CN103176452B - 注浆自动控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种注浆自动控制装置及方法，尤其适用于矿井顶板注浆防突水时使用。装置由加水流量控制器、水泥定量控制器、添加剂定量控制器、搅拌控制器和注浆泵控制器等五个控制器，注浆压力变送器、注浆流量变送器、质量流量变送器和孔口压力变送器等四个变送器，以及微处理器构成。通过加水流量控制器、水泥定量控制器、添加剂定量控制器提供满足一定密度要求的注浆液，通过质量流量变送器间接检测注浆液的密度，为控制提供信息，根据注浆的初注和压注的两个不同阶段，控制注浆量和压力，根据孔口压力变送器的反馈信号，判断注浆的效果和阶段的转换，最终完成不同复杂地质条件的注浆优化控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种注浆自动控制方法及装置，特别是一种适应矿井复杂地质条件下的注浆控制的注浆自动控制方法及装置。
技术背景
巷道注浆是堵水工程的关键环节,注浆质量的优劣,直接关系到堵水工程的成败,加强注浆现场的技术监控,保证堵水注浆的质量,就能在突水巷道形成牢固的挡水墙,在根本上治住水患。目前注浆控制采用的方法是固定参数的控制，不能针对注浆的反馈情况进行自适应的注浆液密度和注浆压力的自动调整，影响了注浆的效果。
发明内容
本发明的目的是要克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、使用方便、解决矿井复杂地质条件下的堵水注浆自动控制问题的方法及装置。
为实现上述目的，本发明的注浆自动控制方法，包括如下步骤：
步骤一，初注阶段的控制：
装置启动后，微处理器根据预设输入的参数进控制水泥定量控制器和添加剂定量控制器将水泥和添加剂投入浆桶内，之后微处理器控制水流量控制器向浆桶内注入预先设定好的水量，同时微处理器向搅拌控制器发送指令，搅拌控制器控制浆桶对内部材料进行搅拌，同时质量流量变送器对浆桶内的浆液的密度进行检测，并将检测结果反馈给微处理器，当质量流量变送器检测的浆液密度为1.6±0.005g/cm3时，微处理器关闭水流量控制器停止注水，初注阶段的制浆完成；
当制浆完成后，微处理器控制注浆泵控制器打开注浆泵，注浆泵开始工作将浆液从浆桶注入注浆管，此时设在注浆管上的注浆压力变送器和设在回浆管上的孔口压力变送器对注浆孔内的浆液压力进行检测，并将检测信息反馈给微处理器，微处理器通过注浆压力变送器和孔口压力变送器的反馈信息控制浆泵控制器将浆液的压力控制在1.2～1.5MPa；
步骤二，初压阶段结束时机的判断：
注浆流量变送器和质量流量变送器将检测到的注浆量信息反馈给微处理器，当注浆量超过50t，在控制孔口压力不变的条件下，注浆流量下降至初始值的60％以上时，初压阶段结束；
步骤三，压注阶段的控制：
微处理器根据预设输入的参数进控制水泥定量控制器和添加剂定量控制器将水泥和添加剂投入浆桶内，之后微处理器控制水流量控制器向浆桶内注入预先设定好的水量，同时微处理器向搅拌控制器发送指令，搅拌控制器控制浆桶对内部材料进行搅拌，同时质量流量变送器对浆桶内的浆液的密度进行检测，并将检测结果反馈给微处理器，当质量流量变送器检测的浆液密度为2.0±0.005g/cm3时，微处理器关闭水流量控制器停止注水，压注阶段的制浆完成；
当制浆完成后，微处理器控制注浆泵控制器打开注浆泵，注浆泵开始以400L/min的速度将浆液从浆桶注入注浆管，此时设在注浆管上的注浆压力变送器和设在回浆管上的孔口压力变送器对注浆孔内的浆液压力进行检测，并将检测信息反馈给微处理器；
