本發(fā)明涉及自動化控制以及計算機通信，數(shù)據(jù)采集分析處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓力數(shù)據(jù)自動采集及處理系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

在世界范圍內(nèi)，充填采礦法是深部開采的必然選擇，膨脹充填材料可以有效的解決目前礦山充填長期存在的一些問題。膨脹壓是用來衡量膨脹充填材料膨脹性能最主要的指標(biāo)之一。準(zhǔn)確測量膨脹充填材料的膨脹壓對于進一步開展膨脹充填材料的研究工作具有十分重要的意義。

目前，由于將膨脹充填材料作為一種注漿材料用于注漿工程研究較少，尤其在采礦充填工程中的應(yīng)用研究還未起步，因此，對礦山膨脹充填材料膨脹壓的自動化測試目前還未見相關(guān)研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種壓力數(shù)據(jù)自動采集及處理系統(tǒng)和方法。以期待有效提高壓力控制器的安全性和可靠性，數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。

為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種壓力數(shù)據(jù)自動采集及處理系統(tǒng)，包括加載系統(tǒng)和載荷測量系統(tǒng)；所述的加載系統(tǒng)包括：壓力機和加載裝置；所述壓力機包括壓力機油缸、壓力機上剛性壓頭、壓力機下剛性壓頭；所述加載裝置包括剛性上底座、剛性試模和剛性下底座；所述剛性試模具有通孔，所述剛性上底座設(shè)置在所述剛性試模通孔內(nèi)上方，所述剛性下底座設(shè)置在所述剛性試模通孔內(nèi)下方；所述剛性上底座與剛性下底座之間用于填充充填材料；所述加載裝置設(shè)置在所述壓力機上剛性壓頭與所述壓力機下剛性壓頭之間；所述壓力機上剛性壓頭上方與所述壓力機油缸連接；

所述載荷測量系統(tǒng)包括：壓力傳感器、數(shù)據(jù)記錄儀、壓力機控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)；所述自動控制系統(tǒng)分別與所述壓力機控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)連接；所述壓力傳感器的一端與所述壓力機下剛性壓頭相接觸，所述壓力傳感器另一端連接所述數(shù)據(jù)記錄儀；所述數(shù)據(jù)記錄儀連接所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。

更進一步的技術(shù)方案是所述剛性試模通孔內(nèi)壁上設(shè)置有潤滑介質(zhì)。

更進一步的技術(shù)方案是所述剛性下底座上方設(shè)置有一層濾紙。

更進一步的技術(shù)方案是所述填充材料上表面設(shè)置有一層薄膜。

更進一步的技術(shù)方案是所述自動控制系統(tǒng)包括壓力機開啟控制模塊、壓力傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)分析模塊以及數(shù)據(jù)顯示模塊。

更進一步的技術(shù)方案是所述剛性下底座中心位置開有圓孔。

更進一步的技術(shù)方案是所述剛性上底座和剛性下底座的徑向及縱向尺寸相同；所述剛性上底座和剛性下底座均與所述剛性試模間隙配合。

更進一步的技術(shù)方案是所述剛性試模外徑為Φ150mm，內(nèi)徑為Φ120mm，壁厚為30mm，長度為230mm；所述剛性上底座和剛性下底座的直徑均為Φ120、高度均為40mm；所述下底座中心位置的圓孔直徑為5mm。

更進一步的技術(shù)方案是所述充填材料為砂漿濃度73％、灰砂比1:4、膨脹劑添加比例為8％的膨脹充填材料。

更進一步的技術(shù)方案是提供一種壓力數(shù)據(jù)自動采集及處理方法，所述的方法包括以下步驟：

步驟一：利用信號線纜將壓力傳感器和數(shù)據(jù)記錄儀全橋連接在一起；

步驟二：將剛性下底座置于壓力機下剛性壓頭中心位置處；

步驟三：將濾紙敷設(shè)在剛性下底座中心位置處；

步驟四：在剛性試模內(nèi)壁涂抹潤滑介質(zhì)；

步驟五：將剛性試模套在剛性下底座上，使剛性試模與剛性下底座光滑接觸，使剛性試模能夠在剛性下底座內(nèi)沿軸向上、下自由移動；

步驟六：將充填材料裝入剛性試模內(nèi)，待充填材料開始膨脹之前，將充填材料的表面平整，在平整后的充填材料上表面覆蓋薄膜；

步驟七：在剛性上底座的周邊涂抹潤滑介質(zhì)，使剛性上底座能夠在剛性試模內(nèi)沿軸向上、下自由移動；將剛性上底座套在剛性試模內(nèi)，使剛性上底座與剛性試模內(nèi)的充填材料緊密接觸；

