一种用于搅拌过程中充填料浆浓度实时监测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于搅拌过程中充填料浆浓度实时监测装置与方法，属于矿山充填技术领域。该装置包括微型旁路环管系统、远程控制系统和数据采集可视化系统，微型旁路环管系统中，引流管置于搅拌槽底部，通过引流闸阀连接加压泵，加压泵后接串联式微型环管，数据采集可视化系统中，高精度压力传感器连接串联式微型环管，流量计置于串联式微型环管末端出口，闸阀开关和加压泵控制器均与远程控制系统的PLC控制柜连接。该装置结构简单、自动化程度高，为实现搅拌过程中充填料浆浓度的实时反馈及智能化控制提供了有效装置与方法，为推动金属矿智能化精准充填采矿的发展提供良好借鉴。属矿智能化精准充填采矿的发展提供良好借鉴。属矿智能化精准充填采矿的发展提供良好借鉴。

【技术实现步骤摘要】
一种用于搅拌过程中充填料浆浓度实时监测装置与方法


[0001]本专利技术涉及矿山充填
，特别是指一种用于搅拌过程中充填料浆浓度实时监测装置与方法。

技术介绍

[0002]矿业是支撑国民经济和社会发展的基础性产业，我国90％以上的能源原料、80％以上的工业原料、70％以上的农业生产资料均来自矿产资源，矿业及其下游产业的产值占到全国工业总产值的30％以上。矿产资源在保障国民经济持续发展的同时，由资源开采引发的环境污染问题日益凸显，随着资源开采力度的加大，传统粗放式矿业开发模式呈现“高开采、低利用、高排放”的特征，不仅占用大量土地，而且导致矿区环境污染持续恶化，固废、水体及重金属污染严重，矿山安全事故频发，影响我国金属矿业的可持续健康发展。
[0003]矿山充填开采是实现金属矿绿色开发的重要途径，它是将一种或多种矿山固废与水制备成具有一定稳定性、流动性、可塑性的高浓度浆体，在泵压或重力作用下以结构流形态，通过管道输送并填充地下采空区的工艺过程，该技术既充分利用矿山固废，又解决尾矿库占地及环境安全问题，从源头消除尾矿库和采空区两大安全隐患，具有“绿色、安全、高效”的显著特点。
[0004]充填料浆具有超高固体含量、无多余自由水泌出等特点，可在管道输送及采场固化过程中保持良好的流动性和稳定性，料浆浓度是贯穿尾砂浓密、搅拌制备、管道输送、采场固化等充填工艺环节的核心要素。
①
当料浆浓度降低时，充填料浆泌水量增加，井下充填环境恶劣，充填体强度性能下降，且低浓度料浆颗粒容易离析、沉降，造成充填体沉缩率大，接顶效果差，控制地表沉陷效果变差，严重时还会导致充填管道沉降堵管。
②
当浓度增大时，充填料浆输送阻力增大，泵送设备能耗增加，极易发生堵管事故，且超高浓度的料浆对各充填工艺环节要求也更高。
[0005]长期以来，充填料浆浓度“测量难”是制约充填技术发展的瓶颈问题。充填料浆属于超高固含两相流体，在充填过程中呈现复杂流动特性，料浆浓度的在线监测难度大，低浓度料浆的检测方法无法沿用，且由于充填物料颗粒尺寸间距小，干涉影响大，导致超声波在通过料浆后接收信号偏差大，浓度测量精度低，充填料浆浓度测量装置存在精度低、误差大、易失效等问题。充填料浆浓度检测最为可靠、简便、直接的方式为烘干法，但系统运行时封闭且高速运转，无法频繁取样、烘干并称量，为此，常采用间接法进行在线检测，应用最广泛的则是核子密度计。但事实证明，管道内物料组分波动大，气相混入，干扰因素众多，造成检测数据波动大，难以为实时控制提供依据。与此同时，核子密度计仅能探测固体成分在管道截面内所占体积进而推算浓度，并不能反馈流变特性等参数来反映料浆的均质性，仅仅依赖核子密度检测不能为充填料浆制备的调控提供可靠参考。
[0006]综上，由于测量方法仪器不足、干扰因素众多等问题，导致充填料浆浓度精准测量难以实现，成为制约充填技术发展的瓶颈问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于搅拌过程中充填料浆浓度实时监测装置与方法，实现充填过程中浓度的实时反馈，进而推动金属矿智能化精准充填采矿的发展。
[0008]该装置包括微型旁路环管系统、远程控制系统和数据采集可视化系统，微型旁路环管系统包括引流管、取样口、串联式微型环管、回料管和搅拌槽；远程控制系统包括PLC控制柜、引流闸阀、加压泵、取样闸阀和汇流闸阀；数据采集可视化系统包括高精度压力传感器、流量计和数据集成计算机；
[0009]引流管安装于搅拌槽底部，通过引流闸阀与加压泵连接；搅拌槽中充填料浆经加压泵加压后，由引流管流入串联式微型环管；
[0010]引流管上设置取样闸阀和取料口，串联式微型环管上设置汇流闸阀；
[0011]高精度压力传感器通过法兰盘与串联式微型环管连接，流量计采用法兰盘安装在串联式微型环管末端出口；
[0012]串联式微型环管出口通过回料管连接搅拌槽；
[0013]加压泵、引流闸阀、取样闸阀、汇流闸阀通过电缆与PLC控制柜连接；
[0014]高精度压力传感器和流量计采集的电信号均汇至数据集成计算机。
[0015]具体的，引流管末端设置取样口，取样口前设置取样闸阀，取样闸阀和加压泵之间连接串联式微型环管，汇流闸阀设置在串联式微型环管入口处。
