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工(gōng)作面注浆及漏浆远距(jù)离系统研究
点击次数:1931 发布时(shí)间:2019-05-27 07:08:40
摘要:本文对工作面注浆及(jí)漏(lòu)浆远距离监测系统(tǒng)进行研究,给出了监测系统机构框(kuàng)图,并对泥(ní)浆流量计和泥浆密度计测量原理作较详细的推算,给出了系统(tǒng)的(de)部分软件框图。
1、引言
利用注浆站向井下注浆历来是煤矿企业的一个重要生产(chǎn)环节,在矿井防灭火工作越亦受(shòu)到(dào)到重视的**,生产矿井对注浆量的(de)多少及注浆浓度决定的注浆土(灰)量很为(wéi)关注,尤其在发(fā)火趋(qū)势明显和发生火灾(zāi)时更为(wéi)重要(yào),其(qí)注浆(jiāng)质量的好坏关系到井下火灾处理的进展与结果,直接影响煤矿的安全生产。
但(dàn)是,在注浆过程(chéng)中,有时会出现(xiàn)偏、跑(pǎo)浆情况。一般情况下偏浆、跑浆问题(tí)靠工人巡视注浆管线来检查,工人劳动强度很大,发现(xiàn)漏浆(jiāng)、跑浆时也很难(nán)及时通知井(jǐng)上的注浆站,至于井下的偏浆、跑浆更不易被发现。为(wéi)此,研究对注浆过程进行实时监测,对注浆(jiāng)流(liú)量、注(zhù)浆土量作准确、科学计量的系统(tǒng)是非常必要的。
2、注浆及(jí)漏浆远距离监剥系统设计思想(xiǎng)
根据对注浆监测参(cān)数的要求,设计了一套注浆远距(jù)离监测系统。系统采用设在现(xiàn)场的(de)单片机作为下位机,设在通风机房(fáng)的Pc计算机作上位机(jī)。下位机数据可以传到上位机。整个系(xì)统总体(tǐ)结构框图如图1所示。
1、引言
利用注浆站向井下注浆历来是煤矿企业的一个重要生产(chǎn)环节,在矿井防灭火工作越亦受(shòu)到(dào)到重视的**,生产矿井对注浆量的(de)多少及注浆浓度决定的注浆土(灰)量很为(wéi)关注,尤其在发(fā)火趋(qū)势明显和发生火灾(zāi)时更为(wéi)重要(yào),其(qí)注浆(jiāng)质量的好坏关系到井下火灾处理的进展与结果,直接影响煤矿的安全生产。
但(dàn)是,在注浆过程(chéng)中,有时会出现(xiàn)偏、跑(pǎo)浆情况。一般情况下偏浆、跑浆问题(tí)靠工人巡视注浆管线来检查,工人劳动强度很大,发现(xiàn)漏浆(jiāng)、跑浆时也很难(nán)及时通知井(jǐng)上的注浆站,至于井下的偏浆、跑浆更不易被发现。为(wéi)此,研究对注浆过程进行实时监测,对注浆(jiāng)流(liú)量、注(zhù)浆土量作准确、科学计量的系统(tǒng)是非常必要的。
2、注浆及(jí)漏浆远距离监剥系统设计思想(xiǎng)
根据对注浆监测参(cān)数的要求,设计了一套注浆远距(jù)离监测系统。系统采用设在现(xiàn)场的(de)单片机作为下位机,设在通风机房(fáng)的Pc计算机作上位机(jī)。下位机数据可以传到上位机。整个系(xì)统总体(tǐ)结构框图如图1所示。

