摘要：本文對(duì)工作面注漿及漏漿遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究，給出了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)框圖，并對(duì)泥漿流量計(jì)和泥漿密度計(jì)測(cè)量原理作較詳細(xì)的推算，給出了系統(tǒng)的部分軟件框圖。
1、引言
利用注漿站向井下注漿歷來(lái)是煤礦企業(yè)的一個(gè)重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在礦井防滅火工作越亦受到到重視的**，生產(chǎn)礦井對(duì)注漿量的多少及注漿濃度決定的注漿土(灰)量很為關(guān)注，尤其在發(fā)火趨勢(shì)明顯和發(fā)生火災(zāi)時(shí)更為重要，其注漿質(zhì)量的好壞關(guān)系到井下火災(zāi)處理的進(jìn)展與結(jié)果，直接影響煤礦的安全生產(chǎn)。
但是，在注漿過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏、跑漿情況。一般情況下偏漿、跑漿問(wèn)題靠工人巡視注漿管線來(lái)檢查，工人勞動(dòng)強(qiáng)度很大，發(fā)現(xiàn)漏漿、跑漿時(shí)也很難及時(shí)通知井上的注漿站，至于井下的偏漿、跑漿更不易被發(fā)現(xiàn)。為此，研究對(duì)注漿過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)注漿流量、注漿土量作準(zhǔn)確、科學(xué)計(jì)量的系統(tǒng)是非常必要的。
2、注漿及漏漿遠(yuǎn)距離監(jiān)剝系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想
根據(jù)對(duì)注漿監(jiān)測(cè)參數(shù)的要求，設(shè)計(jì)了一套注漿遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)的單片機(jī)作為下位機(jī)，設(shè)在通風(fēng)機(jī)房的Pc計(jì)算機(jī)作上位機(jī)。下位機(jī)數(shù)據(jù)可以傳到上位機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

在系統(tǒng)中，井上泥漿流量計(jì)用于測(cè)量注漿站輸出的注漿流量，再配合核輻射密度計(jì)將注漿濃度檢測(cè)出來(lái)。兩者乘積便能反映注漿土方數(shù)量。為監(jiān)測(cè)注漿管路是否有偏漿發(fā)生，在靠近工作面注漿管路上安裝了一個(gè)泥漿流量計(jì)，通過(guò)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(fā)生。
注漿流量計(jì)與密度計(jì)輸出的信號(hào)為4-20mA電流信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后再輸入A／D轉(zhuǎn)換電路(井上通過(guò)多路開(kāi)關(guān))轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)單片機(jī)處理后經(jīng)串行VI發(fā)送至上位機(jī)。上位Pc機(jī)接收到下位機(jī)的流量、密度信息后，根據(jù)要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并實(shí)現(xiàn)顯示、打印、存儲(chǔ)、報(bào)警等功能。
3、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件主要包括泥漿流量計(jì)、桉輻射密度計(jì)和單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)。
(1)LD泥漿流量計(jì)的測(cè)量原理
LD泥漿流量計(jì)由LDF一101系列電磁流量傳感器和LDZ一4B型電磁流量轉(zhuǎn)換器兩部分組成。
LDF一101系列電磁流量傳感器根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)原理做成，它與轉(zhuǎn)換器配套使用，用來(lái)測(cè)量各種導(dǎo)電液體或固、液兩相懸浮液的體積流量。
當(dāng)導(dǎo)電液體沿測(cè)量管在交變磁場(chǎng)中作與磁力線垂直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電液體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，此感應(yīng)電勢(shì)通過(guò)測(cè)量管壁上的一對(duì)電極測(cè)出。
若感應(yīng)電勢(shì)為E，則有：
E=KBVD
式中：B一磁感應(yīng)強(qiáng)度，Wb/cm²；
D一電極間距離，僅似于測(cè)量管內(nèi)徑相等，cm；
V一測(cè)量管內(nèi)被測(cè)流體在橫截面上的平均流速，m/s；
K一與磁場(chǎng)分布及軸向長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù)；
由此可推得瞬時(shí)流量Q與流量V的關(guān)系為：

