一种矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统及方法，属于煤矿充填料浆管道泵送自动控制的技术领域，系统包括料浆泵送模块、电阻率监测模块和变频控制模块；料浆泵送模块包括充填泵和料浆输送管道，料浆输送管道上设置有测试点，测试点的管壁上设置有测试孔；电阻率监测模块包括监测电极、绝缘套、电极固定架、测试导线和电阻测试主机；电极固定架环绕布置在测试点的外侧；监测电极通过电极固定架环安装在测试孔上；变频控制模块包括变频器、控制器和计算机，变频器分别与充填泵和控制器连接，控制器分别与电阻测试主机和计算机连接。本发明专利技术可有效降低矸石胶结充填料浆输送过程中因离析而导致的堵管风险。输送过程中因离析而导致的堵管风险。输送过程中因离析而导致的堵管风险。

【技术实现步骤摘要】
一种矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统及方法


[0001]本专利技术属于煤矿充填料浆管道泵送自动控制的
，尤其是涉及一种矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统及方法。

技术介绍

[0002]煤矿采空区胶结充填开采技术通过在采空区构筑充填体的方式来达到支撑上覆岩层、控制地表沉陷的作用。作为一种煤矿绿色开采技术，该技术在“三下”压煤开采、保水开采、遗煤开采中具有广阔的应用前景。充填材料是充填开采的核心。煤矿胶结充填料浆是由多种材料、多种粒径组成的复合浆体。受煤矿井下空间限制，胶结充填料浆通常在地面完成制备并经充填泵加压后通过管道输送至充填工作面。充填管道的长度可至数千米，因此，保障充填管道输送系统畅通是充填开采的关键环节。为了有效提高充填体的强度和耐久性等性能，充填材料中往往需要加入粗粒径(＞5mm)的煤矸石。但是，粗颗粒的加入使得料浆在输送过程中容易发生沉降而造成堵管事故，不仅阻碍充填开采的顺利进行，还会带来巨大的经济损失。因此，降低沉降型堵管事故发生的几率是保障充填管道安全运行的关键内容。
[0003]实施充填管道内料浆离析程度监测可为沉降型堵管事故提供预警作用。由于充填料浆和充填管道的非透明性，无法直接观测到管道内部料浆的离析程度，中国专利CN103728371 A公开了一种利用超声波判断管道内料浆离析沉降状态的检测方法及监测装置，沿管道竖直方向上三个层位布置三对超声波发射和接收探头，通过不同探头接收到的超声波信号来计算不同超声波探头之间料浆的浓度，从而判断料浆离析沉降状态；中国专利 CN109298025 B公开了一种监测管道中膏体充填料浆离析的试验装置及方法，利用充填管道内料浆不同方位水平、垂直、径向电阻率来监测料浆离析程度的方法。上述专利为管道内充填料浆离析监测提供了方法，其作用仅是为沉降型堵管事故提供预警，无法通过泵送系统控制来降低堵管风险。
[0004]含粗骨料充填料浆输送过程中，流速是影响粗骨料沉降的重要因素，流速越大，粗颗粒沉降程度越小，堵管的风险越低。
[0005]充填料浆输送泵和混凝土泵结构原理相似，现有文献对混凝土泵流量控制进行了报道。专利CN103047121A公开了一种电动混凝土泵及其施工控制方法，CN204436762 U公开了一种具有变频调速功能的混凝土电泵，二者根据主油泵的出口压力并通过控制变频器来控制混凝土泵的流量，达到电动机输出功率相匹配的目的。专利CN105298135 A利用变频器实现拖式混凝土泵的无极调速。上述专利着眼点在于变频流量控制，其反馈环节是主油泵的出口压力，其目的是为了节能，未从降低离析堵管的目的出发去进行流量闭环控制。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统及方法，在实时监测管道内料浆沉降程度的基础上通过控制泵送系统的流量，可有效降低矸石胶结
充填料浆输送过程中因离析而导致的堵管风险。