步骤四，注浆完成的判断：
当孔口压力变送器反馈给微处理器的检测孔口压力为5～10Mpa时，则微处理器控制注浆泵控制器逐渐减小注浆流量，同时注浆流量变送器监测注浆流量的减小，当孔口压力变送器检测的孔口压力增大或者保持不变，则微处理器控制注浆结束。
本发明实现上述方法的注浆自动控制装置，包括浆桶，浆桶内设有加水流量控制器、水泥定量控制器和添加剂定量控制器，浆桶底部设有搅拌控制器，浆桶连接有注浆泵，浆桶与注浆泵之间设有质量流量变送器，注浆泵上设有插入注浆孔的注浆管，注浆管上分别设有注浆压力变送器和注浆流量变送器，浆桶顶部连接有一端设在注浆孔内的回浆管，回浆管内设有孔口压力变送器，所述加水流量控制器、水泥定量控制器和添加剂定量控制器的输入端分别连接微处理器的输出端，搅拌控制器和注浆泵控制器的输入端与微处理器的输出端相连接，注浆压力变送器、注浆流量变送器、质量流量变送器和孔口压力变送器的输出端分别与微处理器的输入端相连接。所述的注浆泵为加压泵。
有益效果，由于采用了上述技术方案，本发明可以实现注浆的自动化，对注浆的反馈情况进行自适应的注浆液密度和注浆压力的自动调整，可以根据不同要求实现注浆浆液密度和注浆压力的自适应控制，提高工作效率，解决了目前矿井复杂地质条件的注浆自动控制问题，可以应用于矿井透水裂隙的封堵，提高注浆堵水的效果，保障煤矿的安全。其方法和结构简单，使用方便，效果好，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的注浆控制结构图；
图2是本发明的注浆系统结构图。
图中：1-加水流量控制器；2水泥定量控制器；3-添加剂定量控制器；4-搅拌控制器；5-注浆泵控制器；6-注浆压力变送器；7-注浆流量变送器；8-质量流量变送器；9-孔口压力变送器；10微处理器；11-浆桶；12-注浆泵；13-注浆管；14-回浆管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的注浆自动控制方法的步骤如下，
步骤一，初注阶段的控制：
装置启动后，微处理器10根据预设输入的参数进控制水泥定量控制器2和添加剂定量控制器3将水泥和添加剂投入浆桶11内，之后微处理器10控制水流量控制器1向浆桶11内注入预先设定好的水量，同时微处理器10向搅拌控制器4发送指令，搅拌控制器4控制浆桶11对内部材料进行搅拌，同时质量流量变送器8对浆桶11内的浆液的密度进行检测，并将检测结果反馈给微处理器10，当质量流量变送器8检测的浆液密度为1.6±0.005g/cm3时，微处理器10关闭水流量控制器1停止注水，初注阶段的制浆完成；
当制浆完成后，微处理器10控制注浆泵控制器5打开注浆泵12，注浆泵12开始工作将浆液从浆桶11注入注浆管13，此时设在注浆管13上的注浆压力变送器6和设在回浆管14上的孔口压力变送器9对注浆孔内的浆液压力进行检测，并将检测信息反馈给微处理器10，微处理器10通过注浆压力变送器6和孔口压力变送器9的反馈信息控制浆泵控制器5将浆液的压力控制在1.2～1.5MPa；
步骤二，初压阶段结束时机的判断：
注浆流量变送器7和质量流量变送器8将检测到的注浆量信息反馈给微处理器10，当注浆量超过50t，在控制孔口压力不变的条件下，注浆流量下降至初始值的60％以上时，初压阶段结束。
步骤三，压注阶段的控制：