式中：A一測(cè)量管橫截面積；

K一儀表常數(shù)。

當(dāng)儀表常數(shù)K確定后，感應(yīng)電勢(shì)與流量Q成正比，該流量信號(hào)輸入LDZ一4B型電磁流量轉(zhuǎn)換器，經(jīng)放大，變換成與流量成正比的直流信號(hào)4~20mA。

LDZ一4B型電磁流量轉(zhuǎn)換器與LD—F1叭型的電磁流量傳感器配套使用，將來(lái)自傳感器的低電平毫伏信號(hào)轉(zhuǎn)換成與流量成正比例的4-20mADC統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，供顯示、記錄、調(diào)節(jié)控制和流量計(jì)算等使用。

(2)NMF一216型核輻射密度計(jì)測(cè)量原理

泥漿的濃度和密度在某種意義上說(shuō)也是同一個(gè)概念，設(shè)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(zhì)量百分比濃度為：

因此通過(guò)測(cè)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(jì)能對(duì)被測(cè)介質(zhì)(固態(tài)或液態(tài))的密度進(jìn)行非接觸式測(cè)量，尤其能在環(huán)境比較惡劣的條件下工作。

放射性同位素產(chǎn)生的γ射線具有穿透物質(zhì)的能力，對(duì)于一束準(zhǔn)直的γ射線，在穿過(guò)管徑為d，密度為ρ的被測(cè)介質(zhì)后，人射到γ射線探測(cè)器上的射線強(qiáng)度I與ρ=0時(shí)射線強(qiáng)度Io之間成指數(shù)關(guān)系：

式中：μm一質(zhì)量密度吸收系數(shù)，cm²/g；

ρ一介質(zhì)密度，g/cm³；

d一管道內(nèi)徑。

由此可推得：

通過(guò)測(cè)量射線強(qiáng)弱變化，即可知道介質(zhì)密度大小，將放射源和射線探測(cè)器分別安裝在被測(cè)管道兩測(cè)，用計(jì)算機(jī)處理射線探測(cè)器的輸出信號(hào)，就可顯示出被測(cè)介質(zhì)的密度或濃度。

核輻射放射源產(chǎn)生的射線在穿過(guò)被測(cè)介質(zhì)后，照射到閃爍計(jì)數(shù)器上，介質(zhì)密度越高，照射到閃爍計(jì)數(shù)器上的射線強(qiáng)度越弱，反之亦然 閃爍計(jì)數(shù)器將射線的強(qiáng)度成正比的轉(zhuǎn)換成電脈沖計(jì)數(shù)率，經(jīng)閃爍探頭的前置放大器，幅度甑別器、分頻器、射級(jí)輸出器，輸出幅度恒定的電脈沖信號(hào)，送CPU板測(cè)量計(jì)數(shù)。CPU板上的單片機(jī)對(duì)測(cè)得的計(jì)數(shù)頻率進(jìn)行處理，得到被測(cè)介質(zhì)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(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)該部分由8031單片機(jī)、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(nèi)無(wú)ROM的單片機(jī)，系統(tǒng)配置一片2732（4K）作程序存儲(chǔ)器，同時(shí)還擴(kuò)展一片E²PROM2816(2K)作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，該芯片是電可擦除可編程的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，掉電后存儲(chǔ)的信息不會(huì)丟失，用它來(lái)存儲(chǔ)注漿原始記錄。為讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果及作打印機(jī)接口，系統(tǒng)擴(kuò)展一片8155芯片，它含有256ByteRAM，2個(gè)8位 、一個(gè)6位的可編程并行1/0和1個(gè)l4位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。

4、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件部分包括單片機(jī)測(cè)試程序、PC機(jī)通訊程序、PC機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序。受篇幅限制，這里僅給出數(shù)據(jù)庫(kù)管理的程序結(jié)構(gòu)框圖，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。該部分程序用FoxPro2.5 for Windows編寫(xiě)，按系統(tǒng)共要求設(shè)置三層菜單界面。

5、結(jié)語(yǔ)

整套裝置試運(yùn)行表明，該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便，測(cè)試精度高，實(shí)時(shí)性好，顯示直觀，測(cè)試數(shù)據(jù)資料齊備等優(yōu)點(diǎn)，很受用戶(hù)歡迎。此外，整套裝置還具有較高的性能價(jià)格比，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。