CN113007607B - 一种深井充填管路运营工况超声诊断系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种深井充填管路运营工况超声诊断系统及方法，系统包括超声波探头组、超声波探头定位座、控制箱及显示器；控制箱与显示器电连接；超声波探头定位座为组合结构，中心为充填管路穿装夹持孔，外轮廓形状为正方形，对角线四角处设有四个探头安装孔；超声波探头组包括P波、S波发射与接收探头，四个探头分为位于四个探头安装孔内且同组配对，四个探头与控制箱电连接。方法为：采集P波及S波的标定数据；在充填管路选定监测点处依次安装超声波探头定位座和超声波探头组；激励P波和S波发射探头，采集P波和S波波形数据，重复至少三组；90°旋转超声波探头定位座，重复监测数据采集；对比监测数据与标定数据，判断充填管路是否处于标准运营工况下。

Description

一种深井充填管路运营工况超声诊断系统及方法

技术领域

本发明属于矿山开采尾矿充填技术领域，特别是涉及一种深井充填管路运营工况超声诊断系统及方法。

背景技术

随着地球浅部矿产资源的日益枯竭，矿山开采逐步向深部进展，为保证深部地下采矿工艺和围岩稳定性要求，通过会对采空区进行充填处理。另外，从环境保护的角度出发，为了减少地面尾砂堆积，充分利用尾砂材料的充填工艺已受到大量矿企的青睐。充填就是将尾砂、胶结剂和水进行优化配比，浓度由低到高，配置成浆体到膏体，最后通过管路输送到深部地下采场。

浆体或膏体等料浆在泵送或自留输送过程中，充填管路经常出现管壁磨损、堵管、气蚀、不满流输送等现象。在充填管路磨损严重时，会导致管壁变薄，严重部位甚至可能导致碎片脱落使充填管路报废。在堵管严重时，将可能导致爆管事故，这会严重影响采矿的效率和效益。在不满流输送时，将可能会造成充填管路破坏，料浆运动冲刷管壁并在空气-料浆界面碰撞，会对管壁产生冲击、爆管和气蚀现象。此外，充填管路的清理工作也是采矿充填的一项重要环节，如果充填管路中的料浆清理不干净，会导致充填管路不流畅和管壁不润滑，进而可能在下一次料浆输送时产生堵管事故。因此，充填采矿工艺中对充填管路运营工况进行监测是必不可少的环节。

目前，充填管路运营工况监测主要基于压力监测实现的，具体需要在充填管道内的监测点安装压力传感器，进而通过监测点处的压力变化来判断料浆输送是否异常。但是，压力传感器的存在会干扰充填管路内的流体场，并且对压力传感器的耐磨性要求较高，而且料浆中大粒径骨料的冲击还容易导致压力传感器失灵，同时存在维修困难的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种深井充填管路运营工况超声诊断系统及方法，充填管路运营工况监测基于超声波无损监测实现的，能够对料浆输送状态和管道清洗程度进行实时精确定位，能够准确监测料浆浓度、物料比、料浆泵送速度等充填管路运营工况，同时具有不干扰充填管路内的流体场以及安装维修便捷的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种深井充填管路运营工况超声诊断系统，包括超声波探头组、超声波探头定位座、控制箱及显示器；所述控制箱和显示器位于地面之上，显示器通过数据线与控制箱电连接；所述超声波探头定位座采用两半式组合结构，分为超声波探头左半定位座和超声波探头右半定位座；所述超声波探头定位座处于合体状态时，超声波探头定位座的中心为充填管路的穿装夹持孔，超声波探头定位座的外轮廓形状为正方形；所述超声波探头左半定位座与超声波探头右半定位座之间由多根定位座紧固螺钉进行固定连接；在所述超声波探头左半定位座上沿左上对角线方向开设有第一探头安装孔，在超声波探头左半定位座上沿左下对角线方向开设有第二探头安装孔；在所述超声波探头右半定位座上沿右上对角线方向开设有第三探头安装孔，在超声波探头右半定位座上沿右下对角线方向开设有第四探头安装孔；所述超声波探头组包括P波发射探头、P波接收探头、S波发射探头及S波接收探头；所述P波发射探头位于第一探头安装孔的孔底处，在第一探头安装孔的孔口处安装有第一探头压紧定位螺钉；所述S波发射探头位于第二探头安装孔的孔底处，在第二探头安装孔的孔口处安装有第二探头压紧定位螺钉；所述S波接收探头位于第三探头安装孔的孔底处，在第三探头安装孔的孔口处安装有第三探头压紧定位螺钉；所述P波接收探头位于第四探头安装孔的孔底处，在第四探头安装孔的孔口处安装有第四探头压紧定位螺钉；所述P波发射探头、P波接收探头、S波发射探头及S波接收探头均与充填管路外管壁耦合接触，P波发射探头、P波接收探头、S波发射探头及S波接收探头均通过数据线与控制箱电连接。

所述控制箱内置有高速数据采集和控制卡，且采用四通道设计，所述P波发射探头和S波发射探头的发射信号数模转换、P波接收探头和S波接收探头的接收信号数模转换均通过高速数据采集和控制卡完成。

