一種用于井下的隔爆水袋的自動(dòng)注水裝置及自動(dòng)注水方法與流程

本發(fā)明涉及煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于井下的隔爆水袋的自動(dòng)注水裝置及自動(dòng)注水方法。

背景技術(shù)：

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(shè)施，對于煤礦安全生產(chǎn)具有重要的意義。水棚是由架設(shè)于巷道頂部充滿水的水袋組成，當(dāng)煤塵或瓦斯發(fā)生爆炸時(shí)，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(gè)巷道，水霧能有效的降低懸浮煤塵的濃度，防止地面煤塵因?yàn)闆_擊波而揚(yáng)起，吸收熱量窒息火災(zāi)，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(nèi)，降低爆炸的強(qiáng)度和危害。

為保證煤礦安全生產(chǎn)，需要設(shè)專人對隔爆水袋定期注水，現(xiàn)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(shí)需要單獨(dú)對每一個(gè)水袋進(jìn)行注水，操作繁瑣復(fù)雜，效率低下。由于工人注水時(shí)處在水袋下方，無法看到袋中水位情況，注水往往達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)或超出標(biāo)準(zhǔn)，水袋中水量過少會(huì)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(fù)雜，受震動(dòng)、地?zé)?、通風(fēng)、觸碰等因素的影響，水袋中的水會(huì)不斷損耗，井下注水通常采用定期注水的方式，注水時(shí)機(jī)過早浪費(fèi)人工，注水時(shí)機(jī)過晚會(huì)使水袋水量低于標(biāo)準(zhǔn)，帶來較大的安全隱患。

現(xiàn)有井下隔爆水棚及注水方式存在明顯缺點(diǎn)和不足：由于隔爆水袋中水的損耗受多種隨機(jī)因素的影響，水位變化無法預(yù)知，注水工人定期給水袋注水，難免出現(xiàn)注水不及時(shí)，從而帶來安全隱患；井下隔爆水棚灌裝水時(shí)，在運(yùn)輸大巷來回機(jī)車運(yùn)行的情況下，影響人員的操作安全；另外在掘進(jìn)工作面、回采面巷道內(nèi)的刮板輸送機(jī)、膠帶輸送機(jī)等機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，人員需跨越刮板輸送機(jī)、膠帶輸送機(jī)等機(jī)械設(shè)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(chǎn)；由于需要人工注水，操作繁瑣，工作量大。

因此，現(xiàn)有技術(shù)有待于更進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)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(dòng)注水裝置及自動(dòng)注水方法，完成自動(dòng)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(shù)問題，本發(fā)明方案包括：

一種用于井下的隔爆水袋的自動(dòng)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(gè)隔爆水袋，其中，放置架上設(shè)置有供水管路，供水管路與相應(yīng)隔爆水袋相對應(yīng)，供水管路上設(shè)置有電磁閥，供水管路與給水總管相連通，隔爆水袋上設(shè)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(dāng)隔爆水袋內(nèi)水量低于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器控制電磁閥向?qū)?yīng)隔爆水袋內(nèi)注水。

所述的自動(dòng)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(shè)置有應(yīng)變片，彈性橡膠片的兩端分別設(shè)置有掛鉤，掛鉤掛置在上述放置支架對應(yīng)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(shí)能緊貼隔爆水袋表面形成一個(gè)圓弧，當(dāng)應(yīng)變片拉伸時(shí)，電阻增大，形變式傳感器電壓升高，直至應(yīng)變片的電阻到達(dá)預(yù)設(shè)值，控制器控制電磁閥停止注水，當(dāng)應(yīng)變片縮短時(shí)，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(dòng)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(jī)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(yīng)變片串聯(lián)形成第一支路，第二電阻與第三電阻串聯(lián)形成第二支路，第一支路與第二支路為并聯(lián)，第一支路與第二支路的連接點(diǎn)分別與一電源相連接，第一電阻與上述應(yīng)變片之間的第一支路上設(shè)置有第一連接線，第一連接線與電路放大器的對應(yīng)端電路連接，第二電阻與第三電阻之間的第二支路上設(shè)置有第二連接線，第二連接線與電路放大器的對應(yīng)端電路連接；單片機(jī)與上述電磁閥通信連接，用于控制電磁閥的開關(guān)狀態(tài)。

