一种监测膏体充填管路的装置及方法与流程

本发明涉及一种监测膏体充填管路的装置及方法，属于膏体充填料管道输送技术领域。

背景技术：

膏体充填是指将一种或多种充填材料与水进行优化组合，配制成具有良好稳定性、流动性和可塑性的牙膏状胶结体，在重力或外加力（泵压）作用下以柱塞流的形态输送到采空区完成充填作业的过程。

膏体充填开采的优点是可以解决我国煤矿垮落式开采，可以防止采空区塌陷，保护环境；有利于提高开采的安全性；相对于传统的垮落式的采空区处理方法，充填开采能减少对水资源、土地、建筑物等的破坏；能有效解放“三下”的残存的煤柱，提高资源的利用率，延长了矿井的服务年限；有效利用废弃的矸石等，进行废弃物的资源化利用。但它的不足是在输送过程中，由于弯道处流动速度减缓等原因易造成管道堵塞。堵管不仅影响充填作业的正常进行，给整个充填系统造成巨大经济损失。堵管事故更是一个需要深入研究和解决的技术难题，预判是否发生堵管的重要手段之一是对管道中的浆体进行检测，通过观察管道中指标的变化来判断。因此，研发更先进的堵管监测技术是解决充填堵管情况的首要任务和重要难题。

目前大部分使用的方法是检测管壁的压力，从而来判断是否堵管。假如某段管路出现堵管，前面的一段管道压力就会升高。当前使用的传统的压力传感器在进行管壁压力测量时，由于管道内是高速流动的浆体，需要具有较高的耐磨性；除此之外，膏体充填材料中大的骨料容易破坏压力传感器，从而起不到检测的作用。中国专利cn103454017a公布了一种压力可调节型膏体充填管路堵管检测装置，包括有下缸体和上缸体，其特点是当压力增大时，活塞杆推动缸体内连接杆，连接杆压力表连接测量压力，此装置设计结构复杂，中间传递压力过于频繁，误差大。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种监测膏体充填管路的装置及方法，原理简单，成本较低，操作方便。

本发明提供了一种监测膏体充填管路的装置，包括圆形开口卡环，极化率测量装置；

所述圆形开口卡环为开口可调节的空心圆环，圆环内均匀布置有固定电极的位置，圆形开口卡环的开口处设有连接件，该卡环通过连接件固定在待测的膏体充填管路外侧；

所述极化率测量装置包括供电电极、测量电极、电源、信号放大器、单片机和pc计算机；供电电极和测量电极布置在圆形开口卡环内，卡环内分别设有一对供电电极和一对测量电极，上半圆环内分别布置一个供电电极和一个测量电极，下半圆环内交叉设置一个供电电极和一个测量电极，相邻的供电电极和测量电极通过导线连接，供电电极与第一电源相连，卡环上部的测量电极与单片机连接，卡环下部的测量电极与信号放大器连接，信号放大器连接单片机，单片机与pc计算机连接，信号放大器、单片机和pc计算机均与第二电源连接，上述元件均通过导线连接。

上述装置中，所述圆形开口卡环内共设有四个电极，四个电极总长占圆环周长的的1/2。

上述装置中，所述圆形开口卡环内均匀布置有四个固定电极的位置，为扇形固定模块，每个扇形固定模块对应的圆心角为45度。

上述装置中，所述连接件为调节螺杆，卡环边缘设有带螺孔的铝合金片，调节螺杆与卡环连接。

上述装置中，所述单片机选用msc-51系列中的8031单片机，信号放大器选用isoema-p-o系列，信号转换器选用模数转换器。

本发明提供了一种监测膏体充填管路的方法，包括以下步骤：

（1）根据对称性，将四个电极分别固定在圆形开口卡环内的对称位置处，并将电极连接；（2）连接极化率测量装置：将相邻的供电电极和测量电极通过导线连接，供电电极与第一电源相连，卡环上部的测量电极与单片机连接，卡环下部的测量电极与信号放大器连接，信号放大器连接单片机，单片机与pc计算机连接，信号放大器、单片机和pc计算机均与第二电源连接；

