一种溜井料位检测装置的制作方法

本实用新型涉及矿山开采技术领域，具体地说，涉及一种溜井料位检测装置。

背景技术：

由于地下矿山采区溜井井口处于采区巷道，在井口安装料位检测装置较为困难，同时检修极为困难。一般采区溜井都超过几十米深，检修工作也极为危险。同时，由于采区经常有爆破活动，振动极为强烈，料位检测装置易受振动影响而产生偏移，造成测量误差。另外，由于铲运机卸矿及爆破产生的灰尘容易覆盖光学器件表面，影响发光功率。因此，采区溜井料位检测装置的设计需要容易检修维护，同时考虑防尘。

由于矿山溜井环境的复杂性，其料位检测与控制一直是困扰着国内外采矿行业的一大难题。由于矿山溜井的结构和生产环境，采用激光进行料位测量相较于雷达、超声等固定位置检测方法更加适合。但是，由于不便于维护，激光料位计很难长期稳定工作，因此，设计一种可移动式的激光料位检测装置，便于维护，减少维修人员的人身危险。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种溜井料位检测装置，包括：移动支架，所述移动支架包括两根立柱以及连接于两根立柱上端的横梁，在两根立柱低端安装有移动机构和固定机构，所述移动机构将移动支架移送到溜井井口，所述固定机构将移动支架固定；激光料位计，安装在所述移动支架上，控制单元，包括控制器、网络传输模块，激光料位计检测到的料位信息发送给控制器，所述控制器将料位信息通过网络传输模块发送给控制终端。

优选地，在横梁上设置有安装杆，所述安装杆包括安装在横梁上的第一子杆和与第一子杆以球铰连接的第二子杆，激光料位计沿第二子杆的长度方向移动调节，第一子杆沿横梁长度方向以及第一子杆的长度方向移动调节，使得激光料位计在空间任意角度和位置定位。

优选地，在所述激光料位计的外部设置有防护套筒，且所述防护套筒的下部采用玻璃材质，并且，在保护套玻璃表面外加装金属丝防护网。

优选地，在移动支架上设置有至少一条吹扫管路，以便通过压缩空气吹扫防护套筒的灰尘。

优选地，所述控制器采用PLC控制器，激光料位计检测到的料位信息送到控制器中进行处理，控制器去除干扰信号，以及由于环境或位置变动导致的错误数据，并将最终数据通过网络传输模块发送出去。

优选地，所述网络传输模块支持以太网通信协议，提供有线和无线两种接口。

优选地，还设置有水雾降尘机构，在溜井上口和下口各布置有一个蓄水池，沿溜井安装管路，在溜井底部蓄水，并通过水泵，将水输送到溜井口，用于水雾喷淋，其中，采用视觉分析的方法，通过红外摄像头观察溜井内部粉尘浓度状况，并根据透光度为溜井内粉尘浓度分级，根据粉尘浓度等级启用不同的水雾降尘措施，其中，水雾降尘采用三级降尘措施，第一级降尘措施采用高压水枪喷淋，高压水枪喷头均匀分布在溜井上方，喷淋水降低溜井空气中的大颗粒粉尘含量；第二级降尘措施采用细水雾降尘，降低溜井空气中的中、小颗粒粉尘含量；第三级降尘措施采用防尘覆盖剂，用喷枪将防尘剂喷洒在溜井内矿堆粉尘表面，防尘覆盖剂在粉尘表面形成一层保护膜，依靠保护膜减少溜井内料堆扬尘，其中，粉尘浓度在0～10mg/m³时，不启用降尘措施；粉尘浓度大于10mg/m³～100mg/m³，启动第二级降尘措施；粉尘浓度大于100mg/m³或铲运机卸矿时，一级、二级降尘同时启动；当一级、二级降尘措施无法将粉尘浓度降低到100mg/m³以下时，使用三级降尘措施。

优选地，所述激光料位计是半导体激光器。

本实用新型的溜井料位检测装置通过底部的轮式机构沿巷道移动溜井位置，然后将支架上的固定机构固定到巷道壁上，微调激光料位计位置，使之处于最佳测量位置。对矿山井下环境具有极强的适用性。同时，该装置集成了控制器、电源、网络传输装置，使之可以非常方便的安装使用。并且，根据粉尘浓度分三级降尘措施，能够有效的降低矿井内的粉尘浓度，也就减少了粉尘对料位计的测量影响。

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本实用新型的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是表示本实用新型实施例的溜井料位检测装置的应用示意图；

图2是表示本实用新型实施例的溜井料位检测装置的硬件连接示意图；

图3是表示本实用新型实施例的溜井料位检测装置的移动支架的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本实用新型所述的溜井料位检测装置的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

如图1所示，溜井200的下部有多个矿车40，溜井内的物料溜入矿车40，从而将物料运输出去。本实施例的溜井料位检测装置100包括移动支架20以及安装在移动支架20上的激光料位计10和控制单元30，溜井料位检测装置100依靠移动支架20移动，可以根据需要移动到溜井的井口或离开井口的位置。

