CN108919348B - 一种裂隙岩体智能注浆测控系统及实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种裂隙岩体智能注浆测控系统及实施方法，该系统包括微震检波器、数据分站、地下监测主机、服务器、注浆泵、智控阀、注浆控制端；实施方法是通过微震监测技术监控浆液扩散中的实时信号源并及时进行定位处理，验证后获得浆液的实际有效扩散范围，与所需的注浆扩散半径进行比较得到评估参数，计算评估参数与服务器终端所设定阈值之间的差值，基于设定的扩散计算反程序反馈到注浆控制端，动态调整注浆参数，基于智控阀作用实现对注浆系统的准确控制，实时进行智能化增减压注浆、增减流量注浆或者停止注浆。本发明能够实现对注浆参数的动态智能化调整，准确实现浆液的有效扩散范围，减少浆材浪费，降低成本，保证注浆工程的安全高效性。
Description
技术领域
本发明属于岩体注浆技术领域，涉及一种注浆工程中基于注浆扩散实际条件，智能控制、动态调整注浆参数的测控系统及实施方法，尤其涉及一种裂隙岩体智能注浆测控系统及实施方法。
背景技术
在各项土木工程建设中，经常会遇到破碎带、松散带、软弱底层、突水层等施工困难层，而注浆技术作为一种解决采矿工程、隧道工程、地基工程、水利工程等领域的突水及失稳破坏问题的方法，得到广泛应用。但是当前超长宽隧道、海底隧道等在我国建设中的比重越来越大，对注浆技术和理论也提出了更加严峻的挑战。
由于工程岩体的复杂性、隐蔽性，当前广大研究人员针对注浆理论、注浆效果分析等进行了广泛的研究，但是理论研究与工程应用的关系仍处于初级阶段，尤其是对于现场注浆系统的实施工艺，当前缺乏对实际注浆工程中浆液扩散范围的准确识别，缺乏依据实际扩散问题对注浆参数做出的动态调整。
发明内容
为解决以上现有相关技术中存在的问题，提出了一种裂隙岩体智能注浆测控系统及实施方法，提供一种基于实际工程裂隙浆液扩散范围的智能化注浆技术的测控系统，从而实现对注浆参数的准确调节，更好的完成注浆作业。
本发明采取的具体技术方案如下：
一种裂隙岩体智能注浆测控系统，包括微震检波器、数据分站、地下监测主机、服务器、注浆泵、智控阀、注浆控制端；其中四个以上的微震检波器以注浆孔为圆心圆周均匀布置于岩壁上，微震检波器的投放深度与注浆孔的钻孔深度一致，增强对微震点位置的精确定位，有利于实现对浆液扩散的准确标定。微震检波器分别通过信号线与地下的数据分站相连，数据分站、地下监测主机、地上的服务器之间依次通过信号线相连，服务器通过信号线分别与智控阀和注浆控制端相连；注浆控制端通过信号线分别与智控阀和注浆泵相连；注浆泵通过注浆管与智控阀连接，智控阀通过注浆管与注浆孔连接；所述智控阀内包括相互连接的智能控制器、压力传感器与流量监测器。
所述的微震检波器、数据分站、地下监测主机、服务器组成微震监测系统，用于通过裂隙岩体中浆液扩散时劈裂现象的能量释放信号识别岩体内浆液的有效扩散路径范围。
所述的服务器还用于根据目标浆液扩散半径、调节注浆参数，传递给注浆控制端；对参数的判定标准实现程序化计算，并通过计算机传递和调节操控，减少人为失误。
所述的智控阀、注浆泵、注浆控制端组成注浆系统，其中注浆泵和智控阀通过接收注浆控制端信号，准确调整注浆压力或者浆液流量，从而实现对注浆浆液扩散的动态调整和控制。
进一步地，上述智控阀初始设定压力与流量的允许浮动范围，浮动调节注浆初期的压力和流量。防止操作失误造成注浆压力不足或者超压，防止流量不达标或者流量超标。
上述裂隙岩体智能注浆测控系统的实施方法，包括以下步骤：
