CN108952760A - 一种智能循环增-卸压式动态注浆系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能循环增‑卸压式动态注浆系统及方法，在不破坏岩体原有强度的前提下，先进行静压注浆，通过测定流量计和压力变送器示数变化，当流量计示数不再变化且压力变送器示数增大时，系统自动调节压力调节阀提高注浆压力，阀门自动控制器控制出浆阀门和泄浆管路阀门按设计频率切换开启，实现循环增‑卸压注浆，提高裂隙填充率，改善注浆效果，注浆结束标准更加明确，防止注浆不完全或过度注浆造成岩体破坏和资源浪费，本系统增设安全管路，防止爆管、爆表事故的发生，稳压桶的设置，保证注浆过程中注浆压力稳定，实现对注浆方式的智能切换，提高注浆效率，扩大浆液扩散半径，提高裂隙填充率，改善注浆效果，减少劳动量，应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能循环增-卸压式动态注浆系统及方法，适用于煤矿巷道支护，金属矿山巷道支护以及隧道工程支护等采矿工程和岩土工程支护领域。
背景技术
采矿工程和岩土工程支护领域常采用注浆的方法来堵水、加固围岩，注浆的原理是将水泥浆液注入到岩体裂隙中，待浆液凝固后将离散的岩石胶结成一个整体结构，提高岩体强度等方面的性质。因此，浆液在岩体中的填充率是评价注浆效果的重要指标。
常用的注浆方法中均采用静态注浆方法，即整个注浆过程中不改变注浆压力大小或纯增压式注浆直至注浆结束，静态注浆方式下浆液颗粒很容易在较细裂隙端口形成堵桥，从而堵塞浆液进入裂隙，浆液扩散范围有限，不能达到预期注浆效果，同时裂隙容易被粒径大的浆液颗粒填充，堵住小粒径颗粒流动的通道，注浆工作提前结束；且采用纯增压式注浆方法进行注浆，在堵塞裂隙端口不能及时冲开淤堵通道，会因压力持续增高而破坏岩体原有结构，若不能及时卸压，将会导致爆管、爆表的安全事故的发生，造成整套注浆系统的损坏以及人员安全隐患，同时导致能量和材料的浪费。
常规的静态纯增压式注浆方法操作简便，效率高，但容易发生堵浆的情况，从而导致浆液填充率不高，注浆效果差等问题，而脉冲式注浆方法效率较低，但是可以扩大浆液扩散半径，提高空隙填充率，因此提出一种智能循环增-卸压式动态注浆系统及方法，动态注浆过程可分为2个阶段：（1）首先采用静压注浆压力进行注浆；（2）在出现堵浆现象时，采用循环增-卸压式注浆方法进行注浆，当浆液已在相当程度上或在一定范围的岩层内部强制贯通堵塞裂隙时，切换静压注浆压力继续进行注浆，如此反复，直至注浆工作结束。
智能循环增-卸压式动态注浆方法利用循环增-卸压压差冲击堵浆部位，可以有效贯通堵塞裂隙，扩大浆液扩散范围，提高浆液填充率，同时通过静压注浆和循环增-卸压式动态注浆的智能切换，可以兼顾效率和注浆效果。
与本发明申请有关的注浆支护装置及方法，目前公开的有中国发明专利（申请号：201310095222.1，专利名称：一种脉冲式注浆方法）主要涉及利用两套高、低压注浆管路、通过换向阀交替导通高、低压浆液，实现脉冲式注浆，提高孔隙填充率。然而本发明的缺陷在于通过换向阀机械切换实现脉冲式注浆，注浆过程中水泥浆液在换向阀中易出现堵塞的情况，同时由于只是采取高低压浆液交替注入的注浆方法，没有卸压过程，可能导致浆液没有贯通裂隙造成更大的堵浆，进而导致爆管、爆表等事故的发生。
发明内容
