CN101581205B - 自动控制的矿山地面注浆系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动控制的矿山地面注浆系统，它主要是在将现有进料制浆装置的注浆装置进行改造，并增加一套监控系统，通过监控系统自动控制制浆量和浆液比重，自动控制注浆压力和注浆流量，在监控室进行键盘操作实现了地面注浆系统的科学化，保证了注浆工作的正常连续进行，避免了人为因素造成的注浆困难。

Description

自动控制的矿山地面注浆系统

技术领域

本发明涉及矿山注浆技术领域。 

背景技术

矿山矿层顶、底板中大多赋存含水层，采矿过程中极易发生突水事故，危及矿井安全。为解决受水害威胁矿层的安全开采，出现了注浆治水技术。即在地面或工作面施工钻孔至充水含水层，通过钻孔向含水层裂隙中注入浆液，封堵由地质构造和采动破坏产生的各种含水裂隙及导水通道，加固岩层原生与次生裂隙，降低含水层的富水性，增加隔水层阻水强度。原有的地面注浆材料主要采用单液水泥浆、水泥-粘土混合浆或其他材料组合的混合浆。原有的注浆系统比较简单，主要由进料制浆装置和注浆装置组成，由人工控制注浆。进料制浆装置有两种情况，一是水泥-粘土混合浆液制浆装置，由上料皮带机、粘土制浆机、粗浆搅拌机、粗浆池、潜污泵、泥浆净化机、精浆搅拌机、精浆池、射流泵、水泥仓、混合浆搅拌机和吸浆池组成；二是水泥单液浆制浆装置，由清水池、射流泵、水泥仓、混合浆搅拌机和吸浆池组成。注浆装置由注浆泵和注浆管路组成。原有注浆系统的不足之处是制浆采用人工进料的混合搅拌工艺，浆液质量不稳定；注浆时，当含水层水量、压力等注浆要素随机变化时，不能及时自动地调整浆液比重、注浆量、注浆压力等注浆参数，致使不能实现连续注浆，影响注浆治水效果。因此很需要一种自动控制的矿山地面注浆系统，实现注浆工作科学化。 

发明内容

本发明的目的是克服现有矿山地面注浆系统技术的不足，提供一种自动跟踪控制的矿山地面注浆系统。 

一种自动控制的矿山地面注浆系统，它包括进料制浆装置和注浆装置，进料制浆装置有两种情况，一是水泥-粘土混合浆液制浆装置，由上料皮带机、粘土制浆机、粗浆搅拌机、粗浆池、潜污泵、泥浆净化机、精浆搅拌机、精浆池、射流泵、水泥仓、混合浆搅拌机和吸浆池组成；另一种是水泥单液浆制浆装置，由清水池、射流泵、水泥仓、混合浆搅拌机和吸浆池组成；注浆装置由注浆泵和注浆管路组成，其特征在于，它还包括以工控机为中心的监控系统，其中：

在所述的进料制浆装置的射流泵出口管路上设有射流造浆器；射流造浆器的构造是在一段管壳内设有射流嘴，在管壳的一侧设有与水泥仓下料口相对接的水泥进料口。 

在所述的进料制浆装置的水泥仓下料口设有变频调速螺旋机和变频计量螺旋机。 

所述的注浆装置的注浆泵是变频调速注浆泵，注浆管路上设有压力变送器。 

所述的监控系统由数据采集设备和工控机组成。 

所述的数据采集设备包括设在水泥仓中的料位监控器、设在精浆池或清水池以及吸浆池中的液位计、设在变频计量螺旋机上的拉力传感器、设在注浆管路上的质量流量计以及数据信号转换处理器；水泥仓中的料位信号、注浆池或清水池以及吸浆池中的液位信号、计量螺旋机上拉力信号以及注浆管路中的浆液质量和流量信号，经数据信号转换处理器处理后，利用标准的接口数据交换协议传输给工控机。 

上面所述的工控机内设有注浆标准参数，参数包括浆液比重，注浆压力和流量等参数，并执行以下功能： 

1.将水泥仓料位监控器信号、精浆池或清水池以及吸浆池液位信号进行处理，发出指令供显示设备显示，例如显示屏显示、声光显示；根据液位信号控制制浆各设备的启动或停止，满足注浆时的一定制浆量。 

2.将计量螺旋机的拉力信号进行处理，，根据拉力大小控制计量螺旋机按照设定的计量值进行运转。 

3.将注浆管路质量流量计信号进行处理，根据浆液比重、注浆压力和注浆流量进行以下控制： 

一是控制变频调速螺旋机和变频计量螺旋机运转，控制水泥流量，使浆液达到规定的比重要求，即水泥浆液比重在1.2-1.6之间，或水泥粘土浆液比重在1.2-3.5之间。正常注浆压力时，控制浆液比重在某一最佳值，当注浆压力增大时，控制浆液比重减小，即密度减小，使注浆继续进行。 

