膏体充填液位检测方法研究

2020-05-13李培乾于庆海黄炜金晓燕王贝仑鲍时进

中国设备工程 2020年8期

李培乾，于庆海，黄炜，金晓燕，王贝仑，鲍时进

（扬州环锐科技有限公司，江苏扬州 225000）

1 课题背景及意义

随着矿山充填开采技术的逐步推广，充填开采装备的自动化技术创新和研发必不可少。其中，充填工作面液位的实时准确检测，对于充填过程控制和矿山安全绿色开采具有非常重要的作用。本课题的需求是研究一种非侵入式、非接触式和安全的动态膏体液位检测方法。充填过程中，为了避免漏浆，整个隔离板面后采用隔离布隔离防护，如图1 所示。膏体充填工况有几项特殊性：（1）充填后会凝固，侵入式测量方案显然不利于传感器的重复使用；（2）充填之前，充填工作面只有由N 个液压支架隔离板拼接而成的一侧具备安装传感器的条件；（3）为了防止泄露，隔离板外侧隔离有隔离布等，必须考虑如何避免其干扰。

图1 膏体充填工作面隔离示意图

2 膏体充填液位检测装置研究

经过详细调研课题组对方案进行了多次优化，检测装置如图2 所示。上隔离板上预制有传感器安装孔，安装孔充填工作面侧的焊接有法兰，传感器安装板与法兰相连，传感器安装板上设置有钢化玻璃、传感器护罩、视窗和传感器等；钢化玻璃压于安装面板上（安装面板中间区域预留有视窗），安装面板与传感器护罩之间采用螺栓连接，传感器护罩压接于钢化玻璃上（压接中间区域装有密封条）；传感器（面阵雷达，视场角为≥100°，可以扫描充填工作面后的一片扇形区域，可以获取纵深深度和上下高度的坐标数据）装于传感器护罩上，探头位置与钢化玻璃贴合（钢化玻璃前开有视窗，可透射光波和电磁波信号）。其显著优势在于：（1）可以实施检测充填工作面一定宽度区域的膏体充填高度情况；（2）可以反馈拉架后的充填工作面宽度情况；（3）密封结构稳定可靠，无须担心泄露问题。

3 充填液位检测装置试验情况

为了兼顾耐用性和可靠性等多方面因素的要求，本文课题选用了激光雷达，与普通微波雷达和超声波传感器等相比，激光雷达使用的是激光束，工作频率较微波高了许多，具有诸多优点（例如，分辨率高、抗干扰能力强、体积小和质量轻等），激光面阵雷达特别适用于三维位置信息的采集。雷达应用软件开发工具包（SDK）以帧为单位输出所设置分辨率大小的深度图数据，以一维数组形式排列，顺序以图像左上角像素为原点，依照从左到右、从上至下的顺序输出。每个像素以一个16 位无符号短整形数表示被探测物体到相机所在平面的距离，实测数据如图3 所示。