基于电路通断监测及处理充填管道堵塞的装置

本发明涉及一种基于电路通断监测及处理充填管道堵塞的装置，属于矿山充填管道堵塞监测与处理领域。

背景技术：

1、我国的煤炭资源分布十分广泛，且储量较大，是我国主要的矿物能源。通常大部分的煤炭资源都分布在埋藏较深的土壤之中，尤其涉及到村庄下、铁路下以及水体下的“三下”压煤，需要使用充填开采的采煤方式进行开采。胶结充填开采是一种绿色环保的开采方式，在开采的过程中通过管道将搅拌好的充填料浆泵送至采空区，经养护后料浆凝结变化的充填体可以起到支撑上覆岩层的作用，保证采空区的稳定。但在泵送的过程中，充填料浆极易发生离析沉淀现象，尤其在长距离直线运输处，管道底部料浆密度持续增大，长时间堆积后极易发生堵管情况，严重时会导致管道炸裂等问题，造成重大的经济损失。因此，为了能够保障矿山充填作业的安全运行，需要对长距离直线运输处的管道进行监测，对料浆是否发生离析沉淀现象进行判断，并立即做出相应处理，防止堵管问题的发生。

2、目前对于充填管道监测已有一些研究，通常都是使用压力传感器、流量计进行监测。中国专利cn201810682249.3公开了一种矿山充填管道沿程压力测量装置及方法，测量装置安装在充填管道入口处，随浆体一起进入管道，能够实时测量管道内压力并得到管道不同位置点的压力分布。此外也有安装在管道外部的无损监测装置，中国专利cn201911075805.1公开了一种充填管道堵塞检测装置和检测方法，主要使用超声波传感器进行检测，在待测管道一端安装超声波发生器，再以超声波发生器的安装点为起点，沿待测管道长度方向的外壁上等间距布置多台超声波传感器，并接收发射波，通过调整超声波的间距，判断管道是否发生堵塞。虽然此类方法能够实现对充填管道的监测，可以满足煤矿现场监测需求，但由于监测精度较低、监测成本较高，不便大规模推广。

3、此外，也有使用高压泵对充填管道进行清理的方法，中国专利cn113738440公开了一种膏体充填管道的处理方法及装置，通过高压风对堵塞的充填管道进行疏通，其次将充填管道进行引流及清洗并将水排入到沉淀池中，最后再将充填完毕后的充填管道使用高压风进行清洗。此类方法能够在一定程度上对堵管进行处理，但这类方法提高泵送力度会对管道造成一定的磨损，且较为复杂的解决装置会增加堵管处理的成本，推广性受到一定的限制。

4、因此，需要对充填作业中的管道监测环节进行创新与改进。本发明设计了一种新型的基于电路通断监测充填管道堵塞及处理的装置和方法，能够降低监测成本、提高响应速度，并对堵管位置进行处理，有效、全面的解决充填管道堵塞问题。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基于电路通断监测充填管道堵塞的装置及处理方法，能够监测充填管道的运行情况，精准定位管道堵塞位置并做出相应的处理。

2、本发明的原理：充填料浆在运输过程中极易发生离析沉淀现象，此时管道底部的料浆密度逐渐增大。监测机构与堵管监测电路连接，根据电路的通断判定管道是否堵塞。在充填料浆中加入一定配比的磁铁矿砂，当管道发生堵塞时会使管道底部磁吸力逐渐增大，当磁吸力大于监测机构中小铁块自身重力时，会将小铁块吸起；此时小铁块连通固定在监测机构外壳上的电路，使电源开始向pc计算机、plc以及喷气处理装置供电；pc计算机向plc发送控制指令，plc控制喷气处理装置开始工作，使沉积在管道底部的料浆重新活跃起来，防止堵管问题的发生。随着堆积在管道底部的料浆密度逐渐降低，磁吸力逐渐变小；当磁吸力小于小铁块自身重力时，小铁块落下，电路断路，电源停止供电。

3、本发明提供了一种基于电路通断监测及处理充填管道堵塞的装置，包括监测管道、监测机构、堵管监测电路以及喷气处理装置；

4、本发明中，基于电路通断监测充填管道堵塞及处理的装置均匀连续地布置在采空区长距离沿水平直线运输路径上，能够精确的定位到管道堵塞位置并进行及时的处理。监测管道设置在长距离沿水平直线运输管道上，监测机构安装在监测管道下方，通过挂钩连接；监测机构顶部内侧设置有两个铜片，分别引出两根导线连接电源，控制堵管监测电路的通断；堵管监测电路连接喷气处理装置，实现充填管道的监测与堵管处理。

5、监测机构整体为长方体结构，包括监测机构外壳、铜片和小铁块，两个铜片设置在监测机构外壳顶板两侧，中间不连通，监测机构内部放有一个小铁块，会因受到不同磁吸力的大小在监测机构内吸起或落下。监测机构与堵管监测电路连接，根据电路的通断判定管道是否堵塞。监测机构两侧的铜片分别连接两条导线引出监测机构外壳，并与电源相连，控制堵管监测电路的通断。

6、上述堵管监测电路由电源、pc计算机以及plc组成。电源分别连接pc计算机与plc，当监测机构中小铁块吸起时，电源所在电路导通，向其开始供电；pc计算机与plc连接，控制plc的启动与停止；plc与喷气处理装置连接，控制喷气处理装置实现管道堵塞的处理。

7、喷气处理装置安装在监测管道易发生堵管问题位置的底部。喷气处理装置设置在监测管道下方，包括喷气管道、喷气阀门、喷气孔、防堵盖。喷气管道顶端设置喷气孔，喷气孔顶部设有防堵盖；进一步地，防堵盖通过防堵盖转动轴固定在喷气孔的一端，用于控制喷气孔的开闭。喷气管道下部设有喷气阀门，用于控制气体的喷出。

