2中的數(shù)值?？讖叫∮?0mm的孔板，由于加工誤差的影響較大，應(yīng)該用標(biāo)準(zhǔn)流量計來標(biāo)定它的系數(shù)。

8、孔板流量計孔板圓孔的大小，應(yīng)根據(jù)流量來選擇。為了減小測量時的誤差，孔板前后的壓力差應(yīng)大于98.1Pa；為了減少阻力和便于測量，靜壓差應(yīng)小于981Pa。,表7-2 孔板流量計特性系數(shù),4、使用孔板流量計的管道條件與安裝要求 (1)孔板上游側(cè)的測量管長度為10D，下游側(cè)的長度為4D。 (2)測量管內(nèi)表面應(yīng)清潔，無凹陷和沉淀物，其相對粗糙度K/D應(yīng)小于或等于0.001。(其中，K為管道內(nèi)壁絕對平均粗糙度),(3)孔板上、下游所需直管長度不得小于課本P132頁表7-3所示。 (4)測量管長度之外的直管段內(nèi)表面的相對粗糙度K/D小于或等于0.001，但也允許使用相對粗糙度更高一些的管子。 (5)在測量管

9、中安裝孔板時，開孔軸線與測量管軸線同軸，孔板上游側(cè)端面與管道軸線垂直，垂直度小于1%。,第二節(jié) 管道中壓差和負(fù)壓的測定,一、壓差計 壓差計可用來測量孔板流量計上、下游側(cè)的壓差，也可用來測量抽放管道內(nèi)外的壓差(即負(fù)壓)。 1、U型管壓差計 U形管壓差計為一固定在木板上的U形玻璃管，內(nèi)裝汞或水作為工作液。壓差大時用汞，壓差小時用水。工作液的正常高度為U形玻璃管高度的一半，刻度尺嵌在產(chǎn)U形管中間，如圖7-5所示。玻璃管的內(nèi)徑一般是56mm。,用U形管壓差計測量高負(fù)壓管道的孔板流量計的壓差時，U形管壓差計的兩根膠管，必須同時接通2個測量嘴，以免壓差計的工作液被負(fù)壓吸走。為了操作方便，在壓差計的一根玻璃

10、管上安裝一個玻璃旋塞閥，如圖7-6所示，先關(guān)閉旋塞閥再接測量嘴，開放旋塞閥即可進行測量。 當(dāng)測定的壓差值很小時，為提高讀數(shù)精度，應(yīng)采用傾斜壓差計，如圖7-7所示。,圖7-5 U型壓差計 1-膠皮管；2-刻度尺；3-U形玻璃管；4-工作液,圖7-6 有旋塞的 U型壓差計 1-旋塞閥；2-膠皮管；3-U形玻璃管,圖7-7 傾斜壓差計,2、單管汞柱壓差計 單管汞柱壓差計用于測量抽放管道內(nèi)的負(fù)壓，結(jié)構(gòu)如圖7-8所示。測量前，接頭1、2均通大氣，用調(diào)正螺釘讓零點對準(zhǔn)玻璃管中汞柱的凹面；測量時接頭2用軟管接到管道測量嘴上即可。儲汞瓶是防止管內(nèi)負(fù)壓過高時將汞抽出，小球是防止管內(nèi)遇較大正壓時將汞沖出。,圖7-

11、8 單管汞柱壓差計 1、2-接頭；3、4-儲汞瓶；5-調(diào)整螺釘；6-小球,二、氣壓計 1、氣壓計的種類 氣壓計是用來測量靜壓力的儀器，主要有水銀氣壓計和空盒氣壓計2種。水銀氣壓計有動槽式水銀氣壓計和定槽式水銀氣壓計。,2、水銀氣壓計 動槽水銀氣壓計如圖7-9所示，主要部件是一根倒置于可動水銀槽內(nèi)的玻璃管，管的上端水銀面上是真空的，槽內(nèi)液面則通向大氣。所以玻璃管內(nèi)的水銀柱高度就表示了大氣壓力，單位為毫米汞柱或毫巴。測定時，轉(zhuǎn)動底部調(diào)節(jié)螺絲，使槽內(nèi)水銀液面正好與象牙指針觸及，然后轉(zhuǎn)動中部螺絲，使游標(biāo)的切口與水銀頂面相切，由刻度尺和游標(biāo)讀出大氣壓的讀數(shù)值。,圖7-9 槽式水銀氣壓計 1-水銀柱面；2

