膏體充填液位檢測(cè)方法研究

李培乾，于慶海，黃煒，金曉燕，王貝侖，鮑時(shí)進(jìn)

（揚(yáng)州環(huán)銳科技有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

1 課題背景及意義

隨著礦山充填開采技術(shù)的逐步推廣，充填開采裝備的自動(dòng)化技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)必不可少。其中，充填工作面液位的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)，對(duì)于充填過程控制和礦山安全綠色開采具有非常重要的作用。本課題的需求是研究一種非侵入式、非接觸式和安全的動(dòng)態(tài)膏體液位檢測(cè)方法。充填過程中，為了避免漏漿，整個(gè)隔離板面后采用隔離布隔離防護(hù)，如圖1 所示。膏體充填工況有幾項(xiàng)特殊性：（1）充填后會(huì)凝固，侵入式測(cè)量方案顯然不利于傳感器的重復(fù)使用；（2）充填之前，充填工作面只有由N 個(gè)液壓支架隔離板拼接而成的一側(cè)具備安裝傳感器的條件；（3）為了防止泄露，隔離板外側(cè)隔離有隔離布等，必須考慮如何避免其干擾。

圖1 膏體充填工作面隔離示意圖

2 膏體充填液位檢測(cè)裝置研究

經(jīng)過詳細(xì)調(diào)研課題組對(duì)方案進(jìn)行了多次優(yōu)化，檢測(cè)裝置如圖2 所示。上隔離板上預(yù)制有傳感器安裝孔，安裝孔充填工作面?zhèn)鹊暮附佑蟹ㄌm，傳感器安裝板與法蘭相連，傳感器安裝板上設(shè)置有鋼化玻璃、傳感器護(hù)罩、視窗和傳感器等；鋼化玻璃壓于安裝面板上（安裝面板中間區(qū)域預(yù)留有視窗），安裝面板與傳感器護(hù)罩之間采用螺栓連接，傳感器護(hù)罩壓接于鋼化玻璃上（壓接中間區(qū)域裝有密封條）；傳感器（面陣?yán)走_(dá)，視場(chǎng)角為≥100°，可以掃描充填工作面后的一片扇形區(qū)域，可以獲取縱深深度和上下高度的坐標(biāo)數(shù)據(jù)）裝于傳感器護(hù)罩上，探頭位置與鋼化玻璃貼合（鋼化玻璃前開有視窗，可透射光波和電磁波信號(hào)）。其顯著優(yōu)勢(shì)在于：（1）可以實(shí)施檢測(cè)充填工作面一定寬度區(qū)域的膏體充填高度情況；（2）可以反饋拉架后的充填工作面寬度情況；（3）密封結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，無須擔(dān)心泄露問題。

3 充填液位檢測(cè)裝置試驗(yàn)情況

為了兼顧耐用性和可靠性等多方面因素的要求，本文課題選用了激光雷達(dá)，與普通微波雷達(dá)和超聲波傳感器等相比，激光雷達(dá)使用的是激光束，工作頻率較微波高了許多，具有諸多優(yōu)點(diǎn)（例如，分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小和質(zhì)量輕等），激光面陣?yán)走_(dá)特別適用于三維位置信息的采集。雷達(dá)應(yīng)用軟件開發(fā)工具包（SDK）以幀為單位輸出所設(shè)置分辨率大小的深度圖數(shù)據(jù)，以一維數(shù)組形式排列，順序以圖像左上角像素為原點(diǎn)，依照從左到右、從上至下的順序輸出。每個(gè)像素以一個(gè)16 位無符號(hào)短整形數(shù)表示被探測(cè)物體到相機(jī)所在平面的距離，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如圖3 所示。

圖2 激光面陣?yán)走_(dá)傳感器檢測(cè)裝置

4 結(jié)語

本文從當(dāng)前膏體充填工作面液位檢測(cè)需求的實(shí)際情況出發(fā)，提出了一種非侵入式、非接觸式和安全的動(dòng)態(tài)膏體液位檢測(cè)方法，通過工作原理分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，有效地解決了膏體充填工作面液位實(shí)時(shí)檢測(cè)的問題，能夠很大程度上促進(jìn)膏體充填工作面自動(dòng)化的研究和發(fā)展。

圖3 激光面陣?yán)走_(dá)傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)示意圖