摘要：我国煤矿瓦斯灾害严重，瓦斯治理对保障煤矿安全生产具有特别重要的意义。随着煤矿开采深度及强度的增加，仅仅通过常规风排瓦斯已经解决不了瓦斯超限的问题，特别对于突出煤层，瓦斯抽采已经成为解决煤矿瓦斯灾害问题的根本途径之一。我国绝大部分煤矿都建立了相应的瓦斯抽采系统，但随着抽采的进行，抽采工作面的变更以及抽放管路老化等原因，瓦斯抽采系统的运行状况越来越差，偏离了高效经济的目标。本文对煤矿瓦斯抽采计量可靠性及影响因素研究。
关键词：瓦斯；抽采计量；可靠性；影响因素
煤矿瓦斯的主要成分是甲烷，是一种易燃易爆混合气体，其对煤矿开采的安全构成了极大威胁；另一方面，煤矿瓦斯又是一种很好的能源，如能加以收集利用，不仅能达到能源资源的最大利用，同时还可以降低煤矿生产成本，消除瓦斯排放到空气中造成的污染问题。根据相关资料统计表明，现阶段国内大多数煤矿属于瓦斯矿井，煤矿按瓦斯浓度来划分有低瓦斯矿井、高瓦斯矿井及煤与瓦斯突出矿井，各自所占比例可达53.5%、29.5%和17%，由瓦斯造成的安全事故一直是影响煤矿安全生产的主要因素之一。而且，近年来随着开采深度增加，高瓦斯矿井与煤与瓦斯突出矿井比例逐渐增加，瓦斯事故也有上升趋势，因此煤矿瓦斯抽采计量是非常重要的。
一、瓦斯抽采计量实验
在实验室开展抽采计量模拟试验，针对串联、并联、连续弯头等不同管路连接类型，利用不同流量测定仪器、方法进行考察测定，综合分析抽采计量的准确性，同时，模拟井下钻孔出水等异常现象，考察分析抽采流量测定的影响因素。管路连接材料：φ50抽采管、φ50弯头、φ50三通、φ50截门、导流管、孔板流量计；流量测定设备：多功能参数测定仪，U型水柱计；负压提供设备：真空泵。
1.串联方式下抽采计量试验。（1）串联管路连接方式及测定方法。将5个孔板和5个导流管利用φ50抽采管间隔1m串联连接，并接到真空泵上。启动真空泵，待管路内气流稳定后，依次对孔板和导流管流量进行多次测定。通过调节真空泵或管路阀门，调节出不同流量工况，在每个工况条件下对管路所有孔板和导流管分别测定2~3次。本次串联管路模拟考察了10个不同工况、共计22组测定数据。（2）测定数据分析。测定偏差分析。在串联系统不同工况条件下，利用多功能参数测定仪（2台仪器）测定时，偏差分别为0.03~4.88%和0.02~3.38%，均小于5%；利用孔板流量计测定时，偏差为0~36.9%。随着流量增大，无论是多功能参数测定仪还是孔板流量计，偏差均呈现逐渐下降的趋势，说明在测定大流量时，测定数据更加准确；当流量大于0.2m3/min时，孔板测定偏差整体小于多功能参数测定仪，当流量小于0.2m3/min时，孔板测定偏差整体大于多功能参数测定仪，主要是U型水柱计压差很低，人工读数存在较大误差所致。以上表明，在进行较大流量测定时，孔板测定数据更加准确稳定，在测定较小流量测定时，综合参数测定仪避免了人工读数的误差，相对更加稳定。不同测定仪器误差分析。在串联系统不同工况条件下，同时利用多功能参数测定仪（2台仪器）和孔板流量计进行了测定，将同一个工况同一设备多次测定数据平均计算。在同一流量工况条件下，不同的测定仪器误差有较大变化，当测定流量为0.22m3/min（工况点4）附近时，3种仪器测定结果表现出较高的一致性，综合误差仅2.85%；当测定流量小于0.22m3/min时，孔板流量计测定结果略大于多功能参数测定仪；当测定流量大于0.22m3/min时，孔板流量计测定结果均小于多功能参数测定仪。3种仪器综合误差2.85%~18.45%，平均12.9%，呈现两端高中间低的形态，说明在流量偏大或偏小的情况下，不同测定仪器之间误差较大。
