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井下观测涌水量应注意的事项及隔膜压力表发展的设想

发布时间:2019-09-24  发布作者:

[摘要] 介绍了矿井井下涌水量观测工作中对涌水量观测产生的错误原因及注意事项,以及随着新技术的发展对涌水量观测隔膜压力表应用的一些设想。矿井井下对涌水点的涌水量观测工作是矿井安全生产过程中一项重要的基础工作,它对煤矿的安全生产有着重要的作用。自 2018 年 9 月 1 日起施行 《煤矿防治水细则》第 27 条明确要求矿井应当分水平、分煤层、分采区设观测站进行涌水量观测,每月观测次数不得少于 3 次。矿井井下局部地点涌水量直接观测存在很大的困难,一般情况下采用间接观测的方法,进行一定的近似处理。矿井井下涌水量观测方法主要包括容积法、浮标法、流速仪法、堰测法等。每一种观测方法都需要根据矿井井下的工作特点恰当选用。采用这些方法对计时的时间性要求强、在井下观测时容易发生差错,影响观测站涌水量数据的准确性。
随着现代科学技术的飞速发展,矿山隔膜压力表的更新速度很快,比如综采工作面都采用了无人操作的液压支架、采煤机和巷道掘进采用盾构机等先进的矿山隔膜压力表。但是对井下涌水量观测数据所使用的先进隔膜压力表和仪器还是很少,原因有很多,主要是井下受空间限制及其他自然条件特殊性的制约,各种带电的测量仪器必须通过煤矿安全认证后才能在井下使用,这样就限制了一些先进隔膜压力表的使用。目前只是停留在采用容积法和浮标法对井下涌水量进行观测,通过使用这两种方法对井下涌水量进行观测,就要求观测专业技术人员在井下进行实际操作观测时必须认真细致进行,采用 3 次读数方式采集数据,保证数据准确性,将观测数据资料记录好,升井后认真进行计算整理,确保观测成果能满足矿井正常生产的要求。但是由于所采用观测方法存在一定误差,难免在实际观测中也会出现一些差错,这就要求观测人员加强责任心和责任感,寻求先进观测隔膜压力表,为今后矿井涌水量观测提供更准确可靠的数据,保证矿井安全生产。
1 井下观测涌水量应注意的事项
根据这几年在井下的实践工作经验,经过分析、总结,在对井下涌水量的观测工作中,应该在以下几个方面,避免发生误差。
1. 1 采用容积法认真校核容器的容积
由于井下工作的特殊性,采用容积法观测时,专业技术人员经常采用的井下废弃油桶作为观测水量的容器,井下的废弃油桶有大有小,采用同一容积进行观测计算,结果会造成数据不准确。因此,观测时必须用统一容器的容积进行观测,保证观测数据准确可靠。
容积法观测过程: 通过出水点的涌水导入容器内,记录容器接满水所用时间。容积法的计算公式:
企业微信截图_20190924154344.jpg
式中,Q 为涌水量,m 3 /h; V 为容器的容积,m 3 ;t 为充满容器的时间,s。
1. 2 采用浮标法要求注意的事项
浮标法是利用泡沫或纸屑作为浮标,在修筑的标准水沟内测量水的流速,并根据测量的水沟断面积、深度计算涌水量的方法。其中流速测量对水沟要求为流水顺畅、沟床地段规则、水流均匀平稳无旋窝回流、无淤泥杂物。观测矩形断面水沟的宽度直接量取,梯形断面水沟取水流断面的中线,量取水沟水深度为水流上、下之间的间距,计算出水流断面积。设置观测站 a 和 b,两观测站距离应尽量长一些,其长度应为水沟宽度的 5 ~ 10 倍,20 ~40m 为宜。浮标的选取要求颜色醒目的轻质薄片,其密度应小于水,能漂浮在水面上,选取观测浮标大小,要小于水沟宽度的一半,形状规则,沿横、竖两条对称轴,两侧受力均衡,能平稳顺水流漂动,不会发生旋转而碰到水沟壁及停止运动,影响对流速的观测。一名观测人员从观测站 a 处将浮标轻轻放下,同时启动秒表开始计时,观测站 b 处也应有一名观测人员,当浮标到达观测站 b 时,这名观测人员将浮标取上来,同时通知观测站 a 处的技术人员停止秒表,为排除观测过程中人为的影响提高观测的精度,漂浮的投放测量次数至少保持 3 次或 3 次以上,取平均值。量取观测站 a 处到观测站b 处的距离,根据距离和时间算出流速。浮标法的计算公式:
企业微信截图_20190924155001.jpg
式中,Q 为涌水量,m 3 /h; K 为断面系数,一般介于 0. 6~ 0. 8; L 为观测站 a 处到观测站 b 处的间距,m; M 为水沟水流断面面积,m 2 ; t 为浮标的平均历时,s。
以上 2 种方法都需要使用秒表进行时间的确定,但是使用秒表就会产生测量周期的误差,主要为人自身的反应造成的时间差而导致的误差。
1. 3 采用流速仪法仪器未及时检校造成的错误
采用流速仪法进行涌水量观测主要是使用流速仪及在观测地点处选取一处水沟,实测水沟断面积,因此对流速仪器本身要求很高,流速仪未及时检校也会造成观测涌水量数据不准确。由于井下比较潮湿等原因,加上仪器的使用比较频繁,仪器未按规定进行检校,造成涌水量数据不准确,影响涌水点观测涌水量的正确性。流速仪法的计算公式:
企业微信截图_20190924155011.jpg
式中,Q 为涌水量,m 3 /h; S 为速度流速仪显示的数值; M 为水沟实测处的断面面积 (水沟的宽度 ×水沟水流深度上、下之间的间距)。
1. 4 原始记录本数据的错误
(1) 由于受井下条件的限制,在噪声大的地方观测读数不清楚或记录人员书写错误导致观测数据出现差错。为避免出现错误记录,人员应靠近观测者,重复复读数据,直到确认无误后再记录。
(2) 由于井下潮湿、灰尘大等原因记录人员把记录本弄湿或抹黑,使原始记录模糊不清。
(3) 未按规定的格式记录,也容易在后期整理数据时出现差错。
(4) 内容不全,即没有标注涌水观测地点、日期、仪器、孔号及其他必须注明的事项,导致无法计算。
1. 5 计算成果错误
在井上进行数据整理时,一定要细心计算,避免因计算失误而导致数据出现差错,为避免因计算而产生差错,技术人员可以采用计算机软件程序进行计算,但是使用计算机软件程序计算时,应对原始记录本进行校核无误后方可进行。这样既可以将数据以电子数据的形式保存下来,还可以进行验证和增加数据的准确性。
2 矿井井下观测涌水量隔膜压力表发展的设想
在 20 世纪 80 年代以来,随着在水利工程中对水量的观测,开始在水库、水电站等许多工程逐步应用自记式和自动观测水量仪器隔膜压力表。但是应用于矿井井下涌水量观测数据的仪器隔膜压力表这些年才出现,还是比较少。现在在井下应用的比较先进的涌水量观测数据的仪器隔膜压力表为 YHL100 流量监测仪,此隔膜压力表取得矿用本安型仪器隔膜压力表的认证,在矿井涌水量采集自动化领域有着重要的应用。
矿用本安型 YHL100 流量监测仪是对煤矿井下水沟内的水流量或其他涌水点的水流量进行自动测量、显示、集通信技术和计算机技术于一体的自动化监测系统隔膜压力表。其工作原理为将做好的标准形状的水槽固定在指定的出水点的水沟位置,将流量监测仪的传感器部分加持在固定装置上,然后将该固定装置放入水槽中固定,并做基本调试,水的流量与水槽上游的水位有关,所以只要测出水槽上游的水位,就可计算出水的流量。其具有反映灵敏、寿命长、动作迅速、安全可靠、连接方便及启动流量超低等优点。矿井建立涌水量水流量监测系统是由YHL100 流量监测仪将采集的数据使用四芯通讯电缆将通讯分站与流量监测仪连接,通讯分站将数据传送至地面监测电脑上,通过相应的软件,对数据进行分析、打印、处理。