一种用于井下的隔爆水袋的自动注水装置及自动注水方法与流程

本发明涉及煤矿安全技术领域，尤其涉及一种用于井下的隔爆水袋的自动注水装置及自动注水方法。

背景技术：

隔爆水棚是煤矿井下广泛使用的隔离煤尘瓦斯爆炸冲击波及火焰的设施，对于煤矿安全生产具有重要的意义。水棚是由架设于巷道顶部充满水的水袋组成，当煤尘或瓦斯发生爆炸时，冲击波将水袋震翻及破碎，水被瀑洒出来，形成水雾带并充满整个巷道，水雾能有效的降低悬浮煤尘的浓度，防止地面煤尘因为冲击波而扬起，吸收热量窒息火灾，以此抑制和阻止爆炸的传播，将爆炸控制在一定的区域内，降低爆炸的强度和危害。

为保证煤矿安全生产，需要设专人对隔爆水袋定期注水，现有注水方式主要靠人工操作。隔爆水棚通常由成列排列的隔爆水袋组成，注水时需要单独对每一个水袋进行注水，操作繁琐复杂，效率低下。由于工人注水时处在水袋下方，无法看到袋中水位情况，注水往往达不到标准或超出标准，水袋中水量过少会影响隔爆水棚的防爆作用，水量过多则可能使水袋脱落。井下环境复杂，受震动、地热、通风、触碰等因素的影响，水袋中的水会不断损耗，井下注水通常采用定期注水的方式，注水时机过早浪费人工，注水时机过晚会使水袋水量低于标准，带来较大的安全隐患。

现有井下隔爆水棚及注水方式存在明显缺点和不足：由于隔爆水袋中水的损耗受多种随机因素的影响，水位变化无法预知，注水工人定期给水袋注水，难免出现注水不及时，从而带来安全隐患；井下隔爆水棚灌装水时，在运输大巷来回机车运行的情况下，影响人员的操作安全；另外在掘进工作面、回采面巷道内的刮板输送机、胶带输送机等机械设备运转时，人员需跨越刮板输送机、胶带输送机等机械设备去灌装水，带来人身伤害隐患；隔爆水棚注水较为频繁，影响煤矿正常生产；由于需要人工注水，操作繁琐，工作量大。

因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供的一种用于井下的隔爆水袋的自动注水装置及自动注水方法，完成自动注水，保证隔爆水袋中的水量始终处于所规定的正常水位。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于井下的隔爆水袋的自动注水装置，其包括布置在井下的放置支架，放置支架上布置有多个隔爆水袋，其中，放置架上设置有供水管路，供水管路与相应隔爆水袋相对应，供水管路上设置有电磁阀，供水管路与给水总管相连通，隔爆水袋上设置有形变式传感器，形变式传感器与一控制器通信连接，上述电磁阀也与该控制器通信连接，当隔爆水袋内水量低于预设值时，控制器控制电磁阀向对应隔爆水袋内注水。

所述的自动注水装置，其中，上述形变式传感器包括弹性橡胶片，弹性橡胶片中部设置有应变片，弹性橡胶片的两端分别设置有挂钩，挂钩挂置在上述放置支架对应处，弹性橡胶片长度略大于隔爆水袋底部圆弧长度，使其在隔爆水袋水量较多时能紧贴隔爆水袋表面形成一个圆弧，当应变片拉伸时，电阻增大，形变式传感器电压升高，直至应变片的电阻到达预设值，控制器控制电磁阀停止注水，当应变片缩短时，电阻减小，形变式传感器电压减小，控制器控制电磁阀开始注水。

所述的自动注水装置，其中，上述控制器包括电桥电路，电桥电路与一电路放大器通信连接，电路放大器与一单片机通信连接；电桥电路包括第一电阻、第二电阻与第三电阻，第一电阻与上述应变片串联形成第一支路，第二电阻与第三电阻串联形成第二支路，第一支路与第二支路为并联，第一支路与第二支路的连接点分别与一电源相连接，第一电阻与上述应变片之间的第一支路上设置有第一连接线，第一连接线与电路放大器的对应端电路连接，第二电阻与第三电阻之间的第二支路上设置有第二连接线，第二连接线与电路放大器的对应端电路连接；单片机与上述电磁阀通信连接，用于控制电磁阀的开关状态。