针对克服现有注浆方法的不足之处，本发明提出一种智能循环增-卸压式动态注浆系统及方法，以达到提高浆液填充率，改善注浆效果的目的。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种智能循环增-卸压式动态注浆系统，包括由高压胶管依次连接的拌浆桶，贮浆桶，注浆泵，增压泵，稳压桶和高压注浆锚杆，所述增压泵和稳压桶之间的注浆管路上设有入浆阀门，稳压桶和高压注浆锚杆之间顺次设有压力调节阀、流量计和出浆阀；所述流量计和出浆阀之间的管路上设置安全管路，安全管路上设置阀门；所述出浆阀和高压注浆锚杆之间设置泄压管路，泄压管路上设置泄浆阀门；所述压力调节阀和流量计之间设置压力变送器，压力变送器带有显示器；所述稳压桶设有压力表，并在入浆口设有回浆管路，回浆管路上设有阀门；所述出浆阀门和泄浆阀门均与阀门自动控制器连接；还设有整机控制装置，所述注浆泵、增压泵、入浆阀门、压力表、压力调节阀、压力变送器、流量计和阀门自动控制器均与整机控制装置连接。
所述泄浆管路通过胶管连接至搅拌桶。
所述稳压桶为耐高压透明材质，桶体标有刻度，上部装有压力表，桶壁一侧的中下部连接出浆管路，底部通过T型接口分别连接入浆管路和回浆管路。
所述回浆管路用于注浆结束后残余浆液的回收以及便于稳压桶的清洗。
所述压力调节阀采用耐高压材质制作。
所述安全管路通过胶管连接搅拌桶，当注浆压力超过管路和压力表等所标定最大压力时，安全阀自动开启，实现安全注浆。
所述高压胶管由特制注浆接头与高压注浆锚杆紧密连接。
所述出浆阀门和泄浆阀门紧靠注浆接头部位设置。
所述整机控制装置包括数据采集模块、处理模块、存储模块和显示模块；所述数据采集模块、存储模块和显示模块分别与处理模块连接；数据采集模块通过导线连接压力表和压力变送器、流量计；处理模块还连接注浆泵、增压泵、入浆阀门、压力调节阀和阀门自动控制器。
一种智能循环增-卸压式动态注浆方法，包括如下步骤：
步骤1）静压注浆，整机控制装置启动注浆泵、增压泵、入浆阀门和出浆阀门，将贮浆桶中的浆液输送至稳压桶中，再从稳压桶输送至高压注浆锚杆，向注浆孔内注浆；压力表、压力变送器以及流量计即时将稳压桶内的压力信息、管路内的压力信息以及管道内的注浆流量传至整机控制装置；
步骤2）所述整机控制装置采集上述信息进行判断，当流量计示数不再变化且压力变送器示数增大至整机控制装置设置的上限时，系统自动调节压力调节阀提高注浆压力，阀门自动控制器控制出浆阀门和泄浆阀门按设计频率切换开启，实现循环增-卸压注浆；
步骤3）当压力变送器采集到的压力降低至静压注浆压力时，则认为循环增-卸压压力浆液已在相当程度上或在一定范围的岩层内部强制贯通堵塞裂隙，系统关闭泄浆阀门，只开启出浆阀门进行静压注浆；
步骤4）在静压注浆流量明显降低或注不进浆时，再次开启循环增-卸压式注浆，如此反复，直至注浆工作结束。
有益效果：由于采用上述智能循环增-卸压式动态注浆系统及方法，改变原有静态注浆方式，在不破坏岩体原有强度的前提下，先进行静压注浆，通过测定流量计和压力变送器示数变化，当流量计示数不再变化且压力变送器示数增大时，系统自动调节压力调节阀提高注浆压力，阀门自动控制器控制出浆阀门和泄浆管路阀门按设计频率切换开启，实现循环增-卸压注浆，当压力降低至静压注浆压力时，可认循环增-卸压压力浆液已在相当程度上或在一定范围的岩层内部强制贯通堵塞裂隙，系统关闭卸压管路阀门，只开启出浆阀门，进行静压注浆，在静压注浆流量明显降低或注不进浆时，再次开启循环增-卸压式注浆，如此反复，直至注浆工作结束，提高裂隙填充率，改善注浆效果，注浆结束标准更加明确，防止注浆不完全或过度注浆造成岩体破坏和资源浪费，通过压力调节器调节循环增-卸压最大压力，在不破化岩体原有强度前提下，选取合适压力进行注浆，贯通堵塞裂隙端口，本系统增设安全管路，防止爆管、爆表事故的发生，稳压桶的设置，保证注浆过程中注浆压力稳定，本智能动态循环增-卸压式注浆系统采用整机智能切换，根据流量表和压力表示数变化，实现对注浆方式的智能切换，提高注浆效率，扩大浆液扩散半径，提高裂隙填充率，改善注浆效果，减少劳动量，应用前景广泛。