12、-尖端； 3-水銀柱；4-旋鈕； 5-測微游標(biāo)旋鈕,定槽式水銀氣壓計的下部水銀槽是固定不動的,除不必調(diào)節(jié)槽內(nèi)液面高低外,其余使用方法和動槽式相同。 因為氣壓計上的刻度尺是金屬制作的，熱脹冷縮，因此測量結(jié)果要進行讀值的校正。根據(jù)溫度和P讀查表7-4得出校正氣壓P校，按公式P=P讀+P校，就可算出此時的大氣壓力。,表7-4 水銀氣壓計溫度校正值表（P校）,3、空盒氣壓計 空盒氣壓計如圖7-10所示。其測壓原理是以隨大氣壓力變化而產(chǎn)生軸向移動的真空膜盒作為感應(yīng)元件，它通過拉桿和傳動機構(gòu)帶動指針，指示出當(dāng)時某測點的絕對靜壓值。當(dāng)大氣壓力增加時，膜盒被壓縮，通過傳動機構(gòu)使指針順時針方向偏轉(zhuǎn)一定角度；當(dāng)大

13、氣壓力減小時，膜盒就膨脹，通過傳動機構(gòu)使指針逆時針方向偏轉(zhuǎn)一定角度。根據(jù)指針在刻度盤上的位置，便可直接讀出壓力值。測量絕對靜壓時，將空盒氣壓計水平放置于測點，待指針變化穩(wěn)定后，即可從刻度盤上直接讀出靜壓顯示值，然后根據(jù)測點溫度和儀器本身的誤差校正表進行校正，即可得到該點的實際靜壓值。,圖7-10 空盒氣壓計,第三節(jié) 瓦斯?jié)舛鹊臋z測,一、光干涉式瓦斯檢定器 1、光干涉式瓦斯檢定器的結(jié)構(gòu)原理 抽放瓦斯管道中的瓦斯?jié)舛?，可以用光干涉式瓦斯檢定器進行檢測。它是根據(jù)光的折射率與氣體濃度間存在某種比例關(guān)系的特性，通過測量干涉條紋的移動量達到測量氣體折射率、進而達到測定空氣中瓦斯?jié)舛鹊膬x器。,光干涉式瓦斯檢

14、定器按其測量瓦斯?jié)舛鹊姆秶煌?，分為低濃度光學(xué)瓦斯檢定器（測定范圍010，精度0.01%)和高濃度光學(xué)瓦斯檢定器（測定范圍0100，精度0.1%)兩種。 光學(xué)瓦斯檢定器主要由氣路、光路和電路三大系統(tǒng)組成，如圖7-11所示。,圖7-1l AQG1型光學(xué)瓦斯檢定器 （a）外形 （b）內(nèi)部構(gòu)造 1目鏡；2主調(diào)螺旋；3微調(diào)螺旋；4吸氣管；5進氣管；6微讀數(shù)觀察窗；7微讀數(shù)電門；8光源電門；9水分吸收管；10吸氣球；11二氧化碳吸收管；12干電池；13光源蓋；14目鏡蓋；15主調(diào)螺旋蓋；16光源燈泡；17光柵；18聚光鏡；19光屏；20平行平面鏡；21平面玻璃；22氣室；23反射棱鏡；24折射棱鏡；25

15、物鏡；26測微玻璃；27分劃板；28場鏡；29目鏡保護玻璃；30毛細(xì)管,2、光干涉式瓦斯檢定器的使用方法 (1)使用前的準(zhǔn)備工作 檢查藥品是否失效。 將檢定器中的藥品與失效的藥品進行對比，判斷藥品是否失效。水分吸收管中硅膠在完全失效時其顏色由蘭色變?yōu)榘咨蚝艿臏\紅色。二氧化碳吸收管中的鈉石灰會由粉紅色變?yōu)闇\黃色或白色。,檢查氣路系統(tǒng)。 氣路系統(tǒng)的檢查包括三項具體內(nèi)容：檢查吸氣球是否完好。一手掐住吸氣管，另一只手捏扁吸氣球后立即放松，同時觀察吸氣球完全脹起來需要的時間，如能超過1分鐘或不能脹起，則認(rèn)為吸氣球是完好的；檢查氣路系統(tǒng)是否漏氣。一只手將二氧化碳吸收管的進氣口堵住，另一只手將吸氣球捏扁