在系统中(zhōng),井上泥浆流量计用于测量注浆站(zhàn)输出(chū)的注浆流(liú)量,再配合核辐射密度计将注(zhù)浆浓度检测(cè)出来。两者乘积便能反映注(zhù)浆土方数量。为监测注浆管路是否有偏浆发生,在靠(kào)近工作面(miàn)注浆管路上安装了一个泥浆流(liú)量计,通过比较地面注浆流量与井下注浆流量,便(biàn)能反映是否有漏浆发生。
注浆流量计与密度计输出的信(xìn)号为4-20mA电流信号,将其转换(huàn)成电压信号,然后再输入A/D转换电路(井上通过多路开关)转换成(chéng)数字信号,该信号通过单片机处理后经串行VI发送至上位机。上位Pc机接收到下位机的流量(liàng)、密度(dù)信(xìn)息后,根据要求对数(shù)据进行(háng)处理,并实现显示、打印、存储(chǔ)、报警等功能。
3、系(xì)统的硬件设计(jì)
系统硬件主要包(bāo)括泥(ní)浆流量计、桉辐射密度计和单片机测量系统。
(1)LD泥(ní)浆(jiāng)流量(liàng)计的测量原理
LD泥浆流(liú)量计由LDF一101系列电磁流量传感器和(hé)LDZ一4B型电磁流(liú)量转(zhuǎn)换器两部分组成。
LDF一101系列电磁流量传感器根据法拉*电磁感应原理做成,它与(yǔ)转换器配套使用,用来测量各种导电液体或固、液两相悬浮液的(de)体积流量。
当导电液体沿测量管在交变磁场中作与磁力线垂直方向运动时,导电液体切割磁力线产生感应电(diàn)势,此(cǐ)感应电势通过测量管壁上的一对电*测出。
若感应电势为E,则有:
E=KBVD
式中:B一磁感应强度,Wb/cm²;
D一电*间距离,仅似于测量管内径相等,cm;
V一(yī)测量管内被测流体在横截面上的(de)平均(jun1)流速,m/s;
K一与磁场分布及轴向长度有关的系数;
由此可推得瞬时流(liú)量Q与流量V的关系为:
注浆流量计与密度计输出的信(xìn)号为4-20mA电流信号,将其转换(huàn)成电压信号,然后再输入A/D转换电路(井上通过多路开关)转换成(chéng)数字信号,该信号通过单片机处理后经串行VI发送至上位机。上位Pc机接收到下位机的流量(liàng)、密度(dù)信(xìn)息后,根据要求对数(shù)据进行(háng)处理,并实现显示、打印、存储(chǔ)、报警等功能。
3、系(xì)统的硬件设计(jì)
系统硬件主要包(bāo)括泥(ní)浆流量计、桉辐射密度计和单片机测量系统。
(1)LD泥(ní)浆(jiāng)流量(liàng)计的测量原理
LD泥浆流(liú)量计由LDF一101系列电磁流量传感器和(hé)LDZ一4B型电磁流(liú)量转(zhuǎn)换器两部分组成。
LDF一101系列电磁流量传感器根据法拉*电磁感应原理做成,它与(yǔ)转换器配套使用,用来测量各种导电液体或固、液两相悬浮液的(de)体积流量。
当导电液体沿测量管在交变磁场中作与磁力线垂直方向运动时,导电液体切割磁力线产生感应电(diàn)势,此(cǐ)感应电势通过测量管壁上的一对电*测出。
若感应电势为E,则有:
E=KBVD
式中:B一磁感应强度,Wb/cm²;
D一电*间距离,仅似于测量管内径相等,cm;
V一(yī)测量管内被测流体在横截面上的(de)平均(jun1)流速,m/s;
K一与磁场分布及轴向长度有关的系数;
由此可推得瞬时流(liú)量Q与流量V的关系为:

式中:A一测量管横截面积;
K一仪表常数(shù)。
当仪表常数K确(què)定后,感应电势与流量Q成正比,该(gāi)流量信号输入LDZ一4B型电磁流量转换器,经(jīng)放大,变换成与流量成正比的直流信号4~20mA。
LDZ一4B型电磁流量转(zhuǎn)换器与LD—F1叭型的电磁流量传感器配套使用,将来自传感器的低(dī)电平毫伏信号转换成与流量(liàng)成正比(bǐ)例的4-20mADC统一的标准信号输出,供显示、记录、调节控制和(hé)流量计算等(děng)使用。
(2)NMF一216型核辐射密度计测量原理
泥浆的浓度和密(mì)度(dù)在(zài)某种意(yì)义上说也(yě)是同一个概念,设泥浆混合液的浓度为Cv(体积百分比),混合液的密度为p,干泥的密度为p,水的密度为ρv,泥浆混合液的体积为(wéi)V。

