基于磁性原理监测并处理充填管道堵塞的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于磁性原理监测并处理充填管道堵塞的装置和方法，该装置包括堵管监测装置和处理装置；堵管监测装置包括监测管道、堵管监测机构以及外接电路系统；堵管监测机构包括监测机构外壳、磁粉、磁粉盒和压力传感器；外接电路系统包括电源、单片机、PC计算机和PLC；堵管监测机构固定在监测管道下方，堵管监测机构下部与外接电路系统相连；堵管监测机构可对管道内堵管现象进行实时监测；处理装置包括充填泵，当管道发生堵塞时，堵管监测装置将堵管信号反馈至PC计算机，PC计算机控制PLC对充填泵进行调控，通过增大泵送流量将堵管疏通。本发明专利技术提高了料浆输送效率，节省定时清洁管道的成本，提高了管道的使用寿命，可有效降低充填料浆输送过程中由于堵管造成的各种风险。险。险。

【技术实现步骤摘要】
基于磁性原理监测并处理充填管道堵塞的装置和方法


[0001]本专利技术属于充填管道监测与堵管处理的
，尤其是涉及一种基于磁性原理监测并处理充填管道堵塞的装置和方法。

技术介绍

[0002]“富煤、贫油、少气”是我国自然资源的基本特点，这也就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。与石油和天然气相比，我国煤炭的储量比较丰富，占世界储量的11.60％。为保证煤矿作业的安全性，紧扣“绿色矿山建设”主题，胶结充填开采技术已成为处理煤矿采空区的重要手段，对提高资源利用率、减少生态破坏和环境污染等具有重要意义。充填料浆是将粉煤灰、煤矸石、水泥等原料进行定量配比与混合处理后通过管道输送至采空区，但在管道运输的过程中会存在料浆离析沉淀、地表泵送压力不足、管内进入杂物等问题，这些问题往往会造成管道堵塞，影响管道的输送速度，引起施工中断，甚至会造成管道炸裂，给充填作业造成了严重的影响，带来巨大的经济损失。因此，保障充填管道输送系统畅通是充填开采的关键环节。
[0003]对充填管道内料浆离析沉淀现象的监测可为管道堵塞事故提供预警作用。由于料浆受到重力的影响，当管道内发生离析沉淀现象时，靠近管道底部的位置料浆密度逐渐增大，如果不及时进行处理很容易造成管道堵塞，影响充填作业的进行。为解决堵管问题，充填管道监测技术已经成为研究关注的焦点。中国专利CN 114544071A公开了一种膏体充填物料输送状态在线监测系统，在不影响输送作业的前提下，能够在线监测料浆的输送情况，通过输送阻力损失、粘度和流态的观测，预判管道中料浆是否发生堵塞。中国专利CN 106968709A公开了一种膏体充填管路堵管监测装置及监测方法，向充填膏体内加入一定配比的磁铁矿砂，在输送管线上测量管道不同位置处膏体中磁铁矿砂的浓度，当管道中出现堵管时，堵管位置前后监测管道处磁铁矿砂的浓度差别将有助于使用者精确定位堵管位置。上述专利着眼点在于管道监测，其监测方法为在线监测，分别通过直接监测管道内料浆的物理性质和加入磁铁矿砂的方式进行堵管监测，无法自主判断并及时采取相关措施对堵管处进行处理，影响充填作业的进度。
[0004]充填管道加压阀门和矿用气体加压装置结构原理相似，现有文献对气体加压装置流量控制进行了报道。中国专利CN114778740A公开了一种模拟不同条件下采空区有害气体涌出规律的装置，该专利技术装置中的气体加压装置能模拟在各种大气压力下气体的涌出规律。上述专利着眼点在于模拟气体情况，并未采取行之有效的方式解决料浆输送过程中产生的管道堵塞问题，性能较差。
[0005]目前，充填管道的堵管现象监测与处理的方法还比较单一，现有技术大多为落在管道监测、管道防堵、堵管处理三个方面的其中一点，实现管道综合处理的技术较少，都是通过管道的实时在线监测，无法自主进行管道的监测与疏通，需要继续创新。因此，建立综合运用管道监测、管道防堵以及堵管处理三方面的充填管道系统具有重要意义。为此，本专利技术提出一种基于磁性原理监测充填管道堵塞及处理的装置及方法，为充填管道堵塞及处理
