一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置及方法,以解决了矿山深孔溜井高浓度粉尘遮挡时在线连续料位准确测量的技术问题。一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置，包括溜井测量车、激光物位计、电控摇臂、数显仪、PLC、视频瞄准系统，所述溜井测量车上固定连接有电控摇臂，视频瞄准系统包括摄像头、液晶监视器，摄像头位于电控摇臂的前端，液晶监视器位于电控摇臂的后端，摄像头与液晶监视器通过传输电缆连接，激光物位计与PLC的输入端相连，PLC的输出端与数显仪的输入端连接。本发明通过采用集成高精度激光物位计及辅助装置，并采用软测量的方法进行测量，整机测量精度可达到±1%FS。
【专利说明】
一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自动化仪表测量领域，尤其涉及矿山深孔溜井空高及料位的测量。
【背景技术】
[0002]溜井是矿山开采过程中运输矿石的主要通道，对提高生产效率、节约开采成本起着举足轻重的作用。
[0003]矿山深孔溜井空高及料位测量的难度在于:测量距离远，深孔溜井的深度普遍在200— 300m左右，雷达、超声波、重锤等常用工业物位计均难以满足其测量条件；在溜井底部放矿或井口向下下矿时粉尘浓度大，影响测量准确性；溜井直径达到10 — 20m，测量仪器安装、检修困难，难以保证人身安全；矿山溜井口周边作业地面不平整且随矿山开采面随时变化，测量装置需随时移动，固定的测量装置难以满足其测量要求；矿山露天采场溜井气候环境较为恶劣，冬季环境温度甚至达到零下20°C以下，某些时段露天风力达到5— 6级，同时雨雪等天气对仪表长期对仪表耐温、防护等级等各项技术性能及测量值装置牢固性要求较闻。
[0004]现有高深溜井井筒观测装置，采用激光三维扫描测距仪及摄像系统组成的观测平台，用卷扬系统驱动观测平台对溜井井筒内壁进行扫描、检测，同时在卷扬系统安装滚轮式计数器用以计算溜井深度，采用无线传输信号方式实现对高深溜井井筒的精确检测。但该装置仅能对空溜井进行检测，无法在生产过程中实现在线连续测量，也无法解决生产过程中溜井内高粉尘浓度下的测量失准问题。
[0005]目前国内外对矿山溜井空高及料位的测量常采用雷达物位计、超声波物位计或重锤式物位计机型检测，但现有技术下雷达物位计、超声波物位计最大量程仅为70m，且无法克服浓度粉尘的影响。而重锤式物位计在测量过程中测量钢带频繁被矿石埋住或砸断，难以实现稳定、可靠测量。近年来国内外激光物位计测量技术得到发展，但由于矿山高深溜井测量条件较差、仪器运行环境恶劣，在高浓度粉尘影响测量的问题难以克服。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种可以在露天矿山作业面对深孔溜井空高及料位进行在线连续测量的装置，以解决矿山深孔溜井高浓度粉尘遮挡时，不能在线连续料位准确测量的技术问题。
[0007]本发明的另一个目的是提供一种矿山深孔溜井空高及料位的测量方法。
[0008]为解决上述问题，本发明特征在于:一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置，包括溜井测量车、激光物位计、电控摇臂、数显仪、PLC、视频瞄准系统，所述溜井测量车上固定连接有电控摇臂，视频瞄准系统包括摄像头、液晶监视器，摄像头位于电控摇臂的前端，液晶监视器位于电控摇臂的后端，摄像头与液晶监视器通过传输电缆连接，激光物位计与PLC的输入端相连，PLC的输出端与数显仪的输入端连接。
[0009]上述的一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置进行测量的方法，步骤如下:在溜井口作业平面，首先将溜井测量车拖拽至溜井井口附近固定，通过观察溜井空高测量车上的摄像头所拍摄到的溜井内影像视频传输至液晶监视器，操作调整电控摇臂，使激光物位计垂直瞄准于溜井内物料，激光物位计发出的激光向下探测到溜井内的物料表面后反射回激光物位计，从而测量得到溜井实时空高距离，激光物位计实际空高信号传送至PLC模拟量输入通道中，同时溜井下部放矿机运行信号也一并传送至PLC开关量输入通道中，PLC中的模拟量输出信号传送至数显仪显示。