16、后立即放松，同時觀察吸氣球完全脹起來需要的時間，如能超過1分鐘或不能脹起，則認(rèn)為氣路系統(tǒng)不漏氣；檢查氣路系統(tǒng)是否暢通。將吸氣球捏扁后立即放松，若吸氣球恢復(fù)的很快，則認(rèn)為儀器的氣路系統(tǒng)是暢通的。,檢查干涉條紋。 儀器干涉條紋的檢查包括兩項內(nèi)容：檢查儀器的干涉條紋是否清晰。檢查方法是按下光源電門，同時通過目鏡觀察干涉條紋亮度是否足夠、相鄰條紋之間的分界線是否清楚、干涉條紋是否有彎曲或傾斜的現(xiàn)象。檢查干涉條紋的寬度。方法是通過調(diào)整主調(diào)螺旋使干涉條紋中左邊的那條較黑的條紋與分劃板上的零刻度線重合，然后從這條黑色條紋向右數(shù)，數(shù)到第五條黑色條紋時，看其是否與7%的刻度線重合，如重合則認(rèn)為儀器精度符合要求。

17、,對零。 對零可按以下順序分3步完成：第一步，用新鮮空氣清洗瓦斯室。具體做法是將儀器帶至新鮮風(fēng)流中，捏吸氣球68次。第二步，按下微讀數(shù)電門7，旋轉(zhuǎn)微調(diào)螺旋3，觀看微讀數(shù)觀察窗6，使微讀數(shù)盤上的零刻度線與指標(biāo)線重合。第三步，旋下主調(diào)螺旋蓋15，按下光源電門8，觀察目鏡1中的光譜，選一條黑色條紋作為基準(zhǔn)線并通過旋轉(zhuǎn)主調(diào)螺旋使其與分劃板上的零刻度線重合，最后蓋上主調(diào)螺旋蓋，并再一次觀察所選基準(zhǔn)線在分劃板上的位置，如有變動第三步的工作應(yīng)重新做?；鶞?zhǔn)線確定以后，必須利用它在光譜中的相對位置記住它。,(5)測定瓦斯?jié)舛?采取氣樣 將二氧化碳吸收管的進氣口置于待測位置（如果測點過高，可根據(jù)需要將進氣管換成較

18、長的膠皮管，并用木棒將進氣口送至測點），同時捏吸氣球68次。,讀數(shù) 按下光源電門8，通過目鏡觀察基準(zhǔn)線的位置，如果基準(zhǔn)線與分劃板上的某一刻度線重合，那么這條刻度線所代表的瓦斯?jié)舛染褪菧y點的瓦斯?jié)舛?，但是，多?shù)情況下基準(zhǔn)線與分劃板上的刻度線并不重合，這時需要利用微調(diào)螺旋將基準(zhǔn)線調(diào)至與其相鄰近的且是數(shù)值較小的整數(shù)刻度線上，并讀取這條刻度線所代表的瓦斯?jié)舛茸鳛闇y點瓦斯?jié)舛鹊恼麛?shù)部分，然后按微讀數(shù)電門，根據(jù)指標(biāo)線的位置從微讀數(shù)盤上讀取瓦斯?jié)舛鹊男?shù)部。 將整數(shù)部分與小數(shù)部分相加的和即為測點的瓦斯?jié)舛取?二、高負(fù)壓管道瓦斯取樣器 當(dāng)抽放管道負(fù)壓大于13Kpa時，常用的吸氣球就不能取出氣樣，為此要采用專門

19、的高負(fù)壓瓦斯取樣器。 圖7-12所示為FW-1型高負(fù)壓瓦斯取樣器示意圖，采樣前，先將進氣接頭1與孔板流量計孔板上游的測量嘴接上，將出氣接頭2與瓦斯檢定器(或取樣袋)連接，然后將平衡壓力接頭3與孔板流量計孔板下游測量嘴連接；采氣樣時，首先拉動手柄，進氣接頭1內(nèi)的單向閥(薄膜閥)打開，管道內(nèi)瓦斯被吸人氣筒內(nèi)，而活塞4后部的氣體則排至瓦斯管道中，起到平衡壓力作用，以減少漏氣，爾后向前快速推動活塞，出氣接頭2內(nèi)的單向閥門打開，將瓦斯送入瓦斯檢定器(或取樣袋)內(nèi)。為此重復(fù)數(shù)次，即可將瓦斯氣樣送入瓦斯檢定器中。,圖7-12 FW-1型高負(fù)壓瓦斯采樣器 1-進氣口接頭；2-出氣口接頭；3-平衡壓力接頭；4-