附图说明
图1是所述智能循环增-卸压式动态注浆系统示意图。
图中：1—拌浆桶，2—贮浆桶，3—注浆泵，4—增压泵，5—入浆阀门，6—回浆管路，7—稳压桶，8—压力表，9—压力调节阀，10—压力变送器，11—显示器，12—流量计，13—安全管路，14—出浆阀门，15—泄浆阀门，16—阀门自动控制器，17—高压胶管，18—注浆接头，19—托盘，20—止浆塞，21—高压注浆锚杆，22—整机控制装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
如附图1所示，一种智能循环增-卸压式动态注浆系统，包括由高压胶管17依次连接的拌浆桶1，贮浆桶2，注浆泵3，增压泵4，稳压桶7和高压注浆锚杆18，所述增压泵4和稳压桶7之间的注浆管路上设有入浆阀门5，稳压桶7和高压注浆锚杆18之间顺次设有压力调节阀9、流量计12和出浆阀14；所述流量计12和出浆阀14之间的管路上设置安全管路13，安全管路13上设置阀门；所述出浆阀14和高压注浆锚杆21之间设置泄压管路，泄压管路上设置泄浆阀门15；所述压力调节阀9和流量计12之间设置压力变送器10，压力变送器10带有显示器11；所述稳压桶7设有压力表8，并在入浆口设有回浆管路6，回浆管路6上设有阀门；所述出浆阀门14和泄浆阀门15均与阀门自动控制器16连接；还设有整机控制装置22，所述注浆泵3、增压泵4、入浆阀门5、压力表8、压力调节阀9、压力变送器10、流量计12和阀门自动控制器16均与整机控制装置22连接。
所述泄压管路通过胶管连接至搅拌桶1。
所述稳压桶7为耐高压透明材质，桶体标有刻度，上部装有压力表8，桶壁一侧的中下部连接出浆管路，底部通过T型接口分别连接入浆管路和回浆管路6，所述稳压桶7能有效排除浆液中的气体，保证浆液压力稳定，且水泥浆液在高压条件下凝固速度慢，工作过程中，稳压桶7内浆液不会发生凝集现象。
所述注浆压力由注浆泵3和增压泵4提供，通过管路与稳压桶7连接，管路上设有入浆阀门5。
所述回浆管路6用于注浆结束后残余浆液的回收以及便于稳压桶7的清洗。
所述压力调节阀9为耐高压材质，可精确调节注浆压力，通过观察所述压力变送器10及其显示器11，调节所需注浆压力，打开出浆阀门14实现注浆。
所述流量计12用于观察浆液注入情况，当流量计12示数不再变化且压力变送器10示数增大时，通过压力调节阀9提高注浆压力，阀门自动控制器16控制出浆阀门14和泄浆阀门15按设计频率切换开启，实现循环增-卸压式注浆，当注浆压力降低至所选静压注浆压力时，可认为脉冲压力浆液已在相当程度上或在一定范围的岩层内部强制贯通堵塞裂隙，关闭卸泄浆阀门15，只开启出浆阀门14，进行静压注浆，在静压注浆流量明显降低或注不进浆时，再次开启脉冲式注浆，如此反复，直至注浆工作结束。
所述安全管路13通过胶管连接搅拌桶1，当注浆压力超过管路和压力表等所标定最大压力时，安全阀自动开启，实现安全注浆。
所述注浆泵3、增压泵4、入浆阀门5、稳压桶的压力表8、压力调节阀9、压力变送器10、显示器11、流量计12、阀门自动控制器通16过线路连接所述整机控制装置22，实现整机操作，减少劳动量。
