CN111006630A - 一种煤矿泵房吸水井淤泥深度检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种煤矿井下泵房吸水井淤泥深度检测装置及方法，该装置包括：矿用隔爆兼本安型可编程控制箱、电机、矿用本安型拉力传感器、编码器、重锤、滚筒和缆绳。缆绳的一端固定在滚筒上，另一端连接重锤，电机带动滚筒转动时，重锤做升降运动。矿用隔爆兼本安型可编程控制箱根据编码器和矿用本安型拉力传感器采集的信息，计算出重锤下落的长度和缆绳受到的拉力，并以此计算出淤泥深度。该装置具有安全的防爆结构以及简洁高效的传动机构，工作稳定可靠，故障率低。

Description

一种煤矿泵房吸水井淤泥深度检测装置及方法
技术领域
本发明属于煤矿排水领域，具体说是一种煤矿泵房吸水井淤泥深度检测装置及方法。
背景技术
煤矿井下排水系统是煤矿生产四大件之一，担负着将井下积水排出的重要任务，是矿井安全生产的保障。但由于水源中含有大量煤尘、污泥等，经常造成吸水井污泥淤积，严重时堵塞吸水管，导致水泵无法正常排水。长期以来只能通过人工下放重锤来检测淤泥堆积情况，增加了大量的人工成本，同时人工检测也不能和泵房自动化系统实现有效闭锁，如果检测不及时造成淤泥大量堆积将会对矿井生产产生严重影响。为了降低人员投入，保证矿井安全排水，有必要发明一种用于煤矿泵房吸水井淤泥深度的检测装置。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种煤矿泵房吸水井淤泥深度检测装置。该装置具有安全的防爆结构以及简洁高效的传动机构，工作稳定可靠，故障率低。
本实发明采用的技术方案是：一种煤矿井下泵房吸水井淤泥深度检测装置，该装置包括：矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1、电机2、矿用本安型拉力传感器3、编码器4、重锤5、滚筒6和缆绳7。矿用本安型拉力传感器3安装在缆绳7上，其输出与矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1连接，编码器4安装于滚筒6轴心处，其输出端连接矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1，矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1输出连接电机2，滚筒6与电机2输出轴连接。缆绳7一端安装重锤5，另一端固定在滚筒6上，当滚筒6按正反不同方向转动时，可通过缆绳7带动重锤5上下移动。
矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1通过内部程序驱动电机2带动重锤5做往复升降运行，矿用本安型拉力传感器3检测重锤在不同位置时缆绳7受到的拉力值，编码器4检测重锤5下放的长度。矿用本安型拉力传感器3和编码器4的输出连接矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1，矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1对采集的拉力值和编码器数据进行分析、计算，矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1的输出连接电机2。
矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1具备丰富的通讯接口包括：以太网接口、RS-485通讯接口（Modbus-RTU通讯协议）和模拟量接口以及开关量接口。矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1作为数据采集、分析处理主站，采集矿用本安型拉力传感器3及编码器4检测的拉力信号和转数，计算淤泥堆积深度，将H淤数据实时输出给监控设备，当淤泥深度H淤超出上限值时，通过开关量接口输出控制信号，实现与水泵控制系统的闭锁。
重锤5需定时往复运行，避免长期浸于水下被淤泥掩盖。
矿用本安型拉力传感器3检测后输出的4-20mA信号和编码器4检测后输出的转数脉冲传送给矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1，矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1根据检测的拉力值和转数值（重锤5下放长度），计算淤泥淤积高度。当拉力值等于0时，吸水井深度减重锤下放长度即为淤泥淤积高度，当拉力值小于重力时，依据阿基米德原理可通过重力值、拉力值判断当前水仓内水的密度。
基于上述一种煤矿井下泵房吸水井淤泥深度检测装置，本发明提供了一种煤矿井下泵房吸水井淤泥深度检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：初始状态时，缆绳7全部缠绕在滚筒6上，重锤5下放长度L等于0；
步骤二：在矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1的控制下，电机2开始转动，将重锤5放入吸水井内；此时，编码器4记录滚筒6的转数，矿用本安型拉力传感器3检测缆绳7受到的拉力，并分别将检测数据传送给矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1。
