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专利名称：一种矿坑涌水量监测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于流量监测装置，尤其涉及一种矿坑涌水量监测装置。
背景技术：
矿坑涌水一直是井下开采重点关注的安全隐患，对矿坑涌水量的实时监测是矿山防排水的必要手段。对矿坑涌水量的监测手段主要是对巷道排水沟中水流量的即时测量， 矿坑涌水在排水沟中的流动为水文学上的小断面明渠流动。现有的明渠流量主要采用间接测量法，在明渠中安装具有固定断面的节流装置， 对被测流体形成约束阻力，从而在节流装置的上、下游形成与明渠横截面上平均流速存在函数关系的液位差。如能保证节流装置下游出口处的液位不变，则节流装置的上游液位即可反映明渠横截面上的平均流速，进而达到明渠流量测量的目的。间接测量法主要通过差压式传感器或超声波方式测得水面液位，由于将下游具有自由液面的地点作为监测点，过流断面水流状态属于堰流，故只需在监测点上游安装差压式传感器或超声波探测装置即可达到对流量测量的目的。然而巷道排水沟中一般不存在下游具有自由液面的可测点，同时由于排水沟内空间有限，为保证涌水流动顺畅，也不可能在沟底筑造人工凸台以形成自由液面，因此如果安设节流装置，流过节流装置的水流将变为闸孔出流，但现有基于堰流的明渠流量计无法实现准确的测量。井下排水沟中涌水过流状态差异很大，涌水量大小随不同的季节和生产时段而发生变化，现有固定断面的节流装置无法适应不断发生变化的流速以及水位。井下水仓需及时清淤，排水通道并不固定，这就要求测流装置具有良好的可移动性，现有明渠流量计体积较大，且安装后不易进行移动；同时由于流量计需要大量的安装空间，很难在不影响涌水正常流动的前提下，安装在空间狭小的井下巷道及排水沟中。

发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种测量精确、适用范围广、便于移动以及适应恶劣环境的矿坑涌水量监测装置。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是该测量装置由流量计和流量积算仪两部分组成。流量计包括堰板架、插板调节槽、堰板插板、传感器安装支架、差压式传感器、引压软管、导水管和标尺。堰板架由两根立式支架和两根水平支架构成，在一根立式支架的上端固定装有传感器安装支架，传感器安装支架的上端装有两个差压式传感器。该根立式支架的前、后两侧分别设置有导水管，两根引压软管的一端分别与两个差压式传感器的引压孔对应连接，两根引压软管的另一端分别插入各自对应的导水管的底部。两根立式支架的上部分别固定有插板调节槽，堰板插板通过插板调节槽上的螺栓活动固定在堰板架上，立式支架中的一根支架内侧垂直地设有标尺。流量积算仪的两个输入信号接口通过信号线与两个差压式传感器分别连接，流量积算仪置于不锈钢仪表箱中。所述的两个差压式传感器安装在一个封闭的壳体内。所述的堰板架的两根立式支架和两根水平支架的内侧相互垂直，呈矩形，其中的两根立式支架内侧间的水平距离b = 300 500mm，两根水平支架内侧间的垂直距离h = 600 IOOOmm ；堰板架的两根立式支架和两根水平支架的外侧与排水沟的横截面尺寸相同，呈倒梯形；两根立式支架的横截面为变截面，截面为上宽下窄。所述的导水管的管壁上开有两列小孔，每列小孔为8 12个，每列小孔沿垂直方向的孔间距为40 60mm，每列小孔的直径为3 5mm，两列小孔交错布置。