本發(fā)明涉及一種非介入式膏體充填管路堵管監(jiān)測(cè)裝置及方法，具體涉及一種礦山充填開(kāi)采的長(zhǎng)距離膏體充填管路堵管監(jiān)測(cè)裝置及方法，屬于膏體充填料管道輸送技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國(guó)“三下”壓煤量巨大，為了有效開(kāi)采“三下”煤炭資源，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，膏體充填開(kāi)采是解放“三下”壓煤行之有效的方法之一。膏體充填在地面將原料混合后依靠管道實(shí)現(xiàn)高效連續(xù)輸送至采空區(qū)。在輸送過(guò)程中，雜物進(jìn)入管道、料漿發(fā)生離析沉淀、泵送壓力不足等原因極易造成管道堵塞。堵管不僅影響充填作業(yè)的正常進(jìn)行，給整個(gè)充填系統(tǒng)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)污染井下環(huán)境。膏體充填管道堵塞事故是一個(gè)在理論和實(shí)踐中始終需要深入研究和解決的技術(shù)難題。

目前主要采取檢測(cè)壓力的方法來(lái)進(jìn)行堵管監(jiān)測(cè)，當(dāng)某段管路出現(xiàn)堵塞時(shí)，其前面的管道會(huì)出現(xiàn)壓力升高的情況。傳統(tǒng)的壓力測(cè)量方法大多數(shù)采用的是介入式壓力測(cè)量，即在被測(cè)點(diǎn)（管道內(nèi)或管道接口之間）安裝壓力傳感器，這樣不僅破壞了管道的完整性，而且管道內(nèi)的流場(chǎng)會(huì)受到干擾。普通的壓力傳感器一方面很難適應(yīng)料漿在管路中的高速流動(dòng)，耐磨性要求較高，另一方面含有大粒徑骨料的膏體充填材料很容易造成壓力傳感器失靈，檢測(cè)不到壓力。因此普通的壓力傳感器不適于膏體充填管道堵管監(jiān)測(cè)。

中國(guó)專(zhuān)利cn103454099a公開(kāi)了一種膏體充填管路堵管檢測(cè)裝置，通過(guò)把檢測(cè)裝置安裝于輸送管路之間，當(dāng)管路壓力增大到大于彈簧的阻力時(shí)，彈簧推動(dòng)連桿接觸到檢測(cè)裝置并發(fā)出堵管報(bào)警信號(hào)，以此來(lái)達(dá)到監(jiān)測(cè)堵管的目的。該裝置采用機(jī)械傳動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)裝置的靈敏度要求較高。中國(guó)專(zhuān)利cn102121399b公開(kāi)了一種帶有壓力檢測(cè)功能的膏體充填堵管卸料閘門(mén)，該裝置同樣采用了在充填管道之間安裝壓力檢測(cè)裝置的方法，在膏體輸送之前需要預(yù)留壓力測(cè)量接口，破壞了管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種非介入式膏體充填管路堵管監(jiān)測(cè)裝置及方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，不會(huì)破壞管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性，實(shí)現(xiàn)了堵管位置的精確定位。

本發(fā)明提供了一種非介入式膏體充填管路堵管監(jiān)測(cè)裝置，包括超聲波監(jiān)測(cè)裝置、plc控制器、計(jì)算機(jī)；

所述超聲波監(jiān)測(cè)裝置包括超聲波發(fā)射探頭、超聲波接收探頭、超聲波發(fā)射裝置、超聲波接收裝置、單片機(jī)，超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭分別設(shè)置在待監(jiān)測(cè)充填管道兩端，超聲波發(fā)射探頭連接超聲波發(fā)射裝置，超聲波發(fā)射裝置連接單片機(jī)，超聲波接收探頭連接超聲波接收裝置，超聲波接收裝置連接單片機(jī)；單片機(jī)控制超聲波發(fā)射裝置發(fā)射脈沖信號(hào)，超聲波發(fā)射探頭把接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲波信號(hào)；超聲波接收探頭把接收到的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，超聲波接收探頭連接超聲波接收裝置，超聲波接收裝置把超聲波接收探頭送來(lái)的電信號(hào)處理后送至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)超聲波在管道內(nèi)的傳播時(shí)間和傳播距離計(jì)算出超聲波在充填管道內(nèi)的波速；單片機(jī)另一端連接plc控制器，通過(guò)plc控制器自動(dòng)控制膏體充填泵送系統(tǒng)開(kāi)啟和停止；