二是控制注浆泵的变频调速器，使注浆泵在正常的注浆压力状态下运转，当注浆压力变化较大时，注浆泵减速或增速。 

4.通过键盘或鼠标操作，进行参数设定和远程控制各设备的运转。 

本发明由于采用料位监测器和液位计，在监控工作室随时掌握进料量，而且由工控机自动控制制浆量和浆液比重，自动控制注浆压力和注浆流量，在监控室进行键盘操作实现了地面注浆系统的科学化，保证了注浆工作的正常连续进行，避免了人为因素造成的注浆困难。 

附图说明

图1是以水泥一粘土混合浆为注浆材料的地面注系统实施例的示意图； 

图2是以水泥单液浆为注浆材料的地面注浆系统实施例的示意图； 

图3是射流造浆器的构造图； 

图4是监控系统框图。 

图例说明：1-粘土；2-上料皮带机；3-粘土制浆机；4a-粗浆搅拌机；4b-精浆搅拌机；4c-混合浆搅拌机；5-潜污泵；6-泥浆净化机；7-射流泵；8a、8b-液位计；9-料位监控器；10-水泥仓；11a-变频调速螺旋机；11b-变频计量螺旋机；12-射流造浆器；13-清水池；14-粗浆池；15-精浆池；16-吸浆池；17-变频调速注浆泵；18-质量流量计；19-压力变送器；20-注浆管路；21-岩层；22-管壳；23-射流嘴；24-水泥进料口；25-数据采集设备；26-工控机；27-拉力传感器。 

具体实施方式

图1中显示以粘土-水泥混合浆液作为注浆材料进行地面注浆的系统布置图。根据图1描述如下： 

如图1所示，本发明的自动控制的矿山地面注浆系统由以下构筑物、设备、仪器和仪表组成了进料制浆装置和注浆装置两大部分。其中： 

注浆装置的结构是，包括变频调速注浆泵17和注浆管路20，注浆管路20上设置有压力变送器19和质量流量计18。 

进料制浆装置的结构是，包括上料皮带机2、粘土制浆机3、粗浆池14、精浆池15和水泥仓16，在粗浆池14中安装有粗浆搅拌机4a和潜污泵5，潜污泵5出口管路上设泥浆净化机6，精浆池15中设精浆搅拌机4b和潜污泵5，吸浆池16中设混合浆搅拌机4c，还包括在水泥仓10中设置有料位监控器9，精浆池15中设置液位计8，在水泥仓10下料口设置变频调速螺旋机11a和变频计量螺旋机11b，在射流泵7输出管路上设射流造浆器12，射流造浆器12的构造是在管壳22内设有射流嘴23，在管壳22的一侧设有与水泥仓下料口相对接的水泥进料口24。 

图4所示的监控系统连接关系是：料位监控器9、液位计8、变频计量螺旋机11b的拉力传感器27、质量流量计18和压力变送器19的信号线传输到数据采集设备25，数据采集设备25传输给工控机26；工控机26传输到各个制浆设备的控制电路上，其中包括变频计量螺旋机11b、变频调速螺旋机11a和变频调速注浆泵17。 

上述粘土-水泥混合浆整个工艺过程描述如下： 

制浆过程：粘土1经上料皮带机2上料称重定量进入粘土制浆机3，经与定量的水混合制成粗浆流入粗浆池14，经粗浆搅拌机4a搅拌后，由潜污泵5泵入精浆池15，在泵入过程中，粗浆中的砂粒经泥浆净化机6去除砂粒。再经精浆搅拌机4b搅拌成为精浆。精浆由射流泵7泵入吸浆池16，在泵入时精浆经过射流造浆器12，水泥罐10中的水泥经调速螺旋机和计量螺旋机11定量的进入射流造浆器12的水泥进口，经混合浆搅拌机4c充分搅拌成为符合比重和粘度的混合浆液。 

注浆过程：混合浆液经注浆泵17和注浆管路20，通过注浆孔使浆液注入地 下岩层21的裂隙中。 

图2显示了以水泥单液浆为注浆材料进行地面注浆的系统布置图。从图中看出，它与图1相比省略了粘土制浆系统，仅在水泥仓前设一个清水池13通过射流泵7直接提供高压水，高压水在射流造浆器12中与水泥充分混合进入吸浆池16，经混合浆搅拌机4c搅拌成为水泥单液浆，再经注浆泵17和注浆管路20通过注浆孔使浆液注入地下岩层21的裂缝中。 

