本發(fā)明涉及煤礦安全技術領域,尤其涉及一種用于井下的隔爆水袋的自動注水裝置及自動注水方法。
背景技術:
隔爆水棚是煤礦井下廣泛使用的隔離煤塵瓦斯爆炸沖擊波及火焰的設施,對于煤礦安全生產具有重要的意義。水棚是由架設于巷道頂部充滿水的水袋組成,當煤塵或瓦斯發(fā)生爆炸時,沖擊波將水袋震翻及破碎,水被瀑灑出來,形成水霧帶并充滿整個巷道,水霧能有效的降低懸浮煤塵的濃度,防止地面煤塵因為沖擊波而揚起,吸收熱量窒息火災,以此抑制和阻止爆炸的傳播,將爆炸控制在一定的區(qū)域內,降低爆炸的強度和危害。
為保證煤礦安全生產,需要設專人對隔爆水袋定期注水,現有注水方式主要靠人工操作。隔爆水棚通常由成列排列的隔爆水袋組成,注水時需要單獨對每一個水袋進行注水,操作繁瑣復雜,效率低下。由于工人注水時處在水袋下方,無法看到袋中水位情況,注水往往達不到標準或超出標準,水袋中水量過少會影響隔爆水棚的防爆作用,水量過多則可能使水袋脫落。井下環(huán)境復雜,受震動、地熱、通風、觸碰等因素的影響,水袋中的水會不斷損耗,井下注水通常采用定期注水的方式,注水時機過早浪費人工,注水時機過晚會使水袋水量低于標準,帶來較大的安全隱患。
現有井下隔爆水棚及注水方式存在明顯缺點和不足:由于隔爆水袋中水的損耗受多種隨機因素的影響,水位變化無法預知,注水工人定期給水袋注水,難免出現注水不及時,從而帶來安全隱患;井下隔爆水棚灌裝水時,在運輸大巷來回機車運行的情況下,影響人員的操作安全;另外在掘進工作面、回采面巷道內的刮板輸送機、膠帶輸送機等機械設備運轉時,人員需跨越刮板輸送機、膠帶輸送機等機械設備去灌裝水,帶來人身傷害隱患;隔爆水棚注水較為頻繁,影響煤礦正常生產;由于需要人工注水,操作繁瑣,工作量大。
因此,現有技術有待于更進一步的改進和發(fā)展。
技術實現要素:
鑒于上述現有技術的不足,本發(fā)明的目的在于提供的一種用于井下的隔爆水袋的自動注水裝置及自動注水方法,完成自動注水,保證隔爆水袋中的水量始終處于所規(guī)定的正常水位。
為解決上述技術問題,本發(fā)明方案包括:
一種用于井下的隔爆水袋的自動注水裝置,其包括布置在井下的放置支架,放置支架上布置有多個隔爆水袋,其中,放置架上設置有供水管路,供水管路與相應隔爆水袋相對應,供水管路上設置有電磁閥,供水管路與給水總管相連通,隔爆水袋上設置有形變式傳感器,形變式傳感器與一控制器通信連接,上述電磁閥也與該控制器通信連接,當隔爆水袋內水量低于預設值時,控制器控制電磁閥向對應隔爆水袋內注水。
所述的自動注水裝置,其中,上述形變式傳感器包括彈性橡膠片,彈性橡膠片中部設置有應變片,彈性橡膠片的兩端分別設置有掛鉤,掛鉤掛置在上述放置支架對應處,彈性橡膠片長度略大于隔爆水袋底部圓弧長度,使其在隔爆水袋水量較多時能緊貼隔爆水袋表面形成一個圓弧,當應變片拉伸時,電阻增大,形變式傳感器電壓升高,直至應變片的電阻到達預設值,控制器控制電磁閥停止注水,當應變片縮短時,電阻減小,形變式傳感器電壓減小,控制器控制電磁閥開始注水。
所述的自動注水裝置,其中,上述控制器包括電橋電路,電橋電路與一電路放大器通信連接,電路放大器與一單片機通信連接;電橋電路包括第一電阻、第二電阻與第三電阻,第一電阻與上述應變片串聯形成第一支路,第二電阻與第三電阻串聯形成第二支路,第一支路與第二支路為并聯,第一支路與第二支路的連接點分別與一電源相連接,第一電阻與上述應變片之間的第一支路上設置有第一連接線,第一連接線與電路放大器的對應端電路連接,第二電阻與第三電阻之間的第二支路上設置有第二連接線,第二連接線與電路放大器的對應端電路連接;單片機與上述電磁閥通信連接,用于控制電磁閥的開關狀態(tài)。
一種使用上述自動注水裝置的自動注水方法,其包括以下步驟:
控制器預先設置隔爆水袋的標準水位,此時第一電阻、應變片的電阻、第二電阻與第三電阻的電阻相同,電橋電路處于平衡狀態(tài),電磁閥不工作;
