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井下觀測涌水量應注意的事項及隔膜壓力表發展的設想

發布時間:2019-09-24  發布作者:

[摘要] 介紹了礦井井下涌水量觀測工作中對涌水量觀測產生的錯誤原因及注意事項,以及隨著新技術的發展對涌水量觀測隔膜壓力表應用的一些設想。礦井井下對涌水點的涌水量觀測工作是礦井安全生產過程中一項重要的基礎工作,它對煤礦的安全生產有著重要的作用。自 2018 年 9 月 1 日起施行 《煤礦防治水細則》第 27 條明確要求礦井應當分水平、分煤層、分采區設觀測站進行涌水量觀測,每月觀測次數不得少于 3 次。礦井井下局部地點涌水量直接觀測存在很大的困難,一般情況下采用間接觀測的方法,進行一定的近似處理。礦井井下涌水量觀測方法主要包括容積法、浮標法、流速儀法、堰測法等。每一種觀測方法都需要根據礦井井下的工作特點恰當選用。采用這些方法對計時的時間性要求強、在井下觀測時容易發生差錯,影響觀測站涌水量數據的準確性。
隨著現代科學技術的飛速發展,礦山隔膜壓力表的更新速度很快,比如綜采工作面都采用了無人操作的液壓支架、采煤機和巷道掘進采用盾構機等先進的礦山隔膜壓力表。但是對井下涌水量觀測數據所使用的先進隔膜壓力表和儀器還是很少,原因有很多,主要是井下受空間限制及其他自然條件特殊性的制約,各種帶電的測量儀器必須通過煤礦安全認證后才能在井下使用,這樣就限制了一些先進隔膜壓力表的使用。目前只是停留在采用容積法和浮標法對井下涌水量進行觀測,通過使用這兩種方法對井下涌水量進行觀測,就要求觀測專業技術人員在井下進行實際操作觀測時必須認真細致進行,采用 3 次讀數方式采集數據,保證數據準確性,將觀測數據資料記錄好,升井后認真進行計算整理,確保觀測成果能滿足礦井正常生產的要求。但是由于所采用觀測方法存在一定誤差,難免在實際觀測中也會出現一些差錯,這就要求觀測人員加強責任心和責任感,尋求先進觀測隔膜壓力表,為今后礦井涌水量觀測提供更準確可靠的數據,保證礦井安全生產。
1 井下觀測涌水量應注意的事項
根據這幾年在井下的實踐工作經驗,經過分析、總結,在對井下涌水量的觀測工作中,應該在以下幾個方面,避免發生誤差。
1. 1 采用容積法認真校核容器的容積
由于井下工作的特殊性,采用容積法觀測時,專業技術人員經常采用的井下廢棄油桶作為觀測水量的容器,井下的廢棄油桶有大有小,采用同一容積進行觀測計算,結果會造成數據不準確。因此,觀測時必須用統一容器的容積進行觀測,保證觀測數據準確可靠。
容積法觀測過程: 通過出水點的涌水導入容器內,記錄容器接滿水所用時間。容積法的計算公式:
企業微信截圖_20190924154344.jpg
式中,Q 為涌水量,m 3 /h; V 為容器的容積,m 3 ;t 為充滿容器的時間,s。
1. 2 采用浮標法要求注意的事項
浮標法是利用泡沫或紙屑作為浮標,在修筑的標準水溝內測量水的流速,并根據測量的水溝斷面積、深度計算涌水量的方法。其中流速測量對水溝要求為流水順暢、溝床地段規則、水流均勻平穩無旋窩回流、無淤泥雜物。觀測矩形斷面水溝的寬度直接量取,梯形斷面水溝取水流斷面的中線,量取水溝水深度為水流上、下之間的間距,計算出水流斷面積。設置觀測站 a 和 b,兩觀測站距離應盡量長一些,其長度應為水溝寬度的 5 ~ 10 倍,20 ~40m 為宜。浮標的選取要求顏色醒目的輕質薄片,其密度應小于水,能漂浮在水面上,選取觀測浮標大小,要小于水溝寬度的一半,形狀規則,沿橫、豎兩條對稱軸,兩側受力均衡,能平穩順水流漂動,不會發生旋轉而碰到水溝壁及停止運動,影響對流速的觀測。一名觀測人員從觀測站 a 處將浮標輕輕放下,同時啟動秒表開始計時,觀測站 b 處也應有一名觀測人員,當浮標到達觀測站 b 時,這名觀測人員將浮標取上來,同時通知觀測站 a 處的技術人員停止秒表,為排除觀測過程中人為的影響提高觀測的精度,漂浮的投放測量次數至少保持 3 次或 3 次以上,取平均值。量取觀測站 a 處到觀測站b 處的距離,根據距離和時間算出流速。浮標法的計算公式:
企業微信截圖_20190924155001.jpg
式中,Q 為涌水量,m 3 /h; K 為斷面系數,一般介于 0. 6~ 0. 8; L 為觀測站 a 處到觀測站 b 處的間距,m; M 為水溝水流斷面面積,m 2 ; t 為浮標的平均歷時,s。
以上 2 種方法都需要使用秒表進行時間的確定,但是使用秒表就會產生測量周期的誤差,主要為人自身的反應造成的時間差而導致的誤差。
1. 3 采用流速儀法儀器未及時檢校造成的錯誤
采用流速儀法進行涌水量觀測主要是使用流速儀及在觀測地點處選取一處水溝,實測水溝斷面積,因此對流速儀器本身要求很高,流速儀未及時檢校也會造成觀測涌水量數據不準確。由于井下比較潮濕等原因,加上儀器的使用比較頻繁,儀器未按規定進行檢校,造成涌水量數據不準確,影響涌水點觀測涌水量的正確性。流速儀法的計算公式:
企業微信截圖_20190924155011.jpg
式中,Q 為涌水量,m 3 /h; S 為速度流速儀顯示的數值; M 為水溝實測處的斷面面積 (水溝的寬度 ×水溝水流深度上、下之間的間距)。
1. 4 原始記錄本數據的錯誤
(1) 由于受井下條件的限制,在噪聲大的地方觀測讀數不清楚或記錄人員書寫錯誤導致觀測數據出現差錯。為避免出現錯誤記錄,人員應靠近觀測者,重復復讀數據,直到確認無誤后再記錄。
(2) 由于井下潮濕、灰塵大等原因記錄人員把記錄本弄濕或抹黑,使原始記錄模糊不清。
(3) 未按規定的格式記錄,也容易在后期整理數據時出現差錯。
(4) 內容不全,即沒有標注涌水觀測地點、日期、儀器、孔號及其他必須注明的事項,導致無法計算。
1. 5 計算成果錯誤
在井上進行數據整理時,一定要細心計算,避免因計算失誤而導致數據出現差錯,為避免因計算而產生差錯,技術人員可以采用計算機軟件程序進行計算,但是使用計算機軟件程序計算時,應對原始記錄本進行校核無誤后方可進行。這樣既可以將數據以電子數據的形式保存下來,還可以進行驗證和增加數據的準確性。
2 礦井井下觀測涌水量隔膜壓力表發展的設想
在 20 世紀 80 年代以來,隨著在水利工程中對水量的觀測,開始在水庫、水電站等許多工程逐步應用自記式和自動觀測水量儀器隔膜壓力表。但是應用于礦井井下涌水量觀測數據的儀器隔膜壓力表這些年才出現,還是比較少,F在在井下應用的比較先進的涌水量觀測數據的儀器隔膜壓力表為 YHL100 流量監測儀,此隔膜壓力表取得礦用本安型儀器隔膜壓力表的認證,在礦井涌水量采集自動化領域有著重要的應用。
礦用本安型 YHL100 流量監測儀是對煤礦井下水溝內的水流量或其他涌水點的水流量進行自動測量、顯示、集通信技術和計算機技術于一體的自動化監測系統隔膜壓力表。其工作原理為將做好的標準形狀的水槽固定在指定的出水點的水溝位置,將流量監測儀的傳感器部分加持在固定裝置上,然后將該固定裝置放入水槽中固定,并做基本調試,水的流量與水槽上游的水位有關,所以只要測出水槽上游的水位,就可計算出水的流量。其具有反映靈敏、壽命長、動作迅速、安全可靠、連接方便及啟動流量超低等優點。礦井建立涌水量水流量監測系統是由YHL100 流量監測儀將采集的數據使用四芯通訊電纜將通訊分站與流量監測儀連接,通訊分站將數據傳送至地面監測電腦上,通過相應的軟件,對數據進行分析、打印、處理。