控制单元30又包括控制器、触摸屏、电源、网络传输模块，其连接关系如图2所示。

所述移动支架20可以是门式框架，该门式框架包括两根立柱201以及连接于两根立柱上端的横梁202。在门式框架的两根立柱低端安装有移动机构50和固定机构60。所述移动机构可以是滚轮的形式。所述固定机构用于在移动支架20移动到位后将移动支架20锁定在该位置，保证检测装置不滑动，不受爆破等各种振动影响而导致的位置偏移。

所述激光料位计可移动地安装在移动支架的横梁202上。通过微调机构来调整激光料位计的位置。下面说明一种微调机构，在横梁202上设置有可沿横梁长度方向移动的安装杆，该安装杆为两节式，包括安装在横梁202上的第一子杆701和与第一子杆701以球铰连接的第二子杆702。激光料位计10可沿第二子杆702的长度方向移动调节。第一子杆701可沿横梁长度方向移动。并且，第一子杆701还可以沿垂直于横梁长度方向移动。例如，可以是在第一子杆701上沿其长度方向设置多个通孔，通过通孔将第一子杆701安装在横梁上。利用不同的通孔可以调节第一子杆701沿垂直于横梁长度方向移动。通过以上的安装杆，可以使激光料位计能够在空间任意角度和位置定位。

以上仅是一种方式，微调机构还可以是通过其他常用传动方式来驱动激光料位计移动。例如，以上的安装杆的第一子杆701和第二子杆702以90°夹角固定连接为一体。使得第二子杆702竖直向下，第一子杆701水平垂直于横梁的长度方向。可以通过丝杠传动来控制第一子杆701沿横梁长度方向的移动，也可以通过丝杆传动来控制激光料位计在第二子杆702上沿竖直方向移动。而第一子杆701沿垂直于横梁长度方向的水平方向移动则可以通过齿轮齿条配合，在第一子杆701上沿其长度方向设置有齿条，在横梁上设置有与齿条配合的齿轮，通过齿轮旋转来驱动第一子杆701沿垂直于横梁长度方向的水平方向移动。

或者也可以采用其他例如液压传动、气压传动等方式来控制激光料位计移动。

激光料位计设在溜井上方，激光料位计的激光器发射连续或高速脉冲激光束，激光束遇到被测物体表面进行反射，光线返回由激光接收器接收。记录精光自发射到接收之间的时间差，从而确定从激光雷达到被测物之间的距离。

距离物料表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比：

D＝C×T/2其中C为光速。

在一个可选实施例中，移动支架上安装有一条气力清灰管路，用于清扫激光料位计表面的灰尘，清灰管路留有气泵接口。

在一个可选实施例中，激光料位计选用半导体激光器。

在一个可选实施例中，由于激光的会聚特性，特别适用于溜井这种直径小，深度大的应用场合。但由于溜井中粉尘浓度较大，对激光衰减较大。另外，长时间使用激光器镜头容易被粉尘覆盖，因此激光器镜头需要较多的清理维护。在激光料位计外部加装防护套筒101，用于防止飞石等撞击伤害。优选地，防护套筒下部采用玻璃材质，在保证透光的前提下，防止灰尘对激光料位计镜头的遮挡。防护套筒玻璃表面通过气力清灰管路清扫表面灰尘。

在一个可选实施例中，控制器采用PLC(Programmable Logic Controller)控制器，主要用于数据处理、控制激光器料位计电源开关。激光料位计检测到的信号送到控制器中进行处理，控制分析处理从激光料位计获得的信号，去除干扰信号，以及由于环境或位置变动等影响出现的错误数据，并将最终数据通过网络传输发送出去，例如发送给上级控制器。多个溜井将各自的料位数据都传输给上级控制器，以便上级控制器实时了解料位信息。网络传输模块可以支持以太网通信协议，提供有线和无线两种接口。

在一个可选实施例中，溜井料位检测装置的电源可以采用电池，使得在开采区域无需铺设供电线缆，灵活方便。

在一个可选实施例中，控制器可以根据上级控制器的指令控制激光料位计的电源开关，减少在空闲时间激光料位计的能耗，使得整个检测装置能耗较低。控制器还配备有触摸屏，通过触摸屏操作，可以进行现场监测、程序设定及检修维护。

该检测装置通过底部的轮式机构沿巷道移动到溜井井口，然后将支架上的固定机构固定到巷道壁上，微调激光料位计位置，使之处于最佳测量位置。系统上电，连接有线或无线网络，使之与矿山井下网络连接，将料位信号上传到矿山控制系统。