一种使用上述自动注水装置的自动注水方法，其包括以下步骤：

控制器预先设置隔爆水袋的标准水位，此时第一电阻、应变片的电阻、第二电阻与第三电阻的电阻相同，电桥电路处于平衡状态，电磁阀不工作；

当隔爆水袋内水量增多时，形变式传感器与隔爆水袋接触各点的水压都将增大，使形变式传感器向其外表面方向移动，而形变式传感器两侧挂钩挂在放置支架上位置不发生变化，形变式传感器的长度将伸长，使应变片拉伸时，电阻增大，形变式传感器电压升高，控制器控制电磁阀停止供水；

当隔爆水袋内水量减小时，形变式传感器与隔爆水袋接触各点的水压都将减小，由于各点处水的压力小于隔爆水袋的径向弹力，隔爆水袋向其内表面方向移动，而形变式传感器两侧挂钩挂在放置支架上位置不发生变化，使应变片缩短时，电阻减小，形变式传感器电压减小，控制器控制电磁阀开始供水。

本发明提供的一种用于井下的隔爆水袋的自动注水装置及自动注水方法，操作简单易行，自动化程度高，方便管理；能够自动连续监测水袋中水位的变化情况，并及时进行补水，减小水量过少带来的安全隐患；不需要专人注水，降低了用工，提高了效率，且不妨碍正常生产；功能多样，可扩展性强，用途广泛。

附图说明

图1为本发明中自动注水装置的结构示意图；

图2为本发明中一个隔爆水袋的结构示意图；

图3为本发明中形变式传感器的结构示意图；

图4为本发明中隔爆水袋水量过少时的结构示意图；

图5为本发明中隔爆水袋水量适量时的结构示意图；

图6为本发明中控制器与应变片的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于井下的隔爆水袋的自动注水装置及自动注水方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种用于井下的隔爆水袋的自动注水装置，如图1与图2所示的，其包括布置在井下的放置支架6，放置支架6上布置有多个隔爆水袋5，其中，放置架6上设置有供水管路，供水管路与相应隔爆水袋5相对应，供水管路上设置有电磁阀3，供水管路与给水总管2相连通，隔爆水袋5上设置有形变式传感器4，形变式传感器4与一控制器通信连接，上述电磁阀3也与该控制器通信连接，当隔爆水袋5内水量低于预设值时，控制器控制电磁阀3向对应隔爆水袋内注水，当隔爆水袋5内水量到达预设值时，电磁阀3停止注水。

在本发明的另一较佳实施例中，如图3所示的，上述形变式传感器4包括弹性橡胶片7，弹性橡胶片7中部设置有应变片8，应变片8一般采用由弹性材料制成的电阻，弹性橡胶片7的两端分别设置有挂钩，挂钩挂置在上述放置支架6对应处，弹性橡胶片7长度略大于隔爆水袋5底部圆弧长度，使其在隔爆水袋5水量较多时能紧贴隔爆水袋5表面形成一个圆弧，当应变片8拉伸时，电阻增大，形变式传感器4电压升高，直至应变片8的电阻到达预设值，控制器控制电磁阀3停止注水；当应变片8缩短时，电阻减小，形变式传感器4电压减小，控制器控制电磁阀3开始注水。

更进一步的，上述控制器包括电桥电路，电桥电路与一电路放大器9通信连接，电路放大器9与一单片机10通信连接；电桥电路包括第一电阻11、第二电阻12与第三电阻13，第一电阻11与上述应变片8串联形成第一支路，第二电阻12与第三电阻13串联形成第二支路，第一支路与第二支路为并联，第一支路与第二支路的连接点分别与一电源14相连接，第一电阻11与上述应变片8之间的第一支路上设置有第一连接线15，第一连接线15与电路放大器9的对应端电路连接，第二电阻12与第三电阻13之间的第二支路上设置有第二连接线16，第二连接线16与电路放大器9的对应端电路连接；单片机10与上述电磁阀3通信连接，用于控制电磁阀3的开关状态。