[0010]优选的，上述的一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置进行测量的方法，当溜井内因放矿等操作造成粉尘含量超高，足以遮挡激光物位计发射出的激光时，放矿机运行信号为O状态，激光物位计测量值发生突变，此时PLC输出将保持突变前空高测量值；在连续测量溜井空高过程空高信号发生突变时，溜井底部放矿机运行，放矿机运行信号为I状态时，PLC(26)自动开始计时，实际溜井空高测量值L通过下式计算后得到:L=X —(tXv)，式中设信号突变前溜井空高测量值为X，单位m，设放矿机运行累积时间为t，单位为min，开启放矿机后溜井内物位平均变化速度为V，单位m/min ;计算后的空高测量值信号经PLC上的模拟量输出通道传送至数显仪显示。本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明可以对矿山深孔溜井250m深度范围空高及料位进行在线连续准确测量，且不易受到粉尘、气温环境等干扰因素的影响，能保证其在高深溜井内存在高粉尘遮挡及矿山零下30°C — 60°C环境温度及雨、雪、大风等恶劣天气条件下的对溜井空高的长期实时准确测量，测量精度达到±1%FS。
[0011]2.由于本发明采用一体化结构，用户可以在矿山作业面范围方便地进行移动、测量和检修。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置的结构示意图；
图2为一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置中仪表保护箱的设备布置图；
图3为一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置中的电气接线图；
图4为一种矿山深孔溜井空高及料位的测量方法中空高信号运算处理流程图。
[0013]图中:1_无油润滑空压机；2—液晶监视器；3—数显仪；4一仪表保护箱；5—压缩空气输送软管；6—电控摇臂；7—传输电缆；8—电动云台；9一激光物位计防护箱；10—摄像头；11 一激光物位计；12—溜井；13 —车体固定销钉；14-车体牵引臂；15_前车轮；16-车体前转向架；17-摇臂配重；18-溜井测量车；19-后车轮；20-吹扫环；21_空气开关；22-交流稳压电源；23-端子排；24-导轨；25-直流稳压电源；26-PLC; 27-运矿车；28-放矿机；29-运输皮带。
【具体实施方式】
[0014]下面的实施例可以进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0015]实施例中各部件具体选择如下:激光物位计选用加拿大ACCUTR0N公司生产的ACXU-DV-24-1型矿山专用激光物位计，量程0.1m-250m ;精度:±2cm ;分辨率:1mm ;输出:4—20mA电流；供电:DC24V ;光束发散角:3 mrad ;工作环境温度零下30°C—60°C ;防护等级:IP67。其特点是测量范围较雷达、超声波物位计远，测量精度高。由于其光束发散角小，适用于直径3m以上的高深矿山溜井，同时激光光束对测量通路中粉尘有较好的抗干扰能力。
[0016]电控摇臂型号为DV600-1，臂长:6m;电源220V ;电动云台承重20kg。其通过操作手柄可以实现摇臂在360°范围内任意转动，同时通过电控操作电动云台带动安装于云台上的激光物位计，保证其对被测溜井内物料面的瞄准。其主要特点是通过摇臂将激光物位计悬挂于溜井上部中心处，保证空高及料位测量的准确性，摇臂的随意转动也便于对维护人员对摇臂激光物位计的检修、安装。
[0017]一台无油空压机型号为MED-320，储气罐:55L ;电源220V，50HZ ;功率2.2KW ;额定压力0.8MPa ;流量245L/min。其主要特点是可以供出压力为0.8MPa的无油、洁净的压缩空气，通过安装于激光物位计下方的吹扫环对激光物位计发射镜面及其测量通路进行连续吹扫，防止粉尘沾污镜面，并对激光测量通路粉尘有一定的清除能力。