20、活塞；5-氣筒；6-拉桿,第四節(jié) 瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng),一、礦井瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng) (一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可分為井下和井上兩個部分。根據(jù)系統(tǒng)中各部分所體現(xiàn)的功能劃分，分為圖7-13 所示的各部分。圖7-14表示了一套較為完整的瓦斯抽放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。,圖7-13 礦井瓦斯抽放系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖,2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點 瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)最大的特點是：重點在井上，重點在控制。傳感器拾取系統(tǒng)所必要的參數(shù)，表達系統(tǒng)的運行工況，控制單元實現(xiàn)對系統(tǒng)運行的控制和調(diào)節(jié)，傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)信號的遠距離傳輸，整個系統(tǒng)靠中心站設(shè)備和軟件的指揮協(xié)調(diào)。,在瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)中由于有井下的測控內(nèi)容，所以必須有遠距離的信

21、號傳輸系統(tǒng)。但在整個系統(tǒng)中，以泵房為中心的地面系統(tǒng)是測控的重點對象。泵房內(nèi)測控點多而集中，但與中心控制室的距離一般都比較近，所以信號可以直接傳輸?shù)街行牡慕涌诠裰卸恍枰终镜膫鬏敗?如果使用分站傳輸，可以使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡單，軟件系統(tǒng)也相對容易制作，但系統(tǒng)的造價會有所提高。所以，一般情況下，瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)的信號傳輸，井下用分站，井上信號直接傳輸。這樣，不僅可以減小投資，而且可以提高系統(tǒng)的整體性能，如巡檢周期、數(shù)據(jù)采集精度等。,圖7-14 礦井瓦斯抽放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,(二)監(jiān)測內(nèi)容、傳感器選用與測點布置 1、監(jiān)測內(nèi)容 在整個監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控的參數(shù)大致可以分為：氣路參數(shù)、水路參數(shù)、設(shè)備運行工況參數(shù)和

22、環(huán)境參數(shù)。主要的監(jiān)控目標(biāo)有：瓦斯?jié)舛?、溫度、壓力（?fù)壓）、流量（流速）、閥門開關(guān)、閥門開度、水位、儲氣高度、泵體、電機等。其中井下部分由于不存在動力設(shè)備，監(jiān)控的內(nèi)容主要是溫度、壓力、流量、閥門開關(guān)、閥門開度等。,2、傳感器 (1)氣路參數(shù)傳感器 瓦斯?jié)舛?。對甲烷濃度的測量使用兩種傳感器，一種是對環(huán)境中瓦斯的測量，使用目前煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中廣泛采用的低濃度瓦斯傳感器。對管道中瓦斯的測量，由于涉及到準(zhǔn)確計量的問題，所以必須選用在線的、高精度的測量儀器，目前這種儀器采用紅外線測量原理，較為準(zhǔn)確可靠。,流量傳感器。流量傳感器實際上是通過測量流速來實現(xiàn)的。傳統(tǒng)的孔板式流量計由于對管道的阻力增加過大而影響

23、系統(tǒng)的性能，所以選用超聲波渦流渦街流量計，可以有效減少瓦斯氣體中粉塵等物質(zhì)對測量裝置造成的堵塞、磨損等因素影響，管道阻力也較小。 壓力和溫度傳感器。選用以半導(dǎo)體熱敏、壓敏為原理的傳感器。,(2)水路參數(shù)傳感器 壓力和溫度傳感器。與氣路中的壓力傳感器和溫度傳感器的選型相同。 水位傳感器。水位傳感器主要用于測量水箱的高、低水位，輸出是開關(guān)量信號。,(3)設(shè)備工況傳感器 電壓和電流傳感器。電壓和電流一般從配電柜或控制開關(guān)中拾取。 閥門開關(guān)和開度傳感器。閥門的開關(guān)、開度傳感器，一般都是由閥門自行攜帶。開度使用角位移傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)，開關(guān)使用專門的行程開關(guān)來實現(xiàn)。 儲氣罐高度傳感器。儲氣罐高度的測