提供了新的解决办法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于磁性原理监测并处理充填管道堵塞的装置和方法，有效地防止充填料浆在长距离直线运输时由于离析沉淀所产生堵管现象的发生，保证充填作业的高效有序性。
[0007]本专利技术的原理：在监测机构中创新性的设计了磁粉盒，在充填料浆中加入一定量的铁粉，当管道堵塞时，堵塞处堆积的磁性物质增多，管道堵塞位置磁性吸力增大，可吸起管道外层磁粉盒中的磁粉。安装在磁粉盒下的压力传感器对磁粉盒中的磁粉进行实时称重，当称得重量小于一半磁粉总质量时，即判断此处管道发生堵塞，可精确定位堵塞位置。在充填料浆中加入磁铁矿砂，使其质量占比约30％
‑
40％，此时管道内料浆产生的磁吸力约为0.1N；当管道发生堵塞现象时，料浆发生离析沉淀现象，管道底部磁铁矿砂逐渐堆积，产生的磁吸力逐渐升高，能够吸起的磁粉量逐渐增大，根据吸起的磁粉量通过底部的压力传感器判断管道的堵塞情况。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大于磁粉重量的一半即可。当判定堵管问题发生后，将堵管信息反馈给控制电路系统，通过PLC控制充填泵加大泵送流量，处理充填管道的堵塞。管道堵塞情况处理后，原堵塞位置堆积的磁性物质减少，磁性吸力降低，磁粉逐渐下落，当压力传感器称得质量大于一半磁粉总质量，即判定此处管道堵塞处理完毕，反馈信号至充填泵降低泵送流量，实现充填管道的监测与堵管处理。
[0008]本专利技术提供一种基于磁性原理监测并处理充填管道堵塞的装置，包括堵管监测装置和处理装置；
[0009]堵管监测装置包括监测管道、堵管监测机构以及外接电路系统；堵管监测机构包括监测机构外壳、磁粉、磁粉盒和压力传感器；外接电路系统包括电源、单片机、PC计算机和PLC；堵管监测机构固定在监测管道下方，堵管监测机构下部与外接电路系统相连；堵管监测机构可对管道内堵管现象进行实时监测，保证堵塞位置及时疏通；
[0010]处理装置包括充填泵；充填泵与外接电路系统的PC计算机、PLC连接，形成连锁控制；当管道发生堵塞时，堵管监测装置将堵管信号反馈至PC计算机，PC计算机控制PLC对充填泵进行调控，通过增大泵送流量将堵管疏通。
[0011]具体地，堵管监测机构为长方体结构，通过吊钩设置在监测管道下方，长方体壳体内设有磁粉盒、压力传感器，压力传感器放置在亚克力盒内，通过弹簧与磁粉盒连接，并且与单片机通过导线连接。受到重力影响，充填料浆在长距离直线运输处会发生离析沉淀现象。在料浆中加入磁性物质，在管道发生堵塞位置处，磁性物质增多，磁力增大，对位于管道下方监测机构的磁粉盒中的磁粉产生磁吸力，能够将磁粉盒中的磁粉吸引至磁粉盒顶板处，磁粉盒中磁粉减少，压力传感器的示数发生改变，从而实现对充填管道的实时监测。
[0012]外接电路系统包括电源、单片机、PC计算机和PLC，单片机对压力传感器的数据进行实时监测，当监测到压力传感器的数据小于判定值时，将数据传输至PC计算机，PC计算机对数据进行整合处理并编辑控制指令传输至PLC，PLC控制充填泵增加泵送流量处理堵管，电源则为单片机、PC计算机和PLC提供用电保障。上述计算依据为：在磁粉盒中加入50克的
磁粉，判定值设置为其中m
0磁重
为磁粉盒中磁粉总重量。根据管道设计尺寸，加入的磁铁矿砂占比30％
‑
40％，此时管道内料浆产生的磁吸力约为0.1N，能够吸起约10克磁粉；当发生堵管时，管道内磁性物质逐渐堆积，磁吸力增大至0.25N，吸起的磁粉质量约为25克，即可判定管道堵塞。