所述P波发射探头、P波接收探头、S波发射探头及S波接收探头通过控制箱提供电源。

一种深井充填管路运营工况超声诊断方法，采用了所述的深井充填管路运营工况超声诊断系统，包括如下步骤：

步骤一：收集充填管路在标准运营工况下P波及S波的波速、周期、振幅的波形数据，并将该数据作为标定数据；

步骤二：先在充填管路上选定监测点，再在选定好的监测点处安装超声波探头定位座，然后在超声波探头定位座上分别将P波发射探头、P波接收探头、S波发射探头及S波接收探头安装到位，最后将P波发射探头、P波接收探头、S波发射探头及S波接收探头通过数据线与地面之上的控制箱电连接在一起；

步骤三：通过控制箱分别激励P波发射探头和S波发射探头，P波发射探头发射的P波由P波接收探头接收后直接返回控制箱，且P波的波形数据则在显示器上实时显示；同时，S波发射探头发射的S波由S波接收探头接收后直接返回控制箱，且S波的波形数据则在显示器上实时显示；

步骤四：重复步骤三，且重复次数不少于三次；

步骤五：调整超声波探头定位座使其旋转90°，用以调换P波和S波的监测位置，重复步骤三和步骤四，直至完成监测数据的获取；

步骤六：对比监测数据与标定数据，判断充填管路是否处于标准运营工况下。

本发明的有益效果：

本发明的深井充填管路运营工况超声诊断系统及方法，充填管路运营工况监测基于超声波无损监测实现的，能够对料浆输送状态和管道清洗程度进行实时精确定位，能够准确监测料浆浓度、物料比、料浆泵送速度等充填管路运营工况，同时具有不干扰充填管路内的流体场以及安装维修便捷的特点。

附图说明

图1为本发明的一种深井充填管路运营工况超声诊断系统的结构示意图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为图1中B-B剖视图；

图4为实施例中充填管路处于满管输送工况时的P波波形数据图；

图5为实施例中充填管路处于非满管输送工况时的P波波形数据图；

图中，1—控制箱，2—显示器，3—地面，4—超声波探头左半定位座，5—超声波探头右半定位座，6—充填管路，7—定位座紧固螺钉，8—第一探头安装孔，9—第二探头安装孔，10—第三探头安装孔，11—第四探头安装孔，12—P波发射探头，13—P波接收探头，14—S波发射探头，15—S波接收探头，16—第一探头压紧定位螺钉，17—第二探头压紧定位螺钉，18—第三探头压紧定位螺钉，19—第四探头压紧定位螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～3所示，一种深井充填管路运营工况超声诊断系统，包括超声波探头组、超声波探头定位座、控制箱1及显示器2；所述控制箱1和显示器2位于地面3之上，显示器2通过数据线与控制箱1电连接；所述超声波探头定位座采用两半式组合结构，分为超声波探头左半定位座4和超声波探头右半定位座5；所述超声波探头定位座处于合体状态时，超声波探头定位座的中心为充填管路6的穿装夹持孔，超声波探头定位座的外轮廓形状为正方形；所述超声波探头左半定位座4与超声波探头右半定位座5之间由多根定位座紧固螺钉7进行固定连接；在所述超声波探头左半定位座4上沿左上对角线方向开设有第一探头安装孔8，在超声波探头左半定位座4上沿左下对角线方向开设有第二探头安装孔9；在所述超声波探头右半定位座5上沿右上对角线方向开设有第三探头安装孔10，在超声波探头右半定位座5上沿右下对角线方向开设有第四探头安装孔11；所述超声波探头组包括P波发射探头12、P波接收探头13、S波发射探头14及S波接收探头15；所述P波发射探头12位于第一探头安装孔8的孔底处，在第一探头安装孔8的孔口处安装有第一探头压紧定位螺钉16；所述S波发射探头14位于第二探头安装孔9的孔底处，在第二探头安装孔9的孔口处安装有第二探头压紧定位螺钉17；所述S波接收探头15位于第三探头安装孔10的孔底处，在第三探头安装孔10的孔口处安装有第三探头压紧定位螺钉18；所述P波接收探头13位于第四探头安装孔11的孔底处，在第四探头安装孔11的孔口处安装有第四探头压紧定位螺钉19；所述P波发射探头12、P波接收探头13、S波发射探头14及S波接收探头15均与充填管路6外管壁耦合接触，P波发射探头12、P波接收探头13、S波发射探头14及S波接收探头15均通过数据线与控制箱1电连接。

所述控制箱1内置有高速数据采集和控制卡，且采用四通道设计，所述P波发射探头12和S波发射探头14的发射信号数模转换、P波接收探头13和S波接收探头15的接收信号数模转换均通过高速数据采集和控制卡完成。

