【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属矿山井下监测，具体涉及一种充填管道的在线监测系统，还涉及一种充填管道的在线监测方法。
技术介绍
1、金属矿山在井下开采后，会形成采空区。如果这些采空区未得到充填处理，可能会诱发地压问题，导致井巷和采场发生变形和破坏。特别是当采空区的暴露面积较大、体积较大时，更易引发顶板垮塌，进而造成地面沉降、开裂和塌陷等事故，对地面建筑、道路、农田及其他设施造成破坏。此外，开采活动还可能引起岩层移动，威胁到矿山的生产安全。因此，对采空区进行充填处理是防止次生地质灾害的有效措施。
2、矿山充填可分为胶结充填和非胶结充填两种方式。在非胶结充填中，料浆不含胶凝材料，仅由尾砂或废石组成。而胶结充填则加入了胶凝材料。在管道输送过程中，骨料与管道壁之间的摩擦会导致管壁磨损。因此，对骨料粒径有特定的要求，通常不超过1/3粒径的骨料所占比例不得超过25%。由于料浆中各组分密度不同，在输送过程中可能出现沉降现象，因此需要保持一定的流速。流速过低时，料浆中的固液分离可能导致黏壁、结块和不满管现象，增加管壁磨损，并可能引发泄漏、堵管、爆管等事故。因此，选择合适的骨料粒径分布、料浆浓度、泵送压力和流速等因素，对于提高充填效率和充填体质量至关重要，同时也有助于防止充填管路发生堵管和爆管事故，保障矿山生产的效益与安全。
3、由此可见，对充填管路的监测至关重要。目前，主要采用分布式光纤、压力传感器、超声波传感器、流量传感器、激光测速依和高速摄像相互结合对充填管道进行监测。分布式光纤连接各传感器，压力传感器用于监测管道压力，超声波传感
4、然而，现有技术在实际应用中存在一些问题：一方面需要沿管线布置光缆和多个传感器，基于电阻率测试还需要布置电极列阵，这些操作不仅干扰大，而且成本高昂，操作复杂。另一方面，流量传感器和压力传感器主要适用于液体，对于高浓度充填料浆的监测存在困难。再者，激光测速仪和高清摄像仪在矿山管道料浆输送的测速和流速变化监测方面也存在局限，难以获得准确、清洗的数据。此外，由于料浆的水化反应、浓度不稳定和搅拌不均匀等因素，电阻率波动大，测量准确性也受到影响。总体而言，现有技术在测试的可靠性、复杂性和成本等方面仍有待改进，难以满足充填管道的监测需要。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统及方法，其目的是：解决现有监测方式成本高、操作复杂、结果可靠性差的缺陷。
2、本专利技术技术方案如下：
3、一种基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，包括微波震荡发生单元、数据采集单元和数据分析单元；
4、所述微波震荡发生单元包括微波发生装置和机械震荡发生装置，所述微波发生装置用于将电信号转换为微波信号，所述机械震荡发生装置用于在所述微波信号的触发下产生在充填管道内传播的机械震荡波，所述机械震荡波为压缩波；
5、所述数据采集单元包括波接收传感器、信号处理部分和数字式应变仪，所述波接收器用于采集充填管道内传播的压缩波，所述信号处理部分用于处理采集到的压缩波信号并将处理后的信号传输给数字式应变仪，所述数字式应变仪用于将信号处理部分处理后的信号转变为二进制电压信号；
6、所述数据分析单元包括计算机，用于根据数字式应变仪输出的信号获得料浆影像数据、输送介质状态数据和管道状态数据。
7、作为所述在线监测系统的进一步改进：所述微波震荡发生单元还包括与微波发生装置相连接的功率调节模块，所述功率调节模块用于调节微波信号的功率。
8、作为所述在线监测系统的进一步改进：所述微波震荡发生单元还包括与微波发生装置相连接的频率调节模块，所述频率调节模块用于调节微波信号的频率，频率调节范围为300mhz-300ghz。
9、作为所述在线监测系统的进一步改进：所述信号处理部分包括依次连接的滤波器和放大器。
10、作为所述在线监测系统的进一步改进：所述数据分析单元还包括显示屏和打印装置。
11、作为所述在线监测系统的进一步改进：所述充填管道包括待监测的中间管路，还包括输入管路和输出管路；
12、所述输入管路通过第一三通连接头与中间管路的起始端相连通，所述第一三通连接头的一端安装所述微波发生装置，且机械震荡发生装置位于第一三通连接头内；
13、所述输出管路通过第二三通连接头与中间管路的结束端相连通，所述第二三通连接头的一端安装所述波接收传感器，且波接收传感器位于第二三通连接头内。
14、作为所述在线监测系统的进一步改进：所述机械震荡发生装置与第一三通连接头内壁之间设有密封圈。
15、作为所述在线监测系统的进一步改进：数据采集单元和数据分析单元之间通过有线网络或无线网络进行数据传输。
16、本专利技术还公开了一种基于上述在线监测系统的在线监测方法，：根据充填管道中料浆的特性、质量及输送距离确定压缩波的功率，然后根据压缩波的功率计算出微波发生装置所需的功率，对微波发生装置进行功率调节；同时，根据料浆的激发频率对微波发生装置进行频率调节；
17、然后，微波发生装置发出指定功率和频率的微波信号，机械震荡发生装置在所述微波信号的触发下产生在充填管道内传播的压缩波；
18、波接收传感器实时在线采集压缩波信号，压缩波信号经过信号处理部处理后传输给数字式应变仪，数字式应变仪将信号处理部分处理后的信号转变为二进制电压信号；