當隔爆水袋內水量增多時,形變式傳感器與隔爆水袋接觸各點的水壓都將增大,使形變式傳感器向其外表面方向移動,而形變式傳感器兩側掛鉤掛在放置支架上位置不發(fā)生變化,形變式傳感器的長度將伸長,使應變片拉伸時,電阻增大,形變式傳感器電壓升高,控制器控制電磁閥停止供水;
當隔爆水袋內水量減小時,形變式傳感器與隔爆水袋接觸各點的水壓都將減小,由于各點處水的壓力小于隔爆水袋的徑向彈力,隔爆水袋向其內表面方向移動,而形變式傳感器兩側掛鉤掛在放置支架上位置不發(fā)生變化,使應變片縮短時,電阻減小,形變式傳感器電壓減小,控制器控制電磁閥開始供水。
本發(fā)明提供的一種用于井下的隔爆水袋的自動注水裝置及自動注水方法,操作簡單易行,自動化程度高,方便管理;能夠自動連續(xù)監(jiān)測水袋中水位的變化情況,并及時進行補水,減小水量過少帶來的安全隱患;不需要專人注水,降低了用工,提高了效率,且不妨礙正常生產;功能多樣,可擴展性強,用途廣泛。
附圖說明
圖1為本發(fā)明中自動注水裝置的結構示意圖;
圖2為本發(fā)明中一個隔爆水袋的結構示意圖;
圖3為本發(fā)明中形變式傳感器的結構示意圖;
圖4為本發(fā)明中隔爆水袋水量過少時的結構示意圖;
圖5為本發(fā)明中隔爆水袋水量適量時的結構示意圖;
圖6為本發(fā)明中控制器與應變片的結構示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種用于井下的隔爆水袋的自動注水裝置及自動注水方法,為使本發(fā)明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確,以下對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明提供了一種用于井下的隔爆水袋的自動注水裝置,如圖1與圖2所示的,其包括布置在井下的放置支架6,放置支架6上布置有多個隔爆水袋5,其中,放置架6上設置有供水管路,供水管路與相應隔爆水袋5相對應,供水管路上設置有電磁閥3,供水管路與給水總管2相連通,隔爆水袋5上設置有形變式傳感器4,形變式傳感器4與一控制器通信連接,上述電磁閥3也與該控制器通信連接,當隔爆水袋5內水量低于預設值時,控制器控制電磁閥3向對應隔爆水袋內注水,當隔爆水袋5內水量到達預設值時,電磁閥3停止注水。
在本發(fā)明的另一較佳實施例中,如圖3所示的,上述形變式傳感器4包括彈性橡膠片7,彈性橡膠片7中部設置有應變片8,應變片8一般采用由彈性材料制成的電阻,彈性橡膠片7的兩端分別設置有掛鉤,掛鉤掛置在上述放置支架6對應處,彈性橡膠片7長度略大于隔爆水袋5底部圓弧長度,使其在隔爆水袋5水量較多時能緊貼隔爆水袋5表面形成一個圓弧,當應變片8拉伸時,電阻增大,形變式傳感器4電壓升高,直至應變片8的電阻到達預設值,控制器控制電磁閥3停止注水;當應變片8縮短時,電阻減小,形變式傳感器4電壓減小,控制器控制電磁閥3開始注水。
更進一步的,上述控制器包括電橋電路,電橋電路與一電路放大器9通信連接,電路放大器9與一單片機10通信連接;電橋電路包括第一電阻11、第二電阻12與第三電阻13,第一電阻11與上述應變片8串聯形成第一支路,第二電阻12與第三電阻13串聯形成第二支路,第一支路與第二支路為并聯,第一支路與第二支路的連接點分別與一電源14相連接,第一電阻11與上述應變片8之間的第一支路上設置有第一連接線15,第一連接線15與電路放大器9的對應端電路連接,第二電阻12與第三電阻13之間的第二支路上設置有第二連接線16,第二連接線16與電路放大器9的對應端電路連接;單片機10與上述電磁閥3通信連接,用于控制電磁閥3的開關狀態(tài)。
本發(fā)明還提供了一種使用上述自動注水裝置的自動注水方法,如圖4、圖5與圖6所示的,其包括以下步驟:
控制器預先設置隔爆水袋5的標準水位,此時第一電阻11、應變片8的電阻、第二電阻與12第三電阻13的電阻相同,電橋電路處于平衡狀態(tài),電磁閥3不工作;
