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          工作面注漿及漏漿遠距離系統(tǒng)研究

          點擊次數(shù):2074 發(fā)布時間:2019-05-27 07:08:40
          摘要:本文對工作面注漿及漏漿遠距離監(jiān)測系統(tǒng)進行研究,給出了監(jiān)測系統(tǒng)機構框圖,并對泥漿流量計和泥漿密度計測量原理作較詳細的推算,給出了系統(tǒng)的部分軟件框圖。
          1、引言
          利用注漿站向井下注漿歷來是煤礦企業(yè)的一個重要生產環(huán)節(jié),在礦井防滅火工作越亦受到到重視的**,生產礦井對注漿量的多少及注漿濃度決定的注漿土(灰)量很為關注,尤其在發(fā)火趨勢明顯和發(fā)生火災時更為重要,其注漿質量的好壞關系到井下火災處理的進展與結果,直接影響煤礦的安全生產。
          但是,在注漿過程中,有時會出現(xiàn)偏、跑漿情況。一般情況下偏漿、跑漿問題靠工人巡視注漿管線來檢查,工人勞動強度很大,發(fā)現(xiàn)漏漿、跑漿時也很難及時通知井上的注漿站,至于井下的偏漿、跑漿更不易被發(fā)現(xiàn)。為此,研究對注漿過程進行實時監(jiān)測,對注漿流量、注漿土量作準確、科學計量的系統(tǒng)是非常必要的。
          2、注漿及漏漿遠距離監(jiān)剝系統(tǒng)設計思想
          根據(jù)對注漿監(jiān)測參數(shù)的要求,設計了一套注漿遠距離監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用設在現(xiàn)場的單片機作為下位機,設在通風機房的Pc計算機作上位機。下位機數(shù)據(jù)可以傳到上位機。整個系統(tǒng)總體結構框圖如圖1所示。
          在系統(tǒng)中,井上泥漿流量計用于測量注漿站輸出的注漿流量,再配合核輻射密度計將注漿濃度檢測出來。兩者乘積便能反映注漿土方數(shù)量。為監(jiān)測注漿管路是否有偏漿發(fā)生,在靠近工作面注漿管路上安裝了一個泥漿流量計,通過比較地面注漿流量與井下注漿流量,便能反映是否有漏漿發(fā)生。
          注漿流量計與密度計輸出的信號為4-20mA電流信號,將其轉換成電壓信號,然后再輸入A/D轉換電路(井上通過多路開關)轉換成數(shù)字信號,該信號通過單片機處理后經(jīng)串行VI發(fā)送至上位機。上位Pc機接收到下位機的流量、密度信息后,根據(jù)要求對數(shù)據(jù)進行處理,并實現(xiàn)顯示、打印、存儲、報警等功能。
          3、系統(tǒng)的硬件設計
          系統(tǒng)硬件主要包括泥漿流量計、桉輻射密度計和單片機測量系統(tǒng)。
          (1)LD泥漿流量計的測量原理
          LD泥漿流量計由LDF一101系列電磁流量傳感器和LDZ一4B型電磁流量轉換器兩部分組成。
          LDF一101系列電磁流量傳感器根據(jù)法拉*電磁感應原理做成,它與轉換器配套使用,用來測量各種導電液體或固、液兩相懸浮液的體積流量。
          當導電液體沿測量管在交變磁場中作與磁力線垂直方向運動時,導電液體切割磁力線產生感應電勢,此感應電勢通過測量管壁上的一對電*測出。
          若感應電勢為E,則有:
          E=KBVD
          式中:B一磁感應強度,Wb/cm²;
          D一電*間距離,僅似于測量管內徑相等,cm;
          V一測量管內被測流體在橫截面上的平均流速,m/s;
          K一與磁場分布及軸向長度有關的系數(shù);
          由此可推得瞬時流量Q與流量V的關系為:
          式中:A一測量管橫截面積;