所述整机控制装置22所述整机控制装置包括数据采集模块、处理模块、存储模块和显示模块；所述数据采集模块、存储模块和显示模块分别与处理模块连接；数据采集模块通过导线连接压力表8和压力变送器10、流量计12；处理模块还连接注浆泵3、增压泵4、入浆阀门5、压力调节阀9和阀门自动控制器16。
所述泄浆管路15通过皮管与拌浆桶1连接，将泄浆浆液再次利用。
所述高压胶管17由特制注浆接头18与高压注浆锚杆21紧密连接。
所述循环增-卸压注浆压力由压力调节阀9调节，压力表显示器显示，注浆压力不破坏岩体原有强度。
所述出浆阀门14和泄浆阀门15紧靠注浆接头18部位设置，防止管路过长，在循环增-卸压注浆过程中注浆压力递减。
本发明的智能循环增-卸压式注浆方法具体步骤如下：
（1）在所需加固围岩注浆区域施工设计深度的注浆钻孔，清理干净孔内的水及残渣；
（2）向施工好的注浆钻孔内插入与钻孔深度相等的高压注浆锚杆21，注浆锚杆接触孔底，外端用止浆塞20、托盘19固定，按常规用封孔水泥进行封孔，通过注浆接头18与注浆高压胶管17相连；
（3）将水泥、添加剂、水按设计配比倒入拌浆桶中，待搅拌均匀后通过管路抽入贮浆桶2中待用，打开注浆泵3和增压泵4将水泥浆液灌注到稳压桶7中，当浆液压力超过设定的最大压力时，关闭注浆泵3、增压泵4和入浆阀门5，通过压力调节阀9调至设计较低压力，阀门自动控制器16打开出浆阀门14进行静压注浆，观察压力变送器10和流量计12示数；
（4）当观察流量计12示数不再变化且压力变送器10示数在增加时，可认为出现堵浆情况，通过压力调节阀9提高注浆压力，阀门自动控制器16控制出浆阀门14和泄浆阀门15按设计频率切换开启，实现循环增-卸压式注浆；
（5）当出浆阀门14开启，泄浆阀门15关闭时，高压浆液通过管路注入到岩层中，当泄浆阀门15开启，出浆阀门14关闭时，注浆管路中高压浆液通过泄浆管路流出，返回拌浆桶1中，岩层内压力降低，从而增大出浆阀门14开启时岩层注浆压力的增幅，使压力增幅加大，更加有效的冲击堵浆部位，扩大浆液扩散范围，提高浆液填充率；
（6）循环增-卸压式注浆过程时间的长短视岩层原有裂隙的发育和沟通情况不同而定，一般开启循环增-卸压循环增-卸压式注浆约半小时测定一次最大压力，当压力降低至所设计静压注浆压力时，可认为循环增-卸压压力浆液已在相当程度上或在一定范围的岩层内部强制贯通堵塞裂隙，关闭卸浆阀门15，只开启出浆阀门14，进行静压注浆，在静压注浆流量明显降低或注不进浆时，再次开启循环增-卸压式注浆，如此反复，直至注浆工作结束。
（7）当注浆过程中，需要更换注浆孔位或暂停注浆时，首先关闭出浆阀门14，将高压胶管17和高压注浆锚杆21分离，密封注浆口；当重新开始注浆时，首先打开入浆阀门5、开启注浆泵3和增压泵4，当压力表8显示超过预定注浆最大压力时，重复上述步骤继续注浆；
（8）当停止注浆时，打开稳压桶7下方回浆管路6阀门，利用皮管将稳压桶7中剩余浆液引流到拌浆桶1中，在浆液凝固前，利用清水将稳压桶7及注浆管路清洗干净；
（7）在注浆过程中，稳压桶7中浆液处于高压状态下，不会发生凝集现象，同时在一个注浆周期中要考虑浆液用量，防止过多浆液造成浪费。
（8）在注浆过程中，安全管路13通过胶管连接搅拌桶1，当注浆压力超过管路和压力表等所标定最大压力时，安全管路13的阀门自动开启，进行卸压，防止爆管、爆表等不安全情况发生，安全注浆。
（9）在注浆过程中，泄浆管路通过胶管连接搅拌桶1，将卸压浆液重复利用，避免浪费。
（10）在注浆过程中，观察记录稳压桶7示数以及流量计12变化量，统计注浆量，为以后注浆提供参考。
Claims (10)
