CN111006742B

CN111006742B - 一种地下矿山主溜井料位实时监测系统及方法

Info

Publication number: CN111006742B
Application number: CN201910891044.0A
Authority: CN
Inventors: 李光; 张洪昌; 张振江; 高英勇; 刘伟新; 丁航行; 付煜; 李广辉
Original assignee: Ansteel Mining Co Ltd
Current assignee: Ansteel Mining Co Ltd
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2021-05-14
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: CN111006742A

Abstract

本发明涉及一种地下矿山主溜井料位实时监测系统及方法，包括振弦式应力计、四通道振弦数据采集器和数据电缆，所述的振弦式应力计埋设在主溜井的底部拐弯处的主溜井井壁内，所述的振弦数据采集器设置于阶段运输巷道的顶部，所述的振弦式应力计通过数据电缆与振弦数据采集器电连接；所述的振弦数据采集器通过矿山内部的网络与地面调度室远程服务器相连接。本发明采用在主溜井井底部支护混凝土内埋设振弦式应力计的办法，获取井壁的压力值，通过杨森公式，建立溜井底部井壁侧压力f与溜井内矿石料位H的关系，通过现场数据的标定，拟合出与现场高度符合的井壁压力值与料位的关系式，本发明消除了理论计算与实际测量存在的误差，并编制相应的程序进行计算，实现了对料位的实时监测。

Description

一种地下矿山主溜井料位实时监测系统及方法

技术领域

本发明属于采矿工程技术领域，尤其是涉及一种地下矿山主溜井料位实时监测方法。

背景技术

在金属矿床地下开采领域，为了降低成本，提高生产效率，同时随着溜井掘凿技术的进步，阶段高度不断增大，主溜井的深度和储矿量也随之加大。溜井储矿量是关系到生产调度的重要数据，一般采用测量矿石料位的方法来进行计算。受溜井内水气、粉尘的影响，主溜井深度的加大增加了矿石料位的监测难度，尤其现场监测环境比较恶劣，传统的料位监测方法精度降低，甚至无法测出数据。

目前传统的溜井料位监测方法主要有激光测距法、超声波测距法、吊绳法和无人机测量法等，主要存在以下缺点：

(1)监测数据不实时。吊绳法和无人机测量法采用间隔测量，无法达到实时监测，监测数据有滞后，影响生产效率，且对生产造成干扰。

(2)易受环境影响。由于溜井内通风较差，导致粉尘和水气长期存在，会对光和声波产生散射，导致激光和超声波测距精度大幅下降，甚至无法测量。

(3)维护工作量大。传统测量方法均需要从溜井上部卸矿口进行测量，卸矿产生的大量粉尘会覆盖监测设备，需要定期进行清理，增加大量的维护工作量。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种不受井深度和井内环境影响且免维护的地下矿山主溜井料位实时监测方法。

本发明的目的是这样实现的。

本发明的一种地下矿山主溜井料位实时监测系统，其特征在于，包括振弦式应力计、四通道振弦数据采集器和数据电缆，所述的振弦式应力计埋设在主溜井的底部拐弯处的主溜井壁内，所述的振弦数据采集器设置于阶段运输巷道的顶部，所述的振弦式应力计通过数据电缆与振弦数据采集器电连接；所述的振弦数据采集器通过矿山内部的网络与地面调度室远程服务器相连接。

进一步地，所述的振弦式应力计为四支，等距离埋设在溜井的底部拐弯处的主溜发、井井壁内，每支振弦式应力计均单独与振弦数据采集器相连。

本发明的一种地下矿山主溜井料位实时监测方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)监测装置布置：

在主溜井井壁用混凝土支护施工时，将所述的振弦式应力计埋设在溜井的底部拐弯处的井壁内，将振弦数据采集器设置于阶段运输巷道的顶部，所述的振弦式应力计通过数据电缆5与分别振弦数据采集器电连接；

2)将所述的振弦数据采集器通过矿山内部的网络与地面调度室远程服务器相连接；

3)根据杨森公式，溜井内矿石作用在井壁底部的侧压力f与该处储矿深度(料位)H呈指数关系，

其溜井底部井壁侧压力f与溜井内矿石料位H的关系用下式表示：

f＝a[1-exp(bH)] (1)

式中a和b也为常数，

即

4)采用在现场标定的方法，主溜井内每装填5m料位，采集一次井壁侧压力f与该处储矿料位H数据，至装填溜井口止，采集的井壁侧压力f为4支振弦应力计的平均值；

5)对于采集到的井壁侧压力f与该处储矿料位H数据，根据式(1)采用Origin软件进行回归拟合，从而求解出常数a和b值，得到H与f的准确关系

6)在服务器端每隔1秒进行一次数据的采集，在同一时刻，共能获取4个f值，计算4个f值的平均值f’，将f’代入步骤5得出的H与f的准确关系公式，由于a、b已知，可以求出该时刻的溜井料位

最终在屏幕上进行显示，从而实现主溜井料位的实时监测。

本发明的优点是：

本发明采用在溜井底部支护混凝土内埋设振弦式应力计的办法，获取井壁的压力值，通过杨森公式，建立井壁压力值与料位的关系，通过现场数据的标定，拟合出与现场高度符合的井壁压力值与料位的关系式，该基于现场数据的回归拟合方法消除了理论计算与实际测量存在的误差。并编制相应的程序进行计算，实现了对料位的实时监测。该料位监测方法实时性强，监测精度高，且能够在远程显示，数据测量不受现场粉尘、水气等恶劣环境的影响，监测过程不对生产造成干扰，且后期使用免维护。

