CN101799310A - 流量测量方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流量测量方法与装置，其中方法包括：测量模块测量到刮板输送机上物料表面的多个瞬时距离；根据测量的多个瞬时距离和所述测量模块到所述刮板输送机表面的距离，获取所述物料的多个瞬时堆积高度；在所述刮板输送机的截面宽度上，对所述物料的多个瞬时堆积高度进行数值积分，计算物料的瞬时堆积截面积；在时间上对所述物料的瞬时堆积截面积与所述刮板输送机的传输速度的乘积进行数值积分，计算积分时间内物料的体积流量。本发明提供的流量测量方法与装置，为煤矿考核采煤工作面放顶煤的原煤产量提供了一种新的计量方法，实现了原煤产量的准确测量，可提高岗位工人出煤的积极性，提高煤田的回采率和煤矿的经济效益。

Description

流量测量方法与装置

技术领域

本发明实施例涉及煤炭技术领域，尤其涉及一种流量测量方法与装置。

背景技术

煤炭资源的保护和合理利用是能源安全及经济社会可持续发展的战略选择。其中提高煤炭回采率是在现有煤炭资源下延长自产煤炭供给时间的有效途径。目前煤矿多数采用高产高效矿井，其综采工作面通常采用放顶煤工艺采煤以提高煤矿的生产效率。

在综采放顶煤工艺中，采煤工作面需要铺设三条刮板输送机，分别为：铺设在液压支架前面、采煤机下面的刮板输送机俗称“前溜”、铺设在液压支架后方的刮板输送机俗称“后溜”，以及与液压支架平行铺设的刮板输送机俗称“转载机”。“前溜”和“后溜”运输的原煤经“转载机”运送到采区皮带输送机上进入采区煤仓。煤矿的原煤产量包括“前溜”的原煤产量和“后溜”的原煤产量。其中“前溜”的原煤产量与采煤机组的进尺有关，由采煤机组的进刀、工作面的长度和高度相乘得到采出煤的体积，再乘上煤的密度计算得到原煤产量；“后溜”的原煤由顶板煤滑落无法准确考核产量，一般是通过采煤工的放顶煤时间与每次放顶煤量的乘积进行大致估测。

另外，顶煤部分因接近顶板而含有矸石，煤矿会对采区原煤的含矸量进行严格考核，以保证原煤的煤质。而含矸量的多少会直接影响采区工人的奖金，因此，多数采区工人为保证煤质会不放或少放顶煤，这样又会降低煤矿的生产产量，因此，需要对“后溜”的原煤产量进行考核，以在保证煤质的情况下多放顶煤，增加采区的煤炭产量。

但是目前还没有刮板输送机的计量设备对刮板输送机的原煤产量实施准确的测量。因此，如何准确的测量放顶煤产量，提高采煤工出煤的积极性是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种流量测量方法与装置，用以解决现有技术中无法准确的测量放顶煤产量的问题，实现对煤矿原煤产量的准确测量。