[0007]本专利技术提供一种矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统，包括料浆泵送模块、电阻率监测模块和变频控制模块；料浆泵送模块包括充填泵和料浆输送管道，充填泵的出口与料浆输送管道的进口连接，料浆输送管道上设置有测试点，测试点的管壁上设置有n组测试孔，n为大于2小于8的整数， n组测试孔均位于同一圆形切面内，同一组中的两个测试孔以圆形切面的基准直径为对称轴对称设置，位于基准直径同侧的测试孔等间距设置，基准直径为料浆输送管道水平段的竖直直径；电阻率监测模块包括监测电极、绝缘套、电极固定架、测试导线和电阻测试主机；电极固定架环绕布置在测试点的外侧，设置有与测试孔一一对应的安装孔；监测电极包括内电极棒、弧形电极块和外电极棒，内电极棒的高度与测试点的管壁厚度一致，外电极棒的高度大于电极固定架的厚度；绝缘套包括内绝缘套和外绝缘套，内绝缘套套设在内电极棒的侧面及弧形电极块的内弧面上，外绝缘套套设在外电极棒的侧面与及弧形电极块的外弧面上，外绝缘套套设在外电极棒上的高度与电极固定架的厚度一致；内电极棒及侧面的内绝缘套穿设在测试孔内，外电极棒及侧面的外绝缘套穿设在安装孔内，弧形电极块内外弧面上绝缘套分别与测试点的外壁和电极固定架的内壁相贴；同一组测试孔内的两个监测电极通过测试导线连接到电阻测试主机的同一个通道上；变频控制模块包括变频器、控制器和计算机，变频器分别与充填泵和控制器连接，控制器分别与电阻测试主机和计算机连接。
[0008]上述矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统还包括流量监测模块；流量监测模块包括流量传感器和流量数据采集器，流量传感器安装在料浆输送管道上，流量传感器与流量数据采集器连接，流量数据采集器与控制器连接。
[0009]进一步的，电极固定架包括两个半圆形钢环、耳板和螺栓；耳板焊接在半圆形钢环的两端，耳板上开设通孔，螺栓穿过通孔将两个半圆形钢环固定。
[0010]进一步的，监测电极的材料为铜，内电极棒朝向料浆输送管道内的端面和外电极棒位于电极固定架外的端面镀金。
[0011]进一步的，测试点的管壁上设置有7组测试孔，最上方一组和最下方一组中两个测试孔构成的圆心角为45度，位于基准直径同侧的相邻两个测试孔构成的圆心角为22.5度。
[0012]进一步的，料浆输送管道包括第一水平管、第二水平管、第一弯管、第三水平管、第二弯管、第四水平管、S形管、沟槽式卡箍和不穿孔管箍；充填泵的出口通过沟槽式卡箍和第一水平管连接，第二水平管、第一弯管、第三水平管、第二弯管、第四水平管依序通过沟槽式卡箍连接，S形管一端通过不穿孔管箍与第四水平管的左端连接，S形管的另一端置于充填泵料斗的上方。
[0013]进一步的，测试点布置在水平管和弯管上。
[0014]本专利技术还提供一种矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验方法，采用上述矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统进行，包括下述步骤：S1.选用与料浆输送管道内径和厚度相同的标定管，在标定管开设与测试孔相同的标定孔；S2.在标定管上安装电阻率监测模块，配置质量浓度已知、电阻率已知、温度既定
的标定溶液，竖直放置标定管，倒入标定溶液，然后水平放置标定管，确保液面高度高于监测电极；S3.将监测电极的外电极棒与测试导线连接，测试导线连接电阻测试主机，同一组测试孔内的两个监测电极连接到电阻测试主机的同一个通道上；S4.测试每个通道的电阻，根据公式(1)计算每组监测电极的装置系数K：K＝ρ/R
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(1)式中，R为电阻测试主机单个通道的电阻，单位Ω；ρ为标定溶液的电阻率，单位Ω
·
m；S5.将计算得到的装置系数K输入到控制器中；S6.按既定配比制备充填料浆，由充填泵进行连续泵送，泵送过程中，电阻测试主机实时采集n组监测电极的电阻，控制器根据以下公式计算得到第i组监测电极之间的电阻率ρ
i
和基于电阻率ρ
i
的离析程度量化指标SI：ρ
i
＝K
·
R
