李培乾，于慶海，黃煒，金曉燕，王貝侖，鮑時進

（揚州環(huán)銳科技有限公司，江蘇 揚州 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時準確檢測，對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態(tài)膏體液位檢測方法。充填過程中，為了避免漏漿，整個隔離板面后采用隔離布隔離防護，如圖1 所示。膏體充填工況有幾項特殊性：（1）充填后會凝固，侵入式測量方案顯然不利于傳感器的重復使用；（2）充填之前，充填工作面只有由N 個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 膏體充填液位檢測裝置研究

經(jīng)過詳細調(diào)研課題組對方案進行了多次優(yōu)化，檢測裝置如圖2 所示。上隔離板上預制有傳感器安裝孔，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)域預留有視窗），安裝面板與傳感器護罩之間采用螺栓連接，傳感器護罩壓接于鋼化玻璃上（壓接中間區(qū)域裝有密封條）；傳感器（面陣雷達，視場角為≥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數(shù)據(jù)）裝于傳感器護罩上，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）。其顯著優(yōu)勢在于：（1）可以實施檢測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，無須擔心泄露問題。

3 充填液位檢測裝置試驗情況

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，與普通微波雷達和超聲波傳感器等相比，激光雷達使用的是激光束，工作頻率較微波高了許多，具有諸多優(yōu)點（例如，分辨率高、抗干擾能力強、體積小和質(zhì)量輕等），激光面陣雷達特別適用于三維位置信息的采集。雷達應(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，依照從左到右、從上至下的順序輸出。每個像素以一個16 位無符號短整形數(shù)表示被探測物體到相機所在平面的距離，實測數(shù)據(jù)如圖3 所示。

圖2 激光面陣雷達傳感器檢測裝置

4 結(jié)語

本文從當前膏體充填工作面液位檢測需求的實際情況出發(fā)，提出了一種非侵入式、非接觸式和安全的動態(tài)膏體液位檢測方法，通過工作原理分析和試驗驗證，有效地解決了膏體充填工作面液位實時檢測的問題，能夠很大程度上促進膏體充填工作面自動化的研究和發(fā)展。

圖3 激光面陣雷達傳感器測試數(shù)據(jù)示意圖