所述plc控制器連接計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將管道沿線不同位置的超聲波波速繪制成圖形，觀察不同位置超聲波波速差異情況。

上述裝置中，所述plc控制器能同時(shí)連接多個(gè)超聲波監(jiān)測(cè)裝置，超聲波監(jiān)測(cè)裝置的個(gè)數(shù)根據(jù)所需監(jiān)測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)確定。

上述裝置中，所述超聲波監(jiān)測(cè)裝置直接連接計(jì)算機(jī)制成便攜式設(shè)備，臨時(shí)監(jiān)測(cè)充填線路上任意位置的超聲波波速情況。

本發(fā)明提供了一種非介入式膏體充填管路堵管監(jiān)測(cè)方法，采用上述監(jiān)測(cè)裝置，包括以下步驟：

（1）連接超聲波監(jiān)測(cè)裝置，超聲波發(fā)射探頭與超聲波發(fā)射裝置相連，超聲波接收探頭與超聲波接收裝置相連，超聲波發(fā)射裝置和超聲波接收裝置分別連接到單片機(jī)；

（2）將超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭分別設(shè)置在充填管道兩側(cè)，在同一條充填線路上設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)際需要確定；

（3）將所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的超聲波監(jiān)測(cè)裝置連接到plc控制器、plc控制器連接計(jì)算機(jī)；

或者，直接連接超聲波檢測(cè)裝置和計(jì)算機(jī)，制成超聲波檢測(cè)便攜式設(shè)備；

（4）當(dāng)充填管道開(kāi)始輸送膏體時(shí)，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，觀察不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間超聲波波速的變化情況，當(dāng)相鄰兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的超聲波波速有明顯差別時(shí)，說(shuō)明這兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間管路出現(xiàn)堵管，檢測(cè)到堵管信號(hào)后，plc控制器控制泵送系統(tǒng)停止運(yùn)行；

（5）在待監(jiān)測(cè)充填管道的兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間，利用超聲波監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)管道內(nèi)超聲波波速變化情況，確定堵管發(fā)生的具體位置，采取相應(yīng)的措施對(duì)堵管管路進(jìn)行處理，避免堵管事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

上述方法中，步驟（4）中，具體的控制方法為：?jiǎn)纹瑱C(jī)將控制信號(hào)發(fā)送給超聲波發(fā)射裝置，超聲波發(fā)射裝置接收到控制信號(hào)向超聲波發(fā)射探頭發(fā)射脈沖信號(hào)，超聲波發(fā)射探頭接收到脈沖信號(hào)后發(fā)射聲波信號(hào)，超聲波接收探頭把接收到的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，超聲波接收裝置對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行處理，然后傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)超聲波在管道內(nèi)的傳播時(shí)間和傳播距離計(jì)算出超聲波在待檢測(cè)充填管道內(nèi)的波速。

本發(fā)明的原理：通過(guò)把上述裝置安裝于待監(jiān)測(cè)充填管道中間，可以測(cè)得超聲波管道中不同位置的波速，當(dāng)管道中出現(xiàn)堵管時(shí)，其堵管位置前后監(jiān)測(cè)管道處的超聲波波速差別明顯，從而實(shí)現(xiàn)了堵管位置的精確定位。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供了一種非介入式膏體充填管路堵管監(jiān)測(cè)裝置，測(cè)量能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了膏體充填管路堵管的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)；本裝置可以制成便攜式設(shè)備，可以采取“固定點(diǎn)+臨時(shí)點(diǎn)”的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了堵管位置的精確定位；本裝置采用在管道外夾裝超聲波發(fā)射探頭和接收探頭的方法，實(shí)現(xiàn)了膏體充填管路堵管的無(wú)損監(jiān)測(cè)，既不會(huì)破壞管道內(nèi)流體流場(chǎng)，又保持了管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明堵管監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明堵管監(jiān)測(cè)裝置的布置示意圖；