本发明实施例提供一种流量测量方法，包括：

测量模块测量到刮板输送机上物料表面的多个瞬时距离；

根据测量的多个瞬时距离和所述测量模块到所述刮板输送机表面的距离，获取所述物料的多个瞬时堆积高度；

在所述刮板输送机的截面宽度上，对所述物料的多个瞬时堆积高度进行数值积分，计算物料的瞬时堆积截面积；

在时间上对所述物料的瞬时堆积截面积与所述刮板输送机的传输速度的乘积进行数值积分，计算积分时间内物料的体积流量。

本发明实施例提供一种流量测量装置，包括：

测量模块，用于测量到刮板输送机上物料表面的多个瞬时距离；

获取模块，与所述测量模块连接，用于获取所述测量模块测量的多个瞬时距离；

高度计算模块，用于根据获取的多个瞬时距离和所述测量模块到所述刮板输送机表面的距离，获取所述物料的多个瞬时堆积高度；

面积计算模块，用于在所述刮板输送机的截面宽度上，对所述物料的多个瞬时堆积高度进行数值积分，计算物料的瞬时堆积截面积；

体积计算模块，用于在时间上对所述物料的瞬时堆积截面积和所述刮板输送机的传输速度的乘积进行数值积分，计算积分时间内物料的体积量。

本发明实施例的流量测量方法与装置，通过测量设备准确测量到刮板输送机物料表面的多个瞬时距离，通过各个计算模块依次对多个瞬时距离在刮板输送机截面宽度和时间上进行数值积分，以计算物料的体积流量，改变了现有基于采煤机组的进尺和放煤工放顶煤时间的计算原煤产量的方法，实现了原煤产量的准确测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一的流量测量方法的流程图；

图2所示为本发明实施例二的流量测量方法的流程图；

图3为本发明实施例三的流量测量装置的结构示意图；

图4a为本发明实施例四的流量测量装置测量到刮板输送机表面距离的过程示意图；

图4b为本发明实施例四的流量测量装置测量到刮板输送机上物料表面的距离的过程示意图；

图4c为本发明实施例四的流量测量装置测量计算物料的瞬时截面积的示意图；

图4d为本发明实施例四的流量测量装置计算物料体积的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

中国是一个煤炭生产大国，也是煤炭消耗大国。以2006年中国的能源消费结构为例，其中煤燃料占68.7％，而煤炭资源的储量只有1886亿吨。若依据目前的开采状况，现有煤炭资源仅能开采100年，因此，在现有的煤炭资源条件下提高煤田回采率是延长煤矿开采时间的可行方案。

目前我国煤矿的平均回采率为64％，而矿井的平均回采率仅为46％，其中实时的、准确的测量原煤产量不仅可以准确计算回采率，同时煤矿或矿井原煤产量的测量与还与矿工的考核相关，通过准确测量原煤产量可以调动矿工的积极性，进而提高回采率，基于此，本发明实施例提供一种流量测量方法与装置，用以实时的、准确的测量煤矿或矿井的原煤产量。且本发明以下各实施例中所述物料可以具体为煤炭，但并不限制于此。

图1为本发明实施例一的流量测量方法的流程图，本实施例的执行主体为流量测量装置，具体为流量测量装置中的测量模块和各个计算模块；如图1所示，本实施例的流量测量方法包括：

步骤11，测量模块测量到刮板输送机上物料表面的多个瞬时距离；

其中测量模块是测量装置中用于测量测量模块到刮板输送机上物料表面的瞬时距离的模块；而多个瞬时距离相当于在刮板输送机的截面宽度上对对物料表面进行采样。

步骤12，根据测量的多个瞬时距离和测量模块到刮板输送机表面的距离，获取物料的多个瞬时堆积高度；

具体的，计算测量模块到刮板输送机表面的距离与各个瞬时距离的差值，所得多个差值即为物料的多个瞬时堆积高度。

步骤13，在刮板输送机的截面宽度上，对物料的多个瞬时堆积高度进行数值积分，计算物料的瞬时堆积截面积；

步骤14，在时间上对物料的瞬时堆积截面积与刮板输送机的传输速度的乘积进行数值积分，计算积分时间内物料的体积流量。

上述步骤13和步骤14通过数值积分计算刮板输送机上物料在积分时间内的体积流量。其中各个积分时间可以根据实际应用情况具体设置。

本实施例提供的流量测量方法，基于测量设备实时、准确测量的到刮板输送机物料表面的多个瞬时距离，通过各个计算模块依次对多个瞬时距离在刮板输送机截面宽度和时间上进行数值积分，以计算物料的体积流量，克服了现有基于采煤机组的进尺和放煤工放顶煤时间计算原煤产量时无法实时、准确计算原煤产量的缺陷，实现了原煤产量的实时测量，同时提高了测量的准确性。另外，通过本发明实施例提供的流量测量方法可以实现对“后溜”放顶煤量的精确考核；这样可以提高岗位工人的积极性，使得岗位工人在保证煤质的情况下多放顶煤，一方面可以增加采区的煤炭产量，降低煤炭生产成本，提高煤矿的经济效益；另一方面可以提高煤田回采率，防止煤田资源的浪费，延长矿井寿命，符合我国能源可持续发展战略。