[0016]上述，所述串联式微型环管由三种直径且长度均为1m的测量管段构成，由入口开始，30mm、40mm和50mm的管路依次串联。
[0017]加压泵通过改变泵压对充填料浆的流量进行控制。
[0018]流量计和高精度压力传感器通过法兰盘与串联式微型环管连接时，添加橡胶垫片，以减少滴漏。
[0019]流量计和高精度压力传感器在安装时要注意安装方向和位置。流量计要注意正反向，以确保测量参数准确。高精度压力传感器安装时，确保显示器位于管路正上方。
[0020]高精度压力传感器共有6个，分别安装于串联式微型环管三种直径测量管段前端入口和后端出口，相邻两个高精度压力传感器间隔为1m。
[0021]PLC控制柜可实现闸阀和加压泵的远程操控，来实现充填料浆运行线路的调整。
[0022]数据集成计算机通过自主研发的流变模型求解器对高精度压力传感器和流量计所产生的电信号进行处理后实现浓度和流变参数的实时显示。
[0023]串联式微型环管内三种直径测量管之间通过变径接头连接，串联式微型环管与加压泵之间通过变径接头连接。
[0024]该监测装置的监测方法，包括步骤如下：
[0025]S1：浓度监测开始前，通过PLC控制柜将引流闸阀关闭，待搅拌槽中物料充分混合后打开引流闸阀；
[0026]S2：通过PLC控制柜开启汇流闸阀和加压泵，充填料浆通过加压泵泵送后，依次流经串联式微型环管、高精度压力传感器、流量计和回料管后，返回至搅拌槽，形成闭路循环；
[0027]S3：系统开启运行，待高精度压力传感器和流量计获得稳定的流量值Q和压力值
△
P后，将被测试充填料浆参数及微型环管的管道参数的置入数据集成计算机中的流变模型求解器，求解器计算原理如下：
[0028][0029]式中：Q1、Q2、Q3为入料稳定后每隔5min测定的流量值；
△
P1、
△
P2、
△
P3为测定的三次管道两端压差；R为管道半径；L为管路长度；τ
B
为屈服应力；K为稠度系数；n为幂率指数；
[0030]S4：基于串联式微型环管中三组测量管段的内径、长度、压降和充填料浆流量数据，将数据带入到S3中数据集成计算机中的流变模型求解器，得到料浆屈服应力；
[0031]S5：通过PLC控制柜调节加压泵，实现流量、压力及压降的周期性梯度调控，并经流变模型求解器反复运算，使流变参数测定值逼近真实值；
[0032]S6：通过数据集成计算机，实现串联式微型环管中充填料浆流变曲线、管道流态、沿程阻力与管道流量的实时显示，并采用基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于搅拌过程中充填料浆浓度实时监测装置，其特征在于，包括微型旁路环管系统、远程控制系统和数据采集可视化系统，微型旁路环管系统包括引流管、取样口、串联式微型环管、回料管和搅拌槽；远程控制系统包括PLC控制柜、引流闸阀、加压泵、取样闸阀和汇流闸阀；数据采集可视化系统包括高精度压力传感器、流量计和数据集成计算机；引流管安装于搅拌槽底部，通过引流闸阀与加压泵连接；搅拌槽中充填料浆经加压泵加压后，由引流管流入串联式微型环管；引流管上设置取样闸阀和取料口，串联式微型环管上设置汇流闸阀；高精度压力传感器通过法兰盘与串联式微型环管连接，流量计采用法兰盘安装在串联式微型环管末端出口；串联式微型环管出口通过回料管连接搅拌槽；加压泵、引流闸阀、取样闸阀、汇流闸阀通过电缆与PLC控制柜连接；高精度压力传感器和流量计采集的电信号均汇至数据集成计算机。2.根据权利要求1所述的用于搅拌过程中充填料浆浓度实时监测装置，其特征在于，所述引流管末端设置取样口，取样口前设置取样闸阀，取样闸阀和加压泵之间连接串联式微型环管，汇流闸阀设置在串联式微型环管入口处。3.根据权利要求1所述的用于搅拌过程中充填料浆浓度实时监测装置，其特征在于，所述串联式微型环管由三种直径的测量管段构成，由入口开始，30mm、40mm和50mm的管路依次串联，每种直径管路长度均为1m。4.根据权利要求1所述的用于搅拌过程中充填料浆浓度实时监测装置，其特征在于，所述流量计和高精度压力传感器通过法兰盘与串联式微型环管连接时，添加橡胶垫片，以减少滴漏。5.根据权利要求1所述的用于搅拌过程中充填料浆浓度实时监测装置，其特征在于，所述高精度压力传感器安装时，确保显示器位于管路正上方。6.根据权利要求1所述的用于搅拌过程中充填料浆浓度实时监测装置，其特征在于，所述高精度压力传感器共有6个，分别安装于串联式微型环管三种直径测量管段前端入口和后端出口，相邻两个高精度压力传感器间隔为1m。7.根据权利要求1所述的用于搅拌过程中充填料浆浓度实时监测装置，其特征在于，所述串联式微型环管内三种直径测量管之间通过变径接头连接，串联式微型环管与加压泵之间通过变径接头连接。8.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹升华，闫泽鹏，陈勋，王雷鸣，严荣富，陈大鹏，陈俊伟，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：