專利名稱：一種井下測(cè)壓井上節(jié)流控制的深井注漿減壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種深井注漿減壓系統(tǒng)，屬于煤礦井下注漿技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤礦井下注漿由地面供給，由于礦井較深，接近1000米。因此存在注漿壓力超高的問(wèn) 題，不考慮管路和閥門等損失，到達(dá)井下注漿壓力可達(dá)到10MPa(實(shí)際井下需要的壓力在1. 5 2.5M Pa)。超高注楽壓力不但不滿足使用要求，而且超高的壓力會(huì)損壞注漿管路和閥門。嚴(yán) 重影響正常生產(chǎn)。目前通常是采用普通減壓閥控制注漿壓力，如果注漿系統(tǒng)采用普通減壓閥， 會(huì)大大降低系統(tǒng)可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有煤礦井下注漿技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種控制精度高、可靠性強(qiáng)的井下 測(cè)壓井上節(jié)流控制的深井注漿減壓系統(tǒng)。
本發(fā)明的井下測(cè)壓井上節(jié)流控制的深井注漿減壓系統(tǒng)采用以下技術(shù)方案 該深井注漿減壓系統(tǒng)包括注漿壓力采集單元、壓力信號(hào)處理電路、控制單元和電動(dòng)節(jié)流
閥
注漿壓力采集單元注漿壓力采集單元連接在供漿管道的井下部分，用于采集供漿點(diǎn)的 壓力；注漿壓力采集單元包括兩個(gè)串聯(lián)連接的壓力采集裝置，每個(gè)壓力采集裝置上都設(shè)有壓 力傳感器，通過(guò)比較兩只壓力傳感器測(cè)量的壓力，來(lái)判斷整個(gè)測(cè)壓系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性， 當(dāng)兩只壓力傳感器具有相同的壓力測(cè)量值時(shí)，才采集該測(cè)得的壓力；
壓力信號(hào)處理電路與注漿壓力采集單元和控制單元連接，用于處理壓力信號(hào)；
控制單元與壓力信號(hào)處理電路及電動(dòng)節(jié)流閥連接，根據(jù)設(shè)定的井下注漿壓力與實(shí)際注 漿壓力的差值輸出控制電動(dòng)節(jié)流閥轉(zhuǎn)動(dòng)方向和開口量的控制信號(hào)；控制單元可采用單片機(jī)， 也可采用可編程控制器(PLC)。
電動(dòng)節(jié)流閥，安裝在供漿管道的井上部分，包括普通截止闊和步進(jìn)電機(jī)，普通截止閥的 閥桿與步進(jìn)電機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路與控制單元連接。
所述壓力采集裝置包括短管、碟型傳壓隔膜、油缸和壓力傳感器，油缸安裝在短管上， 其內(nèi)充滿液體介質(zhì)，油缸的下端安裝有碟型傳壓隔膜，上端安裝有壓力傳感器。
注漿壓力采集單元采集供漿點(diǎn)的壓力，該壓力信號(hào)通過(guò)壓力信號(hào)處理電路被放大處理后 送到控制電路，控制單元根據(jù)設(shè)定壓力;X)與實(shí)際壓力P的差值送出控制電動(dòng)節(jié)流閥轉(zhuǎn)動(dòng)方向 和開口量的一控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)控制單元的功率放大電路放大后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)節(jié)流閥，達(dá)到控 制調(diào)節(jié)供漿壓力的目的。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)。