所述的插板调节槽的安装位置的水平横截面为旋转90°的“L”状，两个插板调节槽对称地固定在堰板架，插板调节槽上设有2 4个螺孔。所述的标尺的安装高度是零刻度与堰板架的底架内侧面平齐。所述的不锈钢仪表箱的电源线孔、信号线孔以及箱门之间的缝隙采用橡胶密封垫进行密封，不锈钢仪表箱中放有干燥剂。由于采用上述技术方案，本发明将流量计沿垂直水流方向插入排水沟，堰板架与沟壁紧密接触；根据即时涌水量Q大小调整间口开度e，使堰板插板的底部略高于上游水位高度。当水流通过导水管管壁上的小孔流入导水管内，管内水位与管外水位保持一致，引压软管的一端插入导水管底部，保证差压式传感器所测为静水压力；两根引压软管的另一端分别与两个差压式传感器的引压孔对应连接，并采用密封胶密封，准确测量上、下游液位差Ah。两个差压式传感器将差压信号转换为电信号，传输至流量积算仪。设间孔宽度为b 和开度为e，利用流量积算仪中的折线修正，按照涌水量β = 2448^ν 9.62ΔΑ的变换关系将输入信号转换为对应的瞬时流量值，则实现对测点下游无自由液面矿坑涌水量Q的精确测量。堰板插板插入插板调节槽，并通过标尺和调节插板调节槽上的螺栓精确调节堰板插板的固定高度，改变闸孔开度e，以适应不同季节和生产时段不断变化的涌水量Q。汛期涌水量Q大时适当调高闸孔开度e，以保证涌水能从闸孔中正常流过；旱季涌水量Q小时适当降低闸孔开度e，以保证出流为闸孔淹没出流，提高量测精度。针对不同尺寸地排水沟，采取不同闸孔宽度b的流量计。对于不同的闸孔宽度b和开度e，通过改变流量积算仪中的满度修正系数，实现将不同闸孔宽度b和开度e的输入信号转换为对应的瞬时流量值，具有广泛适用性。堰板架体积小，便于携带和安装，无需对井下巷道和排水沟进行改造，几乎不占用巷道和排水沟空间，既不影响巷道的正常使用功能，也能保证矿坑涌水的顺畅流动。流量积算仪安装在电源获取方便、光线较好的硐室中，并放置于不锈钢仪表箱中， 电源线孔、信号线孔以及箱门之间的缝隙采用橡胶密封垫进行密封，不锈钢仪表箱中放有干燥剂，使流量积算仪不至于暴露在井下潮湿空气中。因此，本发明具有测量精确、适用范围广、便于移动以及适应恶劣环境的特点；主要用于井下排水沟中矿坑涌水量的实时自动化监测、记录、查询和分析，此外还可用于与矿井环境相似的隧道、硐室等地下工程涌水量的监测。


图1为本发明的一种结构示意图；图2为图1的A-A向的剖面示意图；图3为图1的俯视图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步描述，并非对本发明保护范围的限定。实施例1一种矿坑涌水量监测装置。该测量装置如图1、图2和图3所示，由流量计和流量积算仪9两部分组成。流量计如图1和图2所示，包括堰板架1、插板调节槽2、堰板插板3、传感器安装支架4、差压式传感器5、引压软管6、导水管7和标尺10。堰板架1由两根立式支架和两根水平支架构成，在一根立式支架的上端固定装有传感器安装支架4，传感器安装支架4的上端装有两个差压式传感器5。该根立式支架的前、后两侧分别设置有导水管7，两根引压软管 6的一端分别与两个差压式传感器5的引压孔对应连接，两根引压软管6的另一端分别插入各自对应的导水管7的底部。两根立式支架的上部分别固定有插板调节槽2，堰板插板3 通过插板调节槽2上的螺栓活动固定在堰板架1上，立式支架中的一根支架内侧垂直地设有标尺10。流量积算仪9的两个输入信号接口通过信号线与两个差压式传感器5分别连接， 流量积算仪9置于不锈钢仪表箱8中。