步驟八：開啟壓力機控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)記錄儀，調(diào)節(jié)壓力試驗機油缸向下運行的油缸速率，控制壓力機上剛性壓頭向下移動速率，使所述壓力機上剛性壓頭下移，直至與剛性上底座的上表面緊密接觸，此時，停止壓力機上剛性壓頭向下的移動，保持所述壓力機上剛性壓頭位置恒定不變，所述數(shù)據(jù)記錄儀開始采集數(shù)據(jù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例的有益效果之一是：

1、本發(fā)明對礦山膨脹充填材料膨脹壓的測試工作簡練，測試設(shè)備小巧靈活，測試結(jié)果精確，易于操作，投資費用較小，僅需加工特定尺寸的剛性空心圓柱試模、剛性實心圓柱上、下底座，并利用高精度壓力試驗機即可完成礦山膨脹充填材料膨脹壓的測試工作。

2、本發(fā)明的測量礦山膨脹充填材料膨脹壓的裝置拆卸方便，省時省力，剛性空心圓柱試模兩端為可自由移動的剛性實心圓柱上、下底座，測試工作完成后，將剛性實心圓柱上底座取出，可通過壓力試驗機推動剛性實心圓柱下底座，直接將剛性空心圓柱試模內(nèi)反應(yīng)結(jié)束后的膨脹充填塊體推出，拆卸工作十分簡單，并且剛性空心圓柱試模及剛性實心圓柱上、下底座可重復(fù)使用。

3、本發(fā)明采用高精度壓力試驗機進行壓力測試工作，壓力試驗機內(nèi)置壓力傳感器，壓力傳感器直接記錄軸向壓力數(shù)據(jù)，測試裝置自動化程度高，因此，本發(fā)明采用的測試膨脹充填材料膨脹壓的測試精度較高。

4、本發(fā)明可以測量礦山不同濃度、不同灰砂比、不同配比膨脹劑的膨脹充填材料的膨脹壓，并獲得不同濃度、不同灰砂比、不同配比膨脹劑的膨脹充填材料的膨脹壓隨時間變化的規(guī)律，為礦山實際生產(chǎn)中選擇不同濃度、不同灰砂比、不同配比膨脹劑的膨脹充填材料提供了依據(jù)，對進一步開展礦山膨脹充填材料的研究工作具有重大意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實施例中剛性上底座結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一個實施例中剛性下底座結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明一個實施例中剛性試模結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明一個實施例中膨脹充填材料膨脹壓測試系統(tǒng)裝配圖。

圖5為本發(fā)明一個實施例中膨脹充填材料膨脹壓測試系統(tǒng)圖。

圖6為本發(fā)明一個實施例中膨脹充填材料膨脹壓隨時間變化曲線圖。

圖7為本發(fā)明一個實施例中自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖8為本發(fā)明一個實施例中自動化控制系統(tǒng)控制流程圖。

附圖標(biāo)記說明：1—壓力機油缸，2—壓力機上剛性壓頭，3—剛性實心圓柱上底座，4—剛性空心圓柱試模，5—膨脹充填材料，6—壓力機下剛性壓頭，7—壓力傳感器，8—剛性實心圓柱下底座，9—線纜，10—靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)記錄儀，11—壓力機控制系統(tǒng)，12—數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，13—自動化控制系統(tǒng)。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細(xì)描述。

實施例1

如圖1至圖7所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，本實施例公開一種壓力數(shù)據(jù)自動采集及處理系統(tǒng)，它包括加載系統(tǒng)部分和載荷測量系統(tǒng)部分。

所述加載裝置部分包括：壓力機和加載裝置；所述壓力機包括壓力機油缸1、壓力機上剛性壓頭2、壓力機下剛性壓頭6；所述加載裝置包括剛性實心圓柱上底座3、剛性空心圓柱試模4、剛性實心圓柱下底座8。

所述的載荷測量系統(tǒng)部分包括壓力傳感器7、信號線纜9、靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)記錄儀10、壓力機控制系統(tǒng)11、數(shù)據(jù)分析儀12、自動化控制系統(tǒng)13。