[0018]视频瞄准系统主要包括:一只子弹头摄像头&4140+672，液晶监视器(2)采用8寸液晶显示器，一套视频及信号传输电缆。其主要目的是通过将摄像头安装于激光物位计防护箱内，通过调整电控摇臂及电动云台辅助操作人员实现激光物位计准确瞄准溜井内物料表面。
[0019]牵引式测量车，车体尺寸:长*宽*高3000*2000*800，车体采用金属框架结构，安装四只充气胶轮胎，车体安装无油空压机、仪表保护箱、电控摇臂。车辆前轮安装有转向机构，前端安装牵引臂，方便车辆牵引行进，车辆行进至溜井边缘后，采用固定销将牵引臂固定于地面，以达到固定车体作用。
[0020]数显仪型号为DY29B00P，输入4一20mA，电源24VDC。其主要将激光物位计所测量到的空高及料位以数字方式显示,方便溜井工艺人员实时观察溜井空高和料位。
[0021]仪表保护箱，采用后单开门结构，使用1.5mm厚不锈钢板制成，长*宽*高500*600*400，其表面开孔，分别安装数字显示仪及8寸液晶示屏各一台。保护箱内部安装24VDC直流稳压电源一只，型号为6EP1334-2BA01，为激光物位计、数字显示仪提供24VDC电源；安装220VAC交流稳压电源&JWK-1 -0.5及相应空气开关，其主要目的是为仪表及相关电气设备220V电源进行净化、隔离，防止电气设备因电源质量差造成的损坏。
[0022]激光物位计防护箱型号为LXT-AP-S，材质为不锈钢，直径为300mm，高度400mm。其内部一台安装激光物位计及一只子弹头摄像头，下端口部安装型号为LXT-BL-3吹扫环一畐O。主要目的是在露天环境下为激光物位计及摄像头提供防护，防止雨、雪、大风及矿山爆破飞石对保护箱内设备造成损坏。
[0023]PLC (可编程逻辑控制器)型号为西门子公司生产SIMATIC S7-1200，其带有14点24VDC开关量输入通道、2路模拟量4-20mA.DC输入通道和一路模拟量4_20mA.DC输出通道。主要目的在于将溜井下端运输皮带启停的开关量接入，与激光物位计测量的空高信号加以比较，在溜井粉尘浓度较高导致激光物位计测量失准时，与皮带运输物料量计算后采用软测量方式计算得到溜井内空高数据，并将其输出至数显仪显示。
[0024]如图1所示，一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置，包括溜井测量车18、激光物位计11、电控摇臂6、数显仪3、PLC(26)、视频瞄准系统，电控摇臂6底部基座采用螺栓与溜井测量车18连接；视频瞄准系统包括摄像头10、液晶监视器2，摄像头10位于电控摇臂6的前端，液晶监视器2位于电控摇臂6的后端，摄像头10与液晶监视器2通过传输电缆7连接，激光物位计11与PLC(26)的输入端相连，PLC(26)的输出端与数显仪3的输入端连接。溜井测量车18前端安装有车体牵引臂14。溜井测量车18下安装有一对前车轮15及一对后车轮19，前车轮15与车体前转向架16相连接，溜井测量车18通过车体牵引臂14与机动车辆相连，可行走至任意测量或检修位置。当溜井测量车18需固定进行空高测量时，需将车体牵引臂14放置地面，在其前端孔内插入车体固定销钉13并插入地面牢固，防止车辆溜滑。
[0025]电控摇臂6末端安装有摇臂配重17。在需要安装或检修激光物位计11时，可以松开固定杆人工摆动摇臂回转至安全检修位置，检修完毕后重新将摇臂摆回测量位置，并锁死摇臂配重17。
[0026]一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置，还包括激光物位计防护箱9，摄像头10与激光物位计11并行安装在激光物位计防护箱9内，激光物位计11通过连接螺栓向下垂直固定安装在激光物位计防护箱9内。电控摇臂6前端设有电动云台8，电动云台8与激光物位计防护箱9相连。电动云台8可通过电动摇臂6末端的操作手柄远传调整激光物位计激光瞄准角度。
[0027]如图2所示，它还包括仪表保护箱4，仪表保护箱4内布置有4只空气开关21、220AC交流稳压电源22、端子排23、导轨24、24VDC直流稳压电源25，直流稳压电源25与空气开关21采用导轨24固定在仪表保护箱4内，数显仪3和液晶显示器2采用盘装方式上下排列在仪表保护箱4内。