在一个可选实施例中，还设置有粉尘浓度检测传感器(未示出)，矿山粉尘是矿山在采掘生产过程中，由于放炮、机械凿动、切割、摩擦、振动而产生的岩尘、矿尘等固体物质的细微颗粒的总称。矿山粉尘浓度过高将影响激光料位计的测量。可以采用光散射法、光吸收法、摩擦电法进行粉尘浓度在线监测。通过加装粉尘浓度传感器，在粉尘浓度过高的时候，控制器检测到激光料位计产生的错误料位信息，控制激光料位计停止工作。同时，启动水雾降尘设备，对溜井进行降尘处理，粉尘浓度检测传感器检测到溜井内粉尘浓度恢复到激光料位计正常工作水平时，控制器停止水雾降尘设备，激光料位计开始工作。

进一步地，在激光料位计停止工作期间，为弥补料位信息的缺失，采用计算的方法测算料位。铲运机向溜井下料量采用统计平均值或者利用车上的称重装置测量两种方式获得溜井进料量，溜井底部的出料量采用统计平均单位时间出矿质量乘以激光料位计停止工作的时间长度得出溜井出料量。由溜井进料量与出料量的差值除以矿石密度，再除以溜井截面平均值得出溜井料位变化高度，再用停止工作前最后时刻激光料位计测量值加上溜井料位变化高度得出当前溜井料位测算值。计算公式如下：

L＝L1+L2＝L1+(m1-m2)/(ρ×S)＝L1+(m1-V×t)/(ρ×S)

m1：溜井进料量；

m2：溜井出料量；

V：统计平均单位时间出矿质量；

t：激光料位计停止工作的时间长度；

ρ：矿石密度；

S：溜井截面平均值；

L1：停止工作前最后时刻激光料位计测量值；

L2：溜井料位变化高度，L2＝(m1-m2)/(ρ×S)，L2可以是正值，也可以是负值；

L：溜井料位测算高度；

其中，统计平均单位时间出矿质量的方法是，溜井单位时间出矿量与溜井内矿石含水量井壁湿滑系数有关，在溜井底部排料口一侧设置水池，通过监测水池高度变化测算溜井内矿石含水量，并建立溜井内矿石含水量与溜井单位时间出矿量的统计关系，最终得出统计平均单位时间出矿质量V。

在一个可选实施例中，在气力清灰管路上还设置有控制阀门(未示出)，当检测到溜井中粉尘浓度正常，但是激光料位计检测的料位异常时，控制器判断是防护套筒玻璃表面的灰尘导致料位异常，控制器启动气力清灰，吹扫保护套筒玻璃表面。

由于飞石对保护套玻璃表面具有破坏作用，影响玻璃透光率，产生反射折射作用，在保护套玻璃表面外加装金属丝防护网，防止大颗粒飞石对玻璃表面的撞击。

飞石可能造成激光料位计测量错误，通过限幅滤波抗干扰算法去除飞石等随机状况影响。限幅滤波算法如下：

根据溜井料位变化速度统计，确定本次检测值与上次检测值允许的最大偏差值(设定为A)，每次检测到新值时判断：如果本次检测值与上次检测值之差<＝A，则本次检测值有效，料位值即为本次检测值，如果本次检测值与上次检测值之差>A，则本次检测值无效，放弃本次检测值，用上次检测值代替本次值。

在一个可选实施例中，还设置有水雾降尘机构(未示出)，可以采用视觉分析的方法，通过红外摄像头观察溜井内部粉尘浓度状况，根据透光度为溜井内粉尘浓度分级，根据粉尘浓度等级启动水雾降尘机构。水雾降尘采用三级降尘措施，

第一级采用高压水枪喷淋，高压水枪喷头均匀分布在溜井上方，喷淋水降低溜井空气中的大颗粒粉尘含量。

第二级采用细水雾降尘，降低溜井空气中的中、小颗粒粉尘含量。

第三级采用防尘覆盖剂，防尘覆盖剂是一种高分子聚合物，由基料和辅料组成。用喷枪将防尘剂喷洒在溜井内矿堆粉尘表面，然后防尘覆盖剂就会在粉尘表面形成一层保护膜，依靠这层保护膜减少溜井内料堆扬尘。

其中，粉尘浓度在0～10mg/m³时，不启动降尘装置；

粉尘浓度大于10mg/m³～100mg/m³，启动第二级降尘；

粉尘浓度大于100mg/m³或铲运机卸矿时，一、二级降尘同时启动；

当一级、二级降尘措施无法将粉尘浓度降低到100mg/m³以下时，使用三级降尘措施。

在溜井上口和下口各布置一个蓄水池，沿溜井安装一条管路。由于矿石含水量较大，在溜井底部蓄水，并通过水泵，将水输送到溜井口，用于水雾喷淋。

在一个可选实施例中，在控制器中加入限幅滤波算法，将料位突变信号滤除出去。可以同时使用多个激光料位计，进行多点测量，消除测量误差。溜井口所在区域受爆破影响较大，爆破产生的巨大气流及飞石可能导致激光料位计位置或角度便宜，造成激光料位计获得错误信号，当激光料位计长时间信号不变、或者信号反复突变，控制器发出报警信号，通过网络传输到控制室。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。