步骤三：矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1根据矿用本安型拉力传感器3输出的4-20mA信号和编码器4输出的转数脉冲，分别计算出缆绳7受到的拉力值F拉和重锤5下放长度L；
步骤四：矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1根据计算的缆绳7受到的拉力值F拉，判断重锤5是否已接触到淤泥表面；
步骤五：如果F拉>0，表明重锤5尚未接触到淤泥，矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1控制电机2继续运转，并返回步骤三；如果F拉=0，进入步骤六；
步骤六：矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1控制电机2停止运转，根据H淤=H-L，计算出淤泥深度H淤，其中：H为吸水井深度，L为重锤5下放长度L；
步骤七：输出淤泥深度H淤值，通过矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1的以太网接口或者RS-485通讯接口（Modbus-RTU通讯协议）输出给外围监控设备，当淤泥深度H淤超出上限值时，通过开关量接口输出控制信号，实现与水泵控制系统的闭锁。
本发明的有益效果是：该装置具有安全的防爆结构及简洁高效的传动机构，工作稳定可靠，故障率低，可有效完成煤矿泵房吸水井淤泥高度的检测。
附图说明
图1为煤矿泵房吸水井淤泥深度检测装置组成结构示意图；
图2 为重锤浸入水中且未接触到淤泥时的状态示意图；
图3为重锤接触到淤泥时的状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种煤矿井下泵房吸水井淤泥深度检测装置，该装置包括：矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1、电机2、矿用本安型拉力传感器3、编码器4、重锤5、滚筒6和缆绳7。矿用本安型拉力传感器3安装在缆绳7上，其输出与矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1连接，编码器4安装于滚筒6轴心处，其输出端连接矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1，矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1输出连接电机2，滚筒6与电机2输出轴连接。缆绳7一端安装重锤5，另一端固定在滚筒6上，当滚筒6按正反不同方向转动时，通过缆绳7带动重锤5上下移动。
所述矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1由开关电源和可编程控制器PLC组成，可编程控制器PLC带有以太网接口、RS-485通讯接口（Modbus-RTU通讯协议）、模拟量接口、高速计数接口以及开关量接口。可编程控制器PLC的模拟量接口连接矿用本安型拉力传感器3，可编程控制器PLC的高速计数接口连接编码器4，可编程控制器PLC的开关量接口连接电机2，可编程控制器PLC的太网接口、RS-485通讯接口（Modbus-RTU通讯协议）作为数据输出、上传接口。
本发明的工作原理为：在矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1的控制下，电机2定时转动，往复将重锤5放入吸水井内，并通过编码器4计算重锤5下放长度；矿用本安型拉力传感器3检测重锤5下放时缆绳7所受的拉力值，矿用本安型拉力传感器3检测后输出的4-20mA信号和编码器4检测后输出的转数脉冲值分别传送给矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1，矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1根据检测到的拉力值和转数值（重锤下放深度），计算淤泥堆积高度。计算方法如下：
当F拉=G时，重锤5还未浸入水中处于悬空状态。其中：F拉为拉力计拉力值；G为重锤重力。
当重锤浸于水中时，如图2所示， F拉=G-F浮。根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排，得:ρ液=G-F拉/gV排。
当重锤5浸没在水中，且重锤5触到淤泥时，重锤5受淤泥阻挡无法继续向下移动，如图3所示。此时G= F阻，即F拉=0，重锤5接触到淤泥。由此可知淤泥高度H淤为吸水井深度H减去重锤5下放长度L，即H淤=H-L。
其中： F浮为重锤5受到的浮力；L为重锤5下放长度；H为吸水井深度；H淤为淤泥高度。