进一步，本实施例提供的流量测量方法在计算出积分时间内物料的体积流量之后还包括：步骤15，根据物料的堆积密度和积分时间内物料的体积流量，获取物料的质量流量。通过该方法可以实时计算出物料的质量流量，同时提高了计算质量流量准确性。

在上述技术方案中，测量模块到刮板输送机表面的距离可以为预设固定值，但是刮板输送机在运作过程中所存在震动会使测量模块到刮板输送机表面的距离发生变化，导致所计算出的瞬时距离存在误差影响测量的准确性；另外，若测量模块到刮板输送机表面的距离不固定，例如每次开机测量时的高度根据实际情况而设定，为了解决上述问题，本发明实施例二提供一种流量测量方法。

图2所示为本发明实施例二的流量测量方法的流程图，本实施例基于上述实施例一实现，其区别在于，本实施例的流量测量方法在测量瞬时距离之前还包括测量到输送物料之前的刮板输送机表面的距离。如图2所示，本实施例的流量测量方法包括：

步骤20，在刮板输送机输送物料之前，测量模块测量到刮板输送机表面的距离；

步骤21，刮板输送机输送物料时，测量模块实时测量到刮板输送机上物料表面的多个瞬时距离；

步骤22，根据测量模块测量的多个瞬时距离和测量的到刮板输送机表面的距离，获取物料的多个瞬时堆积高度；

步骤23，在刮板输送机的截面宽度上，对物料的多个瞬时堆积高度进行数值积分，计算物料的瞬时堆积截面积；

步骤24，在时间上对物料的瞬时堆积截面积与刮板输送机的传输速度的乘积进行数值积分，计算积分时间内物料的体积流量；

步骤25，根据物料的堆积密度和积分时间内物料的体积流量，获取物料的质量流量。

本实施例的流量测量方法，通过测量模块在刮板输送机输送物料之前预先测量到刮板输送机表面的距离，克服了由于刮板输送机在运作过程中的震动导致的测量误差，进一步提高了测量的准确性。

图3为本发明实施例三的流量测量装置的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的流量测量装置包括：测量模块31、获取模块32、高度计算模块33、面积计算模块34和体积计算模块35。

其中，测量模块31用于测量到刮板输送机上物料表面的多个瞬时距离；获取模块32与测量模块31连接，用于获取测量模块31的测量结果，这里指多个瞬时距离，同时将所获取的多个瞬时距离提供给高度计算模块33。

高度计算模块33用于根据获取的多个瞬时距离和测量模块31到刮板输送机表面的距离，获取物料的多个瞬时堆积高度，具体为：计算测量模块31到刮板输送机表面的距离与各个瞬时距离的差值，所得多个差值即为物料的多个瞬时堆积高度；同时高度计算模块33将计算结果提供给面积计算模块34。

面积计算模块34用于在刮板输送机的截面宽度上，对物料的多个瞬时堆积高度进行数值积分，计算物料的瞬时堆积截面积；并将计算结果提供给体积计算模块35。

体积计算模块35用于在时间上对物料的瞬时堆积截面积和刮板输送机的传输速度的乘积进行数值积分，计算积分时间内物料的体积流量。

本实施例提供的流量测量装置，基于测量模块实时、准确测量的到刮板输送机上物料表面的瞬时距离，通过各个计算模块依次对瞬时距离在刮板输送机截面宽度和时间上进行数值积分，以计算物料的体积流量，克服了现有基于采煤机组的进尺和放煤工放顶煤时间计算原煤产量时无法实时、准确计算原煤产量的缺陷，实现了对原煤产量的实时测量，同时提高了测量的准确性。

