工作面注漿及漏漿遠距離系統研究

摘要：本文對工作面注漿及漏漿遠距離監測系統進(jìn)行研究，給出了監測系統機構框圖，并對泥漿流量計和泥漿密度計測量原理作較詳細的推算，給出了系統的部分軟件框圖。
1、引言
利用注漿站向井下注漿歷來(lái)是煤礦企業(yè)的一個(gè)重要生產(chǎn)環(huán)節，在礦井防滅火工作越亦受到到重視的今天，生產(chǎn)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(guān)注，尤其在發(fā)火趨勢明顯和發(fā)生火災時(shí)更為重要，其注漿質(zhì)量的好壞關(guān)系到井下火災處理的進(jìn)展與結果，直接影響煤礦的安全生產(chǎn)。
但是，在注漿過(guò)程中，有時(shí)會(huì )出現偏、跑漿情況。一般情況下偏漿、跑漿問(wèn)題靠工人巡視注漿管線(xiàn)來(lái)檢查，工人勞動(dòng)強度很大，發(fā)現漏漿、跑漿時(shí)也很難及時(shí)通知井上的注漿站，至于井下的偏漿、跑漿更不易被發(fā)現。為此，研究對注漿過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，對注漿流量、注漿土量作準確、科學(xué)計量的系統是非常必要的。
2、注漿及漏漿遠距離監剝系統設計思想
根據對注漿監測參數的要求，設計了一套注漿遠距離監測系統。系統采用設在現場(chǎng)的單片機作為下位機，設在通風(fēng)機房的Pc計算機作上位機。下位機數據可以傳到上位機。整個(gè)系統總體結構框圖如圖1所示。

在系統中，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(lái)。兩者乘積便能反映注漿土方數量。為監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(gè)泥漿流量計，通過(guò)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(guò)多路開(kāi)關(guān))轉換成數字信號，該信號通過(guò)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，根據要求對數據進(jìn)行處理，并實(shí)現顯示、打印、存儲、報警等功能。
3、系統的硬件設計
系統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。
(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法拉第電磁感應原理做成，它與轉換器配套使用，用來(lái)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(chǎng)中作與磁力線(xiàn)垂直方向運動(dòng)時(shí)，導電液體切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生感應電勢，此感應電勢通過(guò)測量管壁上的一對電極測出。
若感應電勢為E，則有：
E=KBVD
式中：B一磁感應強度，Wb/cm²；
D一電極間距離，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(chǎng)分布及軸向長(cháng)度有關(guān)的系數；
由此可推得瞬時(shí)流量Q與流量V的關(guān)系為：

式中：A一測量管橫截面積；

K一儀表常數。

當儀表常數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(lái)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統一的標準信號輸出，供顯示、記錄、調節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(shuō)也是同一個(gè)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(zhì)量百分比濃度為：

因此通過(guò)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(zhì)(固態(tài)或液態(tài))的密度進(jìn)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(chǎn)生的γ射線(xiàn)具有穿透物質(zhì)的能力，對于一束準直的γ射線(xiàn)，在穿過(guò)管徑為d，密度為ρ的被測介質(zhì)后，人射到γ射線(xiàn)探測器上的射線(xiàn)強度I與ρ=0時(shí)射線(xiàn)強度Io之間成指數關(guān)系：

式中：μm一質(zhì)量密度吸收系數，cm²/g；

ρ一介質(zhì)密度，g/cm³；

d一管道內徑。

由此可推得：

通過(guò)測量射線(xiàn)強弱變化，即可知道介質(zhì)密度大小，將放射源和射線(xiàn)探測器分別安裝在被測管道兩測，用計算機處理射線(xiàn)探測器的輸出信號，就可顯示出被測介質(zhì)的密度或濃度。

核輻射放射源產(chǎn)生的射線(xiàn)在穿過(guò)被測介質(zhì)后，照射到閃爍計數器上，介質(zhì)密度越高，照射到閃爍計數器上的射線(xiàn)強度越弱，反之亦然 閃爍計數器將射線(xiàn)的強度成正比的轉換成電脈沖計數率，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。CPU板上的單片機對測得的計數頻率進(jìn)行處理，得到被測介質(zhì)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)單片機智能監測系統該部分由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(wú)ROM的單片機，系統配置一片2732（4K）作程序存儲器，同時(shí)還擴展一片E²PROM2816(2K)作數據存儲器，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(huì )丟失，用它來(lái)存儲注漿原始記錄。為讀取A/D轉換結果及作打印機接口，系統擴展一片8155芯片，它含有256ByteRAM，2個(gè)8位 、一個(gè)6位的可編程并行1/0和1個(gè)l4位定時(shí)器/計數器。

4、系統的軟件設計

系統的軟件部分包括單片機測試程序、PC機通訊程序、PC機數據庫管理程序。受篇幅限制，這里僅給出數據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(xiě)，按系統共要求設置三層菜單界面。

5、結語(yǔ)

整套裝置試運行表明，該系統具有操作簡(jiǎn)便，測試精度高，實(shí)時(shí)性好，顯示直觀(guān)，測試數據資料齊備等優(yōu)點(diǎn)，很受用戶(hù)歡迎。此外，整套裝置還具有較高的性能價(jià)格比，具有推廣應用價(jià)值。