[0028]一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置，还包括无油润滑空压机1，无油空压机I底部通过螺栓安装固定在溜井测量车18上，无油润滑空压机I通过压缩空气输送软管5连接有吹扫环20，吹扫环20位于激光物位计11及摄像头10的底部。无油空压机I为激光物位计吹扫环20提供连续洁净空气。
[0029]图3示出了一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置的电气接线图，激光物位计
11、数显仪3、电控摇臂6分别与PLC 26相连，无油空压机I与空气开关21、端子排23相连，空气开关21与电控摇臂6相连，空气开关21还与直流稳压电源25、交流稳压电源22相连，空气开关21与端子排23相连。
[0030]矿山深孔溜井工艺流程为，运矿车27将采掘矿石从高深溜井口倾倒入溜井12内，溜井12内的矿石通过放矿机28送入运输皮带29，由运输皮带29将矿石运输至后续生产工序。一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置进行测量的方法，具体测量方法为:
如图1所示，在溜井口作业平面，首先将溜井测量车18拖拽至溜井12井口附近固定，通过观察溜井空高测量车18上的摄像头10所拍摄到的溜井内影像视频传输至液晶监视器2，操作调整电控摇臂6，使激光物位计11垂直瞄准于溜井内物料，激光物位计发出的激光向下探测到溜井12内的物料表面后反射回激光物位计，从而测量得到溜井实时空高距离，激光物位计实际空高信号以4-20mA标准信号传送至PLC 26模拟量输入通道中，同时溜井下部放矿机运行信号也一并传送至PLC 26开关量输入通道中，PLC 26中的模拟量输出通道以4-20mA标准信号传送至数显仪3显示。激光物位计11瞄准点应处于溜井中心点±500mm内。启动无油空压机1，使其为激光物位计吹扫环20提供连续洁净空气。
[0031]当溜井内无放矿操作时，井内空气含尘量较低，激光穿透性良好，激光物位计11实时测量数据准确，其测量信号不加任何运算即通过PLC(26)输出至数显仪3显示；当溜井12内因放矿等操作造成粉尘含量超高，足以遮挡激光物位计11发射出的激光时，激光物位计11测量值会发生突变、失准，对激光物位计11测量信号的运算处理如图4所示。
[0032]由于深孔溜井12存矿量较大，其空高测量不会在短时间内发生突变，当溜井底部放矿机28未运行，放矿机运行信号为O状态时，激光物位计11测量值发生突变，即代表溜井空高测量激光受到高粉尘阻挡，无法准确测量实际物位，此时PLC 26输出将保持突变前空高测量值；在连续测量溜井空高过程空高信号发生突变时，溜井底部放矿机28运行，放矿机运行信号为I状态时，PLC(26)自动开始计时，设信号突变前溜井空高测量值为X，单位m，设放矿机运行累积时间为t，单位为min，开启放矿机后溜井内物位平均变化速度(实际测定)为V，单位m/min，则实际溜井空高测量值L通过下式计算后得到:
L=X — (tXv)
计算后的空高测量值以4-20mA标准信号经PLC 26上的模拟量输出通道传送至数显仪
3、…/K ο
[0033]通过现场实际观测，由于深孔溜井12容积较大，运矿车单车运载量为50t以下，矿山溜井投料作业过程单车矿石量对溜井空高难以产生影响，因此一旦出现高浓度粉尘遮挡激光物位计测量的情况时，空高测量将发生突变，此时在PLC 26模拟量输出仍保持突变前空高测量值不变。由于车辆运输的间歇特性，向溜井投料过程间隔溜井内的高浓度粉尘会因自身重力快速降至激光物位计所能保证准确测量的状态，保证其测量值的连续准确性。
【权利要求】