圖中：1為待監(jiān)測(cè)充填管道，2為超聲波發(fā)射探頭，3為超聲波接收探頭，4為超聲波發(fā)射裝置，5為超聲波接收裝置，6為單片機(jī)，7為plc控制器，8為計(jì)算機(jī)，9為充填膏體泵送裝置，10為地面充填管，11為立管，12為三下集中皮帶巷充填管，13為軌道皮帶聯(lián)絡(luò)巷充填管，14為三下集中軌道巷充填管，15為材料巷充填管，16為工作面充填管，17為第一監(jiān)測(cè)點(diǎn)，18為第二監(jiān)測(cè)點(diǎn)，19為第三監(jiān)測(cè)點(diǎn)，20為第四監(jiān)測(cè)點(diǎn)，21為第五監(jiān)測(cè)點(diǎn)，22為第六監(jiān)測(cè)點(diǎn)，23為第七監(jiān)測(cè)點(diǎn)，24為第八監(jiān)測(cè)點(diǎn)，25為第九監(jiān)測(cè)點(diǎn)，26為第十監(jiān)測(cè)點(diǎn)，27為第十一監(jiān)測(cè)點(diǎn)，28為第十二監(jiān)測(cè)點(diǎn)，29為第十三監(jiān)測(cè)點(diǎn)，30為充填工作面。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例：

如圖1所示，一種非介入式膏體充填管路堵管監(jiān)測(cè)裝置，包括超聲波監(jiān)測(cè)裝置、plc控制器7、計(jì)算機(jī)8；

所述超聲波監(jiān)測(cè)裝置包括超聲波發(fā)射探頭2、超聲波接收探頭3、超聲波發(fā)射裝置4、超聲波接收裝置5、單片機(jī)6，超聲波發(fā)射探頭2和超聲波接收探頭3分別設(shè)置在待監(jiān)測(cè)充填管道1兩側(cè)，超聲波發(fā)射探頭2連接超聲波發(fā)射裝置4，超聲波發(fā)射裝置4連接單片機(jī)6，超聲波接收探頭3連接超聲波接收裝置5，超聲波接收裝置5連接單片機(jī)6；單片機(jī)6控制超聲波發(fā)射裝置4發(fā)射脈沖信號(hào)，超聲波發(fā)射探頭2把接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲波信號(hào)；超聲波接收探頭3把接收到的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，超聲波接收探頭3連接超聲波接收裝置5，超聲波接收裝置5把超聲波接收探頭送來(lái)的電信號(hào)處理后送至單片機(jī)6，單片機(jī)6根據(jù)超聲波在管道內(nèi)的傳播時(shí)間和傳播距離計(jì)算出超聲波在充填管道內(nèi)的波速；單片機(jī)6另一端連接plc控制器7，通過(guò)plc控制器7自動(dòng)控制膏體充填泵送系統(tǒng)開(kāi)啟和停止；

所述plc控制器7連接計(jì)算機(jī)8，計(jì)算機(jī)8將管道沿線不同位置的超聲波波速繪制成圖形，觀察不同位置超聲波波速差異情況。

上述裝置中，所述plc控制器7能同時(shí)連接多個(gè)超聲波監(jiān)測(cè)裝置，超聲波監(jiān)測(cè)裝置的個(gè)數(shù)根據(jù)所需監(jiān)測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)確定。

上述裝置中，所述超聲波監(jiān)測(cè)裝置直接連接計(jì)算機(jī)制成便攜式設(shè)備，臨時(shí)監(jiān)測(cè)充填線路上任意位置的超聲波波速情況。