[0013]上述装置中，监测管道为长距离水平直线运输处泵送式充填管道，即系统中原有的料浆输送管道；本专利技术中是以长距离水平直线运输处泵送式充填管道作为研究对象，在该部分管道的底部设置堵管监测机构，即为本装置中所述的监测管道；监测管道之间通过法兰进行连接。本专利技术的特点之一即：不需要特别设计管道去替换原有管道。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁性原理监测并处理充填管道堵塞的装置，其特征在于：包括堵管监测装置和处理装置；堵管监测装置包括监测管道、堵管监测机构以及外接电路系统；堵管监测机构包括监测机构外壳、磁粉、磁粉盒和压力传感器；外接电路系统包括电源、单片机、PC计算机和PLC；堵管监测机构固定在监测管道下方，堵管监测机构下部与外接电路系统相连；堵管监测机构可对管道内堵管现象进行实时监测，保证堵塞位置及时疏通；处理装置包括充填泵；充填泵与外接电路系统的PC计算机、PLC连接，形成连锁控制；当管道发生堵塞时，堵管监测装置将堵管信号反馈至PC计算机，PC计算机控制PLC对充填泵进行调控，通过增大泵送流量将堵管疏通。2.根据权利要求1所述的基于磁性原理监测并处理充填管道堵塞的装置，其特征在于：堵管监测机构为长方体结构，通过吊钩设置在监测管道下方，长方体壳体内设有磁粉盒、压力传感器，压力传感器放置在亚克力盒内，通过弹簧与磁粉盒连接，并且与单片机通过导线连接；磁粉盒内设有磁粉，磁粉主要材料为Fe3O4；通过监测压力传感器的示数，判断管道是否发生堵塞。3.根据权利要求1所述的基于磁性原理监测并处理充填管道堵塞的装置，其特征在于：外接电路系统包括电源、单片机、PC计算机和PLC，单片机对压力传感器的数据进行实时监测，当监测到压力传感器的数据小于判定值时，将数据传输至PC计算机，PC计算机对数据进行整合处理并编辑控制指令传输至PLC，PLC控制充填泵增加泵送流量处理堵管，电源则为单片机、PC计算机和PLC提供用电保障。4.根据权利要求1所述的基于磁性原理监测并处理充填管道堵塞的装置，其特征在于：监测管道为长距离水平直线运输处泵送式充填管道；以长距离水平直线运输处泵送式充填管道作为研究对象，在该部分管道的底部设置堵管监测机构，即为本装置中所述的监测管道；监测管道的每一节长度为20米，管厚为2厘米，堵管监测机构的磁粉盒安装在管道的正中间下方位置，每一节管道上均安装有一个监测机构。5.根据权利要求4所述的基于磁性原理监测并处理充填管道堵塞的装置，其特征在于：在监测管道底部设置两个管道挂钩，监测机构壳体顶端有两个外固定环，管道挂钩与外固定环连接，勾住监测机构外壳，将监测机构悬挂在管道的下方，外固定环的尺寸为直径1cm的半圆环。6.根据权利要求5所述的基于磁性原理监测并处理充填管道堵塞的装置，其特征在于：在监测机构壳体内侧顶部有2个顶板挂钩，磁粉盒顶板上方设计2个内固定环，顶板挂钩与内固定环连接，使磁粉盒顶板悬挂在监测机构壳体上方，未与磁粉盒接触，保障压力传感器示数的精准，内固定环的尺寸为直径为1cm的半圆环。7.根据权利要求1所述的基于磁性原理监测并处理充填管道堵塞的装置，其特征在于：当管道堵塞时，堵塞处的铁粉浓度增大，产生的磁吸力大于磁粉自身的重力，磁粉将被吸起，压力传感器将实时监测磁粉盒中的磁粉重量；磁粉盒中的磁粉总质量为m
0磁重
，压力传感器的监测示数为m
磁重
，当时，说明管道发生堵塞，压力传感器将实时发送信号；根据管道设计尺寸，加入的磁铁矿砂占比30％
‑
40％，充填作业正常运行时管道磁吸力为0.08N
‑
0.12N，发生堵管时为0.15N
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0...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚庭野，张志城，冯国瑞，唐梓瑜，董可颖，郭伟，王泽华，陈宇鑫，王晶，
申请(专利权)人：山西浙大新材料与化工研究院，
类型：发明
国别省市：