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统，其特征在于，包括料浆泵送模块、电阻率监测模块和变频控制模块；所述料浆泵送模块包括充填泵(1)和料浆输送管道，充填泵(1)的出口与料浆输送管道的进口连接，料浆输送管道上设置有测试点，测试点的管壁上设置有n组测试孔，n为大于2小于8的整数，n组测试孔均位于同一圆形切面内，同一组中的两个测试孔以圆形切面的基准直径为对称轴对称设置，位于基准直径同侧的测试孔等间距设置，基准直径为料浆输送管道水平段的竖直直径；所述电阻率监测模块包括监测电极(14)、绝缘套(15)、电极固定架(16)、测试导线(17)和电阻测试主机(18)；所述电极固定架(16)环绕布置在测试点的外侧，设置有与测试孔一一对应的安装孔；所述监测电极(14)包括内电极棒(24)、弧形电极块(25)和外电极棒(26)，内电极棒(24)的高度与测试点的管壁厚度一致，外电极棒(26)的高度大于电极固定架(16)的厚度；所述绝缘套(15)包括内绝缘套(22)和外绝缘套(23)，内绝缘套(22)套设在内电极棒(24)的侧面及弧形电极块(25)的内弧面上，外绝缘套(23)套设在外电极棒(26)的侧面与及弧形电极块(25)的外弧面上，外绝缘套(23)套设在外电极棒(26)上的高度与电极固定架(16)的厚度一致；所述内电极棒(24)及侧面的内绝缘套(22)穿设在测试孔内，外电极棒(26)及侧面的外绝缘套(23)穿设在安装孔内，弧形电极块(25)内外弧面上的绝缘套分别与测试点的外壁和电极固定架(16)的内壁相贴；同一组测试孔内的两个监测电极(14)通过测试导线(17)连接到电阻测试主机(18)的同一个通道上；所述变频控制模块包括变频器(19)、控制器(20)和计算机(21)，变频器(19)分别与充填泵(1)和控制器(20)连接，控制器(20)分别与电阻测试主机(18)和计算机(21)连接。2.根据权利要求1所述的矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统，其特征在于，还包括流量监测模块；所述流量监测模块包括流量传感器(11)和流量数据采集器(13)，流量传感器(11)安装在料浆输送管道上，流量传感器(11)与流量数据采集器(13)连接，流量数据采集器(13)与控制器(20)连接。3.根据权利要求2所述的矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统，其特征在于，所述电极固定架(16)包括两个半圆形钢环(27)、耳板(28)和螺栓(29)；耳板(28)焊接在半圆形钢环(27)的两端，耳板(28)上开设通孔，螺栓(29)穿过通孔将两个半圆形钢环(27)固定。4.根据权利要求3所述的矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统，其特征在于，监测电极(14)的材料为铜，内电极棒(24)朝向料浆输送管道内的端面和外电极棒(26)位于电极固定架(16)外的端面镀金。5.根据权利要求4所述的矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统，其特征在于，测试点的管壁上设置有7组测试孔，最上方一组和最下方一组中两个测试孔构成的圆心角为45度，位于基准直径同侧的相邻两个测试孔构成的圆心角为22.5度。6.根据权利要求5所述的矸石胶结充填料浆泵送流量自动控制试验系统，其特征在于，
料浆输送管道包括第一水平管(2)、第二水平管(3)、第一弯管(4)、第三水平管(5)、第二弯管(6)、第四水平管(7)、S形管(8)、沟槽式卡箍(9)和不穿孔管箍(10)；充填泵(1)的出口通过沟槽式卡箍...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽华，戚庭野，白锦文，冯国瑞，王昊晨，史旭东，王超宇，高歆于，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：