进一步，本实施例提供的流量测量装置还包括质量计算模块36，用于在计算出积分时间内物料的体积流量之后，根据物料的堆积密度和积分时间内物料的体积流量，获取物料的质量流量。质量计算模块36可以通过所述方法实时计算出物料的质量流量，同时还可以提高计算质量流量的准确性。

进一步，本实施例中的测量模块31还用于测量到刮板输送机表面的距离，具体为：在刮板输送机输送物料之前，测量到刮板输送机表面的距离；相应的，获取模块32还用于获取测量模块31测量的到刮板输送机表面的距离，并将该距离提供给高度计算模块33，以便于高度计算模块33基于该距离计算瞬时堆积高度。

基于上述技术方案，可以避免因刮板输送机在运作过程中的震动造成的测量误差，保证所计算出的瞬时距离准确性；另外，上述技术方案还适用于测量模块31到刮板输送机表面的距离不固定的情况，例如若每次开机测量时的高度根据实际情况而设定，则可以通过采用在刮板输送机输送物料之前测量到刮板输送机表面的距离的方案实现对物料流量的测量。

具体的，本发明上述实施例的流量测量装置中的测量模块31可以由多个超声波高度计实现，而获取模块32、高度计算模块33、面积计算模块34、体积计算模块35以及质量计算模块36可以由计算机硬件及其算法软件实现；测量模块31可以通过具体的数据串行总线，例如RS485、RS422或是以太网与计算机硬件连接。

下面说明上述由具体实例实现的流量测量装置的结构和工作原理。

本发明实施例四的流量测量装置中多个超声波高度计40通过支架41设置于刮板输送机43上方，其中支架41通过第一基座(未示出)固设在刮板输送机43上。

为了克服刮板输送机43运作过程中的震动所导致的测量误差，本实施例还提供一种技术方案，即支架41可以通过第二基座(未示出)固设在地面上。

其中，图4a为本发明实施例四的流量测量装置测量到刮板输送机表面距离的过程示意图；图4b为本发明实施例四的流量测量装置测量到刮板输送机上物料表面的距离的过程示意图；图4c为本发明实施例四的流量测量装置测量计算物料的瞬时截面积的示意图；图4d为本发明实施例四的流量测量装置计算物料体积的示意图。基于上述实现，并结合图4a至图4d，则本实施例的流量测量装置的工作原理具体如下：

首先，各个高度计测量其到无物料时的刮板输送机43的表面的距离，记为H，如图4a所示；并通过数据传输总线将该距离H发送给计算机；

其次，各个高度计测量其到刮板输送机43上物料的表面的距离，记为X_i，如图4b所示；同时通过数据传输总线将各个距离X_i发送给计算机；

然后，计算机根据收到的距离，计算t时刻物料的瞬时堆积高度h_i；其中距离h_i由公式1计算得出：

h_i＝H-X_i                            (1)

接着对t时刻物料的瞬时堆积高度h_i，在刮板输送机43的截面宽度上进行数值积分，计算出物料的瞬时截面积S(t)，假设刮板输送机43的截面宽度为A，则如公式(2)所示；

$S\left(t\right)=\underset{0}{\overset{A}{\∫}}{h}_i(i,t)\mathrm{di}---\left(2\right)$

同时假设刮板输送机43的运行速度为常数Kv，则在[t，t+Δt]时间内刮板输送机43输送的物料的体积为：

dV(t)＝KvS(t)Δt                            (3)

对物料在图4d所示的刮板输送机43的运行方向A上进行时间积分，假设积分时间为T，则可得到在[0，T]时间内刮板输送机43输送的物料的体积为：

$V=\underset{0}{\overset{T}{\∫}}\mathrm{KvS}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(4\right)$

