CN107064994A - 一种非介入式膏体充填管路堵管监测装置及方法 - Google Patents

一种非介入式膏体充填管路堵管监测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非介入式膏体充填管路堵管监测装置及方法。该装置包括超声波监测装置、PLC控制器、计算机；所述超声波监测装置的超声波发射探头和超声波接收探头分别设置在待监测充填管道两端，超声波发射探头连接超声波发射装置，超声波发射装置连接单片机，超声波接收探头连接超声波接收装置，超声波接收装置连接单片机；单片机另一端连接PLC控制器，通过PLC控制器自动控制膏体充填泵送系统。本发明通过把上述装置安装于待监测充填管道中间，测得超声波管道中不同位置的波速，当管道中出现堵管时，其堵管位置前后监测管道处的超声波波速差别明显，从而实现了堵管位置的精确定位。本发明实现了膏体充填管路堵管的自动化监测和无损监测。

Description

一种非介入式膏体充填管路堵管监测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种非介入式膏体充填管路堵管监测装置及方法，具体涉及一种矿山充填开采的长距离膏体充填管路堵管监测装置及方法，属于膏体充填料管道输送技术领域。
背景技术
我国 “三下”压煤量巨大，为了有效开采“三下”煤炭资源，延长矿井服务年限，膏体充填开采是解放“三下”压煤行之有效的方法之一。膏体充填在地面将原料混合后依靠管道实现高效连续输送至采空区。在输送过程中，杂物进入管道、料浆发生离析沉淀、泵送压力不足等原因极易造成管道堵塞。堵管不仅影响充填作业的正常进行，给整个充填系统造成重大经济损失，而且会污染井下环境。膏体充填管道堵塞事故是一个在理论和实践中始终需要深入研究和解决的技术难题。
目前主要采取检测压力的方法来进行堵管监测，当某段管路出现堵塞时，其前面的管道会出现压力升高的情况。传统的压力测量方法大多数采用的是介入式压力测量，即在被测点（管道内或管道接口之间）安装压力传感器，这样不仅破坏了管道的完整性，而且管道内的流场会受到干扰。普通的压力传感器一方面很难适应料浆在管路中的高速流动，耐磨性要求较高，另一方面含有大粒径骨料的膏体充填材料很容易造成压力传感器失灵，检测不到压力。因此普通的压力传感器不适于膏体充填管道堵管监测。
中国专利CN103454099 A公开了一种膏体充填管路堵管检测装置，通过把检测装置安装于输送管路之间，当管路压力增大到大于弹簧的阻力时，弹簧推动连杆接触到检测装置并发出堵管报警信号，以此来达到监测堵管的目的。该装置采用机械传动装置，结构复杂，对装置的灵敏度要求较高。中国专利CN 102121399 B公开了一种带有压力检测功能的膏体充填堵管卸料闸门，该装置同样采用了在充填管道之间安装压力检测装置的方法，在膏体输送之前需要预留压力测量接口，破坏了管道系统结构的完整性。
发明内容
本发明旨在提供一种非介入式膏体充填管路堵管监测装置及方法，其结构简单、操作方便，不会破坏管道系统结构的完整性，实现了堵管位置的精确定位。
本发明提供了一种非介入式膏体充填管路堵管监测装置，包括超声波监测装置、PLC控制器、计算机；
所述超声波监测装置包括超声波发射探头、超声波接收探头、超声波发射装置、超声波接收装置、单片机，超声波发射探头和超声波接收探头分别设置在待监测充填管道两端，超声波发射探头连接超声波发射装置，超声波发射装置连接单片机，超声波接收探头连接超声波接收装置，超声波接收装置连接单片机；单片机控制超声波发射装置发射脉冲信号，超声波发射探头把接收到的电信号转换为声波信号；超声波接收探头把接收到的声波信号转换为电信号，超声波接收探头连接超声波接收装置，超声波接收装置把超声波接收探头送来的电信号处理后送至单片机，单片机根据超声波在管道内的传播时间和传播距离计算出超声波在充填管道内的波速；单片机另一端连接PLC控制器，通过PLC控制器自动控制膏体充填泵送系统开启和停止；