附图说明

图1为本发明主溜井料位监测系统示意图。

图2为本发明旅途1的f-f的剖视图。

图中：1、主溜井料位；2、主溜井井壁；3、矿石；4、振弦式应力计；5、数据电缆； 6、混凝土支护；7、振弦数据采集器；8、矿山内部网络；9、地面调度室远程服务器；10、阶段运输巷道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

1)监测装置布置：

为了便于生产组织，主溜井一般作为矿石3的中转站，其深度一般为60m～240m左右，随着技术进步，有进一步增大的趋势。为了保护井壁的稳固性，通常要进行混凝土支护，随掘随支护，

如图1所示，在主溜井井壁2用混凝土支护施工时，将所述的振弦式应力计4埋设在溜井的底部拐弯处的主溜井井壁2内，将振弦数据采集器7设置于阶段运输巷道10的顶部，所述的振弦式应力计通过数据电缆5与分别振弦数据采集器7电连接；

如图2所示，本发明在主溜井井壁2每隔90°埋设1支振弦式应力计4，共计4支。振弦应力计参数可选为：最大压应力：1MPa，最大拉应力：2MPa，工作温度：-25℃～60℃，增加了系统的可靠性。

2)将所述的振弦数据采集器7通过矿山内部的网络8与地面调度室远程服务器9相连接；其矿山内部网络可以为以太网络或串口网络。

3)井壁侧压力f值通过4支振弦式应力计求平均数的方式获得，根据杨森公式，其与溜井料位H的关系：

式中f—装填深度为H的溜井底部井壁侧压力；

K_w—矿石和溜井壁的摩擦系数；

S—溜井的断面积；

l—溜井的内壁周长。

对于式(1)，在特定的溜井环境下，除了f与H，其它都是常数，因此式(1)可以简化为：

f＝a[1-exp(bH)] (2)

为了获得常数a和b，进而准确建立f与H两者关系，需要在现场不同的矿石深度采集两者数据，进而在Origin软件中对式(2)进行拟合，获取常数a和b值。

5)对于采集到的井壁侧压力f与该处储矿料位H数据，根据式(1)采用Origin软件进行回归拟合，从而求解出常数a和b值，得到f与H的准确关系；

6)根据f与H的关系函数H＝f(f)，每隔1秒的时间进行一次采集与计算，实现主溜井料位的实时监测。

例如240m深的主溜井，需要采集20～24次，其中，采集的井壁侧压力f为4支振弦应力计的平均值，对于采集到的f与H数据，井壁侧压力f值通过4支振弦式应力计求平均数的方式获得，根据杨森公式，其与溜井料位H的关系：

最终根据该关系式，在地面调度室远程服务器9上，采用Python语言进行编制相应的输入和输出程序，输入数据为f，输出数据为H，每隔1秒采集与计算一次数据，从而实现了主溜井料位的实时监测。

某矿山主溜井深90m，每装填5m料位，进行一次标定，可以得到如下井壁侧压力数据：

溜井料位H与井壁侧压力f数据标定表

根据式(2)用Origin软件对以上标定数据进行拟合，算出a＝58013.650，b＝-0.120 因此，该矿山主溜井料位深度H和侧压力的关系为：

标定完毕后，服务器端每隔1S进行一次数据的采集，若某一时刻采集到的4个侧压力f值分别为57632.220pa、57635.200pa、57637.190pa和57640.410pa，输入程序可以求算出其平均值f’为57636.255pa，程序进一步计算可得到该时刻料位深度H’为：

将该值显示在服务器屏幕上，实现了主溜井料位的实时监测。

Claims

1.一种地下矿山主溜井料位实时监测方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)监测装置布置：

在主溜井井壁用混凝土支护施工时，将振弦式应力计埋设在溜井的底部拐弯处的井壁内，将振弦数据采集器设置于阶段运输巷道的顶部，所述的振弦式应力计通过数据电缆与振弦数据采集器电连接；

2)将振弦数据采集器通过矿山内部的网络与地面调度室远程服务器相连接；

3)根据杨森公式，溜井内矿石作用在井壁底部的侧压力f与该处储矿料位H呈指数关系，溜井底部井壁侧压力f与溜井内矿石料位H的关系用下式表示：

f＝a[1-exp(bH)] (1)

式中a和b也为常数，

即

4)采用在现场标定的方法，主溜井内每装填5m料位，采集一次井壁侧压力f与该处储矿料位H数据，至装填溜井口止；

6)在服务器端每隔1秒进行一次数据的采集，在同一时刻，共能获取4个f值，计算4个f值的平均值f’，将f’代入步骤5得出的公式

由于a、b已知，可以求出该时刻的溜井料位

最终在屏幕上进行显示，从而实现主溜井料位的实时监测。

2.根据权利要求1所述的一种地下矿山主溜井料位实时监测方法，其特征在于，所述的振弦式应力计为四支，等距离埋设在溜井的底部拐弯处的溜井壁内，每支振弦式应力计均单独与振弦数据采集器相连。

3.根据权利要求1所述的一种地下矿山主溜井料位实时监测方法，其特征在于，振弦应力计的最大压应力：100MPa，最大拉应力：200MPa，分辨力：≤0.05％F·S，综合误差：≤2.0％F·S，工作温度：-25℃～60℃。

4.根据权利要求1所述的一种地下矿山主溜井料位实时监测方法，其特征在于，所述的溜井底部井壁侧压力f为4支振弦应力计的平均值。