具體的，如圖4所示，在剛性空心圓柱試模4通孔內(nèi)設(shè)置有剛性實心圓柱上底座3和剛性實心圓柱下底座8。

如圖1、圖2和圖3所示，所述的剛性空心圓柱試模具有通孔，剛性空心圓柱試模外徑Φ150mm，內(nèi)徑Φ120mm，壁厚30mm，長度230mm，剛性空心圓柱試模在通孔內(nèi)設(shè)置有剛性實心圓柱上底座、剛性實心圓柱下底座，剛性實心圓柱上底座、剛性實心圓柱下底座尺寸為Φ120×40mm，剛性實心圓柱上底座3和剛性實心圓柱下底座8的徑向及縱向尺寸相同，底座尺寸為Φ120×40mm；在上底座與下底座之間裝有專門研制的礦山膨脹充填材料；如圖2所示，剛性實心圓柱下底座8的圓心位置處開Φ5mm的通孔。

進一步的，本實施例中剛性實心圓柱上底座3、剛性實心圓柱下底座8及剛性空心圓柱試模4材質(zhì)均為鋼質(zhì)材料。所述剛性實心圓柱上底座3和剛性實心圓柱下底座8均與剛性空心圓柱試模4間隙配合，剛性空心圓柱試模通孔內(nèi)涂抹潤滑油等潤滑介質(zhì)，以減小剛性實心圓柱上底座以及剛性實心圓柱下底座與剛性空心圓柱試模通孔之間的摩擦阻力。

如圖5所示，所述剛性空心圓柱試模4、剛性實心圓柱上底座3及剛性實心圓柱下底座8均設(shè)置在壓力機上剛性壓頭2與壓力機下剛性壓頭6之間；剛性實心圓柱上底座3的下表面與膨脹充填材料5緊密接觸，剛性實心圓柱上底座3的上表面與壓力機上剛性壓頭2緊密接觸；剛性實心圓柱下底座8的下表面與壓力機下剛性壓頭6緊密接觸，剛性實心圓柱下底座8的上表面與膨脹充填材料5緊密接觸；壓力傳感器7的一端與壓力機下剛性壓頭6相接觸，采用全橋連接通過信號電纜9將壓力傳感器與靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)記錄儀10連接起來。試驗時，在所述剛性空心圓柱試模4內(nèi)敷設(shè)一層塑料薄膜；在剛性實心圓柱下底座8的表面鋪設(shè)Φ120mm的濾紙81一片。

作為優(yōu)選的實施方案，本實例中，膨脹充填材料類型選用砂漿濃度73％、灰砂比1:4、膨脹劑添加比例為8％的膨脹充填材料。

實施例2

如圖5至圖8所示，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，本實施例公開一種壓力數(shù)據(jù)自動采集及處理方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一：利用信號線纜9將壓力傳感器7和靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)記錄儀10、壓力機控制系統(tǒng)11、數(shù)據(jù)分析儀12、自動化控制系統(tǒng)13全橋連接在一起。

步驟二：將剛性實心圓柱下底座8置于壓力機下剛性壓頭6中心位置處。

步驟三：將Φ120mm濾紙一片敷設(shè)在剛性實心圓柱下底座8中心位置處，其主要作用是模擬礦山真實充填滲透濾水的情況。

步驟四：在剛性空心圓柱試模4內(nèi)壁涂抹潤滑油等潤滑介質(zhì)。

步驟五：將剛性空心圓柱試模4套在剛性實心圓柱下底座8之上，保證剛性空心圓柱試模4與剛性實心圓柱下底座8光滑接觸，使剛性空心圓柱試模4能夠在剛性實心圓柱下底座8內(nèi)沿軸向上、下自由移動。

步驟六：配置砂漿濃度73％、灰砂比1:4、膨脹劑添加比例8％的膨脹充填材料。

首先稱取325#礦渣硅酸鹽水泥200g，礦山尾砂800g，膨脹劑16g，同時用量筒量取458ml水。采用JJ-5型行星式水泥膠砂機進行攪拌，將固體充填材料灌入攪拌桶中，開動機器慢速攪拌2min后快速攪拌3min，直至各種固體充填材料混合均勻為止，然后加入試驗所需用水，為防止高速攪拌過程中料漿濺出，水分丟失，對試驗結(jié)果產(chǎn)生誤差，故加水后攪拌控制方式為人工控制，慢速攪拌，攪拌時間4min后，結(jié)束攪拌工作。