本发明还提供了一种使用上述自动注水装置的自动注水方法，如图4、图5与图6所示的，其包括以下步骤：

控制器预先设置隔爆水袋5的标准水位，此时第一电阻11、应变片8的电阻、第二电阻与12第三电阻13的电阻相同，电桥电路处于平衡状态，电磁阀3不工作；

当隔爆水袋5内水量增多时，形变式传感器4与隔爆水袋5接触各点的水压都将增大，使形变式传感器4向其外表面方向移动，而形变式传感器4两侧挂钩挂在放置支架6上位置不发生变化，形变式传感器4的长度将伸长，使应变片8拉伸时，电阻增大，形变式传感器4电压升高，直至应变片8的电阻到达预设值，控制器控制电磁阀3停止注水；

当隔爆水袋5内水量减小时，形变式传感器4与隔爆水袋5接触各点的水压都将减小，由于各点处水的压力小于隔爆水袋5的径向弹力，隔爆水袋5向其内表面方向移动，而形变式传感器4两侧挂钩挂在放置支架6上位置不发生变化，使应变片8缩短时，电阻减小，形变式传感器4电压减小，控制器控制电磁阀3开始供水。单片机10中预先设定临界电压，当电压信号超出标准水位的临界电压，单片机10控制电磁阀3注水，当电压信号恰好位于标准水位的临界电压，单片机10控制电磁阀3停止注水，从而实现了自动注水以及相应的功能。

其更进一步的描述为：形变式传感器4由弹性橡胶片7、应变片8组成，为了准确确定隔爆水袋5中水量，本发明依靠形变式传感器4的变形过程中电阻变化来确定水量。形变式传感器4主要由弹性橡胶片7、应变片8组成，应变片8牢固的粘贴在弹性橡胶片7表面。形变式传感器4长度略微大于隔爆水袋5底部圆弧长度，使其在隔爆水袋5水量较多时能紧贴隔爆水袋5表面形成一个圆弧。当水量增多时，形变式传感器4与隔爆水袋5接触各点的水压都将增大，由于压力作用在形变式传感器4内表面，形变式传感器4向其外表面方向移动，而形变式传感器4两侧挂钩挂在放置支架6上位置不发生变化，所以形变式传感器4的长度将伸长。应变片6由于粘贴在弹性橡胶片7表面上，当形变式传感器4被拉伸，应变片8长度也会发生变化。应变片8拉伸时，电阻增大，形变式传感器4电压升高。当水量减小时，形变式传感器4与隔爆水袋5接触各点的水压都将减小，由于各点处水的压力小于形变式传感器4的径向弹力，形变式传感器4向其内表面方向移动，而形变式传感器4两侧挂钩挂在放置支架6上位置不发生变化，所以形变式传感器4将缩短。应变片8由于粘贴在弹性橡胶片7表面，其长度也将缩短，电阻减小，形变式传感器4两侧电压减小。通过监测形变式传感器4的电压变化，可以准确检测隔爆水袋中水量。

控制器组成部分包括：第一电阻11r1、第二电阻12r2与第三电阻13r3、电路放大器9、单片机10。控制器中电阻r1、r2、r3以及形变式传感器4中应变片8之等效电阻rx构成一个电桥电路，使用时根据隔爆水袋5容量调整电阻r1、r2、r3，使隔爆水袋5水量处于规定水位时，r1＝r2＝r3＝rx。当隔爆水袋5水位处于标准状态时，电桥电路处于一种平衡状态，所以无输出电压。当隔爆水袋5水量发生变化时，形变式传感器4的电阻发生变化，电桥平衡状态被打破，使得电桥电路中有电压通过。电路放大器9将电压信号进行放大，再将信号传递给单片机10。单片机与模数转换芯片相连，模数转换芯片将模拟信号转换成数字信号，单片机10能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值。单片机10中预先设定临界电压，当电压信号超出临界电压，单片机10控制电磁阀3进行注水，从而实现自动注水及其他功能。

