新型激光式瓦斯遙測儀在煤礦瓦斯抽采中的應(yīng)用

張永安

(山西西山礦業(yè)管理有限公司，山西 太原 030053)

0 引言

通風(fēng)瓦斯事故歷來是造成群死群傷、重大經(jīng)濟損失和社會影響的煤礦安全事故。“一通三防”管理向來是煤礦安全管理的重中之重。近年來隨著政府的引導(dǎo)和要求，煤礦企業(yè)的重視，瓦斯抽采技術(shù)與管理的持續(xù)跟進，資金的投入到位，煤礦瓦斯抽采技術(shù)在煤礦瓦斯治理中的作用和地位越來越高。高瓦斯礦井瓦斯抽采鉆孔年施工數(shù)量多在幾千甚至上萬個，接入抽采系統(tǒng)需要進行觀測記錄的鉆孔數(shù)量更多，如此多的鉆孔需要在日常管理中不斷觀測單孔的負壓、流量、濃度、溫度等數(shù)據(jù)，需要配置大量觀測人員，工作量繁重，全部鉆孔觀測一遍巡檢周期長，迫切需要自動化檢測，實現(xiàn)減人提效。

1 瓦斯抽采鉆孔的觀測

1.1 觀測方式

山西省境內(nèi)的高瓦斯礦井多數(shù)屬于較難抽放類型，在現(xiàn)場管理過程中需要檢測鉆孔單孔的瓦斯負壓、流量、濃度、溫度等參數(shù)。一般礦井觀測工具采用高負壓采樣器抽取氣樣后用光學(xué)瓦檢儀測量瓦斯?jié)舛龋每装寤蚱ね泄堋翰钣嫓y負壓和計算流量，或者采用一些自動測量儀器自動抽氣測量計算相關(guān)數(shù)據(jù)[1]。

1.2 存在問題

測量時間長：傳統(tǒng)觀測方法測量過程時間較長，8小時制班一個觀測工一般測量鉆孔數(shù)在60個左右，全礦幾千到上萬的鉆孔全部觀測一遍需要人力較多，一些礦井巡檢周期甚至在一月，瓦斯抽采鉆孔數(shù)據(jù)更新時間較長，不利于抽采鉆孔數(shù)據(jù)分析和發(fā)現(xiàn)問題現(xiàn)場管理及時處理。

數(shù)據(jù)偏差大：受觀測工個人業(yè)務(wù)素質(zhì)高低、操作水平和技術(shù)熟練程度影響，鉆孔觀測數(shù)據(jù)偏差較大。受現(xiàn)有觀測工具和自動測量儀器的現(xiàn)場使用、維護保養(yǎng)、現(xiàn)場環(huán)境影響，特別是一些全自動精密觀測儀器(如鉆孔水汽較大無法使用)，實際測量使用中因觀測人員使用不規(guī)范、不標準，儀器調(diào)教檢定不及時，現(xiàn)場磕碰等因素影響，造成最后觀測數(shù)據(jù)偏差更大。

測試工具不便攜帶：基礎(chǔ)測量工具皮托管、水柱計、高濃光學(xué)瓦檢儀、高負壓采樣器測量工具種類多，不便攜帶，單孔測量時間長，全礦鉆孔觀測一遍巡檢周期長。

大型儀器使用維護量大：大型儀器大型自動儀器耗電量大，使用時間短，屬精密儀器，配置傳感器種類多、部件多，使用維護保養(yǎng)不當存在失爆危險，且測量數(shù)據(jù)易受影響而失真。

流量孔板安裝成本高：單孔使用孔板流量計，單孔安裝成本高，孔板處易于堆積煤渣和積水，給單孔數(shù)據(jù)測量帶來很大誤差，增加單孔抽采阻力和抽放系統(tǒng)總阻力[2]。

1.3 瓦斯抽采鉆孔觀測

根據(jù)礦井單孔實際觀測數(shù)據(jù)，瓦斯抽采單孔負壓達到13 kPa標準以上，較長時間段內(nèi)單孔負壓變化不大。在煤層確定地質(zhì)條件無明顯的變化情況下，若不采取高壓水射流增透、深孔爆破增透等增加煤層透氣性措施，在施工完成瓦斯抽放鉆孔進行封孔后，該地點瓦斯抽放鉆孔流量也基本固定，變化不大。因抽放鉆孔單孔瓦斯流量很小或難于測出，現(xiàn)場實際頻繁測量意義不大。需要觀測的幾項(負壓、瓦斯?jié)舛?、溫度、大氣氣壓、流量?數(shù)據(jù)只有單孔瓦斯?jié)舛纫子谟^測，其受封孔質(zhì)量影響變化較大，其它幾項參數(shù)在鉆孔地點一定的情況下，數(shù)據(jù)變化較小。所以通過觀測單孔瓦斯?jié)舛鹊淖兓涂梢杂行袛嗤咚广@孔的封孔質(zhì)量好壞、抽采效果高低。這是瓦斯抽采管理中必不可少的重點觀測數(shù)據(jù)。

2 激光式瓦斯氣體遙測儀

針對瓦斯抽采管理單孔數(shù)據(jù)觀測中存在問題，引入一種新型激光式瓦斯氣體遙測儀。在瓦斯抽采單孔封孔管上做個很小的改動，拓展性應(yīng)用其瓦斯遙測功能，以對應(yīng)解決瓦斯抽采單孔濃度觀測復(fù)雜，巡檢觀測周期長，數(shù)據(jù)偏差大等問題。