1.一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置，其特征在于:它包括溜井测量车(18)、激光物位计(11)、电控摇臂￠)、数显仪(3)、PLC(26)、视频瞄准系统，所述溜井测量车(18)上固定连接有电控摇臂￠)，视频瞄准系统包括摄像头(10)、液晶监视器(2)，摄像头(10)位于电控摇臂(6)的前端，液晶监视器(2)位于电控摇臂(6)的后端，摄像头(10)与液晶监视器⑵通过传输电缆⑵连接，激光物位计(11)与PLC(26)的输入端相连，PLC(26)的输出端与数显仪(3)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置，其特征在于:它还包括激光物位计防护箱(9)，摄像头(10)与激光物位计(11)并行安装在激光物位计防护箱(9)内。
3.根据权利要求2所述的一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置，其特征在于:所述电控摇臂(6)前端设有电动云台(8)，电动云台(8)与所述激光物位计防护箱(9)相连。
4.根据权利要求3所述的一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置，其特征在于:它还包括仪表保护箱(4)，仪表保护箱4内布置有空气开关(21)、交流稳压电源(22)、端子排(23)、导轨(24)、直流稳压电源(25)，直流稳压电源(25)与空气开关(21)采用导轨(24)固定在仪表保护箱(4)内，数显仪(3)和液晶显示器(2)上下排列在仪表保护箱(4)的前面板上。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置，其特征在于:它还包括无油润滑空压机(I)，无油空压机I底部固定在溜井测量车18上，无油润滑空压机(I)通过压缩空气输送软管(5)连接有吹扫环(20)，吹扫环(20)位于激光物位计(11)及摄像头(10)的底部。
6.根据权利要求5中任意一项所述的一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置，其特征在于:所述溜井测量车(18)前端安装有车体牵引臂(14)。
7.根据权利要求6中任意一项所述的一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置，其特征在于:电控摇臂(6)末端安装有摇臂配重(17)。
8.用权利要求5所述的一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置进行测量的方法，其特征在于步骤如下: 在溜井口作业平面，首先将溜井测量车(18)拖拽至溜井井口附近固定，通过观察溜井空高测量车(18)上的摄像头(10)所拍摄到的溜井内影像视频传输至液晶监视器(2)，操作调整电控摇臂(6)，使激光物位计(11)垂直瞄准于溜井内物料，激光物位计发出的激光向下探测到溜井内的物料表面后反射回激光物位计，从而测量得到溜井实时空高距离，激光物位计实际空高信号传送至PLC (26)模拟量输入通道中，同时溜井下部放矿机运行信号也一并传送至PLC (26)开关量输入通道中，PLC (26)中的模拟量输出信号传送至数显仪(3)显不O
9.根据权利要求8所述的一种矿山深孔溜井空高及料位的测量装置进行测量的方法，其特征在于: 当溜井内因放矿等操作造成粉尘含量超高，足以遮挡激光物位计(11)发射出的激光时，放矿机运行信号为O状态，激光物位计(11)测量值发生突变，此时PLC (26)输出将保持突变前空高测量值；在连续测量溜井空高过程空高信号发生突变时，溜井底部放矿机运行，放矿机运行信号为I状态时，PLC(26)自动开始计时，实际溜井空高测量值L通过下式计算后得到:L=X —(tXv)，式中设信号突变前溜井空高测量值为X，单位m，设放矿机运行累积时间为t，单位为min，开启放矿机后溜井内物位平均变化速度为V，单位m/min ;计算后的空高测量值信号经PLC (26)上的模拟量输出通道传送至数显仪(3)显示。
【文档编号】G01S17/08GK104391302SQ201410639096
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】王林, 乔治, 潘波, 孙忠玉 申请人:甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司