（3）将安装好的圆形开口卡环安装在待测的膏体充填管路外侧，通过调节螺杆紧固；根据需求，在一条充填管道上布置多个卡环监测点；通过设置多个圆形开口卡环即可实现；

布置多个监测点监测不同位置处的极化率便于及时发现异常；

（4）充填开始时，闭合第一电源为供电电极充电，一段时间后断开第一电源，此时，供电电极开始为测量电极供电，闭合第二电源，启动各电器元件，测量电极会测量出管道内料浆的极化率，通过信号放大器放大后将信号传输给单片机，经单片机处理后传输信号给pc计算机，在计算机上得出管路上不同地点的信号大小，根据两测量点间信号异常，从而判断出两点之间是否出现堵管；当某段管道出现堵管时，此处的极化率会增大，从而便能精确定位堵管位置。

本发明的有益效果：

本发明提供的堵管监测装置结构简单，成本低廉，方便拆装，监测装置布置在管道外，与那些布置在管道内的装置相比，一方面没有料浆对装置的磨损和破坏，使用寿命长，节约成本；另一方面，开口卡环结构简单，利于拆卸、安装和制造。

附图说明

图1为本发明监测膏体充填管路的装置的结构示意图；

图2为图1中圆形卡环的剖面图；

图中，1为第一电源，2为供电电极，3为测量电极，4为圆形开口卡环，5为单片机，6为信号放大器，7为pc计算机，8为第二电源，9为调节螺杆，10为导线。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1~2所示，一种监测膏体充填管路的装置，包括圆形开口卡环4，极化率测量装置；

所述圆形开口卡环4为开口可调节的空心圆环，圆环内布置有四个固定电极的位置，所述圆形开口卡环内均匀布置有四个固定电极的位置，为扇形固定模块，每个扇形固定模块对应的圆心角为45度。圆形开口卡环的开口处设有连接件，该卡环通过连接件固定在待测的膏体充填管路外侧；所述连接件为调节螺杆9，卡环边缘设有带螺孔的铝合金片，调节螺杆与卡环连接。

所述极化率测量装置包括供电电极2、测量电极3、电源、信号放大器6、单片机5和pc计算机7；供电电极2和测量电极3布置在圆形开口卡环4内，卡环内分别设有一对供电电极2和一对测量电极3，上半圆环内分别布置一个供电电极2和一个测量电极3，下半圆环内交叉设置一个供电电极2和一个测量电极3，相邻的供电电极2和测量电极3通过导线10连接，供电电极2与第一电源1相连，卡环上部的测量电极3与单片机5连接，卡环下部的测量电极3与信号放大器6连接，信号放大器6连接单片机5，单片机5与pc计算机7连接，信号放大器6、单片机8和pc计算机7均与第二电源8连接，上述元件均通过导线连接。

上述装置中，所述圆形开口卡环4内共设有四个电极，四个电极总长占圆环周长的的1/2。

所述单片机5选用msc-51系列中的8031单片机，信号放大器选用isoema-p-o系列，信号转换器选用模数转换器。

本发明监测装置的具体监测方法包括以下步骤：

（1）分别将供电电极2、测量电极3固定在圆形开口卡环4内规定的对称位置处，将圆形开口卡环4套在待测管道上，通过调节螺杆紧固；

（2）连接极化率测量装置：供电电极2与第一电源1连接，测量电极3上电极与单片机5连接、下电极与信号放大器6入口端连接，信号放大器6出口端与单片机5入口端连接，单片机5出口端连接与pc计算机7连接，信号放大器6、单片机5和pc计算机7均与电源8连接；

（3）根据实际实验需求，在待测管道上布置多个监测点；每个监测点固定一个卡环，卡环内已经布置好电极；布置多个监测点监测不同位置处的极化率便于及时发现异常；

（4）充填开始时，闭合第一电源1为供电电极充电，一段时间后断开第一电源1，此时，供电电极2开始为测量电极3供电，闭合第二电源8，启动各用电器，测量电极3会测量出管道内料浆的极化率，通过信号放大器6放大后将信号传输给单片机5，经单片机5处理后传输信号给pc计算机7，在pc计算机7上便可看到管路上不同测量点的信号大小，根据两测量点间信号异常，从而判断出两点之间是否出现堵管。当某段管道出现堵管时，此处的极化率会增大，从而便可以精确定位堵管位置。