一种膏体充填物料输送状态在线监测系统

1.本发明涉及一种在线监测领域，特别是一种膏体充填物料输送状态在线监测系统。


背景技术：

2.煤炭开采如何保护采区地面环境是煤炭行业面临的重大课题。目前，充填采矿法因其能有效减少地表下沉和变形，提高采出率而得到了广泛应用。充填采矿法是一种在采矿过程中，随着回采工作面的推进，向采空区送入充填材料，以进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动，并在形成的充填体上或在其保护下进行回采的方法。
3.其中，膏体充填法是通过管道将配比好的高浓度膏体状充填物料输送至回采工作面实施充填开采的方法，具有物料封闭输送、充填密实度高等特点。由于膏体填充物浓度高，输送过程封闭，一旦在配比定量、混合搅拌等环节出现问题，会导致输送性能变差，如果不能及时发现，极易出现堵管事故。一旦出现堵管事故， 势必导致输送作业需立即停止并尽快找到堵塞点并疏通管路。这不仅费时费力工程量巨大，而且影响开采进度，造成巨大经济损失。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种膏体充填物料输送状态在线监测系统，能够在不影响主输送管路作业进度的前提下，在线监测膏体填充物的输送阻力损失、粘度和流态等输送参数，通过输送阻力损失、粘度和流态的观测，预判输送管路中的膏体填充物是否可能发生堵管，从而解决膏体填充物在封闭管道中输送，一旦在配比定量、混合搅拌等环节出现问题，会导致输送性能变差，如果不能及时发现，极易出现堵管事故的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种膏体充填物料输送状态在线监测系统，包括配料仓、主输送管路和在线监测装置，该配料仓中存储已搅拌均匀的膏体填充物，该在线监测装置旁路设置在该主输送管路上，该主输送管路和该在线监测装置分别从该配料仓中导入该膏体填充物，该在线监测装置对导入的该膏体填充物在进行输送参数采集后再将该膏体填充物导流至该主输送管路。
6.优选地，该在线监测装置旁路设置在该主输送管路上，具体包括：该在线监测装置包括旁路输送泵、测试料仓、测试环管和导流器，该旁路输送泵、测试料仓、测试环管和导流器组成测试环路，该主输送管路包括主料仓，该旁路输送泵将该配料仓中部分膏体填充物输送至该测试环路，该导流器将测试后的该膏体填充物导流至该主输送管路的主料仓。
7.优选地，该测试环管与该主输送管路采用相同材质，且该测试环管与该主输送管路的内管壁粗糙度相同。
8.优选地，该在线监测装置还包括流变测试器，该流变测试器设置在该测试料仓的
顶部中央，该流变测试器的搅拌叶轮轴向垂直伸入该测试料仓。
9.优选地，该在线监测装置至少还包括前端压力传感器和后端压力传感器，该前端压力传感器设置在距离该测试料仓出口不少于10倍该测试环管的管径长度的测试环管内；该后端压力传感器设置在距离该测试管道出口端不少于10倍该测试环管的管径长度的该测试环管内；且该前端传感器和该后端传感器的间距不少于10倍该测试环管的管径长度。
10.优选地，该在线监测装置至少还包括机器视觉摄像机，该机器视觉摄像机设置在该导流器的斜上方，并且镜头对准该导流器的导流面。
11.优选地，该机器视觉摄像机设有双目摄像头。
12.优选地，还包括监测平台，该在线监测装置采集的输送参数包括：该旁路输送泵的电流、电压、出口压力、流量信号；该流变测试器的转速和扭矩信号；该前端压力传感器信号；该后端压力传感器信号以及该机器视觉摄像头视频信号；该在线监测装置将该输送参数上传至该监测平台，以监测该膏体填充物的输送阻力损失、粘度和流动状态。
13.本发明的有益效果是：1、本发明中在线监测装置与主输送管路分别从配料仓导入膏体填充物，致使在线监测装置能够并联地监测导入主输送管路地膏体填充物输送阻力损失、粘度和流态，并将监测后的膏体填充物并入主输送管路中，对主输送管路的输送作业不产生影响。