Claims (2)

1.一种自动控制的矿山地面注浆系统，它包括水泥-粘土混合浆液进料制浆装置和注浆装置；

进料制浆装置的结构是，包括上料皮带机、粘土制浆机、粗浆池、精浆池、水泥仓和吸浆池，其中，在粗浆池中安装有粗浆搅拌机和潜污泵，潜污泵出口管路上设泥浆净化机，精浆池中设精浆搅拌机和潜污泵，吸浆池中设混合浆搅拌机；

注浆装置由注浆泵和注浆管路组成；其特征在于：

它还包括以工控机为中心的监控系统；其中：

在所述的进料制浆装置的射流泵出口管路上设有射流造浆器；射流造浆器的构造是在一段管壳内设有射流嘴，在管壳的一侧设有与水泥仓下料口相对接的水泥进料口；

在所述的进料制浆装置的水泥仓下料口设有变频调速螺旋机和变频计量螺旋机；

所述的注浆装置的注浆泵是变频调速注浆泵，.注浆管路上设有压力变送器；

所述的监控系统由数据采集设备和工控机组成；

所述的数据采集设备包括：设在水泥仓中的料位监控器、设在精浆池以及吸浆池中的液位计、设在变频计量螺旋机上的拉力传感器、设在注浆管路上的质量流量计以及数据信号转换处理器；水泥仓中的料位信号、精浆池以及吸浆池中的液位信号、计量螺旋机上拉力信号以及注浆管路中的浆液质量和流量信号，经数据信号转换处理器处理后，利用标准的接口数据交换协议传输给工控机；

上面所述的工控机内设有注浆标准参数，参数包括浆液比重，注浆压力和流量参数，并执行以下功能：

将水泥仓料位监控器信号、精浆池以及吸浆池液位信号进行处理，发出指令供显示设备显示，根据液位信号控制制浆各设备的启动或停止，满足注浆时的一定制浆量；

将计量螺旋机的拉力信号进行处理，根据拉力大小控制计量螺旋机按照设定的计量值进行运转；

将注浆管路质量流量计信号进行处理，根据浆液比重、注浆压力和注浆流量进行以下控制：一是控制变频调速螺旋机和变频计量螺旋机运转，控制水泥流量，使水泥粘土混合浆液比重在1.2-3.5之间；二是控制注浆泵的变频调速器，使注浆泵在正常的注浆压力状态下运转；

通过键盘或鼠标操作，进行参数设定和远程控制各设备的运转。

2.一种自动控制的矿山地面注浆系统，它包括水泥单液浆进料制浆装置和注浆装置；进料制浆装置由清水池、射流泵、水泥仓、混合浆搅拌机和吸浆池组成；注浆装置由注浆泵和注浆管路组成；其特征在于，它还包括以工控机为中心的监控系统；其中：

在所述的进料制浆装置的射流泵出口管路上设有射流造浆器；射流造浆器的构造是在一段管壳内设有射流嘴，在管壳的一侧设有与水泥仓下料口相对接的水泥进料口；

在所述的进料制浆装置的水泥仓下料口设有变频调速螺旋机和变频计量螺旋机；

所述的注浆装置的注浆泵是变频调速注浆泵，注浆管路上设有压力变送器；

所述的监控系统由数据采集设备和工控机组成；

所述的数据采集设备包括设在水泥仓中的料位监控器、设在清水池以及吸浆池中的液位计、设在变频计量螺旋机上的拉力传感器、设在注浆管路上的质量流量计以及数据信号转换处理器；水泥仓中的料位信号、清水池以及吸浆池中的液位信号、计量螺旋机上拉力信号以及注浆管路中的浆液质量和流量信号，经数据信号转换处理器处理后，利用标准的接口数据交换协议传输给工控机；

上面所述的工控机内设有注浆标准参数，参数包括浆液比重，注浆压力和流量参数，并执行以下功能：

将水泥仓料位监控器信号、清水池以及吸浆池液位信号进行处理，发出指令供显示设备显示，根据液位信号控制制浆各设备的启动或停止，满足注浆时的一定制浆量；

将计量螺旋机的拉力信号进行处理，根据拉力大小控制计量螺旋机按照设定的计量值进行运转；

将注浆管路质量流量计信号进行处理，根据浆液比重、注浆压力和注浆流量进行以下控制：一是控制变频调速螺旋机和变频计量螺旋机运转，控制水泥流量，使水泥单浆液比重控制在1.2-1.6之间；二是控制注浆泵的变频调速器，使注浆泵在正常的注浆压力状态下运转；

通过键盘或鼠标操作，进行参数设定和远程控制各设备的运转。

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