步骤一，根据裂隙岩体注浆工程所处的地质条件，按照设计工艺将注浆系统安装到位满足工程要求，利用注浆孔布置方式、排间距、岩体裂隙参数及注浆压力、注浆流量，初步确定注浆浆液所预设的扩散范围R。
步骤二，注浆工程实施前布置微震监测系统：工程底层布置微震检波器、数据分站、地下监测主机，地面布置服务器，相互之间通过信号线连接。
步骤三，智控阀设定注浆初期压力及流量的浮动范围。
步骤四，利用注浆系统实施注浆，基于服务器实时收到微震监测系统获取的能量波形数据，并对其进行滤波处理，确定微震事件参数包括：微震事件的数目、每个微震事件的空间定位、每个微震事件的震源参数、每个微震事件发生的时间。
步骤五，以距注浆孔最远的微震事件为起点进行钻孔取样，钻孔尽最大可能贯穿最多的微震事件，通过试样判定注浆期间岩体损伤劈裂的优劣性，绘制优质劈裂概率曲线，其中优质劈裂是指微震劈裂后浆液能够进入劈裂裂隙而填充，劣质劈裂是指仅发生了微震劈裂损伤而无浆液的填充；根据工程要求的优质劈裂概率，通过优质劈裂概率曲线，获得裂隙岩体注浆劈裂浆液的有效扩散半径Rn。
步骤六，在服务器内设定阈值N，基于注浆岩体的3D成像图，对微震事件标记，隔单位时间钻孔取样，计算评估参数M＝Rn/R，与阈值N进行比较，依据服务器确定的调节注浆参数，利用注浆系统的注浆控制端输出动态调整信号，当在预定时间内M<N时，则智控阀接收调节信息增开阀门或增大压力，在预定时间内M>N时，智控阀接收调节信息减小阀门或者停止注浆，直至M等于N停止注浆。
步骤七，当评估参数M始终小于N或者大于N超过预设范围时，则需要及时调整注浆布置方式，对新注浆位置实施新的注浆作业，重复上述步骤一至步骤六。
进一步地，上述服务器设定的阈值N，基于注浆内裂隙岩体的不稳定程度及工程堵水加固要求，在1～1.5范围内选取。预防裂隙岩体探测不到位，复杂地质条件考虑不足的问题。
进一步地，上述服务器在处理动态信号时，依据理论公式反推注浆参数的差值或者冗余值，传输信号到智控阀，实现对注浆参数的准确调节，避免人为操作失误。
本发明的有益效果为，通过对实际注浆工程中浆液扩散的准确识别，将参数进行程序化分析，并将相关信号转换传达至注浆系统，对注浆参数进行动态调整，使注浆作业达到预期的效果。减少浆材浪费，降低成本，保证注浆工程的安全高效性。
附图说明
图1为本发明的系统运行图；
图2为本发明的现场实施图；
图3为本发明的智控阀示意图。
图中：1裂隙岩体；2工程底层；3岩体裂隙；4数据分站；5地下监测主机；6信号线；7微震检波器；8服务器；9注浆孔；10注浆管；11注浆泵；12智控阀；13注浆控制端；14压力传感器；15流量监测器；16智能控制器。
具体实施方式
本发明的一种裂隙岩体智能注浆测控系统，各个构件之间相互协作，并依赖于计算机程序语言对所获得的扩散范围进行预判，从而将反推的补充参数作用于注浆系统和智控阀，依据现场实际对注浆参数实现动态准确调整。
下面结合附图，对本发明进行详细说明。
如图1—图3所示，本发明的一种裂隙岩体智能注浆测控系统，包含有微震监测系统、注浆系统，采取的具体技术方案如下：
所述的微震监测系统是由6个微震检波器7、数据分站4、地下监测主机5、服务器组8成,将浆液扩散时能量信号转化为定位有效劈裂扩散的识别技术。
所述的注浆系统包括智控阀12、注浆泵11、注浆控制端13，是注浆工程实践中所用的注浆设备组成的可实现裂隙岩体低压或者高压注浆的装置。
所述的智控阀12是由智能控制器16、压力传感器14、流量监测器15组成，接收注浆控制端13信号，准确调整注浆压力或者浆液流量。