一種使用上述自動(dòng)注水裝置的自動(dòng)注水方法，其包括以下步驟：

控制器預(yù)先設(shè)置隔爆水袋的標(biāo)準(zhǔn)水位，此時(shí)第一電阻、應(yīng)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(dāng)隔爆水袋內(nèi)水量增多時(shí)，形變式傳感器與隔爆水袋接觸各點(diǎn)的水壓都將增大，使形變式傳感器向其外表面方向移動(dòng)，而形變式傳感器兩側(cè)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(yīng)變片拉伸時(shí)，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(dāng)隔爆水袋內(nèi)水量減小時(shí)，形變式傳感器與隔爆水袋接觸各點(diǎn)的水壓都將減小，由于各點(diǎn)處水的壓力小于隔爆水袋的徑向彈力，隔爆水袋向其內(nèi)表面方向移動(dòng)，而形變式傳感器兩側(cè)掛鉤掛在放置支架上位置不發(fā)生變化，使應(yīng)變片縮短時(shí)，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(dòng)注水裝置及自動(dòng)注水方法，操作簡單易行，自動(dòng)化程度高，方便管理；能夠自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測水袋中水位的變化情況，并及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)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(chǎn)；功能多樣，可擴(kuò)展性強(qiáng)，用途廣泛。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中自動(dòng)注水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中一個(gè)隔爆水袋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中形變式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中隔爆水袋水量過少時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中隔爆水袋水量適量時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明中控制器與應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種用于井下的隔爆水袋的自動(dòng)注水裝置及自動(dòng)注水方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)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(dòng)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(gè)隔爆水袋5，其中，放置架6上設(shè)置有供水管路，供水管路與相應(yīng)隔爆水袋5相對應(yīng)，供水管路上設(shè)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(shè)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(dāng)隔爆水袋5內(nèi)水量低于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器控制電磁閥3向?qū)?yīng)隔爆水袋內(nèi)注水，當(dāng)隔爆水袋5內(nèi)水量到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，電磁閥3停止注水。

在本發(fā)明的另一較佳實(shí)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(shè)置有應(yīng)變片8，應(yīng)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(shè)置有掛鉤，掛鉤掛置在上述放置支架6對應(yīng)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(shí)能緊貼隔爆水袋5表面形成一個(gè)圓弧，當(dāng)應(yīng)變片8拉伸時(shí)，電阻增大，形變式傳感器4電壓升高，直至應(yīng)變片8的電阻到達(dá)預(yù)設(shè)值，控制器控制電磁閥3停止注水；當(dāng)應(yīng)變片8縮短時(shí)，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(jìn)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(jī)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(yīng)變片8串聯(lián)形成第一支路，第二電阻12與第三電阻13串聯(lián)形成第二支路，第一支路與第二支路為并聯(lián)，第一支路與第二支路的連接點(diǎn)分別與一電源14相連接，第一電阻11與上述應(yīng)變片8之間的第一支路上設(shè)置有第一連接線15，第一連接線15與電路放大器9的對應(yīng)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(shè)置有第二連接線16，第二連接線16與電路放大器9的對應(yīng)端電路連接；單片機(jī)10與上述電磁閥3通信連接，用于控制電磁閥3的開關(guān)狀態(tài)。

本發(fā)明還提供了一種使用上述自動(dòng)注水裝置的自動(dòng)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(yù)先設(shè)置隔爆水袋5的標(biāo)準(zhǔn)水位，此時(shí)第一電阻11、應(yīng)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(dāng)隔爆水袋5內(nèi)水量增多時(shí)，形變式傳感器4與隔爆水袋5接觸各點(diǎn)的水壓都將增大，使形變式傳感器4向其外表面方向移動(dòng)，而形變式傳感器4兩側(cè)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(yīng)變片8拉伸時(shí)，電阻增大，形變式傳感器4電壓升高，直至應(yīng)變片8的電阻到達(dá)預(yù)設(shè)值，控制器控制電磁閥3停止注水；

當(dāng)隔爆水袋5內(nèi)水量減小時(shí)，形變式傳感器4與隔爆水袋5接觸各點(diǎn)的水壓都將減小，由于各點(diǎn)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(nèi)表面方向移動(dòng)，而形變式傳感器4兩側(cè)掛鉤掛在放置支架6上位置不發(fā)生變化，使應(yīng)變片8縮短時(shí)，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(jī)10中預(yù)先設(shè)定臨界電壓，當(dāng)電壓信號(hào)超出標(biāo)準(zhǔn)水位的臨界電壓，單片機(jī)10控制電磁閥3注水，當(dāng)電壓信號(hào)恰好位于標(biāo)準(zhǔn)水位的臨界電壓，單片機(jī)10控制電磁閥3停止注水，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)注水以及相應(yīng)的功能。