所述PLC控制器连接计算机，计算机将管道沿线不同位置的超声波波速绘制成图形，观察不同位置超声波波速差异情况。
上述装置中，所述PLC控制器能同时连接多个超声波监测装置，超声波监测装置的个数根据所需监测点的个数确定。
上述装置中，所述超声波监测装置直接连接计算机制成便携式设备，临时监测充填线路上任意位置的超声波波速情况。
本发明提供了一种非介入式膏体充填管路堵管监测方法，采用上述监测装置，包括以下步骤：
（1）连接超声波监测装置，超声波发射探头与超声波发射装置相连，超声波接收探头与超声波接收装置相连，超声波发射装置和超声波接收装置分别连接到单片机；
（2）将超声波发射探头和超声波接收探头分别设置在充填管道两侧，在同一条充填线路上设置多个监测点，监测点的个数根据实际需要确定；
（3）将所有监测点处的超声波监测装置连接到PLC控制器、PLC控制器连接计算机；
或者，直接连接超声波检测装置和计算机，制成超声波检测便携式设备；
（4）当充填管道开始输送膏体时，打开电源开关，启动计算机，观察不同监测点之间超声波波速的变化情况，当相邻两个监测点的超声波波速有明显差别时，说明这两个监测点之间管路出现堵管，检测到堵管信号后，PLC控制器控制泵送系统停止运行；
（5）在待监测充填管道的两个监测点之间，利用超声波监测装置检测管道内超声波波速变化情况，确定堵管发生的具体位置，采取相应的措施对堵管管路进行处理，避免堵管事故进一步扩大。
上述方法中，步骤（4）中，具体的控制方法为：单片机将控制信号发送给超声波发射装置，超声波发射装置接收到控制信号向超声波发射探头发射脉冲信号，超声波发射探头接收到脉冲信号后发射声波信号，超声波接收探头把接收到的声波信号转换为电信号，超声波接收装置对接收到的电信号进行处理，然后传输给单片机，单片机根据超声波在管道内的传播时间和传播距离计算出超声波在待检测充填管道内的波速。
本发明的原理：通过把上述装置安装于待监测充填管道中间，可以测得超声波管道中不同位置的波速，当管道中出现堵管时，其堵管位置前后监测管道处的超声波波速差别明显，从而实现了堵管位置的精确定位。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种非介入式膏体充填管路堵管监测装置，测量能力强，实现了膏体充填管路堵管的自动化监测；本装置可以制成便携式设备，可以采取“固定点+临时点”的检测方法，实现了堵管位置的精确定位；本装置采用在管道外夹装超声波发射探头和接收探头的方法，实现了膏体充填管路堵管的无损监测，既不会破坏管道内流体流场，又保持了管道系统结构的完整性。
附图说明
图1为本发明堵管监测装置的结构示意图；
图2为本发明堵管监测装置的布置示意图；
图中：1为待监测充填管道，2为超声波发射探头，3为超声波接收探头，4为超声波发射装置，5为超声波接收装置，6为单片机，7为PLC控制器，8为计算机，9为充填膏体泵送装置，10为地面充填管，11为立管，12为三下集中皮带巷充填管，13为轨道皮带联络巷充填管，14为三下集中轨道巷充填管，15为材料巷充填管，16为工作面充填管，17为第一监测点，18为第二监测点，19为第三监测点，20为第四监测点，21为第五监测点，22为第六监测点，23为第七监测点，24为第八监测点，25为第九监测点，26为第十监测点，27为第十一监测点，28为第十二监测点，29为第十三监测点，30为充填工作面。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例：