在本实施例中两个差压式传感器5安装在一个封闭的壳体内；堰板架1的两根立式支架和两根水平支架的内侧相互垂直，呈矩形，其中的两根立式支架内侧间的水平距离b = 400mm，两根水平支架内侧间的垂直距离h = 800mm ；堰板架1的两根立式支架和两根水平支架的外侧与排水沟的横截面尺寸相同，呈倒梯形；两根立式支架的横截面为变截面，截面为上宽下窄。导水管7的管壁上开有两列小孔，如图2所示，每列10个小孔，每列小孔沿垂直方向的孔间距为50mm，每列小孔的直径为4mm，两列小孔交错布置；插板调节槽2如图3所示，其安装位置的水平横截面为旋转90°的“L”状，两个插板调节槽2对称地固定在堰板架1，插板调节槽2上设有2 4个螺孔；标尺10的安装高度如图2所示零刻度与堰板架1的底架内侧面平齐；不锈钢仪表箱8的电源线孔、信号线孔以及箱门之间的缝隙采用橡胶密封垫进行密封，不锈钢仪表箱8中放有干燥剂。实施例2一种矿坑涌水量监测装置本实施例每列小孔为8 9个，每列小孔沿垂直方向的孔间距为40 50mm，每列小孔的直径为3 4mm，两列小孔交错布置。两根立式支架内侧间的水平距离b = 300 400mm，两根水平支架内侧间的垂直距离 h = 600 800mm。其余同实施例1。实施例3
一种矿坑涌水量监测装置所述的导水管7的管壁上开有两列小孔，每列小孔为11 12个，，每列小孔沿垂直方向的孔间距为50 60mm，每列小孔的直径为4 5mm，两列小孔交错布置。两根立式支架内侧间的水平距离b = 400 500mm，两根水平支架内侧间的垂直距离 h = 800 1000mm。其余同实施例1。由于采用上述技术方案，本发明将流量计沿垂直水流方向插入排水沟，堰板架1 与沟壁紧密接触；根据即时涌水量Q大小调整闸口开度e，使堰板插板3的底部略高于上游水位高度。当水流通过导水管7管壁上的小孔流入导水管7内，管内水位与管外水位保持一致，引压软管6的一端插入导水管7底部，保证差压式传感器5所测为静水压力；两根引压软管6的另一端分别与两个差压式传感器5的引压孔对应连接，并采用密封胶密封， 准确测量上、下游液位差Ah。两个差压式传感器5将差压信号转换为电信号，传输至流量积算仪9。设闸孔宽度为b和开度为e，利用流量积算仪9中的折线修正，按照涌水量 Q = 2448W19.62AA的变换关系将输入信号转换为对应的瞬时流量值，则实现对测点下游无自由液面矿坑涌水量Q的精确测量。堰板插板3插入插板调节槽2，并通过标尺10和调节插板调节槽2上的螺栓精确调节堰板插板3的固定高度，改变闸孔开度e，以适应不同季节和生产时段不断变化的涌水量Q。汛期涌水量Q大时适当调高闸孔开度e，以保证涌水能从闸孔中正常流过；旱季涌水量Q小时适当降低闸孔开度e，以保证出流为闸孔淹没出流，提高量测精度。针对不同尺寸地排水沟，采取不同闸孔宽度b的流量计。对于不同的闸孔宽度b和开度e，通过改变流量积算仪9中的满度修正系数，实现将不同闸孔宽度b和开度e的输入信号转换为对应的瞬时流量值，具有广泛适用性。堰板架1体积小，便于携带和安装，无需对井下巷道和排水沟进行改造，几乎不占用巷道和排水沟空间，既不影响巷道的正常使用功能，也能保证矿坑涌水的顺畅流动。流量积算仪9安装在电源获取方便、光线较好的硐室中，并放置于不锈钢仪表箱8 中，电源线孔、信号线孔以及箱门之间的缝隙采用橡胶密封垫进行密封，不锈钢仪表箱8中放有干燥剂，使流量积算仪9不至于暴露在井下潮湿空气中。因此，本发明具有测量精确、适用范围广、便于移动以及适应恶劣环境的特点；主要用于井下排水沟中矿坑涌水量的实时自动化监测、记录、查询和分析，此外还可用于与矿井环境相似的隧道、硐室等地下工程涌水量的监测。