其更進(jìn)一步的描述為：形變式傳感器4由彈性橡膠片7、應(yīng)變片8組成，為了準(zhǔn)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(yīng)變片8組成，應(yīng)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(shí)能緊貼隔爆水袋5表面形成一個(gè)圓弧。當(dāng)水量增多時(shí)，形變式傳感器4與隔爆水袋5接觸各點(diǎn)的水壓都將增大，由于壓力作用在形變式傳感器4內(nèi)表面，形變式傳感器4向其外表面方向移動(dòng)，而形變式傳感器4兩側(cè)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(yīng)變片6由于粘貼在彈性橡膠片7表面上，當(dāng)形變式傳感器4被拉伸，應(yīng)變片8長度也會(huì)發(fā)生變化。應(yīng)變片8拉伸時(shí)，電阻增大，形變式傳感器4電壓升高。當(dāng)水量減小時(shí)，形變式傳感器4與隔爆水袋5接觸各點(diǎn)的水壓都將減小，由于各點(diǎn)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(nèi)表面方向移動(dòng)，而形變式傳感器4兩側(cè)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(yīng)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(cè)電壓減小。通過監(jiān)測形變式傳感器4的電壓變化，可以準(zhǔn)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(jī)10?？刂破髦须娮鑢1、r2、r3以及形變式傳感器4中應(yīng)變片8之等效電阻rx構(gòu)成一個(gè)電橋電路，使用時(shí)根據(jù)隔爆水袋5容量調(diào)整電阻r1、r2、r3，使隔爆水袋5水量處于規(guī)定水位時(shí)，r1＝r2＝r3＝rx。當(dāng)隔爆水袋5水位處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，電橋電路處于一種平衡狀態(tài)，所以無輸出電壓。當(dāng)隔爆水袋5水量發(fā)生變化時(shí)，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(hào)進(jìn)行放大，再將信號(hào)傳遞給單片機(jī)10。單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)10能按規(guī)定的時(shí)序來采集這些數(shù)字信號(hào)，通過一定的算法計(jì)算出被測量電壓的值。單片機(jī)10中預(yù)先設(shè)定臨界電壓，當(dāng)電壓信號(hào)超出臨界電壓，單片機(jī)10控制電磁閥3進(jìn)行注水，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注水及其他功能。

為了更進(jìn)一步描述本發(fā)明，以下列舉更為詳盡的實(shí)施例進(jìn)行說明。

實(shí)施例1

使用時(shí)先將隔爆水袋5安裝在兩側(cè)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(yīng)處上?？刂破靼惭b在隔爆水袋5兩側(cè)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(shè)置在供水管上。設(shè)備安裝完畢后向其通電，此時(shí)形變式傳感器4電阻較小，電壓高于預(yù)設(shè)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(huì)發(fā)生彈性形變，應(yīng)變片8隨著彈性橡膠片7發(fā)生變化，應(yīng)變片8的電阻不斷增大。當(dāng)隔爆水袋5中水量達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，形變式傳感器4兩側(cè)電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值，控制器關(guān)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(yīng)變片8電阻逐漸減小，電橋電路輸出電壓。當(dāng)電壓值超過預(yù)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(dāng)井下發(fā)生瓦斯、煤塵爆炸或爆轟時(shí)，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(gè)巷道從而起到隔爆的作用。與人工注水方式相比，本裝置實(shí)現(xiàn)了根據(jù)水袋水位情況自動(dòng)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(shí)施例2

可在每個(gè)隔爆水袋5上方布置兩個(gè)電磁閥3，其中一個(gè)電磁閥3出水口外接噴淋頭，兩個(gè)電磁閥3并連布置在給水管路出水口處。使用時(shí)先將隔爆水袋5安裝在兩側(cè)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(cè)放置支架6上?？刂破靼惭b在隔爆水袋5兩側(cè)放置支架6上，電磁閥3安裝在隔爆水袋5上方。當(dāng)隔爆水袋5水量不足時(shí)，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(dāng)井下發(fā)生爆炸時(shí)，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(shí)候會(huì)發(fā)生快速收縮，應(yīng)變片8的電阻在短時(shí)間內(nèi)會(huì)急劇減小，此時(shí)電橋電路輸出電壓會(huì)發(fā)生突變。這種突變與水量不足時(shí)電壓的變化是有區(qū)別的，若水位正常降低時(shí)，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(hào)后，能根據(jù)電壓前后變化的時(shí)間及幅度進(jìn)行判斷。若判定電壓變化是由爆炸引起時(shí)，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(gè)巷道，以此降低懸浮煤塵的濃度，防止地面煤塵因?yàn)闆_擊波而揚(yáng)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(qiáng)度及危害。

實(shí)施例3

本發(fā)明可接入煤礦已有的煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，使其在發(fā)揮自動(dòng)注水功能的同時(shí)，也可作為煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的終端起到監(jiān)測作用。使用時(shí)先將隔爆水袋5安裝在兩側(cè)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(cè)放置支架6上?？刂破靼惭b在放置支架6對應(yīng)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(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)，起到終端傳感器作用。當(dāng)隔爆水袋5水量不足時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。當(dāng)井下發(fā)生爆炸時(shí)，沖擊波將水袋震翻及破碎，此時(shí)電橋電路輸出電壓發(fā)生突變?？刂破鹘邮艿诫妷和蛔冃盘?hào)并進(jìn)行判斷后，按照煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)定的通訊協(xié)議生成數(shù)據(jù)，并通過通信接口經(jīng)由井下現(xiàn)有的煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)，傳輸至分站，并由分站傳輸至安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)，從而起到監(jiān)測報(bào)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(diǎn)，將本裝置接入煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)可擴(kuò)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(zāi)后救援及應(yīng)急處理中發(fā)揮重要作用。

當(dāng)然，以上說明僅僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說明書的教導(dǎo)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(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護(hù)。