8、上述装置中，监测管道外侧设置有两排喷气处理装置，布置在管道截面沿中心线向两侧偏转45°的位置，并沿料浆输送方向倾斜45°进行安装，能够沿料浆输送方向喷气。

9、上述装置中，喷气孔的顶部安装有防堵盖，防堵盖的转动轴固定在料浆运送方向的一端，在进行喷气作业时可沿转动轴进行开合；确保喷气结束后运输料浆的水流压力能够将防堵盖重新盖在喷气孔上，防止喷气孔进入料浆导致喷气孔堵塞。若干个喷气处理装置并排安装在监测管道外部两侧，喷气阀门之间通过电路串联连接。

10、上述装置中，监测管道布置在长距离直线运输段，由长度相等的多节管道组合而成，方便管道的安装与后期维修更换，节约成本。为了保证监测精度，每一节监测管道的长度可在10～20米之间，管道内半径为8cm，管厚为2cm。进一步地，监测管道之间通过法兰进行连接，使用长螺钉穿过两相邻管道的法兰，并通过螺栓进行固定。

11、上述装置中，根据管道设计尺寸，加入的磁铁矿砂占比30％-40％，小铁块质量20-30克可实现管道堵塞的监测。不同的工矿可根据输送料浆的要求调节加入磁铁矿砂占比，保障堵管时磁性物质堆积产生的磁吸力f磁吸力大于小铁块所受重力g小铁块即可。

12、上述装置中，在监测管道底端设置有4个固定挂钩，用于固定监测机构；监测机构顶部两端分别设置有4个勾环，用于连接监测管道的4个固定挂钩。

13、上述装置中，监测机构壳体内顶端设置有两个铜片，两个铜片安装在顶面两侧，且铜片之间不相连。受到堵管影响，小铁块被向上吸起至监测机构内两个铜片的中间位置，即连接两铜片使堵管监测电路导通。

14、上述装置中，小铁块放置在监测机构内部可自由活动。当管道内料浆堵塞时，磁吸力f磁吸力＞g小铁块＝m小铁块·g，g小铁块表示小铁块所受重力，m小铁块表示小铁块的质量，f磁吸力表示磁性物质堆积能够产生的磁吸力，g表示重力加速度；小铁块被吸起至监测机构内部顶面；当管道内料浆正常运行时，磁吸力f磁吸力＜g小铁块，小铁块落下至监测机构内部底面。

15、上述装置中，监测机构的规格可根据工矿具体要求进行设定，需要考虑料浆配比、管道参数以及监测参数，保证在所需环境条件下堵管时的磁吸力能够大于小铁块自身重力，并将小铁块吸起即可。

16、上述装置中，监测管道、监测机构外壳、监测机构外壳挂钩的材质以非磁性物质亚克力为主，避免铁磁性材料影响监测效果与监测精度。

17、本发明提供了一种采用上述装置进行监测及处理充填管道堵塞的方法，包括以下步骤：

18、s1：将监测机构安装在监测管道的下方，通过监测管道底部的4个挂钩与监测机构外壳顶面外侧的4个勾环进行连接，固定监测机构；再将监测机构外壳顶面内侧的两个铜片引出的导线连接电源；电源分别连接pc计算机、plc与喷气处理装置，并为其提供电能，构成堵管监测电路；

19、s2：将喷气处理装置安装在管道截面沿中心线向两侧偏转45°的位置，并沿料浆输送方向倾斜45°进行排布，能够沿料浆输送方向喷气，分别安装在监测管道的两侧；pc计算机连接plc，plc连接若干个喷气阀门，喷气阀门之间串联连接；

20、s3：将充填料浆中加入磁铁矿砂，使磁铁矿砂的占比30％-40％，并在监测机构中放入质量为20-30克的小铁块，确保当料浆离析时，磁吸力增大能够吸起小铁块；当管道开始进行充填作业时，可根据电路的通断判定管道是否堵塞，并对堵管情况进行处理；

21、s4：当料浆发生离析时，管道底部堆积料浆密度逐渐增大，磁铁矿砂的堆积导致磁吸力增大，当管道内料浆堵塞使磁吸力f磁吸力＞g小铁块时，小铁块被吸起至监测机构内部顶面，并连通两个铜片所在的电源电路，电源将开始向pc计算机、plc以及喷气处理装置进行供电；pc计算机连接并向plc发出启动信号，plc控制喷气处理装置开始喷气，对堵管进行处理；

22、s5：随着喷气处理装置的持续处理，料浆在管道底部的堆积逐渐减少，磁吸力也逐渐减小；当管道内料浆恢复正常运行时，磁吸力f磁吸力＜g小铁块，小铁块受到的磁吸力小于自身重力而落下，此时电源电路断路，电源停止向pc计算机、plc以及喷气处理装置供电，堵管处理结束；

23、s6：当再次发生堵管现象时，重复s4、s5步骤，实现管道监测与堵管处理的闭环控制。

24、本发明的有益效果：

25、(1)本发明提供了一种基于电路通断监测及处理充填管道堵塞的装置和方法，能够通过电路的通断实现堵管的判定，该方法成本低，精度高，可以精确的定位堵管位置，并设计有喷气处理装置对堵管位置进行喷气处理，解决了充填管道堵塞难处理的问题。

26、(2)该装置及方法能够在很大程度上节约清洗管道的成本，提高管道的使用寿命以及充填作业的运行效率，在充填管道堵管的监测与处理方面具有重要意义。