权利要求
1.一种矿坑涌水量监测装置，其特征在于该测量装置由流量计和流量积算仪(9)两部分组成；流量计包括堰板架(1)、插板调节槽( 、堰板插板C3)、传感器安装支架(4)、差压式传感器(5)、引压软管(6)、导水管(7)和标尺(10)；堰板架(1)由两根立式支架和两根水平支架构成，在一根立式支架的上端固定装有传感器安装支架G)，传感器安装支架(4)的上端装有两个差压式传感器(5)，该根立式支架的前、后两侧分别设置有导水管(7)，两根引压软管(6)的一端分别与两个差压式传感器(5)的引压孔对应连接，两根引压软管(6)的另一端分别插入各自对应的导水管(7)的底部；两根立式支架的上部分别固定有插板调节槽O)，堰板插板C3)通过插板调节槽( 上的螺栓活动固定在堰板架(1)上，立式支架中的一根支架内侧垂直地设有标尺(10)；流量积算仪(9)的两个输入信号接口通过信号线与两个差压式传感器( 分别连接， 流量积算仪(9)置于不锈钢仪表箱(8)中。
2.根据权利要求1所述的矿坑涌水量监测装置，其特征在于所述的两个差压式传感器 (5)安装在一个封闭的壳体内。
3.根据权利要求1所述的矿坑涌水量监测装置，其特征在于所述的堰板架(1)的两根立式支架和两根水平支架的内侧相互垂直，呈矩形，其中的两根立式支架内侧间的水平距 离b = 300 500mm，两根水平支架内侧间的垂直距离h = 600 IOOOmm ；堰板架(1)的两根立式支架和两根水平支架的外侧与排水沟的横截面尺寸相同，呈倒梯形；两根立式支架的横截面为变截面，截面为上宽下窄。
4.根据权利要求1所述的矿坑涌水量监测装置，其特征在于所述的导水管(7)的管壁上开有两列小孔，每列小孔为8 12个，每列小孔沿垂直方向的孔间距为40 60mm，每列小孔的直径为3 5mm，两列小孔交错布置。
5.根据权利要求1所述的矿坑涌水量监测装置，其特征在于所述的插板调节槽O)的安装位置的水平横截面为旋转90°的“L”状，两个插板调节槽(2)对称地固定在堰板架 (1)，插板调节槽( 上设有2 4个螺孔。
6.根据权利要求1所述的矿坑涌水量监测装置，其特征在于所述的标尺(10)的安装高度是零刻度与堰板架(1)的底架内侧面平齐。
7.根据权利要求1所述的矿坑涌水量监测装置，其特征在于所述的不锈钢仪表箱(8) 的电源线孔、信号线孔以及箱门之间的缝隙采用橡胶密封垫进行密封，不锈钢仪表箱(8) 中放有干燥剂。
全文摘要
本发明涉及一种矿坑涌水量监测装置。该测量装置由流量计和流量积算仪(9)组成流量计的堰板架(1)由两根立式支架和两根水平支架构成，在一根立式支架的上端通过传感器安装支架(4)装有两个差压式传感器(5)，两根引压软管(6)的一端分别与两个差压式传感器(5)的引压孔对应连接，另一端分别插入各自对应的导水管(7)的底部。两根立式支架的上部分别固定有插板调节槽(2)，堰板插板(3)通过插板调节槽(2)上的螺栓活动固定在堰板架(1)上，立式支架中的一根支架内侧垂直地设有标尺(10)。流量积算仪(9)的两个输入信号接口通过信号线与两个差压式传感器(5)分别连接。本发明具有测量精确、适用范围广、便于移动和适应恶劣环境的特点。
文档编号G01F1/36GK102410860SQ20111021077
公开日2012年4月11日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者刘艳章, 叶义成, 张红军, 柯丽华, 汪益群, 王其虎, 王文杰, 王琴, 蒋瑛 申请人:武汉科技大学