當隔爆水袋5內水量增多時,形變式傳感器4與隔爆水袋5接觸各點的水壓都將增大,使形變式傳感器4向其外表面方向移動,而形變式傳感器4兩側掛鉤掛在放置支架6上位置不發(fā)生變化,形變式傳感器4的長度將伸長,使應變片8拉伸時,電阻增大,形變式傳感器4電壓升高,直至應變片8的電阻到達預設值,控制器控制電磁閥3停止注水;
當隔爆水袋5內水量減小時,形變式傳感器4與隔爆水袋5接觸各點的水壓都將減小,由于各點處水的壓力小于隔爆水袋5的徑向彈力,隔爆水袋5向其內表面方向移動,而形變式傳感器4兩側掛鉤掛在放置支架6上位置不發(fā)生變化,使應變片8縮短時,電阻減小,形變式傳感器4電壓減小,控制器控制電磁閥3開始供水。單片機10中預先設定臨界電壓,當電壓信號超出標準水位的臨界電壓,單片機10控制電磁閥3注水,當電壓信號恰好位于標準水位的臨界電壓,單片機10控制電磁閥3停止注水,從而實現了自動注水以及相應的功能。
其更進一步的描述為:形變式傳感器4由彈性橡膠片7、應變片8組成,為了準確確定隔爆水袋5中水量,本發(fā)明依靠形變式傳感器4的變形過程中電阻變化來確定水量。形變式傳感器4主要由彈性橡膠片7、應變片8組成,應變片8牢固的粘貼在彈性橡膠片7表面。形變式傳感器4長度略微大于隔爆水袋5底部圓弧長度,使其在隔爆水袋5水量較多時能緊貼隔爆水袋5表面形成一個圓弧。當水量增多時,形變式傳感器4與隔爆水袋5接觸各點的水壓都將增大,由于壓力作用在形變式傳感器4內表面,形變式傳感器4向其外表面方向移動,而形變式傳感器4兩側掛鉤掛在放置支架6上位置不發(fā)生變化,所以形變式傳感器4的長度將伸長。應變片6由于粘貼在彈性橡膠片7表面上,當形變式傳感器4被拉伸,應變片8長度也會發(fā)生變化。應變片8拉伸時,電阻增大,形變式傳感器4電壓升高。當水量減小時,形變式傳感器4與隔爆水袋5接觸各點的水壓都將減小,由于各點處水的壓力小于形變式傳感器4的徑向彈力,形變式傳感器4向其內表面方向移動,而形變式傳感器4兩側掛鉤掛在放置支架6上位置不發(fā)生變化,所以形變式傳感器4將縮短。應變片8由于粘貼在彈性橡膠片7表面,其長度也將縮短,電阻減小,形變式傳感器4兩側電壓減小。通過監(jiān)測形變式傳感器4的電壓變化,可以準確檢測隔爆水袋中水量。
控制器組成部分包括:第一電阻11r1、第二電阻12r2與第三電阻13r3、電路放大器9、單片機10??刂破髦须娮鑢1、r2、r3以及形變式傳感器4中應變片8之等效電阻rx構成一個電橋電路,使用時根據隔爆水袋5容量調整電阻r1、r2、r3,使隔爆水袋5水量處于規(guī)定水位時,r1=r2=r3=rx。當隔爆水袋5水位處于標準狀態(tài)時,電橋電路處于一種平衡狀態(tài),所以無輸出電壓。當隔爆水袋5水量發(fā)生變化時,形變式傳感器4的電阻發(fā)生變化,電橋平衡狀態(tài)被打破,使得電橋電路中有電壓通過。電路放大器9將電壓信號進行放大,再將信號傳遞給單片機10。單片機與模數轉換芯片相連,模數轉換芯片將模擬信號轉換成數字信號,單片機10能按規(guī)定的時序來采集這些數字信號,通過一定的算法計算出被測量電壓的值。單片機10中預先設定臨界電壓,當電壓信號超出臨界電壓,單片機10控制電磁閥3進行注水,從而實現自動注水及其他功能。
為了更進一步描述本發(fā)明,以下列舉更為詳盡的實施例進行說明。
實施例1
