工作面注漿及漏漿遠距離系統研究

摘要：本文對工作面注漿及漏漿遠距離監測系統進行研究，給出了監測系統機構框圖，并對泥漿流量計和泥漿密度計測量原理作較詳細的推算，給出了系統的部分軟件框圖。
1、引言
利用注漿站向井下注漿歷來是煤礦企業的一個重要生產環節，在礦井防滅火工作越亦受到到重視的**，生產礦井對注漿量的多少及注漿濃度決定的注漿土(灰)量很為關注，尤其在發火趨勢明顯和發生火災時更為重要，其注漿質量的好壞關系到井下火災處理的進展與結果，直接影響煤礦的安全生產。
但是，在注漿過程中，有時會出現偏、跑漿情況。一般情況下偏漿、跑漿問題靠工人巡視注漿管線來檢查，工人勞動強度很大，發現漏漿、跑漿時也很難及時通知井上的注漿站，至于井下的偏漿、跑漿更不易被發現。為此，研究對注漿過程進行實時監測，對注漿流量、注漿土量作準確、科學計量的系統是非常必要的。
2、注漿及漏漿遠距離監剝系統設計思想
根據對注漿監測參數的要求，設計了一套注漿遠距離監測系統。系統采用設在現場的單片機作為下位機，設在通風機房的Pc計算機作上位機。下位機數據可以傳到上位機。整個系統總體結構框圖如圖1所示。

在系統中，井上泥漿流量計用于測量注漿站輸出的注漿流量，再配合核輻射密度計將注漿濃度檢測出來。兩者乘積便能反映注漿土方數量。為監測注漿管路是否有偏漿發生，在靠近工作面注漿管路上安裝了一個泥漿流量計，通過比較地面注漿流量與井下注漿流量，便能反映是否有漏漿發生。
注漿流量計與密度計輸出的信號為4-20mA電流信號，將其轉換成電壓信號，然后再輸入A／D轉換電路(井上通過多路開關)轉換成數字信號，該信號通過單片機處理后經串行VI發送至上位機。上位Pc機接收到下位機的流量、密度信息后，根據要求對數據進行處理，并實現顯示、打印、存儲、報警等功能。
3、系統的硬件設計
系統硬件主要包括泥漿流量計、桉輻射密度計和單片機測量系統。
(1)LD泥漿流量計的測量原理
LD泥漿流量計由LDF一101系列電磁流量傳感器和LDZ一4B型電磁流量轉換器兩部分組成。
LDF一101系列電磁流量傳感器根據法拉*電磁感應原理做成，它與轉換器配套使用，用來測量各種導電液體或固、液兩相懸浮液的體積流量。
當導電液體沿測量管在交變磁場中作與磁力線垂直方向運動時，導電液體切割磁力線產生感應電勢，此感應電勢通過測量管壁上的一對電*測出。
若感應電勢為E，則有：
E=KBVD
式中：B一磁感應強度，Wb/cm²；
D一電*間距離，僅似于測量管內徑相等，cm；
V一測量管內被測流體在橫截面上的平均流速，m/s；
K一與磁場分布及軸向長度有關的系數；
由此可推得瞬時流量Q與流量V的關系為：

式中：A一測量管橫截面積；

K一儀表常數。

當儀表常數K確定后，感應電勢與流量Q成正比，該流量信號輸入LDZ一4B型電磁流量轉換器，經放大，變換成與流量成正比的直流信號4~20mA。

LDZ一4B型電磁流量轉換器與LD—F1叭型的電磁流量傳感器配套使用，將來自傳感器的低電平毫伏信號轉換成與流量成正比例的4-20mADC統一的標準信號輸出，供顯示、記錄、調節控制和流量計算等使用。

(2)NMF一216型核輻射密度計測量原理

泥漿的濃度和密度在某種意義上說也是同一個概念，設泥漿混合液的濃度為Cv(體積百分比)，混合液的密度為p，干泥的密度為p，水的密度為ρv，泥漿混合液的體積為V。

泥漿混合液的質量百分比濃度為：

因此通過測量泥漿混合液的密度也可推算出泥漿的濃度值(Ps、ρv均已知)。

NMF一216型核輻射密度計能對被測介質(固態或液態)的密度進行非接觸式測量，尤其能在環境比較惡劣的條件下工作。

放射性同位素產生的γ射線具有穿透物質的能力，對于一束準直的γ射線，在穿過管徑為d，密度為ρ的被測介質后，人射到γ射線探測器上的射線強度I與ρ=0時射線強度Io之間成指數關系：

式中：μm一質量密度吸收系數，cm²/g；

ρ一介質密度，g/cm³；

d一管道內徑。

由此可推得：

通過測量射線強弱變化，即可知道介質密度大小，將放射源和射線探測器分別安裝在被測管道兩測，用計算機處理射線探測器的輸出信號，就可顯示出被測介質的密度或濃度。

核輻射放射源產生的射線在穿過被測介質后，照射到閃爍計數器上，介質密度越高，照射到閃爍計數器上的射線強度越弱，反之亦然 閃爍計數器將射線的強度成正比的轉換成電脈沖計數率，經閃爍探頭的前置放大器，幅度甑別器、分頻器、射級輸出器，輸出幅度恒定的電脈沖信號，送CPU板測量計數。CPU板上的單片機對測得的計數頻率進行處理，得到被測介質的密度和濃度，一方面送顯示板顯示，另一方面送電流輸出板得到4~20mA的電流輸出。

(3)單片機智能監測系統該部分由8031單片機、地址鎖存器7415373、EPROM2732、E²PROM2816、并行接口8l55、地址譯碼器74LS138組成，如圖2所示：

8031是片內無ROM的單片機，系統配置一片2732（4K）作程序存儲器，同時還擴展一片E²PROM2816(2K)作數據存儲器，該芯片是電可擦除可編程的半導體存儲器，掉電后存儲的信息不會丟失，用它來存儲注漿原始記錄。為讀取A/D轉換結果及作打印機接口，系統擴展一片8155芯片，它含有256ByteRAM，2個8位 、一個6位的可編程并行1/0和1個l4位定時器/計數器。

4、系統的軟件設計

系統的軟件部分包括單片機測試程序、PC機通訊程序、PC機數據庫管理程序。受篇幅限制，這里僅給出數據庫管理的程序結構框圖，其結構框圖如圖3所示。該部分程序用FoxPro2.5 for Windows編寫，按系統共要求設置三層菜單界面。

5、結語

整套裝置試運行表明，該系統具有操作簡便，測試精度高，實時性好，顯示直觀，測試數據資料齊備等優點，很受用戶歡迎。此外，整套裝置還具有較高的性能價格比，具有推廣應用價值。