1.一种智能循环增-卸压式动态注浆系统，其特征是：包括由高压胶管依次连接的拌浆桶，贮浆桶，注浆泵，增压泵，稳压桶和高压注浆锚杆，所述增压泵和稳压桶之间的注浆管路上设有入浆阀门，稳压桶7和高压注浆锚杆之间顺次设有压力调节阀、流量计和出浆阀；所述流量计和出浆阀之间的管路上设置安全管路，安全管路上设置阀门；所述出浆阀和高压注浆锚杆之间设置泄压管路，泄压管路上设置泄浆阀门；所述压力调节阀和流量计之间设置压力变送器，压力变送器带有显示器；所述稳压桶设有压力表，并在入浆口设有回浆管路，回浆管路上设有阀门；所述出浆阀门和泄浆阀门均与阀门自动控制器连接；还设有整机控制装置，所述注浆泵、增压泵、入浆阀门、压力表、压力调节阀、压力变送器、流量计和阀门自动控制器均与整机控制装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能循环增-卸压式动态注浆系统，其特征是：所述泄浆管路通过胶管连接至搅拌桶。
3.根据权利要求1所述的一种智能循环增-卸压式动态注浆系统，其特征是：所述稳压桶为耐高压透明材质，桶体标有刻度，上部装有压力表，桶壁一侧的中下部连接出浆管路，底部通过T型接口分别连接入浆管路和回浆管路。
4.根据权利要求1所述的一种智能循环增-卸压式动态注浆系统，其特征是：所述压力调节阀采用耐高压材质制作。
5.根据权利要求1所述的一种智能循环增-卸压式动态注浆系统，其特征是：所述安全管路通过胶管连接搅拌桶，当注浆压力超过管路和压力表所标定最大压力时，安全阀自动开启，实现安全注浆。
6.根据权利要求1所述的一种智能循环增-卸压式动态注浆系统，其特征是：所述高压胶管由特制注浆接头与高压注浆锚杆紧密连接。
7.根据权利要求1所述的一种智能循环增-卸压式动态注浆系统，其特征是：所述出浆阀门和泄浆阀门紧靠注浆接头部位设置。
8.根据权利要求1所述的一种智能循环增-卸压式动态注浆系统，其特征是：所述整机控制装置包括数据采集模块、处理模块、存储模块和显示模块；所述数据采集模块、存储模块和显示模块分别与处理模块连接；数据采集模块通过导线连接压力表和压力变送器、流量计；处理模块还连接注浆泵、增压泵、入浆阀门、压力调节阀和阀门自动控制器。
9.利用权利要求1~8任意一项权利要求所述的注浆系统的智能循环增-卸压式动态注浆方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤1）静压注浆，整机控制装置启动注浆泵、增压泵、入浆阀门和出浆阀门，将贮浆桶中的浆液输送至稳压桶中，再从稳压桶输送至高压注浆锚杆，向注浆孔内注浆；压力表、压力变送器以及流量计即时将稳压桶内的压力信息、管路内的压力信息以及管道内的注浆流量传至整机控制装置；
步骤2）所述整机控制装置采集上述信息进行判断，当流量计示数不再变化且压力变送器示数增大至整机控制装置设置的上限时，系统自动调节压力调节阀提高注浆压力，阀门自动控制器控制出浆阀门和泄浆阀门按设计频率切换开启，实现循环增-卸压注浆；
步骤3）当压力变送器采集到的压力降低至静压注浆压力时，则认为循环增-卸压压力浆液已在相当程度上或在一定范围的岩层内部强制贯通堵塞裂隙，系统关闭泄浆阀门，只开启出浆阀门进行静压注浆；
步骤4）在静压注浆流量明显降低或注不进浆时，再次开启循环增-卸压式注浆，如此反复，直至注浆工作结束。
10.根据权利要求所述的所一种智能循环增-卸压式动态注浆方法，其特征是：所述阀门自动控制器能够高频率切换出浆阀门和泄浆阀门，频率为60次/min。
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