一种井下涌水量动态测量装置及方法与流程

本发明涉及矿井涌水量测量，具体涉及一种井下涌水量动态测量装置及方法。

背景技术：

1、在矿井中，通过测量矿井涌水量，我们可以系统地观测矿井涌水量动态和规律，为矿井安全生产提供依据；测量矿井涌水量可以帮助我们及时发现水害隐患，为矿井抢险救灾提供参考依据；涌水量观测站可以用于观测某地点涌水量变化，掌握矿井涌水量的动态、规律，有助于了解矿井涌水的来源和通道，为矿井水的综合利用提供依据。因此，矿井涌水量的测量对于矿井的安全生产和矿井水的综合利用都具有重要的意义。

2、在现有的各种测量矿井涌水量的技术中，量桶容积法、浮标测流法是人们最常用的两种方法，但是这两种方法也存在着部分不足，量桶容积法、浮标测流法需要人工进行观测，观测数据的精准度较差，且在观测过程中需要两人以上的配合完成，造成了人力的损失；两种涌水量测量方法测量的是某一时刻的涌水量，不能达到长期的动态观测的效果，对井下涌水量的长期测量没有指导性的效果。

技术实现思路

1、本发明提出了一种井下涌水量动态测量装置及方法，以解决测量精准度差和难以长期动态观测的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种井下涌水量动态测量装置，包括第一台阶排水渠和第二台阶排水渠，所述第二台阶排水渠的高度高于所述第一台阶排水渠的高度，水流从所述第一台阶排水渠进入流向所述第二台阶排水渠；

3、所述第二台阶排水渠上设置有用于测量水流压力的压力传感器和测量水面高度的超声波传感器，通过测量的水流压力和水面高度共同计算涌水量。

4、优选地，所述第一台阶排水渠的进水端设置有泥沙过滤网。

5、优选地，所述泥沙过滤网与所述第一台阶排水渠可拆卸连接，以更换不同网眼密度的泥沙过滤网。

6、优选地，所述压力传感器包括传感器底座和传感器外壳，所述传感器外壳通过压缩弹簧与所述传感器底座弹性连接以形成腔体，腔体内设置有弹性球体，所述弹性球体与传感器外壳和传感器底座相抵接；