再假设物料的堆积密度在特定工作面上为常数Kw，则在[0，T]时间内刮板输送机43输送的物料的质量为：

$W=\mathrm{KwV}=\mathrm{Kw}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}\mathrm{KvS}\left(t\right)\mathrm{dt}=\mathrm{KwKv}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}S\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(5\right)$

以上为本实施例的流量测量装置的具体工作原理，进一步计算机还可以通过显示界面显示该计算结果。

本实施例的流量测量装置，基于超声波高度计和计算机硬件以及相应的软件实现，其实现简单，并具有较高的测量精度。通过本实施例提供的流量测量装置可以准确测量刮板输送机上的原煤产量，尤其可以通过对“后溜”放顶煤量的准确考核来提高岗位工人的积极性，使岗位工人在保证煤质的情况下多放顶煤，既增加了采区的煤炭产量，提高了煤矿的经济效益，又提高了煤田回采率，防止煤田资源的浪费，使得煤矿生产过程符合我国能源可持续发展战略。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种流量测量方法，其特征在于，包括：

测量模块测量到刮板输送机上物料表面的多个瞬时距离；

根据测量的多个瞬时距离和所述测量模块到所述刮板输送机表面的距离，获取所述物料的多个瞬时堆积高度；

在所述刮板输送机的截面宽度上，对所述物料的多个瞬时堆积高度进行数值积分，计算物料的瞬时堆积截面积；

在时间上对所述物料的瞬时堆积截面积与所述刮板输送机的传输速度的乘积进行数值积分，计算积分时间内物料的体积流量。

2.根据权利要求1所述的流量测量方法，其特征在于，在计算出所述积分时间内物料的体积流量之后还包括：

根据物料的堆积密度和所述积分时间内物料的体积流量，获取物料的质量流量。

3.根据权利要求1或2所述的流量测量方法，其特征在于，在所述测量模块测量到刮板输送机上物料表面的多个瞬时距离之前还包括：

所述测量模块测量所述测量模块到所述刮板输送机表面的距离。

4.一种流量测量装置，其特征在于，包括：

测量模块，用于测量到刮板输送机上物料表面的多个瞬时距离；

获取模块，与所述测量模块连接，用于获取所述测量模块测量的多个瞬时距离；

高度计算模块，用于根据获取的多个瞬时距离和所述测量模块到所述刮板输送机表面的距离，获取所述物料的多个瞬时堆积高度；

面积计算模块，用于在所述刮板输送机的截面宽度上，对所述物料的多个瞬时堆积高度进行数值积分，计算物料的瞬时堆积截面积；

体积计算模块，用于在时间上对所述物料的瞬时堆积截面积和所述刮板输送机的传输速度的乘积进行数值积分，计算积分时间内物料的体积量。

5.根据权利要求4所述的流量测量装置，其特征在于，还包括：

质量计算模块，用于根据物料的堆积密度和所述积分时间内物料的体积流量，获取物料的质量流量。

6.根据权利要求4所述的流量测量装置，其特征在于，所述测量模块还用于在测量到所述刮板输送机上物料表面的多个瞬时距离之前，测量所述测量模块到所述刮板输送机表面的距离；

所述获取模块还用于获取所述测量模块测量的到所述刮板输送机表面的距离。

7.根据权利要求4-6任一项所述的流量测量装置，其特征在于，所述测量模块为多个超声波高度计。

8.根据权利要求7所述的流量测量装置，其特征在于，还包括：支架，设置于所述刮板输送机上，用于将所述多个超声波高度计设置于所述刮板输送机上方。

9.根据权利要求8所述的流量测量装置，其特征在于，还包括：第一基座，用于将所述支架固定在所述刮板输送机的两侧。

10.根据权利要求8所述的流量测量装置，其特征在于，还包括：第二基座，用于将所述支架固定在地面上。

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