如图1所示，一种非介入式膏体充填管路堵管监测装置，包括超声波监测装置、PLC控制器7、计算机8；
所述超声波监测装置包括超声波发射探头2、超声波接收探头3、超声波发射装置4、超声波接收装置5、单片机6，超声波发射探头2和超声波接收探头3分别设置在待监测充填管道1两侧，超声波发射探头2连接超声波发射装置4，超声波发射装置4连接单片机6，超声波接收探头3连接超声波接收装置5，超声波接收装置5连接单片机6；单片机6控制超声波发射装置4发射脉冲信号，超声波发射探头2把接收到的电信号转换为声波信号；超声波接收探头3把接收到的声波信号转换为电信号，超声波接收探头3连接超声波接收装置5，超声波接收装置5把超声波接收探头送来的电信号处理后送至单片机6，单片机6根据超声波在管道内的传播时间和传播距离计算出超声波在充填管道内的波速；单片机6另一端连接PLC控制器7，通过PLC控制器7自动控制膏体充填泵送系统开启和停止；
所述PLC控制器7连接计算机8，计算机8将管道沿线不同位置的超声波波速绘制成图形，观察不同位置超声波波速差异情况。
上述装置中，所述PLC控制器7能同时连接多个超声波监测装置，超声波监测装置的个数根据所需监测点的个数确定。
上述装置中，所述超声波监测装置直接连接计算机制成便携式设备，临时监测充填线路上任意位置的超声波波速情况。
本发明中，所述单片机的型号可选择AT89S51；所述PLC可选择西门子S7-300 PLC。
下面具体说明本发明监测装置的使用方法：
如图2所示，本发明堵管监测装置的布置示意图，地面充填管10连接充填膏体泵送装置9，在地面充填管10末端布置第一监测点17，在三下集中皮带巷充填管12布置第二监测点18、第三监测点19、第四监测点20，在轨道皮带联络巷充填管13上布置第五监测点21、第六监测点22，在三下集中轨道巷充填管14上布置第七监测点23、第八监测点24、第九监测点25、第十监测点26，在材料巷充填管15上布置第十一监测点27、第十二监测点28、第十三监测点29，其中第一监测点17布置连接地面充填管10与立管11的弯管之前，第二监测点18布置在连接立管11与三下集中皮带巷充填管12的弯管之后，第四监测点20、第五监测点21布置在连接三下集中皮带巷充填管12与轨道皮带联络巷充填管13的弯管前后，第六监测点22、第七监测点23布置在连接轨道皮带联络巷充填管13与三下集中轨道巷充填管14的弯管前后，第十监测点26、第十一监测点27布置在连接三下集中轨道巷充填管14与材料巷充填管15的弯管前后，以便对易出现堵管的弯管处进行重点监测。
下面通过具体实施例说明采用上述监测装置进行非介入式膏体充填管路堵管监测的方法，包括以下步骤：
（1）在充填管路上布置监测点，如图2所示；
（2）分别连接多个超声波监测装置，超声波检测装置与监测点个数相同，超声波发射探头与超声波发射装置相连，超声波接收探头与超声波接收装置相连，超声波发射装置和超声波接收装置分别连接到单片机；
（3）将超声波发射探头和超声波接收探头分别设置在充填管道两侧，在同一条充填线路上设置多个监测点；
（4）将所有监测点处的超声波监测装置连接到PLC控制器、PLC控制器连接计算机；
或者，直接连接超声波检测装置和计算机，制成超声波检测便携式设备；
（5）当充填管道开始输送膏体时，打开电源开关，启动计算机，观察不同监测点之间超声波波速的变化情况，当相邻两个监测点的超声波波速有明显差别时，说明这两个监测点之间管路出现堵管，检测到堵管信号后，PLC控制器控制泵送系统停止运行；
（6）在待监测充填管道的两个监测点之间，利用超声波监测装置检测管道内超声波波速变化情况，确定堵管发生的具体位置，采取相应的措施对堵管管路进行处理，避免堵管事故进一步扩大。