本發(fā)明采用井下測(cè)壓井上節(jié)流控制的深井注漿減壓方案，實(shí)現(xiàn)了線性連續(xù)控制，系統(tǒng)的 可靠性會(huì)大大增加，采用兩只壓力傳感器采集壓力，控制精度高。整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率 高、維護(hù)方便、成本大幅降低。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖2是本發(fā)明的井下管路閥門布置示意圖。圖3是本發(fā)明的井上管路閥門布置示意圖。 圖4是本發(fā)明中注漿壓力采集單元的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是本發(fā)明中電動(dòng)節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6是本發(fā)明中壓力信號(hào)處理電路的原理圖。 圖7是本發(fā)明中控制單元的電路原理圖。 圖8是本發(fā)明的控制程序流程圖。
圖中1、壓力信號(hào)處理電路，2、控制單元，3、電動(dòng)節(jié)流閥，4、管道，5、閘閥，6、 注漿壓力采集單元，7、短管，8、傳壓隔膜，9、油缸，10、壓力變送器，11、步進(jìn)電機(jī)，12、 主動(dòng)齒輪，13、從動(dòng)齒輪，14、支架，15、截止閥，16、儀器放大器，17、 A/D轉(zhuǎn)換器，18、 光電隔離器，19、單片機(jī)，20、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的井下測(cè)壓井上節(jié)流控制的深井注漿減壓系統(tǒng)包括注漿壓力采集單 元6、壓力信號(hào)處理電路l、控制單元2和電動(dòng)節(jié)流閥3。注漿壓力采集元6采集供漿點(diǎn)的壓 力，該壓力信號(hào)被處理后送到控制單元2，控制單元2根據(jù)設(shè)定壓力；X)與實(shí)際壓力p的差值 送出控制電動(dòng)節(jié)流閥3的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和開口量的控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)控制單元2的功率放大電 路放大后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)節(jié)流閥3。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)。
如圖2所示，注漿壓力采集單元6安裝在管道1的井下部分，該注漿壓力采集單元6包 括兩個(gè)串聯(lián)連接的壓力采集裝置。管道1的井下部分同時(shí)安裝有閘閥5。注漿壓力采集單元6 中每個(gè)壓力采集裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括短管7、碟型傳壓隔膜8、油缸9和壓力傳感器 10，油缸9安裝在短管7上，其內(nèi)充滿液體介質(zhì)，油缸9的下端安裝有碟型傳壓隔膜8，上 端安裝有壓力傳感器10。短管7的兩端與管道1相連，碟型傳壓隔膜8起隔離和傳壓的作用， 壓力傳感器10用于測(cè)量液體介質(zhì)的壓力。當(dāng)高粘泥漿經(jīng)過(guò)短管7時(shí)，由于管路中存在一定的 壓力，物料會(huì)充滿短管7，并擠壓傳壓隔膜8,傳壓隔膜8把壓力傳遞給油缸9內(nèi)的傳壓介質(zhì)， 通過(guò)壓力傳感器10測(cè)出油缸9內(nèi)傳壓介質(zhì)的壓力，就可以間接得出管道l中的壓力。通過(guò)標(biāo) 定，確保正確的測(cè)量管道輸送過(guò)程中的壓力。通過(guò)一套注槳壓力采集單元6上的兩只壓力傳 感器10來(lái)測(cè)量注漿管路的壓力，通過(guò)比較兩只壓力傳感器10測(cè)量的壓力，來(lái)判斷測(cè)壓系統(tǒng) 的可靠和準(zhǔn)確性。當(dāng)兩只壓力傳感器10具有相同的壓力測(cè)量值時(shí)，才采用該測(cè)得的壓力。
如圖3所示，電動(dòng)節(jié)流閥3安裝在管道1的井上部分。電動(dòng)節(jié)流閥3的結(jié)構(gòu)如圖5所示，由普 通截止閥15改制，步進(jìn)電機(jī)11通過(guò)主動(dòng)齒輪12和從動(dòng)齒輪13與截止閥15的闊桿連接，步進(jìn)電 機(jī)11安裝在支架14上。步進(jìn)電機(jī)11控制截止閥15閥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及開口量。