          K一儀表常數(shù)。
          當儀表常數(shù)K確定后,感應電勢與流量Q成正比,該流量信號輸入LDZ一4B型電磁流量轉換器,經(jīng)放大,變換成與流量成正比的直流信號4~20mA。
          LDZ一4B型電磁流量轉換器與LD—F1叭型的電磁流量傳感器配套使用,將來自傳感器的低電平毫伏信號轉換成與流量成正比例的4-20mADC統(tǒng)一的標準信號輸出,供顯示、記錄、調節(jié)控制和流量計算等使用。
          (2)NMF一216型核輻射密度計測量原理
          泥漿的濃度和密度在某種意義上說也是同一個概念,設泥漿混合液的濃度為Cv(體積百分比),混合液的密度為p,干泥的密度為p,水的密度為ρv,泥漿混合液的體積為V。
          泥漿混合液的質量百分比濃度為:
          因此通過測量泥漿混合液的密度也可推算出泥漿的濃度值(Ps、ρv均已知)。
          NMF一216型核輻射密度計能對被測介質(固態(tài)或液態(tài))的密度進行非接觸式測量,尤其能在環(huán)境比較惡劣的條件下工作。
          放射性同位素產生的γ射線具有穿透物質的能力,對于一束準直的γ射線,在穿過管徑為d,密度為ρ的被測介質后,人射到γ射線探測器上的射線強度I與ρ=0時射線強度Io之間成指數(shù)關系:
          式中:μm一質量密度吸收系數(shù),cm²/g;
          ρ一介質密度,g/cm³;
          d一管道內徑。
          由此可推得:
          通過測量射線強弱變化,即可知道介質密度大小,將放射源和射線探測器分別安裝在被測管道兩測,用計算機處理射線探測器的輸出信號,就可顯示出被測介質的密度或濃度。
          核輻射放射源產生的射線在穿過被測介質后,照射到閃爍計數(shù)器上,介質密度越高,照射到閃爍計數(shù)器上的射線強度越弱,反之亦然 閃爍計數(shù)器將射線的強度成正比的轉換成電脈沖計數(shù)率,經(jīng)閃爍探頭的前置放大器,幅度甑別器、分頻器、射級輸出器,輸出幅度恒定的電脈沖信號,送CPU板測量計數(shù)。CPU板上的單片機對測得的計數(shù)頻率進行處理,得到被測介質的密度和濃度,一方面送顯示板顯示,另一方面送電流輸出板得到4~20mA的電流輸出。
          (3)單片機智能監(jiān)測系統(tǒng)該部分由8031單片機、地址鎖存器7415373、EPROM2732、E²PROM2816、并行接口8l55、地址譯碼器74LS138組成,如圖2所示:
          8031是片內無ROM的單片機,系統(tǒng)配置一片2732(4K)作程序存儲器,同時還擴展一片E²PROM2816(2K)作數(shù)據(jù)存儲器,該芯片是電可擦除可編程的半導體存儲器,掉電后存儲的信息不會丟失,用它來存儲注漿原始記錄。為讀取A/D轉換結果及作打印機接口,系統(tǒng)擴展一片8155芯片,它含有256ByteRAM,2個8位 、一個6位的可編程并行1/0和1個l4位定時器/計數(shù)器。
          4、系統(tǒng)的軟件設計
          系統(tǒng)的軟件部分包括單片機測試程序、PC機通訊程序、PC機數(shù)據(jù)庫管理程序。受篇幅限制,這里僅給出數(shù)據(jù)庫管理的程序結構框圖,其結構框圖如圖3所示。該部分程序用FoxPro2.5 for Windows編寫,按系統(tǒng)共要求設置三層菜單界面。
          5、結語
          整套裝置試運行表明,該系統(tǒng)具有操作簡便,測試精度高,實時性好,顯示直觀,測試數(shù)據(jù)資料齊備等優(yōu)點,很受用戶歡迎。此外,整套裝置還具有較高的性能價格比,具有推廣應用價值。

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