这套系统的优点是利用新型自动化仪器隔膜压力表、通信技术和电子计算机技术提高监测系统的精度、寿命和可靠性,自动化和信息数字化程度高,该系统解决了煤矿涌水量观测工作量大、时间间隔长等问题,实现了涌水量观测的实时性和连续性及自动测量,有利于对井下涌水量的实时监控,从而提高井下涌水量的科学管理的效率,对于及时掌握井下涌水状况起到了重要作用。目前我国在井下使用的具有矿用本安型水流量监控阀门还处在空白阶段,也让我们看到自身的不足,以此找到差距与问题实质,从而改进与提高。从行业中实地了解,以及有关分析资料中概括,水流量监控阀门已经广泛应用于石油化工、钢铁冶金、给水排水、水利灌溉、水处理、污水处理站、造纸、泥浆、医药、食品等生产过程流量测量和控制中。水流量监控阀就是将电磁流量计和阀门结合在一起的一种集监控和控制为一体的隔膜压力表。电磁流量计是发展较快且技术较成熟的流量仪表,随着计算机技术和微电子技术的飞速发展,电磁流量计的设计和制造技术也取得了日新月异的进展。传感器的制造工艺采用了适合多种场所的各类衬里工艺,并在励磁线圈构造和外壳防护方面进行了优化和改良,牢靠性进一步加强,使之适用各种场所。电磁流量转换器智能化技术进一步完善,实现了赔偿测量误差、零点校准、励磁及系统自诊断、正反相流判别、空管与不满管的自诊断等技术,极大地加强了电磁流量计的测量功能,改善了牢靠性和不变性。水流量监控阀门的优点: 一是无附加阻力,对大口径流量计有特殊意义,压损极小,可测流量范围大,较大流量与较小流量的比值一般为 10 ∶ 1 以上,适用的工业管径范围宽,较大可达 3m; 二是结构紧凑、设计合理、阀门刚性好、通道畅,流量系数小、牢靠性高、长时间不变性好; 三是可以实现瞬时流量/累积流量均可显示,流量可以清零的方便操作; 四是采用 485 通讯协议,实现远传读取数据,输出信号和被测流量呈线性,测量精确度高; 五是密封面采用不锈钢和硬质合金,使用寿命长,采用柔性石墨填料,密封可靠,操作轻便灵活,可测量电导率≥5μs/cm 的酸、碱盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆、纸浆等流体流量; 六是驱动方式为电动,结构形式为弹性楔式单闸板、刚性楔式单闸板双闸板型式,阀门采用压力自紧式密封或阀体、阀盖垫片密封结构,值得信赖,使用安全可靠。如果水流量监控阀门能通过隔膜压力表改进取得矿用本安型仪器隔膜压力表的认证,对井下涌水点进行水流量的自动测量。这样将对提高井下涌水量观测起到十分重要的作用。
3 结束语
井下涌水量的观测工作是矿井安全生产工作中一项重要的基础工作,需要认真、细致地把该项工作做好,才能保证矿山安全生产。没有一种观测方法或隔膜压力表仪器对井下各种环境及活动状况都能适用,选择合适的观测方法或隔膜压力表仪器,尽量发挥各种观测方法或隔膜压力表仪器优点,把井下涌水量观测工作做好。
本文仅对矿井观测涌水量应注意的事项及隔膜压力表发展的设想作粗浅探索,通过对这几年对井下涌水量观测的工作经验进行了总结,发现井下涌水量观测工作中的一些不足之处: 一是要加强完善涌水量观测工作的各种管理规章制度; 二是要认真学习《矿山防治水细则》和各种涌水量观测的理论知识,按要求做好涌水量观测工作中的每一个环节,避免出现差错; 三是要不断学习应用新的适用矿井井下使用的涌水量观测隔膜压力表系统,扩展成监控兼备、功能齐备、自动化程度较高的在线测控系统。随着自动化仪表、数据传输与处理和计算机自动控制等各项技术的进步,只有采用先进、适用的井下涌水量在线自动测控系统才能提高井下涌水量观测的准确性,以适应井下各种条件下的涌水量观测工作的应用发展。

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