一种瓦斯抽采管路流量的测量装置及方法与流程

本发明涉及一种瓦斯抽采管路流量的测量装置及方法，属于瓦斯抽采领域。

背景技术：

随着煤矿开采深度的增加，矿井瓦斯含量越来越高，使得煤炭安全生产形势严峻，重特大事故时有发生，为了确保煤矿安全生产，目前煤炭行业采用先抽后采方式，所谓先抽后采，就是利用钻孔预先抽瓦斯，降低煤层中的瓦斯含量，确保回采时瓦斯不超限，达到安全生产的目的，现有的煤矿中一般会根据不同的巷道，钻取多个瓦斯抽采孔，在内部设置抽采管，然后多个管汇流至一个汇流管中，汇流管与主抽采管路相连，在主抽采管路一端设置真空泵进行抽采，一般测量流量是测量主抽采管路的流量，这种测量方式可靠性差，不能对每个巷道内抽采管的流量进行测量，无法掌握不同巷道的实际抽采情况，在现有技术条件下，煤矿瓦斯抽放管路的气体流量参数测定是利用孔板流量计完成的。但是管组测量过程繁琐且不可控，由此造成测量工作量增加，从而导致测量效率降低。其二，由于无法对每个抽采管的瓦斯流量进行监测，从而在其中某个抽采管发生漏气后无法及时知晓，由此一方面影响抽放效果，另一方面造成安全隐患。

因此，有必要发明一种瓦斯抽采管路流量的测量装置及方法，以解决现有技术测量工作量大、测量效率低、影响抽放效果、造成安全隐患的问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种瓦斯抽采管路流量的测量装置及方法，具有结构简单、操作便捷、测量精度极高和可重复使用性，从而能提高测量效率、保证抽放效果，进而及时排除由于瓦斯泄漏造成的安全隐患。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种瓦斯抽采管路流量的测量装置，包括第一气体压力传感器、第二气体压力传感器、第一固定螺栓、第二固定螺栓、微型处理器和显示模块，第一固定螺栓由一端带有螺帽ⅰ的螺杆ⅰ组成，螺帽ⅰ和螺杆ⅰ沿轴线开设中心通孔ⅰ，第一气体压力传感器固定在螺杆ⅰ另一端；第二固定螺栓由一端带有螺帽ⅱ的螺杆ⅱ组成，螺帽ⅱ和螺杆ⅱ沿轴线开设中心通孔ⅱ，第二气体压力传感器固定在螺杆ⅱ另一端；在瓦斯抽采管的侧壁沿轴线间隔开设两个螺纹通孔，第一固定螺栓和第二固定螺栓分别通过螺纹安装在两个螺纹通孔内，使第一气体压力传感器和第二气体压力传感器均处于瓦斯抽采管内，第一气体压力传感器的数据线ⅰ穿过中心通孔ⅰ与微型处理器连接，第二气体压力传感器的数据线ⅱ穿过中心通孔ⅱ与微型处理器连接，微型处理器与显示模块连接，中心通孔ⅰ和中心通孔ⅱ均设有密封环，用于对中心通孔ⅰ和中心通孔ⅱ进行密封；

所述第一气体压力传感器和第二气体压力传感器分别将检测数据传递给微型处理器，微型处理器接收检测数据后进行分析处理，并将处理结果通过显示模块进行显示。

进一步，所述显示模块为液晶显示器。

进一步，所述微型处理器为stm32单片机。

一种瓦斯抽采管路流量的测量方法，采用瓦斯抽采管路流量的测量装置进行测量，具体步骤为：

a、先在所需测量的瓦斯抽采管侧壁沿轴线间隔一段距离开设两个螺纹通孔，然后将本测量装置安装在该瓦斯抽采管上；

b、预先测量及计算获得如下数据，并将数据存储到微型处理中，具体数据包括：当前瓦斯抽采管的内截面面积，紊流状态下当前瓦斯抽采管的摩擦阻力系数，两个气体压力传感器之间的距离，当前瓦斯抽采管的内截面周长，风流雷诺数，流体的运动黏性系数，当前瓦斯抽采管内空气的密度；

b、当瓦斯抽采管开始抽采瓦斯时，第一气体压力传感器和第二气体压力传感器分别实时采集各自位置的气体压力值，并将实时数据反馈给微型处理器，微型处理器进行计算处理后，得出第一气体压力传感器和第二气体压力传感器之间的瓦斯抽采管内瓦斯抽采流量值，并将其通过显示模块进行显示；微型处理器的具体计算过程为：