根据上述方法，矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1在控制重锤5的下放，当重锤5接触到淤泥时，就可以计算出淤泥深度并通过可编程控制器PLC的太网接口或者RS-485通讯接口（Modbus-RTU通讯协议）实时输出。当计算出的淤泥深度超出上限值时，可通过开关量输出控制信号，实现报警或者闭锁。
基于上述一种煤矿井下泵房吸水井淤泥深度检测装置，本发明提供了一种煤矿井下泵房吸水井淤泥深度检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：初始状态时，缆绳7全部缠绕在滚筒6上，重锤5下放长度L等于0；
步骤二：在矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1的控制下，电机2开始转动，将重锤5放入吸水井内；此时，编码器4记录滚筒6的转数，矿用本安型拉力传感器3检测缆绳7受到的拉力，并分别将检测数据传送给矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1。
步骤三：矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1根据矿用本安型拉力传感器3输出的4-20mA信号和编码器4输出的转数脉冲，分别计算出缆绳7受到的拉力值F拉和重锤5下放长度L；
步骤四：矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1根据计算出缆绳7受到的拉力值F拉，判断重锤5是否已接触到淤泥表面，判断方法为：
如果F拉=G，重锤5还未浸入水中，仍处于悬空状态；
如果0< F拉<G，重锤已浸于水中，此时F拉=G-F浮。根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排，可得到水的密度:ρ液=G-F拉/gV排。
如果F拉=0，此时G= F阻，即，重锤5接触到淤泥，受淤泥阻挡无法继续向下移动。
步骤五：如果F拉>0，矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1控制电机2继续运转，并返回步骤三；如果F拉=0，进入步骤六；
步骤六：矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1控制电机2停止运转，根据H淤=H-L，计算淤泥深度H淤，其中：H为吸水井深度，L为重锤5下放长度L。
步骤七：输出淤泥深度H淤值，通过矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1的以太网接口或者RS-485通讯接口（Modbus-RTU通讯协议）输出给外围监控设备，当淤泥深度H淤超出上限值时，通过开关量接口输出控制信号，实现与水泵控制系统的闭锁。
本发明尤其适用于输入水源含泥沙量较大的蓄水池、吸水井等地点，为供排水生产提供了精准可靠的测量参数，防患于未然确保安全生产的顺利进行。

Claims (2)

1.一种煤矿井下泵房吸水井淤泥深度检测装置，其特征是：该装置包括矿用隔爆兼本安型可编程控制箱（1）、电机（2）、矿用本安型拉力传感器（3）、编码器（4）、重锤（5）、滚筒（6）和缆绳（7）；矿用本安型拉力传感器（3）安装在缆绳（7）上，其输出与矿用隔爆兼本安型可编程控制箱（1）连接，编码器（4）安装于滚筒（6）轴心处，其输出端连接矿用隔爆兼本安型可编程控制箱（1），矿用隔爆兼本安型可编程控制箱（1）输出连接电机（2），滚筒（6）与电机（2）输出轴连接；缆绳（7）一端安装重锤（5），另一端固定在滚筒（6）上，当滚筒（6）按正反不同方向转动时，通过缆绳（7）带动重锤（5）上下移动。
2.一种基于权利要求1所述的煤矿井下泵房吸水井淤泥深度检测装置的检测方法，其特征是：该检测方法包括以下步骤：
步骤一：初始状态时，缆绳（7）缠绕在滚筒（6）上，重锤下端与地面在一个水平上，重锤(5)下放长度L等于0；
步骤二：在矿用隔爆兼本安型可编程控制箱（1）的控制下，电机（2）开始转动，将重锤（5）放入吸水井内；此时，编码器（4）记录滚筒（6）的转数，矿用本安型拉力传感器（3）检测缆绳（7）受到的拉力，并分别将检测数据传送给矿用隔爆兼本安型可编程控制箱（1）；
步骤三：矿用隔爆兼本安型可编程控制箱（1）根据矿用本安型拉力传感器（3）输出的4-20mA信号和编码器（4）输出的转数脉冲，分别计算出缆绳（7）受到的拉力值F拉和重锤（5）下放长度L；
步骤四：矿用隔爆兼本安型可编程控制箱（1）根据计算的缆绳（7）受到的拉力值F拉，判断重锤（5）是否已接触到淤泥表面；
步骤五：如果F拉>0，表明重锤（5）尚未接触到淤泥，矿用隔爆兼本安型可编程控制箱（1）控制电机（2）继续运转，并返回步骤三；如果F拉=0，进入步骤六；
步骤六：矿用隔爆兼本安型可编程控制箱（1）控制电机（2）停止运转，根据H淤=H-L，计算出淤泥深度H淤，其中：H为吸水井深度，L为重锤（5）下放长度L；
步骤七：输出淤泥深度H淤值，通过矿用隔爆兼本安型可编程控制箱1的以太网接口或者RS-485通讯接口（Modbus-RTU通讯协议）输出给外围监控设备，当淤泥深度H淤超出上限值时，通过开关量接口输出控制信号，实现与水泵控制系统的闭锁。
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