2.1 儀器特點

新型激光式瓦斯氣體遙測儀是一款創(chuàng)新性的便攜式激光檢測設(shè)備，它能夠在0～30 m有效范圍內(nèi)對難以接近的區(qū)域和危險區(qū)域的甲烷泄露情況進行精確檢測。在地面石油天然氣行業(yè)、油氣精煉行業(yè)及城市天然氣管道配送等行業(yè)已取得廣泛應(yīng)用。其核心部分采用最先進的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)，激光束由探測器發(fā)出后，穿越管道或設(shè)施射到另一端目標上，激光束部分會被目標反射回探測器。由于甲烷只會對某一波長的光進行吸收，通過波長模制激光吸收光譜技術(shù)，探測器不僅能夠達到極高的靈敏度，而且還不受其他氣體成分的影響，即便是隔著多層中空式的玻璃，也可以檢測到甲烷，極大地提高了設(shè)備檢測的準確度，還能有效地消除誤差。經(jīng)過防爆改裝取得煤安認證后該產(chǎn)品得以在煤礦井下進行推廣應(yīng)用。新型激光式瓦斯氣體遙測儀具有顯著的功能特點。

2種功能：本質(zhì)安全型產(chǎn)品，兼具便攜式和遙測式2種功能。

防干擾：對甲烷具有唯一選擇性，不受其他各種氣體、水蒸氣、粉塵的干擾。

體積小：體積輕巧，方便攜帶，無需采樣，可連續(xù)實時檢測。

響應(yīng)快精度高：響應(yīng)速度快只需0.1 s，測量范圍大0～50 000 ppm·m，測量精度高±10%。

免于校正：只對甲烷有反映，檢測準確可靠，不存在零點漂移，免于校正，靈敏度5(實測)ppm·m。

防護等級高：優(yōu)越的防震、防水、防塵性能；防護等級高。

數(shù)據(jù)存儲功能：可記錄2 000組數(shù)據(jù)，具有USB接口，可將數(shù)據(jù)傳至PC；進行表格數(shù)據(jù)和曲線圖形數(shù)據(jù)的比對，方便數(shù)據(jù)分析，及時發(fā)現(xiàn)問題。

報警功能：聲、光、振動報警功能；可根據(jù)客戶要求定制數(shù)據(jù)傳輸方式。

無線通信功能：可集成WIFI功能，配合井下定位系統(tǒng)(選配)，防止虛報假檢。

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用

新型激光式瓦斯氣體遙測儀的現(xiàn)場應(yīng)用只需把原瓦斯抽采單孔采樣觀測孔封堵蓋，改成透明有機玻璃旋蓋即可，改裝費用低廉。測量時只需將儀器對準透明觀測孔一按，0.1 s內(nèi)完成瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)觀測記錄。經(jīng)某礦井下現(xiàn)場對比，瓦斯抽放鉆孔濃度測量誤差極小。傻瓜式操作，易學(xué)易用，人為操作和現(xiàn)場環(huán)境對鉆孔觀測數(shù)據(jù)影響小。本安機型安全度高。整機250 g，攜帶方便，測量快捷，單班一個觀測工可快速測量300個以上鉆孔數(shù)據(jù)。配備少量人員，在極短周期內(nèi)就可以完成全礦井瓦斯抽放鉆孔濃度數(shù)據(jù)的觀測整理。數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦后可繪制表格或圖形進行方便、直觀的對比分析。為分析判斷瓦斯鉆孔單孔抽采效果、抽采效率、封孔質(zhì)量、改善抽采設(shè)計提供快捷、有力、及時的數(shù)據(jù)支持。

以一個年鉆孔任務(wù)1 000個礦井做計算為例，該礦井正常需觀測巡檢的抽采鉆孔數(shù)量不低于2 000個，一般早班安排4個觀測工觀測，瓦斯抽采單孔瓦斯?jié)舛葴y量對比見表1，人工觀測效率對比見表2。

表1 測量數(shù)據(jù)對比

通過表1、表2觀測數(shù)據(jù)的分析對比，煤安型新型瓦斯激光遙測儀的瓦斯?jié)舛扔^測數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)光學(xué)瓦斯檢測儀的觀測數(shù)據(jù)相近，誤差率在5.7%，準確率高。一般自動儀器與傳統(tǒng)光學(xué)瓦斯檢測儀的觀測數(shù)據(jù)有較大誤差，誤差率在31.4%，特別是在瓦斯鉆孔有水氣影響情況下誤差更大。勞動用工單人人工工效更是相差5倍以上。

表2 測量效率對比

3 結(jié)語

新型激光式瓦斯遙測儀在瓦斯抽采單孔濃度測量中的開拓性應(yīng)用，極大地縮減了鉆孔數(shù)據(jù)巡檢周期，減少了巡檢觀測工人員配置數(shù)量。大數(shù)據(jù)量存儲，與PC機數(shù)據(jù)對接方便，可生成各種數(shù)據(jù)表格和圖形對比，及時連續(xù)地觀測數(shù)據(jù)更新也對瓦斯現(xiàn)場抽采管理提供了有效的數(shù)據(jù)支持。隨著人們對新型激光式瓦斯氣體遙測儀的了解和認識的提高，新型激光式瓦斯遙測儀在礦井瓦斯治理中的應(yīng)用會越來越廣，在保障礦井安全生產(chǎn)中的作用會越來越大。