上述方法中，步骤（5）中，具体的控制方法为：单片机将控制信号发送给超声波发射装置，超声波发射装置接收到控制信号向超声波发射探头发射脉冲信号，超声波发射探头接收到脉冲信号后发射声波信号，超声波接收探头把接收到的声波信号转换为电信号，超声波接收装置对接收到的电信号进行处理，然后传输给单片机，单片机根据超声波在管道内的传播时间和传播距离计算出超声波在待检测充填管道内的波速。

Claims (5)

1.一种非介入式膏体充填管路堵管监测装置，其特征在于：包括超声波监测装置、PLC控制器、计算机；
所述超声波监测装置包括超声波发射探头、超声波接收探头、超声波发射装置、超声波接收装置、单片机，超声波发射探头和超声波接收探头分别设置在待监测充填管道两端，超声波发射探头连接超声波发射装置，超声波发射装置连接单片机，超声波接收探头连接超声波接收装置，超声波接收装置连接单片机；单片机控制超声波发射装置发射脉冲信号，超声波发射探头把接收到的电信号转换为声波信号；超声波接收探头把接收到的声波信号转换为电信号，超声波接收探头连接超声波接收装置，超声波接收装置把超声波接收探头送来的电信号处理后送至单片机，单片机根据超声波在管道内的传播时间和传播距离计算出超声波在充填管道内的波速；单片机另一端连接PLC控制器，通过PLC控制器自动控制膏体充填泵送系统开启和停止；
所述PLC控制器连接计算机，计算机将管道沿线不同位置的超声波波速绘制成图形，观察不同位置超声波波速差异情况。
2.根据权利要求1所述的非介入式膏体充填管路堵管监测装置，其特征在于：所述PLC控制器能同时连接多个超声波监测装置，超声波监测装置的个数根据所需监测点的个数确定。
3.根据权利要求1所述的非介入式膏体充填管路堵管监测装置，其特征在于：所述超声波监测装置直接连接计算机制成便携式设备，临时监测充填线路上任意位置的超声波波速情况。
4.一种非介入式膏体充填管路堵管监测方法，采用权利要求1~3任一项所述的非介入式膏体充填管路堵管监测装置，其特征在于包括以下步骤：
（1）连接超声波监测装置，超声波发射探头与超声波发射装置相连，超声波接收探头与超声波接收装置相连，超声波发射装置和超声波接收装置分别连接到单片机；
（2）将超声波发射探头和超声波接收探头分别设置在充填管道两侧，在同一条充填线路上设置多个监测点，监测点的个数根据实际需要确定；
（3）将所有监测点处的超声波监测装置连接到PLC控制器、PLC控制器连接计算机；
或者，直接连接超声波检测装置和计算机，制成超声波检测便携式设备；
（4）当充填管道开始输送膏体时，打开电源开关，启动计算机，观察不同监测点之间超声波波速的变化情况，当相邻两个监测点的超声波波速有明显差别时，说明这两个监测点之间管路出现堵管，检测到堵管信号后，PLC控制器控制泵送系统停止运行；
（5）在待监测充填管道的两个监测点之间，利用超声波监测装置检测管道内超声波波速变化情况，确定堵管发生的具体位置，采取相应的措施对堵管管路进行处理，避免堵管事故进一步扩大。
5.根据权利要求4所述的非介入式膏体充填管路堵管监测方法，其特征在于：步骤（4）中，具体的控制方法为：单片机将控制信号发送给超声波发射装置，超声波发射装置接收到控制信号向超声波发射探头发射脉冲信号，超声波发射探头接收到脉冲信号后发射声波信号，超声波接收探头把接收到的声波信号转换为电信号，超声波接收装置对接收到的电信号进行处理，然后传输给单片机，单片机根据超声波在管道内的传播时间和传播距离计算出超声波在待检测充填管道内的波速。
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