所述P波发射探头12、P波接收探头13、S波发射探头14及S波接收探头15通过控制箱1提供电源。

所述控制箱1采用软件转换硬件增益模式，从而可以使返回信号最优化，以获得最好的分辨率和精度。

一种深井充填管路运营工况超声诊断方法，采用了所述的深井充填管路运营工况超声诊断系统，包括如下步骤：

步骤一：收集充填管路6在标准运营工况下P波及S波的波速、周期、振幅的波形数据，并将该数据作为标定数据；

步骤二：先在充填管路6上选定监测点，再在选定好的监测点处安装超声波探头定位座，然后在超声波探头定位座上分别将P波发射探头12、P波接收探头13、S波发射探头14及S波接收探头15安装到位，最后将P波发射探头12、P波接收探头13、S波发射探头14及S波接收探头15通过数据线与地面3之上的控制箱1电连接在一起；

步骤三：通过控制箱1分别激励P波发射探头12和S波发射探头14，P波发射探头12发射的P波由P波接收探头13接收后直接返回控制箱1，且P波的波形数据则在显示器2上实时显示；同时，S波发射探头14发射的S波由S波接收探头15接收后直接返回控制箱1，且S波的波形数据则在显示器2上实时显示；

步骤四：重复步骤三，且重复次数不少于三次；

步骤五：调整超声波探头定位座使其旋转90°，用以调换P波和S波的监测位置，重复步骤三和步骤四，直至完成监测数据的获取；

步骤六：对比监测数据与标定数据，判断充填管路6是否处于标准运营工况下。举例说明，以料浆在充填管路6中满管输送为标准运营工况，该标准运营工况下的P波波形数据图如图4所示。当采用本发明对充填管路6进行监测时，获取了如图5所示的P波波形数据图，可以看出图5中的P波波形数据图与图4中的P波波形数据图存在明显差异，此时就可以判断充填管路6处于非满管输送工况。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种深井充填管路运营工况超声诊断系统，其特征在于：包括超声波探头组、超声波探头定位座、控制箱及显示器；所述控制箱和显示器位于地面之上，显示器通过数据线与控制箱电连接；所述超声波探头定位座采用两半式组合结构，分为超声波探头左半定位座和超声波探头右半定位座；所述超声波探头定位座处于合体状态时，超声波探头定位座的中心为充填管路的穿装夹持孔，超声波探头定位座的外轮廓形状为正方形；所述超声波探头左半定位座与超声波探头右半定位座之间由多根定位座紧固螺钉进行固定连接；在所述超声波探头左半定位座上沿左上对角线方向开设有第一探头安装孔，在超声波探头左半定位座上沿左下对角线方向开设有第二探头安装孔；在所述超声波探头右半定位座上沿右上对角线方向开设有第三探头安装孔，在超声波探头右半定位座上沿右下对角线方向开设有第四探头安装孔；所述超声波探头组包括P波发射探头、P波接收探头、S波发射探头及S波接收探头；所述P波发射探头位于第一探头安装孔的孔底处，在第一探头安装孔的孔口处安装有第一探头压紧定位螺钉；所述S波发射探头位于第二探头安装孔的孔底处，在第二探头安装孔的孔口处安装有第二探头压紧定位螺钉；所述S波接收探头位于第三探头安装孔的孔底处，在第三探头安装孔的孔口处安装有第三探头压紧定位螺钉；所述P波接收探头位于第四探头安装孔的孔底处，在第四探头安装孔的孔口处安装有第四探头压紧定位螺钉；所述P波发射探头、P波接收探头、S波发射探头及S波接收探头均与充填管路外管壁耦合接触，P波发射探头、P波接收探头、S波发射探头及S波接收探头均通过数据线与控制箱电连接。

2.根据权利要求1所述的一种深井充填管路运营工况超声诊断系统，其特征在于：所述控制箱内置有高速数据采集和控制卡，且采用四通道设计，所述P波发射探头和S波发射探头的发射信号数模转换、P波接收探头和S波接收探头的接收信号数模转换均通过高速数据采集和控制卡完成。

3.根据权利要求1所述的一种深井充填管路运营工况超声诊断系统，其特征在于：所述P波发射探头、P波接收探头、S波发射探头及S波接收探头通过控制箱提供电源。

4.一种深井充填管路运营工况超声诊断方法，采用了权利要求1所述的深井充填管路运营工况超声诊断系统，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：收集充填管路在标准运营工况下P波及S波的波速、周期、振幅的波形数据，并将该数据作为标定数据；

步骤二：先在充填管路上选定监测点，再在选定好的监测点处安装超声波探头定位座，然后在超声波探头定位座上分别将P波发射探头、P波接收探头、S波发射探头及S波接收探头安装到位，最后将P波发射探头、P波接收探头、S波发射探头及S波接收探头通过数据线与地面之上的控制箱电连接在一起；

步骤三：通过控制箱分别激励P波发射探头和S波发射探头，P波发射探头发射的P波由P波接收探头接收后直接返回控制箱，且P波的波形数据则在显示器上实时显示；同时，S波发射探头发射的S波由S波接收探头接收后直接返回控制箱，且S波的波形数据则在显示器上实时显示；

步骤四：重复步骤三，且重复次数不少于三次；

步骤五：调整超声波探头定位座使其旋转90°，用以调换P波和S波的监测位置，重复步骤三和步骤四，直至完成监测数据的获取；

步骤六：对比监测数据与标定数据，判断充填管路是否处于标准运营工况下。

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