14.2、在线监测装置采用与主输送管路相同材质，且管路内部粗糙度相同的管材，从而模拟主输送管路的输送环境，确保输送助力损失参数监测的准确性。
15.3、在线监测装置还包括流变测试器，该流变测试器设置在该测试料仓的顶部中央，以确保该流变测试器受测试料仓边界条件影响更小，且该流变测试器的搅拌叶轮轴向垂直伸入测试料仓，能够使该流变测试器受膏体充填物的自重产生的压力差影响更小。
16.4、通过将该前端压力传感器设置在距离该测试料仓出口不少于10倍该测试环管的管径长度的测试环管内；将该后端压力传感器设置在距离该测试管道出口端不少于10倍该测试环管的管径长度的该测试环管内；且控制该前端传感器和该后端传感器的间距不少于10倍该测试环管的管径长度，这是为了减少测试信号受膏体填充物流场的扰动的影响，从而确保测算出的测试环管前端和后端的膏体填充物的压力差更准确。
17.5、通过在导流器的斜上方设置机器视觉摄像机，从而观测设置在测试环管出口处导流器上物料的流动状态。
18.6、该在线监测装置通过将采集的输送参数上传至监控平台，与监控平台中已存储的正常状态下的各参数进行比对，以预判膏体填充物在配比定量、混合搅拌等方面是否正常。
附图说明
19.图1为本发明第一实施例的一种膏体充填物料输送状态在线监测系统的结构示意图。
20.附图标记：膏体充填物料输送状态在线监测系统-1；配料仓-11；主输送管路-12；主输送泵-121；主料仓-122；传输管路-123；
在线监测装置-13；旁路输送泵-131；测试料仓-132；测试环管-133；导流器-134；流变测试器-135；前端压力传感器-136；后端压力传感器-137；机器视觉摄像机-138；监测平台-14。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
22.如图1所示，本发明第一实施例揭示了一种膏体充填物料输送状态在线监测系统1，主要用于煤矿开采行业采用膏体充填法对采空区进行地压维护时，对膏体填充物输送状态的在线监测。该膏体充填物料输送状态在线监测系统1包括一配料仓11、一主输送管路12、一在线监测装置13、和一监测平台14。该配料仓11主要用于存储已搅拌均匀的膏体填充物。该在线监测装置13旁路设置在该主输送管路12上。该主输送管路12和该在线监测装置13分别从该配料仓11中导入该膏体填充物。该在线监测装置13对导入的膏体填充物进行输送参数采集并将输送参数上传至该监测平台14。而后该测试过的膏体填充物将被导流至该主输送管路12上进行传输、使用。
23.该主输送管路12包括一主输送泵121、一主料仓122和一传输管路123；主输送泵121将配料仓11中的膏体填充物抽取到主料仓122，并通过传输管路123传输至采空区进行膏体填充作业。
24.该在线监测装置13包括一旁路输送泵131、一测试料仓132、一测试环管133、一导流器134，该旁路输送泵131、测试料仓132、测试环管133和导流器134组成测试环路。该旁路输送泵131可以选用柱塞泵。该旁路输送泵131从该配料仓11中抽取部分膏体填充物，并输送至该测试环路的测试料仓132内，该测试料仓132将膏体填充物输送至测试环管133，经过测试环管133后，该导流器134将测试过的膏体填充物导流至该主输送管路12的主料仓122。为了在测试环路上模拟出主输送管路12的传输环境，一种实施方式是将该测试环管133与该主输送管路12选用相同材质，且确保该测试环管133与该主输送管路12的内管壁粗糙度相同。
25.该在线监测装置13还包括一流变测试器135、一前端压力传感器136、一后端压力传感器137和一机器视觉摄像机138。该流变测试器135设置在该测试料仓132的顶部中央，且该流变测试器135的搅拌叶轮轴向垂直伸入该测试料仓132。该前端压力传感器136设置在距离该测试料仓132出口不少于10倍该测试环管133的管径长度的测试环管133内；该后端压力传感器137设置在距离该测试管道出口端不少于10倍该测试环管133的管径长度的该测试环管133内。且该前端传感器和该后端传感器的间距不少于10倍该测试环管133的管径长度。该机器视觉摄像机138设置在该导流器134的斜上方，并且镜头对准该导流器134。该机器视觉摄像机138可以选用带有双目摄像头的摄像机。