所述的微震监测系统是在注浆系统布置完成后，将6个微震检波器7、地下数据分站4按照设计要求布置于注浆工程(裂隙岩体1，工程底层2)内，而微震监测系统的数据处理终端与计算处理终端共用一个服务器8，且两个终端嵌联后实现对微震事件后处理，并将处理结果实时反馈于注浆系统的注浆控制端13，智控阀12与注浆系统的注浆控制端13连接，从而实现对注浆浆液扩散的动态调整和控制。
所述的微震监测的精度可对裂隙岩体1中浆液扩散时劈裂现象实现有效捕捉，判定岩体内浆液的扩散路径。
所述的智控阀12初始设定有压力与流量的允许浮动范围，浮动调节注浆初期的压力和流量。
服务器8内是由C语言建立的能够与微震数据处理终端联接、计算判定扩散参数的程序，并借助于计算机转化为信号实施传递。
上述一种裂隙岩体智能注浆测控系统的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据裂隙岩体1注浆工程所处的地质条件，按照设计工艺将注浆装置安装到位满足工程要求，利用注浆孔9布置方式、排间距、岩体裂隙参数及注浆压力、注浆流量，初步确定注浆浆液所预设的扩散范围R。
步骤二，注浆工程实施前布置微震监测系统：微震检波器7、信号线6、数据分站4、地下监测主机5、服务器8。
步骤三，安装智控阀12连接注浆控制端13-服务器8终端，设定初期压力及流量的浮动范围。
步骤四，利用注浆系统实施注浆，基于服务器8终端实时处理微震系统获取的注浆浆液扩散中的滤波、微震事件定位以及震源参数，确定注浆块段内的微震事件数目、分布特征及每个事件在岩体的深度定位。
步骤五，在服务器8内设定阈值N，基于注浆岩体的3D成像图，对微震事件标记，根据优质劈裂概率曲线得到浆液在岩体的实际扩散范围有效扩散半径Rn，计算评估参数M＝Rn/R，与阈值N进行比较。
步骤六，依据判定调节注浆参数的计算处理终端，利用注浆系统的注浆控制端13输出动态调整信号，当在预定时间内M<N时，则智控阀12接收调节信息增开阀门或增大压力，在预定时间内M>N时，智控阀12接收调节信息减小阀门或者停止注浆。
步骤七，当评估参数M始终小于N或者与N的值差别较大时，则需要及时调整注浆孔9布置方式，对特定位置实施特定注浆作业，重复上述步骤。
所述的微震检波器7的设置是以注浆孔9为中心布置6个，相邻间隔角度为60°，紧贴岩壁，投放深度与注浆孔9的钻孔深度一致。
所述的服务器8设定的阈值N，基于注浆内裂隙岩体1的不稳定程度及工程堵水加固要求，在1～1.5范围内选取。
所述的优质劈裂是指劈裂后浆液能够进入劈裂裂隙而填充，劣质劈裂是指仅仅发生了劈裂损伤而无浆液的填充，在试验段内按照取岩心的形式来确定优劣劈裂的概率。
所述的计算处理终端在处理动态信号时，依据理论公式反推注浆参数的差值或者冗余值，服务器8再传输信号到智控阀12。
工程上，上述评估参数M可以根据钻取试样的方向不同而不同。
Claims (4)
1.一种裂隙岩体智能注浆测控系统，其特征在于，包括微震检波器(7)、数据分站(4)、地下监测主机(5)、服务器(8)、注浆泵(11)、智控阀(12)、注浆控制端(13)；其中四个以上的微震检波器(7)以注浆孔(9)为圆心均匀布置于岩壁上，微震检波器的投放深度与注浆孔的钻孔深度一致；微震检波器分别通过信号线(6)与地下的数据分站(4)相连，数据分站(4)、地下监测主机(5)、地上的服务器(8)之间依次通过信号线相连，服务器(8)通过信号线分别与智控阀(12)和注浆控制端(13)相连；注浆控制端(13)通过信号线分别与智控阀(12)和注浆泵(11)相连；注浆泵(11)通过注浆管(10)与智控阀(12)连接，智控阀(12)通过注浆管(10)与注浆孔(9)连接；所述智控阀(12)内包括相互连接的智能控制器(16)、压力传感器(14)与流量监测器(15)；