本發(fā)明中，所述單片機(jī)的型號(hào)可選擇at89s51；所述plc可選擇西門(mén)子s7-300plc。

下面具體說(shuō)明本發(fā)明監(jiān)測(cè)裝置的使用方法：

如圖2所示，本發(fā)明堵管監(jiān)測(cè)裝置的布置示意圖，地面充填管10連接充填膏體泵送裝置9，在地面充填管10末端布置第一監(jiān)測(cè)點(diǎn)17，在三下集中皮帶巷充填管12布置第二監(jiān)測(cè)點(diǎn)18、第三監(jiān)測(cè)點(diǎn)19、第四監(jiān)測(cè)點(diǎn)20，在軌道皮帶聯(lián)絡(luò)巷充填管13上布置第五監(jiān)測(cè)點(diǎn)21、第六監(jiān)測(cè)點(diǎn)22，在三下集中軌道巷充填管14上布置第七監(jiān)測(cè)點(diǎn)23、第八監(jiān)測(cè)點(diǎn)24、第九監(jiān)測(cè)點(diǎn)25、第十監(jiān)測(cè)點(diǎn)26，在材料巷充填管15上布置第十一監(jiān)測(cè)點(diǎn)27、第十二監(jiān)測(cè)點(diǎn)28、第十三監(jiān)測(cè)點(diǎn)29，其中第一監(jiān)測(cè)點(diǎn)17布置連接地面充填管10與立管11的彎管之前，第二監(jiān)測(cè)點(diǎn)18布置在連接立管11與三下集中皮帶巷充填管12的彎管之后，第四監(jiān)測(cè)點(diǎn)20、第五監(jiān)測(cè)點(diǎn)21布置在連接三下集中皮帶巷充填管12與軌道皮帶聯(lián)絡(luò)巷充填管13的彎管前后，第六監(jiān)測(cè)點(diǎn)22、第七監(jiān)測(cè)點(diǎn)23布置在連接軌道皮帶聯(lián)絡(luò)巷充填管13與三下集中軌道巷充填管14的彎管前后，第十監(jiān)測(cè)點(diǎn)26、第十一監(jiān)測(cè)點(diǎn)27布置在連接三下集中軌道巷充填管14與材料巷充填管15的彎管前后，以便對(duì)易出現(xiàn)堵管的彎管處進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

下面通過(guò)具體實(shí)施例說(shuō)明采用上述監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行非介入式膏體充填管路堵管監(jiān)測(cè)的方法，包括以下步驟：

（1）在充填管路上布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖2所示；

（2）分別連接多個(gè)超聲波監(jiān)測(cè)裝置，超聲波檢測(cè)裝置與監(jiān)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)相同，超聲波發(fā)射探頭與超聲波發(fā)射裝置相連，超聲波接收探頭與超聲波接收裝置相連，超聲波發(fā)射裝置和超聲波接收裝置分別連接到單片機(jī)；

（3）將超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭分別設(shè)置在充填管道兩側(cè)，在同一條充填線路上設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；

（4）將所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的超聲波監(jiān)測(cè)裝置連接到plc控制器、plc控制器連接計(jì)算機(jī)；

或者，直接連接超聲波檢測(cè)裝置和計(jì)算機(jī)，制成超聲波檢測(cè)便攜式設(shè)備；

（5）當(dāng)充填管道開(kāi)始輸送膏體時(shí)，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，觀察不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間超聲波波速的變化情況，當(dāng)相鄰兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的超聲波波速有明顯差別時(shí)，說(shuō)明這兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間管路出現(xiàn)堵管，檢測(cè)到堵管信號(hào)后，plc控制器控制泵送系統(tǒng)停止運(yùn)行；

（6）在待監(jiān)測(cè)充填管道的兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間，利用超聲波監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)管道內(nèi)超聲波波速變化情況，確定堵管發(fā)生的具體位置，采取相應(yīng)的措施對(duì)堵管管路進(jìn)行處理，避免堵管事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

上述方法中，步驟（5）中，具體的控制方法為：?jiǎn)纹瑱C(jī)將控制信號(hào)發(fā)送給超聲波發(fā)射裝置，超聲波發(fā)射裝置接收到控制信號(hào)向超聲波發(fā)射探頭發(fā)射脈沖信號(hào)，超聲波發(fā)射探頭接收到脈沖信號(hào)后發(fā)射聲波信號(hào)，超聲波接收探頭把接收到的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，超聲波接收裝置對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行處理，然后傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)超聲波在管道內(nèi)的傳播時(shí)間和傳播距離計(jì)算出超聲波在待檢測(cè)充填管道內(nèi)的波速。