26.一种实施方式是将该监测平台14设置在室内控制室中，并且与该在线监测装置13通信连接。该在线监测装置13对该膏体填充物在测试环路上采集的输送参数主要包括：旁路输送泵131的电流、电压、出口压力、流量信号；该流变测试器135的转速和扭矩信号；该前端压力传感器136信号；该后端压力传感器137信号以及该机器视觉摄像头视频信号；该在线监测装置13将该输送参数上传至该监测平台14，以监测该膏体填充物的输送阻力损失、
粘度和流动状态。
27.该系统具体工作过程如下：膏体填充物从配料仓11被该主输送泵121抽入该主输送管路12的主料仓122，并通过传输管路123向采空区运送。配料仓11内的部分膏体填充物被旁路输送泵131抽取分流到该在线监测装置13的测试料仓132。测试料仓132中的膏体填充物在旁路输送泵131的推动下经过测试环路的输送参数采集后再导入主输送管路12的主料仓122；流变测试器135由调速电机、扭矩传感器和搅拌叶轮组成，通过采集搅拌叶轮的转速对应的扭矩数据来分析该膏体填充物的流变特性；通过采集测试环管133上安装的前端压力传感器136和后端压力传感器137数据来测量被测管段的压力差，从而获得膏体填充物在管道输送的阻力损失；采集旁路输送泵131的电流、电压、出口压力和流量信号，从而监测旁路输送泵131的工作状态。通过机器视觉摄像头采集设置在测试环管133出口处导流器134上膏体填充物的流动画面，从而监测测试环管133出口处导流器134上膏体填充物的流动状态，并将上述数据上传至监测平台14，并与预先存储在监测平台14的正常输送状态下对应的输送参数进行比对，从而预判主输送管路12上正在输送的膏体填充物在配比定量、混合搅拌获得的料浆是否符合正常指标。
28.综上所述，本实施例所产生的有益效果包括：在线监测装置13与主输送管路12从配料仓11导入膏体填充物，致使在线监测装置13能够并联地监测导入主输送管路12地膏体填充物输送阻力损失、粘度和流态，并将监测后的膏体填充物并入主输送管路12中，对主输送管路12的输送作业不产生影响。
29.此外，在线监测装置13采用与主输送管路12相同材质，且管路内部粗糙度相同的管材，从而模拟主输送管路12的输送环境，确保输送助力损失参数监测的准确性。此外，在线监测装置13还包括流变测试器135，该流变测试器135设置在该测试料仓132的顶部中央，以确保该流变测试器135受测试料仓132边界条件影响更小，且该流变测试器135的搅拌叶轮轴向垂直伸入测试料仓132，能够使该流变测试器135受膏体充填物的自重产生的压力差影响更小。进一步的，通过将该前端压力传感器136设置在距离该测试料仓132出口不少于10倍该测试环管133的管径长度的测试环管133内；将该后端压力传感器137设置在距离该测试管道出口端不少于10倍该测试环管133的管径长度的该测试环管133内；且控制该前端传感器和该后端传感器的间距不少于10倍该测试环管133的管径长度，从而确保测算出的测试环管133前端和后端的膏体填充物的压力差更准确。进一步的，通过在导流器134的斜上方设置机器视觉摄像机138，从而观测测试环管133出口处导流器134上物料的流动状态。进一步的，该在线监测装置13通过将采集的输送参数上传至监控平台，与监控平台中已存储的正常状态下的各参数进行比对，以预判膏体填充物在配比定量、混合搅拌等方面是否正常。
30.最后有必要指出的是：以上实施案例只是对本发明的技术方案进一步说明，不能理解为对保护发明范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出一些非本质调整和改进均属于本发明的保护范围。