這套系統的優點是利用新型自動化儀器隔膜壓力表、通信技術和電子計算機技術提高監測系統的精度、壽命和可靠性,自動化和信息數字化程度高,該系統解決了煤礦涌水量觀測工作量大、時間間隔長等問題,實現了涌水量觀測的實時性和連續性及自動測量,有利于對井下涌水量的實時監控,從而提高井下涌水量的科學管理的效率,對于及時掌握井下涌水狀況起到了重要作用。目前我國在井下使用的具有礦用本安型水流量監控閥門還處在空白階段,也讓我們看到自身的不足,以此找到差距與問題實質,從而改進與提高。從行業中實地了解,以及有關分析資料中概括,水流量監控閥門已經廣泛應用于石油化工、鋼鐵冶金、給水排水、水利灌溉、水處理、污水處理站、造紙、泥漿、醫藥、食品等生產過程流量測量和控制中。水流量監控閥就是將電磁流量計和閥門結合在一起的一種集監控和控制為一體的隔膜壓力表。電磁流量計是發展較快且技術較成熟的流量儀表,隨著計算機技術和微電子技術的飛速發展,電磁流量計的設計和制造技術也取得了日新月異的進展。傳感器的制造工藝采用了適合多種場所的各類襯里工藝,并在勵磁線圈構造和外殼防護方面進行了優化和改良,牢靠性進一步加強,使之適用各種場所。電磁流量轉換器智能化技術進一步完善,實現了賠償測量誤差、零點校準、勵磁及系統自診斷、正反相流判別、空管與不滿管的自診斷等技術,極大地加強了電磁流量計的測量功能,改善了牢靠性和不變性。水流量監控閥門的優點: 一是無附加阻力,對大口徑流量計有特殊意義,壓損極小,可測流量范圍大,較大流量與較小流量的比值一般為 10 ∶ 1 以上,適用的工業管徑范圍寬,較大可達 3m; 二是結構緊湊、設計合理、閥門剛性好、通道暢,流量系數小、牢靠性高、長時間不變性好; 三是可以實現瞬時流量/累積流量均可顯示,流量可以清零的方便操作; 四是采用 485 通訊協議,實現遠傳讀取數據,輸出信號和被測流量呈線性,測量精確度高; 五是密封面采用不銹鋼和硬質合金,使用壽命長,采用柔性石墨填料,密封可靠,操作輕便靈活,可測量電導率≥5μs/cm 的酸、堿鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等流體流量; 六是驅動方式為電動,結構形式為彈性楔式單閘板、剛性楔式單閘板雙閘板型式,閥門采用壓力自緊式密封或閥體、閥蓋墊片密封結構,值得信賴,使用安全可靠。如果水流量監控閥門能通過隔膜壓力表改進取得礦用本安型儀器隔膜壓力表的認證,對井下涌水點進行水流量的自動測量。這樣將對提高井下涌水量觀測起到十分重要的作用。
3 結束語
井下涌水量的觀測工作是礦井安全生產工作中一項重要的基礎工作,需要認真、細致地把該項工作做好,才能保證礦山安全生產。沒有一種觀測方法或隔膜壓力表儀器對井下各種環境及活動狀況都能適用,選擇合適的觀測方法或隔膜壓力表儀器,盡量發揮各種觀測方法或隔膜壓力表儀器優點,把井下涌水量觀測工作做好。
本文僅對礦井觀測涌水量應注意的事項及隔膜壓力表發展的設想作粗淺探索,通過對這幾年對井下涌水量觀測的工作經驗進行了總結,發現井下涌水量觀測工作中的一些不足之處: 一是要加強完善涌水量觀測工作的各種管理規章制度; 二是要認真學習《礦山防治水細則》和各種涌水量觀測的理論知識,按要求做好涌水量觀測工作中的每一個環節,避免出現差錯; 三是要不斷學習應用新的適用礦井井下使用的涌水量觀測隔膜壓力表系統,擴展成監控兼備、功能齊備、自動化程度較高的在線測控系統。隨著自動化儀表、數據傳輸與處理和計算機自動控制等各項技術的進步,只有采用先進、適用的井下涌水量在線自動測控系統才能提高井下涌水量觀測的準確性,以適應井下各種條件下的涌水量觀測工作的應用發展。

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