24、量是一個難點，需設(shè)計專用傳感器加以解決。 軸溫傳感器。選型與氣路中的溫度傳感器的選型相同。,(4)環(huán)境參數(shù)傳感器 環(huán)境甲烷傳感器使用煤礦安全監(jiān)控中常用的低濃度甲烷傳感器。 3、測點布置及統(tǒng)計 根據(jù)安裝位置排列的傳感器表見課本P154頁表7-5 。測點的具體位置如圖課本P155頁7-15所示（不包括井下部分）。,4、分站 分站的功能主要是模擬量的輸入、開關(guān)量輸入；開關(guān)量輸出、本地模擬量輸出、一般模擬量輸出 5、地面接口柜 由于瓦斯抽放系統(tǒng)的監(jiān)控點主要分布在井上的泵房之中，相對比較集中，距離中心控制室很近，不存在信號的遠距離傳輸問題，所以井上測控點如果仍然使用分站，雖然軟件設(shè)計簡單，但總的投資會增

25、加。所以采用一個地面接口柜，用它來集中處理地面的測控點信號，相當(dāng)于為地面設(shè)立了一個大分站。,(三)數(shù)據(jù)傳輸與控制 1、數(shù)據(jù)的傳輸 如圖7-14所示，數(shù)據(jù)（信號）的傳輸分遠距離和近距離兩部分。遠距離的信號傳輸主要解決井下信號的傳輸，使用分站來完成。近距離信號傳輸主要解決井上信號的傳輸，傳感器的信號可以直接傳輸?shù)浇涌诠裰小?另外，整個系統(tǒng)的設(shè)備由于運行在有瓦斯的爆炸性氣體環(huán)境中，這些設(shè)備都必須是本安或隔爆型的。,2、控制與調(diào)節(jié) 在監(jiān)測的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備進行自動控制，能夠自動地使抽放系統(tǒng)處于最佳的運行狀態(tài)。使抽放系統(tǒng)自動地、無人看守地運行，是控制系統(tǒng)的最終目的。對瓦斯抽放系統(tǒng)來講，主要的控制

26、內(nèi)容如下：,(1)抽氣量調(diào)節(jié) 通過控制“回流控制”閥門的開度來進行抽氣量的調(diào)節(jié)。 在瓦斯抽放系統(tǒng)中，井下抽氣量根據(jù)生產(chǎn)和礦井情況隨時可能進行調(diào)整，但由于電機的轉(zhuǎn)速是一定的，泵的出力也是一定的。通過改變阻力的方法來調(diào)節(jié)泵的出力，可調(diào)節(jié)的范圍很小，如果加大調(diào)節(jié)范圍，必然會給泵體帶來損害。為解決這個問題，只有通過出氣口氣體回送來完成，“回流控制閥”就是用來控制氣體回流的。,(2)泵出口壓力調(diào)節(jié) 一般來講，泵組的設(shè)計和運行工況是完全相同的。所以泵出口的壓力也應(yīng)是基本相同的，但由于運行過程中的種種原因，導(dǎo)致泵的運行狀況出現(xiàn)一些差異，表現(xiàn)形式就是出口的壓力出現(xiàn)了差異，通過調(diào)節(jié)泵進口閥門的開度，來實現(xiàn)平衡出

27、口壓力的目的。但調(diào)節(jié)的范圍是較小的，調(diào)節(jié)范圍加大，一是會對泵體帶來損害，二是表明泵的運行已經(jīng)不正常了。 當(dāng)出口壓力出現(xiàn)差異，系統(tǒng)首先進行自動調(diào)節(jié)，在有效調(diào)節(jié)范圍內(nèi)若仍不能實現(xiàn)平衡，表明泵體出現(xiàn)異常，需停機或報警。,(3)儲氣罐調(diào)節(jié) 當(dāng)儲氣罐達到預(yù)先設(shè)定的高度時，打開排空閥門，關(guān)閉罐進氣閥門，當(dāng)儲氣罐低于預(yù)先設(shè)定的高度時，打開罐進氣閥門，關(guān)閉排空閥門。 (4)氣體濃度控制 當(dāng)氣體的濃度低于預(yù)先設(shè)定值時，關(guān)閉罐進氣閥門，打開排空閥門。 。,(5)水箱水位調(diào)節(jié) 當(dāng)水箱水位低于預(yù)先設(shè)定值時，啟動水泵。當(dāng)水位達到預(yù)先設(shè)定高度時，關(guān)閉水泵(6)泵出水溫度的調(diào)節(jié) 根據(jù)泵出水的溫度，調(diào)節(jié)泵的進水量，當(dāng)超過系統(tǒng)