然后將攪拌均勻的膨脹充填材料5裝入剛性空心圓柱試模4內(nèi)，根據(jù)試驗要求，裝入不同高度膨脹充填材料5，裝填高度介于150mm～190mm之間；根據(jù)對膨脹充填材料膨脹性能的試驗所研究的不同濃度、不同灰砂比、不同配比膨脹劑膨脹充填材料的膨脹規(guī)律性質(zhì)，不同濃度、不同配比膨脹充填材料的膨脹開始時間各異。因此，本實例中濃度73％、灰砂比1:4、膨脹劑添加比例8％的膨脹充填材料需要靜置10min，待膨脹充填材料5開始膨脹之前，將膨脹充填材料5的表面平整，在平整后的膨脹充填材料5上表面覆蓋塑料薄膜。

步驟七：在剛性實心圓柱上底座3的周邊涂抹潤滑油等潤滑介質(zhì)，使剛性實心圓柱上底座3能夠在剛性空心圓柱試模4內(nèi)沿軸向上、下自由移動；將剛性實心圓柱上底座3套在剛性空心圓柱試模4之內(nèi)，使剛性實心圓柱上底座3與剛性空心圓柱試模4內(nèi)的膨脹充填材料5緊密接觸。

步驟八：自動化控制系統(tǒng)開啟壓力機控制系統(tǒng)11及靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)記錄儀10，通過壓力試驗機控制臺調(diào)節(jié)壓力機油缸1向下運行的油缸速率，控制壓力機上剛性壓頭2向下移動速率，使之緩慢下移，直至與剛性實心圓柱上底座3的上表面緊密接觸，此時，停止壓力機上剛性壓頭2向下的移動，保持其位置恒定不變，靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)記錄儀10開始采集數(shù)據(jù)。

步驟九：隨著時間的推移，膨脹充填材料5的體積開始逐漸膨脹，由于受到剛性空心圓柱試模4的徑向約束，因此，膨脹充填材料5將在軸向上產(chǎn)生持續(xù)不斷的壓力，在軸向上推動剛性空心圓柱試模內(nèi)的剛性實心圓柱上底座3及剛性實心圓柱下底座8，此時，由于剛性實心圓柱上底座3及剛性實心圓柱下底座8受到擠壓，剛性實心圓柱上底座3及剛性實心圓柱下底座8受到的膨脹壓力數(shù)據(jù)被壓力傳感器7記錄下來并通過信號電纜傳輸?shù)届o態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)記錄儀10，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)做數(shù)據(jù)分析，從而得到膨脹充填材料的膨脹壓。當(dāng)膨脹充填材料5反應(yīng)到后期時，膨脹壓增長速率逐漸減小，當(dāng)膨脹壓趨于平穩(wěn)時，認(rèn)定反應(yīng)結(jié)束，料漿濃度73％、灰砂比1:4、膨脹劑添加比例8％的膨脹充填材料的膨脹壓隨時間變化的情況如圖6所示。

優(yōu)選的，本實施例壓力數(shù)據(jù)自動采集及處理方法還包括當(dāng)開啟壓力機出現(xiàn)開啟故障時，自動化控制系統(tǒng)自動停止開啟，并進行聲光報警步驟。

優(yōu)選的，本實施例壓力數(shù)據(jù)自動采集及處理方法還包括當(dāng)壓力傳感器采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)采集故障時，自動化控制系統(tǒng)自動停止采集，并進行聲光報警步驟。

優(yōu)選的，本實施例壓力數(shù)據(jù)自動采集及處理方法還包括當(dāng)靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)記錄儀記錄膨脹數(shù)據(jù)出現(xiàn)記錄故障時，自動化控制系統(tǒng)自動停止記錄，并進行聲光報警步驟。

優(yōu)選的，本實施例壓力數(shù)據(jù)自動采集及處理方法還包括當(dāng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分析膨脹數(shù)據(jù)，測得膨脹壓出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時，自動化控制系統(tǒng)自動停止分析，并進行聲光報警步驟。

上述實施例壓力數(shù)據(jù)自動采集及處理系統(tǒng)和方法自動化程度高，測試工藝簡單、測試精度高及測試成本低廉。可有效提高壓力控制器的安全性和可靠性，數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。

在本說明書中所談到的“一個實施例”、“另一個實施例”、“實施例”等，指的是結(jié)合該實施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現(xiàn)同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結(jié)合任一個實施例描述一個具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點時，所要主張的是結(jié)合其他實施例來實現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或者特點也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

盡管這里參照發(fā)明的多個解釋性實施例對本發(fā)明進行了描述，但是，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內(nèi)。更具體地說，在本申請公開權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其他的用途也將是明顯的。