7、所述弹性球体内设置有第二台阶排水渠底面相平行的光纤。

8、优选地，所述传感器外壳的材质为玻璃，所述弹性球体的材质为硅胶。

9、优选地，所述第一台阶排水渠的横截面设置为倒梯形或底面设置为斜坡，靠近所述第二台阶排水渠的一端升高。

10、优选地，所述测量装置还包括通过电机驱动的震动杆，所述震动杆设置于所述第二台阶排水渠的底部，所述震动杆的震动端与所述第二台阶排水渠的底部相抵接。

11、本发明还提供了一种一种井下涌水量动态测量方法，适用于上述的一种井下涌水量动态测量装置，其特殊之处在于，包括以下步骤：

12、步骤s1：将所述测量装置放置与需要进行涌水量测量的区域；

13、步骤s2：涌水从第一台阶排水渠流向第二台阶排水渠，通过超声波传感器测量液面高度，通过压力传感器测量水压力；

14、步骤s3：通过所述水压力和液面高度计算出涌水的瞬时流速；

15、步骤s4：通过所述瞬时流速和第二台阶排水渠横截面积的乘积进行积分，得到时间段内的涌水量。

16、优选地，计算所述液面高度h的表达式为：

17、

18、式中，(t1-t2)表示超声波发射和接收的时间差，v声表示超声波再水中的传播速度。

19、优选地，计算所述瞬时流速的表达式为：

20、

21、式中，ρ表示水的密度，g表示重力加速度，h1表示液面高度，p1表示水压力。

22、本发明的有益效果至少包括：

23、1)修建固定横截面积的水渠，水渠设置成入口低，出口高的二级台阶样式，使得泥沙在流动时在第一级台阶达到沉降效果。

24、2)利用单发单收超声波模块，通过超声波发射、接收的时间差，计算在水渠流动的水的液位高度，结合规则的水渠形状和已知的水渠宽度，得到水流的横截面积。

25、3)作为附加技术特征，在水渠入口处安装泥沙过滤网，对水中泥沙进行初步过滤，采用了用光纤压力传感器测量水流量的技术，可以长时间的、自动的、动态的监测矿井涌水量，光纤光栅传感器具有耐腐蚀、化学性质稳定，抗电磁干扰，传输损耗小，传输容量大、精度高等优点，可以更好的适应井下复杂的环境，同时，光纤光栅传感器可以完成对矿井涌水量的监测，节省了人力，提高了监测效率。

技术特征：

1.一种井下涌水量动态测量装置，其特征在于：包括第一台阶排水渠(1)和第二台阶排水渠(2)，所述第二台阶排水渠(2)的高度高于所述第一台阶排水渠(1)的高度，水流从所述第一台阶排水渠(1)进入流向所述第二台阶排水渠(2)；

2.根据权利要求1所述的一种井下涌水量动态测量装置，其特征在于：所述第一台阶排水渠(1)的进水端设置有泥沙过滤网(5)。

3.根据权利要求2所述的一种井下涌水量动态测量装置，其特征在于：所述泥沙过滤网(5)与所述第一台阶排水渠(1)可拆卸连接，以更换不同网眼密度的泥沙过滤网(5)。

4.根据权利要求1所述的一种井下涌水量动态测量装置，其特征在于：所述压力传感器(3)包括传感器底座(6)和传感器外壳(7)，所述传感器外壳(7)通过压缩弹簧(8)与所述传感器底座(6)弹性连接以形成腔体，腔体内设置有弹性球体(9)，所述弹性球体(9)与传感器外壳(7)和传感器底座(6)相抵接；

5.根据权利要求4所述的一种井下涌水量动态测量装置，其特征在于：所述传感器外壳(7)的材质为玻璃，所述弹性球体(9)的材质为硅胶。

6.根据权利要求1所述的一种井下涌水量动态测量装置，其特征在于：所述第一台阶排水渠(1)的横截面设置为倒梯形或地面设置为斜坡，靠近所述第二台阶排水渠(2)的一端升高。

7.根据权利要求1所述的一种井下涌水量动态测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括通过电机驱动的震动杆(11)，所述震动杆(11)设置于所述第二台阶排水渠(2)的底部，所述震动杆(11)的震动端与所述第二台阶排水渠(2)的底部相抵接。

8.一种井下涌水量动态测量方法，适用于权利要求1-7任一种井下涌水量动态测量装置，其特征在于：包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种井下涌水量动态测量方法，其特征在于：计算所述液面高度h的表达式为：

10.根据权利要求所述的一种井下涌水量动态测量方法，其特征在于：计算所述瞬时流速的表达式为：

技术总结
本发明提供了一种井下涌水量动态测量装置，包括第一台阶排水渠和第二台阶排水渠，第二台阶排水渠的高度高于第一台阶排水渠的高度，水流从第一台阶排水渠进入流向第二台阶排水渠；第二台阶排水渠上设置有用于测量水流压力的压力传感器和测量水面高度的超声波传感器，通过测量的水流压力和水面高度共同计算涌水量。在使用时，将所述测量装置放置与需要进行涌水量测量的区域；涌水从第一台阶排水渠流向第二台阶排水渠，通过超声波传感器测量液面高度，通过压力传感器测量水压力；通过所述水压力和液面高度计算出涌水的瞬时流速；通过所述瞬时流速和第二台阶排水渠横截面积的乘积进行积分，得到时间段内的涌水量。

技术研发人员：郑先伟,任高峰,张聪瑞,韩亚民,王西兵,张啸宇
受保护的技术使用者：武钢资源集团程潮矿业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15