所述的微震检波器(7)、数据分站(4)、地下监测主机(5)、服务器(8)组成微震监测系统，用于通过裂隙岩体(1)中浆液扩散时劈裂现象的能量释放信号识别岩体内浆液的有效扩散路径范围；以距注浆孔(9)最远的微震事件为起点进行钻孔取样，钻孔尽最大可能贯穿最多的微震事件，通过试样判定注浆期间岩体损伤劈裂的优劣性，绘制优质劈裂概率曲线，其中优质劈裂是指微震劈裂后浆液能够进入劈裂裂隙而填充，劣质劈裂是指仅发生了微震劈裂损伤而无浆液的填充；根据工程要求的优质劈裂概率，通过优质劈裂概率曲线，获得裂隙岩体(1)注浆劈裂浆液的有效扩散半径Rn；
所述的服务器(8)还用于根据目标浆液扩散半径调节注浆参数，传递给注浆控制端；
所述的智控阀(12)、注浆泵(11)、注浆控制端(13)组成注浆系统，其中注浆泵和智控阀通过接收注浆控制端信号，准确调整注浆压力或者浆液流量，从而实现对注浆浆液扩散的动态调整和控制。
2.根据权利要求1所述的一种裂隙岩体智能注浆测控系统，其特征在于，所述智控阀初始设定压力与流量的允许浮动范围，浮动调节注浆初期的压力和流量。
3.权利要求1或2所述裂隙岩体智能注浆测控系统的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据裂隙岩体注浆工程所处的地质条件，按照设计工艺将注浆系统安装到位满足工程要求，利用注浆孔布置方式、排间距、岩体裂隙参数及注浆压力、注浆流量，初步确定注浆浆液所预设的扩散范围R；
步骤二，注浆工程实施前布置微震监测系统：工程底层布置微震检波器、数据分站、地下监测主机，地面布置服务器，相互之间通过信号线连接；
步骤三，智控阀设定注浆初期压力及流量的浮动范围；
步骤四，利用注浆系统实施注浆，基于服务器实时收到微震监测系统获取的能量波形数据，并对其进行滤波处理，确定微震事件参数包括：微震事件的数目、每个微震事件的空间定位、每个微震事件的震源参数、每个微震事件发生的时间；
步骤五，以距注浆孔最远的微震事件为起点进行钻孔取样，钻孔尽最大可能贯穿最多的微震事件，通过试样判定注浆期间岩体损伤劈裂的优劣性，绘制优质劈裂概率曲线，其中优质劈裂是指微震劈裂后浆液能够进入劈裂裂隙而填充，劣质劈裂是指仅发生了微震劈裂损伤而无浆液的填充；根据工程要求的优质劈裂概率，通过优质劈裂概率曲线，获得裂隙岩体注浆劈裂浆液的有效扩散半径Rn；
步骤六，在服务器内设定阈值N，基于注浆岩体的3D成像图，对微震事件标记，隔单位时间钻孔取样，计算评估参数M＝Rn/R，与阈值N进行比较，依据服务器确定的调节注浆参数，利用注浆系统的控制端输出动态调整信号，当在预定时间内M<N时，则智控阀接收调节信息增开阀门或增大压力，在预定时间内M>N时，智控阀接收调节信息减小阀门或者停止注浆，直至M等于N停止注浆；
步骤七，当评估参数M始终小于N或者大于N超过预设范围时，则需要及时调整注浆布置方式，对新注浆位置实施新的注浆作业，重复上述步骤一至步骤六。
4.根据权利要求3所述裂隙岩体智能注浆测控系统的实施方法，其特征在于，所述服务器设定的阈值N，基于注浆内裂隙岩体的不稳定程度及工程堵水加固要求，在1～1.5范围内选取。
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