壓力信號(hào)處理電路l的電路原理圖如圖6所示，這一部分在井下使用。由注漿壓力傳感 器6輸出的微弱信號(hào)經(jīng)多路開關(guān)轉(zhuǎn)換輸入儀器放大器16放大，輸出合適的信號(hào)電平。儀器放 大器16采用AD620芯片。該芯片放大倍數(shù)最大可達(dá)到10000倍。由儀器放大器5輸出的信號(hào) 達(dá)到伏級(jí)，為了便于遠(yuǎn)距離傳輸，將儀器放大器16輸出的電平信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器17， A/D 轉(zhuǎn)換器17采用12位分辨率，可得到精確的數(shù)字信號(hào)，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。
控制單元2的電路原理如圖7所示，這一部分在井上使用。由LM331輸出的頻率信號(hào)送 入光電隔離器18，通過(guò)光電隔離，頻率信號(hào)送入MCS251單片機(jī)19的計(jì)數(shù)器T0，由計(jì)數(shù)器每 秒鐘所測(cè)的脈沖數(shù)即可換算出對(duì)應(yīng)的壓力值。由設(shè)定壓力/X)與實(shí)際壓力P的差值，根據(jù)該系統(tǒng)的控制規(guī)律即可送出驅(qū)動(dòng)電動(dòng)節(jié)流閥3的步進(jìn)電機(jī)11的脈沖數(shù)目。步進(jìn)電機(jī)11由圖7中 的驅(qū)動(dòng)電路20驅(qū)動(dòng)，MCS251單片機(jī)19中Pu、 PL,和PL2三個(gè)輸出口用來(lái)發(fā)出控制脈沖，通 過(guò)光電隔離器驅(qū)動(dòng)晶體管T1 T3，而T1 T3驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓晶體管D1 D3， D1 D3再來(lái)驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)ll的線圈，使步進(jìn)電機(jī)ll轉(zhuǎn)動(dòng)。二路數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)19處理后變成串行信號(hào)， 經(jīng)過(guò)單片機(jī)19的Tx端發(fā)送到傳輸系統(tǒng)的信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸電路中?？刂茊卧?也可采用可編程 控制器(PLC)。
由于井筒中存在各種干擾，因此控制單元2的抗干擾性能應(yīng)較高。為提高控制單元2的 抗干擾能力，系統(tǒng)中的小信號(hào)單元釆用光電隔離器18，使其自成電路體系，保證了系統(tǒng)的精 度。另外，單片機(jī)19系統(tǒng)采用了看門狗電路，從而保證系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生死機(jī)。
為增加信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，本發(fā)明采用RS-485通訊方式進(jìn)行壓力信號(hào)通訊，其特點(diǎn)為 (1) RS-485/422采用高速光電隔離；(2)設(shè)有串口保護(hù)電路，可帶電熱插拔；(3)通信距 離可達(dá)3公里(9.6Kbps) ; (4)支持256節(jié)點(diǎn)輪詢網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；(5)無(wú)需CTS流控，速率0 115.2Kbps自適應(yīng)；(6) 15KV靜電保護(hù)和120(M/ms雷電防護(hù)。
本發(fā)明的控制程序框圖如圖8所示，注漿壓力采集單元6采集供漿點(diǎn)的壓力p，該壓力信 號(hào)被處理后送到控制單元2，控制單元2根據(jù)設(shè)定壓力；X)與實(shí)際壓力的差值送出控制電動(dòng) 節(jié)流閥3轉(zhuǎn)動(dòng)方向和開口量的控制信號(hào)。當(dāng)設(shè)定壓力/=0大于實(shí)際壓力p時(shí)，控制電動(dòng)節(jié)流 閥3正轉(zhuǎn)，增大開口量。當(dāng)設(shè)定壓力W小于實(shí)際壓力/7時(shí)，控制電動(dòng)節(jié)流閥3反轉(zhuǎn)，減小 開口量。從而控制到達(dá)井下的供漿流量。當(dāng)電動(dòng)節(jié)流閥3的開口量達(dá)到最大時(shí)，表明出現(xiàn)故 障應(yīng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)該系統(tǒng)的控制規(guī)律即可送出驅(qū)動(dòng)電動(dòng)節(jié)流閥3的步進(jìn)電機(jī)11的脈沖數(shù)目，