19、数据分析单元包括计算机根据数字式应变仪输出的信号通过影像扫描生成料浆影像数据，然后对料浆影像数据进行特征提取和分析处理、完成解译，再对解译后的数据进行标定，建立解译后的数据与料浆物理特性及输送特性之间的关系，从而获得输送介质状态数据和管道状态数据。
20、作为所述在线监测方法的进一步改进：数字式应变仪将信号处理部分处理后的信号转变为二进制电压信号后，还进行调频、放大、解调和检波处理，然后再将处理后的二进制电压信号传输至数据分析单元。
21、相对于现有技术，本专利技术具有以下积极效果：
22、1、本专利技术采用微波触发机械震荡，然后在线采集机械波并经过分析处理后得到料浆影像数据、输送介质状态数据和管道状态数据，实现对料浆黏壁、堵塞和泄漏的实时判识和预警，相对于传统方式，成本低、操作简单，且机械波的传播不易受到干扰，结果更为可靠。
23、2、发射的机械波沿管道方向传播，可以有效提高料浆的均匀性和输送速率，减少沉降、黏壁和堵塞现象。
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1.一种基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：包括微波震荡发生单元、数据采集单元和数据分析单元；
2.如权利要求1所述的基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：所述微波震荡发生单元还包括与微波发生装置（1）相连接的功率调节模块，所述功率调节模块用于调节微波信号的功率。
3.如权利要求1所述的基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：所述微波震荡发生单元还包括与微波发生装置（1）相连接的频率调节模块，所述频率调节模块用于调节微波信号的频率，频率调节范围为300MHz-300GHz。
4.如权利要求1所述的基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：所述信号处理部分包括依次连接的滤波器和放大器。
5.如权利要求1所述的基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：所述数据分析单元还包括显示屏和打印装置。
6.如权利要求1所述的基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：所述充填管道包括待监测的中间管路（4），还包括输入管路（3）和输
7.如权利要求6所述的基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：所述机械震荡发生装置（8）与第一三通连接头（2）内壁之间设有密封圈（7）。
8.如权利要求1所述的基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：数据采集单元和数据分析单元之间通过有线网络或无线网络进行数据传输。
9.基于如权利要求1至8任一所述的基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统的在线监测方法，其特征在于：根据充填管道中料浆的特性、质量及输送距离确定压缩波的功率，然后根据压缩波的功率计算出微波发生装置（1）所需的功率，对微波发生装置（1）进行功率调节；同时，根据料浆的激发频率对微波发生装置（1）进行频率调节；
10.如权利要求9所述的在线监测方法，其特征在于：数字式应变仪将信号处理部分处理后的信号转变为二进制电压信号后，还进行调频、放大、解调和检波处理，然后再将处理后的二进制电压信号传输至数据分析单元。
...【技术特征摘要】
1.一种基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：包括微波震荡发生单元、数据采集单元和数据分析单元；
2.如权利要求1所述的基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：所述微波震荡发生单元还包括与微波发生装置（1）相连接的功率调节模块，所述功率调节模块用于调节微波信号的功率。
3.如权利要求1所述的基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：所述微波震荡发生单元还包括与微波发生装置（1）相连接的频率调节模块，所述频率调节模块用于调节微波信号的频率，频率调节范围为300mhz-300ghz。
4.如权利要求1所述的基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：所述信号处理部分包括依次连接的滤波器和放大器。
5.如权利要求1所述的基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：所述数据分析单元还包括显示屏和打印装置。
6.如权利要求1所述的基于微波触发机械波振荡的充填管道在线监测系统，其特征在于：所述充...
【专利技术属性】
技术研发人员：寇云鹏，谭卓英，栾黎明，郭加仁，谭乃根，王增加，盛宇航，吴再海，朱庚杰，杨纪光，罗礼朋，王仲，霍超，
申请(专利权)人：山东黄金矿业科技有限公司充填工程实验室分公司，
类型：发明
国别省市：
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