28、調(diào)節(jié)的范圍時，系統(tǒng)報警、停機。 (7)水氣分離器水位調(diào)節(jié) 水氣分離器的水位必須保持在適當(dāng)?shù)母叨确秶畠?nèi)，通過控制出水閥門的開度來控制水氣分離器的水位。當(dāng)超過正常的調(diào)節(jié)范圍時，系統(tǒng)報警、停機。,(8)泵運行控制 當(dāng)泵的軸溫、電壓、電流出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)自動報警、停機。 (9)環(huán)境瓦斯?jié)舛瓤刂?當(dāng)環(huán)境中的瓦斯?jié)舛瘸^預(yù)先設(shè)定值時，表明抽放系統(tǒng)漏氣嚴(yán)重，自動報警。 (10)泵啟動控制 按預(yù)先設(shè)置的啟動順序，自動啟動電機。,(四)中心站的配置和軟件 一套完整的中心站系統(tǒng)包括：主機雙機備份、支持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、支持大屏幕顯示或模擬盤顯示、電源設(shè)備、接口柜、MODEM、打印機等。 在系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是系統(tǒng)軟件

29、，所有的測控功能均是通過系統(tǒng)軟件來完成的，軟件的主要功能有：顯示功能、打印功能、系統(tǒng)配置處理功能、系統(tǒng)診斷功能、網(wǎng)絡(luò)功能、模擬量和開關(guān)量控制功能、組合邏輯控制功能、報警功能。,二、WCF-1采空區(qū)瓦斯抽放自控裝置簡介 多數(shù)瓦斯抽放礦井均將抽放采空區(qū)瓦斯作為礦井瓦斯抽放的重要組成部分。由于抽放采空區(qū)瓦斯容易引起采空區(qū)煤炭自然發(fā)火，而放置在回風(fēng)巷內(nèi)的一氧化碳傳感器往往不能及時監(jiān)測到采空區(qū)的煤炭自然情況，采用WCF-1采空區(qū)瓦斯抽放自控裝置，用來監(jiān)測和控制抽放管路內(nèi)的瓦斯?jié)舛群筒煽諈^(qū)氣體中的CO 濃度，可以實現(xiàn)安全自動抽放采空區(qū)瓦斯的目的。 WCF-1采空區(qū)瓦斯抽放自控裝置由自控裝置、執(zhí)行裝置、取氣

30、泵和液壓系統(tǒng)等四部分組成。如圖7-16所示。,圖7-16 WCF-1型采空區(qū)瓦斯抽放自控裝置結(jié)構(gòu)圖,1、自控裝置 自控裝置由主機和傳感器組成，如圖7-17所示。 (1)主機 主機采用89C51單片機作為中心控制處理器，配有5路本安電源，分別向4路傳感器和1路報警系統(tǒng)供電；5路開關(guān)量輸出實現(xiàn)對磁力繼電器控制，5路電信號自動轉(zhuǎn)換電路和5位數(shù)碼實現(xiàn)顯示及報警功能。,圖7-17 自控裝置功能示意圖,在抽放瓦斯過程中，主機需對抽放管路內(nèi)的瓦斯?jié)舛?、一氧化碳濃度和環(huán)境的瓦斯?jié)舛冗M行巡回檢測，同時需要控制報警和數(shù)碼顯示。 (2)傳感器 根據(jù)采空區(qū)瓦斯抽放的特點，自控裝置需配接甲烷傳感器和一氧化碳傳感器。甲烷

31、傳感器既要檢測抽放管路內(nèi)的瓦斯?jié)舛?，又要檢測環(huán)境瓦斯?jié)舛?，故選擇KGJ7型低濃度甲烷傳感器、AW401A型高濃度甲烷傳感器和KGJA2型一氧化碳傳感器。,(3)工作原理 井下電網(wǎng)380V/660V交流電源經(jīng)主機變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后，輸出4路24V本安直流電源。該4路電源給傳感器供電，1 路24V非本安電源為三位四通電磁閥供電，1路8電源為單片機和報警器供電。當(dāng)自控裝置與井下電網(wǎng)連接后，自控裝置通過安裝在各個相關(guān)地點的傳感器檢測信號值經(jīng)單片機的CPU對所采集的模擬信號進行計算和判斷后，視其需要發(fā)出相應(yīng)的指令，將該指令通過繼電器輸入到執(zhí)行裝置的控制器件上，使執(zhí)行裝置上的電機或三位四通電磁閥動作和液壓系統(tǒng)工作。此時液壓油缸的活塞伸出或縮回一定距離，并通過齒輪、齒條帶動抽放管路上的閥門轉(zhuǎn)動，使之達到合適的位置，以此來控制抽放量和調(diào)節(jié)抽放負(fù)壓，實現(xiàn)自動抽放