2.并联方式下抽采计量试验。（1）并联管路连接方式及测定方法。将5个孔板流量计和5个导流管利用φ50抽采管并联连接，并接到真空泵上。启动真空泵，待管路内气流稳定后，利用参数测定仪和孔板流量计依次对总管路、1~4号支路进行测定。通过调节真空泵阀门，调节出不同流量工况。本次模拟考察共调节了7个不同工况14组测定数据。
（2）测定数据分析。并联管路抽采方式时，采用参数测定仪测定的总管和各支管流量累计量误差为6.4%~26.8%，平均13.8%，采用孔板流量计测定误差为0.4%~7.0%，平均3.3%，孔板流量计测定准确性明显高于参数测定仪。两种测定仪器误差随总管流量降低呈现增大现象，这和串联管路流量越小误差越大具有一致性。结合串联系统测定数据，测定较低流量时，参数测定仪由于避免了人工读数误差，读数比较稳定，但和真实值误差较大，在并联系统总管流量较低时，部分支管流量处于低流量区间，测定准确性差，支管累计和总管流量产生了较大误差；孔板流量计在测定低流量时，压差较小，测定值在真实值上下波动，多分支累计后与总管流量误差较小。
二、流量测定准确性影响因素
考察分析通过开展串联、并联等不同连接形式的管路流量测定分析，可知在理想试验条件下，基本符合流量平衡定律，但实验室模拟管路和井下现场还存在较大区别，井下巷道空间狭小、管路连接弯头、阀门多，此外，还存在钻孔涌水的影响。因此，为了进一步确定井下流量测定误差较大的原因，分别对管路拐弯、水分等影响因素进行模拟考察分析。
1.拐弯串联连接测定考察。多拐弯串联测定管路连接后，启动真空泵，待管路内气流稳定后，依次对孔板和导流管流量进行测定。通过测定，4个参数测定仪测定流量为0.521~0.539m3/min，偏差为0.91%~1.73%，4个孔板测定的流量值为0.482~0.499m3/min，偏差为0.12%~2.06%，可以看出，在较多拐弯的串联连接方式下（孔板或导流管距弯头较近），利用相同的流量测定设备测定同一流量时偏差很小，利用参数测定仪和孔板流量计两种仪器测定误差为4.24％~7.41％，和无弯头串联测定的偏差及误差相当，可以认为，导流管或孔板本身的直管段长度足够使气流趋于稳定，抽采管路中的弯头不会对流量测定产生影响。
2.水分影响因素考察。井下测定时，由于部分钻孔出水，水被负压引流至抽采管路，可能会影响流量测定的准确性，为了验证，对管路进行了注水模拟。通过在3号孔板处加水，依次对孔板和导流管流量进行测定，通过测定发现，当注水量较大时，多功能参数测定仪及U型水柱计波动均很大，无法准确测定管路流量，可以认为，管路内积水是影响流量测定的主要因素。
对于瓦斯抽采技术而言，其抽采方法要根据煤层的地质构造、煤层透气性、采煤工作方式以及工作面通风方式等的特点，结合开采工艺来确定，不同的条件采用的抽采工艺应恰当进行选取。然而无论是采用什么抽采技术，都要保证封孔质量良好好，不漏气，才能保证采出高体积分数的瓦斯，提高抽采效果。而对于瓦斯计量技术而言，由于瓦斯气湿度大、粉尘多、处理工艺简陋、现场条件恶劣、维护能力弱，因此对计量方式的选取应选取耐脏污介质能力强、测量范围宽、永久性压损小、测量性能稳定的计量技术。
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