泥浆混合液的质量百(bǎi)分比浓度为:

因此通过测(cè)量泥浆混合液的密度也可推算出泥浆的浓度值(Ps、ρv均已知)。
NMF一216型核辐射密度计能对被测介质(固态或液态)的密度进行非接触式测量,尤其能在环境比较恶劣的条件下工作。
放(fàng)射性同位素产生的γ射线具(jù)有穿透物质的能力,对于一束准直的γ射线,在穿过管径为d,密度为ρ的被测介质后,人射到γ射线探测器上(shàng)的射线强度I与ρ=0时射线强度Io之间成(chéng)指数(shù)关系:

式中:μm一质量密度吸收系数,cm²/g;
ρ一介(jiè)质密度(dù),g/cm³;
d一管道内径。
由此可推得:

通过测量射线(xiàn)强弱变化,即可知道介质密(mì)度(dù)大小,将放射源和射线探测器分别安装在被测管道两测,用计算机处理射线探测器的输出信号,就可显示(shì)出被测介(jiè)质的密度或浓度。
核辐射放(fàng)射源产生(shēng)的射线在穿过被测(cè)介质后,照射到闪烁计数(shù)器上,介质密度越高,照射到闪烁计数器上的射线强(qiáng)度越弱,反之亦然(rán) 闪烁计数器将射线(xiàn)的强度成正比的转换成电脉冲计数率,经闪烁探头的前置放(fàng)大器(qì),幅度甑别器、分频器(qì)、射级输出(chū)器,输出幅度恒定的电(diàn)脉冲信(xìn)号,送CPU板(bǎn)测量计数。CPU板上的(de)单片机对测得的计数频率进行处理,得到被(bèi)测介质的密度和浓度,一方面送显示板显(xiǎn)示,另(lìng)一方面送电流输出板得(dé)到4~20mA的电流输出(chū)。
(3)单片机智能监测系统该部分由8031单片机、地址锁存器7415373、EPROM2732、E²PROM2816、并行接(jiē)口(kǒu)8l55、地址译码器74LS138组成,如图(tú)2所示(shì):

8031是片内无ROM的单片机,系统配置一(yī)片2732(4K)作程序(xù)存储器,同时还扩展一片E²PROM2816(2K)作数据存(cún)储器,该芯片是电可擦除可编程(chéng)的半导体存储器,掉电后存储的信息不会丢(diū)失,用它来(lái)存储注浆原始记录。为读取A/D转换结果及作打印机接口(kǒu),系(xì)统扩(kuò)展一片8155芯片(piàn),它含有256ByteRAM,2个8位 、一个6位的可编程并行(háng)1/0和1个l4位(wèi)定时器/计数器。
4、系统的软件设计
系(xì)统的软件部(bù)分包括单片机测试程序、PC机通讯(xùn)程序、PC机数(shù)据库管理程(chéng)序。受篇(piān)幅限制,这里仅(jǐn)给出数据库管理的程序结构框图,其结构框图如图3所示。该部分程序(xù)用FoxPro2.5 for Windows编写,按系统(tǒng)共要求设置三层菜单界面(miàn)。

5、结(jié)语
整(zhěng)套装置试运行表明,该系统具有操作简便,测试精度高,实时性好,显(xiǎn)示(shì)直观(guān),测试数据资(zī)料齐备等优点,很(hěn)受用户欢迎。此外,整套装置还具有较高的性能(néng)价格比,具有推(tuī)广应用价值。
下一(yī)篇:弯管流量计在高压泥浆中的应用