使用時先將隔爆水袋5安裝在兩側放置支架6上,然后將形變式傳感器4安裝在隔爆水袋5下部中間位置,形變式傳感器4掛鉤分別掛在放置支架6的對應處上??刂破靼惭b在隔爆水袋5兩側支架上,電磁閥3安裝在隔爆水袋5上方,并將給水管路2的出水口供水管路相連接,電磁閥3設置在供水管上。設備安裝完畢后向其通電,此時形變式傳感器4電阻較小,電壓高于預設值,控制器控制電磁閥3開啟,向隔爆水袋5中不斷注水。隨著水量增多,形變式傳感器4會發(fā)生彈性形變,應變片8隨著彈性橡膠片7發(fā)生變化,應變片8的電阻不斷增大。當隔爆水袋5中水量達到預定標準,形變式傳感器4兩側電壓達到預設值,控制器關閉電磁閥3,停止向隔爆水袋5注水。隨著水量減少彈性橡膠片7逐漸縮短,應變片8電阻逐漸減小,電橋電路輸出電壓。當電壓值超過預定范圍,控制器控制電磁閥3開啟,開始向隔爆水袋5中注水。當井下發(fā)生瓦斯、煤塵爆炸或爆轟時,在沖擊波的作用下,隔爆水袋5發(fā)生傾覆或者破碎,形成水霧充滿整個巷道從而起到隔爆的作用。與人工注水方式相比,本裝置實現了根據水袋水位情況自動注水,使隔爆水袋中水量始終處于所規(guī)定的正常水位,工作效率高、效果好、節(jié)約人工。
實施例2
可在每個隔爆水袋5上方布置兩個電磁閥3,其中一個電磁閥3出水口外接噴淋頭,兩個電磁閥3并連布置在給水管路出水口處。使用時先將隔爆水袋5安裝在兩側放置支架6上,然后將形變式傳感器4安裝在隔爆水袋5下部中間位置,形變式傳感器4掛鉤分別掛在兩側放置支架6上。控制器安裝在隔爆水袋5兩側放置支架6上,電磁閥3安裝在隔爆水袋5上方。當隔爆水袋5水量不足時,電磁閥3開啟向隔爆水袋5中注水,保證了隔爆水袋5水量始終處于所規(guī)定的正常水位。當井下發(fā)生爆炸時,沖擊波將水袋震翻及破碎,由于形變式傳感器4具有彈性,在隔爆水袋5傾覆及破碎的時候會發(fā)生快速收縮,應變片8的電阻在短時間內會急劇減小,此時電橋電路輸出電壓會發(fā)生突變。這種突變與水量不足時電壓的變化是有區(qū)別的,若水位正常降低時,電壓變化的速率極小;若因爆炸而引起水袋破裂,則電壓變化的速率極大。在控制器接收到信號后,能根據電壓前后變化的時間及幅度進行判斷。若判定電壓變化是由爆炸引起時,控制器可打開外接噴淋頭的電磁閥3,水通過噴淋頭3濺水盤灑出形成水霧帶并充滿整個巷道,以此降低懸浮煤塵的濃度,防止地面煤塵因為沖擊波而揚起,抑制、熄滅接至而來的火焰,阻止爆炸的傳播,降低爆破的強度及危害。
實施例3
本發(fā)明可接入煤礦已有的煤礦安全生產監(jiān)控系統(tǒng),使其在發(fā)揮自動注水功能的同時,也可作為煤礦安全生產監(jiān)控系統(tǒng)的終端起到監(jiān)測作用。使用時先將隔爆水袋5安裝在兩側放置支架6上,然后將形變式傳感器4安裝在隔爆水袋5下部中間位置,形變式傳感器4掛鉤分別掛在兩側放置支架6上??刂破靼惭b在放置支架6對應處上,電磁閥3安裝在隔爆水袋5上方,將控制器接入煤礦安全生產監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網,起到終端傳感器作用。當隔爆水袋5水量不足時,電磁閥3開啟向隔爆水袋5中注水,保證隔爆水袋5水量始終處于標準范圍內。當井下發(fā)生爆炸時,沖擊波將水袋震翻及破碎,此時電橋電路輸出電壓發(fā)生突變。控制器接受到電壓突變信號并進行判斷后,按照煤礦安全生產監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)定的通訊協議生成數據,并通過通信接口經由井下現有的煤礦安全生產監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網,傳輸至分站,并由分站傳輸至安全生產監(jiān)控系統(tǒng)主機,從而起到監(jiān)測報警的作用。隔爆水棚主要安裝在大巷、煤倉、石門及其他易發(fā)生爆炸的地點,將本裝置接入煤礦安全生產監(jiān)控系統(tǒng)可擴大煤礦井下安全監(jiān)測范圍,既能發(fā)揮自身隔爆功能,也可在災后救援及應急處理中發(fā)揮重要作用。
當然,以上說明僅僅為本發(fā)明的較佳實施例,本發(fā)明并不限于列舉上述實施例,應當說明的是,任何熟悉本領域的技術人員在本說明書的教導下,所做出的所有等同替代、明顯變形形式,均落在本說明書的實質范圍之內,理應受到本發(fā)明的保護。