若

则q＝q1

否则

其中：

q1：紊流状态下计算得出的当前瓦斯抽采管的瓦斯流量，m³/s；

h：两个气体压力传感器测量气体压力之间的压差绝对值，mpa；

s：当前瓦斯抽采管的内截面面积，m²；

α1：紊流状态下当前瓦斯抽采管的摩擦阻力系数，n·s²/m⁴；

l：两个气体压力传感器之间的距离，m；

u：当前瓦斯抽采管的内截面周长，m；

re：风流雷诺数；

v：当前瓦斯抽采管内的风流速度，m/s；

γ：流体的运动黏性系数，设定取值为14.4×10^-6m²/s；

q：当前瓦斯抽采管的瓦斯流量，m³/s；

α2：层流状态下当前瓦斯抽采管的摩擦阻力系数，α2＝2γρ；ρ：当前瓦斯抽采管内空气的密度，kg/m³。

与现有技术相比，本发明采用第一气体压力传感器、第二气体压力传感器、第一固定螺栓、第二固定螺栓、微型处理器和显示模块相结合方式，通过第一气体压力传感器和第二气体压力传感器在瓦斯抽采管内间隔一定距离进行气体压力测量，进而获得两者之间的压差，根据公式直接计算瓦斯抽采管两个测点之间的瓦斯抽采流量，这种方式具有测量精度极高、重复性好、数据读取快捷等特点。一旦发现瓦斯抽采管内的瓦斯流量出现异常，工作人员能及时对该瓦斯抽采管进行泄漏检查，从而防止瓦斯泄漏造成安全隐患。此外，通过利用第一固定螺栓和第二固定螺栓分别将第一气体压力传感器和第二气体压力传感器送入瓦斯抽采管内的方式，不仅可实现测量装置的可移动性和可重复使用性，而且其具有结构简单、操作便捷、成本较低等特点。

附图说明

图1是本发明装配后的结构示意图；

图2是本发明中第一固定螺栓的剖视图。

图中：1、瓦斯抽采管，2、第一气体压力传感器，3、第二气体压力传感器，4、显示模块，5、数据线ⅰ，6、数据线ⅱ，7、螺帽ⅰ，8、螺帽ⅱ，9、螺杆ⅰ，10、螺杆ⅱ，11、密封环。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，一种瓦斯抽采管路流量的测量装置，包括第一气体压力传感器2、第二气体压力传感器3、第一固定螺栓、第二固定螺栓、微型处理器和显示模块4，第一固定螺栓由一端带有螺帽ⅰ7的螺杆ⅰ9组成，螺帽ⅰ7和螺杆ⅰ9沿轴线开设中心通孔ⅰ，第一气体压力传感器2固定在螺杆ⅰ9另一端；第二固定螺栓由一端带有螺帽ⅱ8的螺杆ⅱ10组成，螺帽ⅱ8和螺杆ⅱ10沿轴线开设中心通孔ⅱ，第二气体压力传感器3固定在螺杆ⅱ10另一端；在瓦斯抽采管1的侧壁沿轴线间隔开设两个螺纹通孔，第一固定螺栓和第二固定螺栓分别通过螺纹安装在两个螺纹通孔内，使第一气体压力传感器2和第二气体压力传感器3均处于瓦斯抽采管1内，第一气体压力传感器2的数据线ⅰ5穿过中心通孔ⅰ与微型处理器连接，第二气体压力传感器3的数据线ⅱ6穿过中心通孔ⅱ与微型处理器连接，微型处理器与显示模块4连接，中心通孔ⅰ和中心通孔ⅱ均设有密封环11，用于对中心通孔ⅰ和中心通孔ⅱ进行密封；

所述第一气体压力传感器2和第二气体压力传感器3分别将检测数据传递给微型处理器，微型处理器接收检测数据后进行分析处理，并将处理结果通过显示模块4进行显示。

进一步，所述显示模块4为液晶显示器。

进一步，所述微型处理器为stm32单片机。

一种瓦斯抽采管路流量的测量方法，采用瓦斯抽采管路流量的测量装置进行测量，具体步骤为：

a、先在所需测量的瓦斯抽采管1侧壁沿轴线间隔一段距离开设两个螺纹通孔，然后将本测量装置安装在该瓦斯抽采管1上；

b、预先测量及计算获得如下数据，并将数据存储到微型处理中，具体数据包括：当前瓦斯抽采管的内截面面积，紊流状态下当前瓦斯抽采管的摩擦阻力系数，两个气体压力传感器之间的距离，当前瓦斯抽采管的内截面周长，风流雷诺数，流体的运动黏性系数，当前瓦斯抽采管内空气的密度；

b、当瓦斯抽采管1开始抽采瓦斯时，第一气体压力传感器2和第二气体压力传感器3分别实时采集各自位置的气体压力值，并将实时数据反馈给微型处理器，微型处理器进行计算处理后，得出第一气体压力传感器2和第二气体压力传感器3之间的瓦斯抽采管1内瓦斯抽采流量值，并将其通过显示模块4进行显示；微型处理器的具体计算过程为：

若

则q＝q1

否则

其中：

q1：紊流状态下计算得出的当前瓦斯抽采管的瓦斯流量，m³/s；

h：两个气体压力传感器测量气体压力之间的压差绝对值，mpa；

s：当前瓦斯抽采管的内截面面积，m²；

α1：紊流状态下当前瓦斯抽采管的摩擦阻力系数，n·s²/m⁴；

l：两个气体压力传感器之间的距离，m；

u：当前瓦斯抽采管的内截面周长，m；

re：风流雷诺数；

v：当前瓦斯抽采管内的风流速度，m/s；

γ：流体的运动黏性系数，设定取值为14.4×10^-6m²/s；

q：当前瓦斯抽采管的瓦斯流量，m³/s；

α2：层流状态下当前瓦斯抽采管的摩擦阻力系数，α2＝2γρ；ρ：当前瓦斯抽采管内空气的密度，kg/m³。