微处理器10根据预设输入的参数进控制水泥定量控制器2和添加剂定量控制器3将水泥和添加剂投入浆桶11内，之后微处理器10控制水流量控制器1向浆桶11内注入预先设定好的水量，同时微处理器10向搅拌控制器4发送指令，搅拌控制器4控制浆桶11对内部材料进行搅拌，同时质量流量变送器8对浆桶11内的浆液的密度进行检测，并将检测结果反馈给微处理器10，当质量流量变送器8检测的浆液密度为2.0±0.005g/cm3时，微处理器10关闭水流量控制器1停止注水，压注阶段的制浆完成；
当制浆完成后，微处理器10控制注浆泵控制器5打开注浆泵12，注浆泵12开始以400L/min的速度将浆液从浆桶11注入注浆管13，此时设在注浆管13上的注浆压力变送器6和设在回浆管14上的孔口压力变送器9对注浆孔内的浆液压力进行检测，并将检测信息反馈给微处理器10；
步骤四，注浆完成的判断：
当孔口压力变送器9反馈给微处理器10的检测孔口压力为5～10Mpa时，则微处理器10控制注浆泵控制器5逐渐减小注浆流量，同时注浆流量变送器7监测注浆流量的减小，当孔口压力变送器9检测的孔口压力增大或者保持不变，则微处理器10控制注浆结束。
如图1和图2所示，本发明实现上述方法的注浆自动控制装置，包括浆桶11，浆桶11内设有加水流量控制器1、水泥定量控制器2和添加剂定量控制器3，浆桶11底部设有搅拌控制器4，浆桶11连接有注浆泵12，浆桶11与注浆泵12之间设有质量流量变送器8，注浆泵12上设有插入注浆孔的注浆管13，注浆管13上分别设有注浆压力变送器6和注浆流量变送器7，浆桶11顶部连接有一端设在注浆孔内的回浆管14，回浆管14内设有孔口压力变送器9，所述加水流量控制器1、水泥定量控制器2和添加剂定量控制器3的输入端分别连接微处理器10的输出端，搅拌控制器4和注浆泵控制器5的输入端与微处理器10的输出端相连接，所述的注浆泵12为加压泵，注浆压力变送器6、注浆流量变送器7、质量流量变送器8和空口压力变送器9的输出端分别与微处理器10的输入端相连接。
其中微处理器10型号为ATMEGA16，其具有8个A/D转换电路，可以满足多参数检测的需要，所述的质量流量变送器8，采用科氏力检测原理，通过检测信号换算成注浆液的密度参数，器型号为RFT9712。注浆压力变送器6安装在注浆管中，孔口压力变送器9安装在回浆的回路管中，压力变送器选用型号HM20，所述的注浆泵控制器5为加压泵，根据注浆不同阶段要求和注浆反馈的信息，提供不同压力的注浆液。
本发明的注浆机工作原理：注浆控制系统中，水泥定量控制器2和添加剂定量控制器3按照预设的参数进行控制，在整个注浆控制中不需要自动调整；搅拌控制器4采用顺序逻辑控制方法，即在水泥定量控制器2、添加剂定量控制器3和加水流量控制器1工作一定时间后开始工作，在整个注浆过程中连续工作；注浆泵控制器5则需要根据不同的注浆阶段和注浆压力变送器6、注浆流量变送器7、质量流量变送器8、孔口压力变送器9的反馈信息进行自动压力的调整控制；加水流量控制器1需要根据不同的注浆阶段和质量流量变送器8的信息进行控制，以满足注浆液密度的要求。整个注浆控制分为两个阶段，不同阶段的注浆压力和注浆液密度要求均不同，要根据各种变送器的检测参数进行注浆压力、密度和流量的自适应控制，此外，需要根据检测参数判断第一阶段进入第二阶段的时机，判断注浆是否结束的时机，最终完成复杂地质条件的注浆优化控制。
Claims (3)
1.一种注浆自动控制方法，其特征是包括如下步骤：
步骤一，初注阶段的控制：
装置启动后，微处理器（10）根据预设输入的参数进控制水泥定量控制器（2）和添加剂定量控制器（3）将水泥和添加剂投入浆桶（11）内，之后微处理器（10）控制水流量控制器（1）向浆桶（11）内注入预先设定好的水量，同时微处理器（10）向搅拌控制器（4）发送指令，搅拌控制器（4）控制浆桶（11）对内部材料进行搅拌，同时质量流量变送器（8）对浆桶（11）内的浆液的密度进行检测，并将检测结果反馈给微处理器（10），当质量流量变送器（8）检测的浆液密度为1.6±0.005g/cm3时，微处理器（10）关闭水流量控制器（1）停止注水，初注阶段的制浆完成；