为了更进一步描述本发明，以下列举更为详尽的实施例进行说明。

实施例1

使用时先将隔爆水袋5安装在两侧放置支架6上，然后将形变式传感器4安装在隔爆水袋5下部中间位置，形变式传感器4挂钩分别挂在放置支架6的对应处上。控制器安装在隔爆水袋5两侧支架上，电磁阀3安装在隔爆水袋5上方，并将给水管路2的出水口供水管路相连接，电磁阀3设置在供水管上。设备安装完毕后向其通电，此时形变式传感器4电阻较小，电压高于预设值，控制器控制电磁阀3开启，向隔爆水袋5中不断注水。随着水量增多，形变式传感器4会发生弹性形变，应变片8随着弹性橡胶片7发生变化，应变片8的电阻不断增大。当隔爆水袋5中水量达到预定标准，形变式传感器4两侧电压达到预设值，控制器关闭电磁阀3，停止向隔爆水袋5注水。随着水量减少弹性橡胶片7逐渐缩短，应变片8电阻逐渐减小，电桥电路输出电压。当电压值超过预定范围，控制器控制电磁阀3开启，开始向隔爆水袋5中注水。当井下发生瓦斯、煤尘爆炸或爆轰时，在冲击波的作用下，隔爆水袋5发生倾覆或者破碎，形成水雾充满整个巷道从而起到隔爆的作用。与人工注水方式相比，本装置实现了根据水袋水位情况自动注水，使隔爆水袋中水量始终处于所规定的正常水位，工作效率高、效果好、节约人工。

实施例2

可在每个隔爆水袋5上方布置两个电磁阀3，其中一个电磁阀3出水口外接喷淋头，两个电磁阀3并连布置在给水管路出水口处。使用时先将隔爆水袋5安装在两侧放置支架6上，然后将形变式传感器4安装在隔爆水袋5下部中间位置，形变式传感器4挂钩分别挂在两侧放置支架6上。控制器安装在隔爆水袋5两侧放置支架6上，电磁阀3安装在隔爆水袋5上方。当隔爆水袋5水量不足时，电磁阀3开启向隔爆水袋5中注水，保证了隔爆水袋5水量始终处于所规定的正常水位。当井下发生爆炸时，冲击波将水袋震翻及破碎，由于形变式传感器4具有弹性，在隔爆水袋5倾覆及破碎的时候会发生快速收缩，应变片8的电阻在短时间内会急剧减小，此时电桥电路输出电压会发生突变。这种突变与水量不足时电压的变化是有区别的，若水位正常降低时，电压变化的速率极小；若因爆炸而引起水袋破裂，则电压变化的速率极大。在控制器接收到信号后，能根据电压前后变化的时间及幅度进行判断。若判定电压变化是由爆炸引起时，控制器可打开外接喷淋头的电磁阀3，水通过喷淋头3溅水盘洒出形成水雾带并充满整个巷道，以此降低悬浮煤尘的浓度，防止地面煤尘因为冲击波而扬起，抑制、熄灭接至而来的火焰，阻止爆炸的传播，降低爆破的强度及危害。

实施例3

本发明可接入煤矿已有的煤矿安全生产监控系统，使其在发挥自动注水功能的同时，也可作为煤矿安全生产监控系统的终端起到监测作用。使用时先将隔爆水袋5安装在两侧放置支架6上，然后将形变式传感器4安装在隔爆水袋5下部中间位置，形变式传感器4挂钩分别挂在两侧放置支架6上。控制器安装在放置支架6对应处上，电磁阀3安装在隔爆水袋5上方，将控制器接入煤矿安全生产监控系统环网，起到终端传感器作用。当隔爆水袋5水量不足时，电磁阀3开启向隔爆水袋5中注水，保证隔爆水袋5水量始终处于标准范围内。当井下发生爆炸时，冲击波将水袋震翻及破碎，此时电桥电路输出电压发生突变。控制器接受到电压突变信号并进行判断后，按照煤矿安全生产监控系统规定的通讯协议生成数据，并通过通信接口经由井下现有的煤矿安全生产监控系统环网，传输至分站，并由分站传输至安全生产监控系统主机，从而起到监测报警的作用。隔爆水棚主要安装在大巷、煤仓、石门及其他易发生爆炸的地点，将本装置接入煤矿安全生产监控系统可扩大煤矿井下安全监测范围，既能发挥自身隔爆功能，也可在灾后救援及应急处理中发挥重要作用。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。