壓力差值乘以一個(gè)系數(shù)A就是步進(jìn)電機(jī)ll的脈沖數(shù)目K。系數(shù)h(^,，其中^是實(shí)際壓力
的變化率，c為常數(shù)，該常數(shù)是在多次實(shí)驗(yàn)后總結(jié)得出的。
如果注漿管路堵塞，減壓系統(tǒng)可控制注漿管路的壓力不大于設(shè)定值(一般2.5MPa)。確 保注漿管路的安全。在井深1000米時(shí)，通過(guò)減壓，使工作面注漿壓力降低到設(shè)定壓力(一般 設(shè)定壓力為2MPa，且注漿壓力可調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)范圍0. 5-----9 MPa)，壓力穩(wěn)定度在0. 25Mpa。
權(quán)利要求
1.一種井下測(cè)壓井上節(jié)流控制的深井注漿減壓系統(tǒng)，其特征在于，包括注漿壓力采集單元、壓力信號(hào)處理電路、控制單元和電動(dòng)節(jié)流閥注漿壓力采集單元注漿壓力采集單元連接在供漿管道的井下部分，用于采集供漿點(diǎn)的壓力；注漿壓力采集單元包括兩個(gè)串聯(lián)連接的壓力采集裝置，每個(gè)壓力采集裝置上都設(shè)有壓力傳感器，通過(guò)比較兩只壓力傳感器測(cè)量的壓力，來(lái)判斷整個(gè)測(cè)壓系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，當(dāng)兩只壓力傳感器具有相同的壓力測(cè)量值時(shí)，才采集該測(cè)得的壓力；壓力信號(hào)處理電路與注漿壓力采集單元和控制單元連接，用于處理壓力信號(hào)；控制單元與壓力信號(hào)處理電路及電動(dòng)節(jié)流閥連接，根據(jù)設(shè)定的井下注漿壓力與實(shí)際注漿壓力的差值輸出控制電動(dòng)節(jié)流閥轉(zhuǎn)動(dòng)方向和開口量的控制信號(hào)；電動(dòng)節(jié)流閥，安裝在供漿管道的井上部分，包括普通截止閥和步進(jìn)電機(jī)，普通截止閥的閥桿與步進(jìn)電機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路與控制單元連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的井下測(cè)壓井上節(jié)流控制的深井注漿減壓系統(tǒng)，其特征在于所述壓 力采集裝置包括短管、碟型傳壓隔膜、油缸和壓力傳感器，油缸安裝在短管上，其內(nèi)充滿液 體介質(zhì)，油缸的下端安裝有碟型傳壓隔膜，上端安裝有壓力傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種井下測(cè)壓井上節(jié)流控制的深井注漿減壓系統(tǒng)。該深井注漿減壓系統(tǒng)包括注漿壓力采集單元、壓力信號(hào)處理電路、控制單元和電動(dòng)節(jié)流閥，注漿壓力采集單元連接在供漿管道的井下部分，包括兩個(gè)串聯(lián)連接的壓力采集裝置，每個(gè)壓力采集裝置上都設(shè)有壓力傳感器；壓力信號(hào)處理電路與注漿壓力采集單元和控制單元連接；控制單元與壓力信號(hào)處理電路及電動(dòng)節(jié)流閥連接；電動(dòng)節(jié)流閥安裝在供漿管道的井上部分，包括普通截止閥和步進(jìn)電機(jī)，普通截止閥的閥桿與步進(jìn)電機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路與控制單元連接。本發(fā)明采用井下測(cè)壓井上節(jié)流控制的深井注漿減壓方案，實(shí)現(xiàn)了線性連續(xù)控制，增加了系統(tǒng)的可靠性，控制精度高。
文檔編號(hào)E21B33/13GK101586459SQ20091001641
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者彭偉利, 朱淑亮, 王增才 申請(qǐng)人:山東大學(xué)