当制浆完成后，微处理器（10）控制注浆泵控制器（5）打开注浆泵（12），注浆泵（12）开始工作将浆液从浆桶（11）注入注浆管（13），此时设在注浆管（13）上的注浆压力变送器（6）和设在回浆管（14）上的孔口压力变送器（9）对注浆孔内的浆液压力进行检测，并将检测信息反馈给微处理器（10），微处理器（10）通过注浆压力变送器（6）和孔口压力变送器（9）的反馈信息控制浆泵控制器（5）将浆液的压力控制在1.2～1.5MPa；
步骤二，初压阶段结束时机的判断：
注浆流量变送器（7）和质量流量变送器（8）将检测到的注浆量信息反馈给微处理器（10），当注浆量超过50t，在控制孔口压力不变的条件下，注浆流量下降至初始值的60%以上时，初压阶段结束；
步骤三，压注阶段的控制：
微处理器（10）根据预设输入的参数进控制水泥定量控制器（2）和添加剂定量控制器（3）将水泥和添加剂投入浆桶（11）内，之后微处理器（10）控制水流量控制器（1）向浆桶（11）内注入预先设定好的水量，同时微处理器（10）向搅拌控制器（4）发送指令，搅拌控制器（4）控制浆桶（11）对内部材料进行搅拌，同时质量流量变送器（8）对浆桶（11）内的浆液的密度进行检测，并将检测结果反馈给微处理器（10），当质量流量变送器（8）检测的浆液密度为2.0±0.005g/cm3时，微处理器（10）关闭水流量控制器（1）停止注水，压注阶段的制浆完成；
当制浆完成后，微处理器（10）控制注浆泵控制器（5）打开注浆泵（12），注浆泵（12）开始以400L/min的速度将浆液从浆桶（11）注入注浆管（13），此时设在注浆管（13）上的注浆压力变送器（6）和设在回浆管（14）上的孔口压力变送器（9）对注浆孔内的浆液压力进行检测，并将检测信息反馈给微处理器（10）；
步骤四，注浆完成的判断：
当孔口压力变送器（9）反馈给微处理器（10）的检测孔口压力为5～10 Mpa时，则微处理器（10）控制注浆泵控制器（5）逐渐减小注浆流量，同时注浆流量变送器（7）监测注浆流量的减小，当孔口压力变送器（9）检测的孔口压力增大或者保持不变，则微处理器（10）控制注浆结束。
2.一种实现权利要求1所述方法的注浆自动控制装置，其特征是：自动控制装置包括浆桶（11），浆桶（11）内设有加水流量控制器（1）、水泥定量控制器（2）和添加剂定量控制器（3），浆桶（11）底部设有搅拌控制器（4），浆桶（11）连接有注浆泵（12），浆桶（11）与注浆泵（12）之间设有质量流量变送器（8），注浆泵（12）上设有插入注浆孔的注浆管（13），注浆管（13）上分别设有注浆压力变送器（6）和注浆流量变送器（7），浆桶（11）顶部连接有一端设在注浆孔内的回浆管（14），回浆管（14）内设有孔口压力变送器（9），所述加水流量控制器（1）、水泥定量控制器（2）和添加剂定量控制器（3）的输入端分别连接微处理器（10）的输出端，搅拌控制器（4）和注浆泵控制器（5）的输入端与微处理器（10）的输出端相连接，注浆压力变送器（6）、注浆流量变送器（7）、质量流量变送器（8）和孔口压力变送器（9）的输出端分别与微处理器（10）的输入端相连接。
3.根据权利要求2所述的注浆自动控制装置，其特征是：所述的注浆泵（12）为加压泵。
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