CN111263845B - 用于确保用于岩石加固的多组分混合物的品质的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本文中描述了一种用于确保用于岩石加固的系统(100)中的包括至少两种组分的多组分混合物的品质的方法(200)。系统(100)包括第一通道(1)和第二通道(3)，所述第一通道(1)和第二通道(3)用于旨在注入岩石孔(5)中的相应的第一组分和第二组分。相应的通道(1、3)包括泵(13、15)和旨在用于相应的组分的容器(7、9)。该方法包括以下步骤：将相应的组分从相应的容器(7、9)泵送穿过相应的通道(1、3)(201)，并且将第一通道(1)中的第一组分的流量与第二通道(3)中的第二组分的流量连续地进行比较(202)。该方法还包括以下步骤：基于流量的比较对泵(13、15)单独进行控制(203)，使得与混合物中的第一组分与第二组分之间的预定的体积比的偏差在预定的第一阈值以下。本文中还描述了一种用于确保在岩石加固中使用的包括至少两种组分的多组分混合物的品质的系统(100)。

Description

用于确保用于岩石加固的多组分混合物的品质的方法和系统

技术领域

本发明涉及采矿业。本发明特别涉及例如与隧道掘进结合的岩石加固的方法和系统。

背景技术

与隧道掘进结合地或在采矿中，在腔洞周围、例如在将来的隧道将通过的孔处的岩石层中可能经常产生裂缝。这些裂缝会削弱岩石，这可能导致部分岩石坍塌。因此，需要使坍塌的风险减小的措施。这种措施通常称为岩石加固。用于岩石加固的常用方法是锚杆支护。一种类型的锚杆支护涉及借助于模制剂将锚杆紧固在钻孔中。因此，首先在岩石中钻孔。钻孔可以通过钻孔机或者借助于自钻式岩石锚杆来实施。自钻式岩石锚杆是具有钻头的锚杆，该钻头固定地安装至锚杆或固定地熔接至锚杆。因此，岩石中的孔是借助于自钻式锚杆钻出的。

在岩石中的孔已经钻完后，将岩石锚杆安置在孔中。如果孔是由自钻式岩石锚杆钻出的，则锚杆在钻孔完成时已经安置在孔中。此后，锚杆借助于注入岩石中的孔中的模制剂而锚固至岩石。模制剂不但在岩石中的孔内绕岩石锚杆凝固或固化，而且在从岩石中的孔延伸(debouching)到岩石中的缝隙中凝固或固化。以这种方式，岩石锚杆被锚固至岩石中的孔。模制剂借助于适于在岩石加固中使用的系统被注入孔中。自钻式锚杆可以包括锚杆内的通道，通过该通道可以将模制剂注入岩石孔中。因此，岩石锚杆可以是中空的，使得模制剂可以被注入穿过岩石锚杆，并且被从位于锚杆的最远端部处的钻头注射出。

模制剂可以例如是组分混合物，该组分混合物可以至少包括意在用于岩石加固的两种组分：第一组分和第二组分。第一组分可以包括用于加速凝固的催化剂，该催化剂也可以称为硬化剂，该催化剂比如说例如是偏硅酸钠、乙醇、多元醇或类似物，或者是偏硅酸钠、乙醇、多元醇或类似物的组合。第二组分可以包括树脂，比如说例如二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或类似物。

第一组分和第二组分意在被注入岩石孔中时彼此混合，使得产生混合物。混合物可以借助于混合器产生，两种组分通过该混合器注入岩石孔中。各组分在其进入孔中之前或者在其进入孔中的同时在混合器中混合。当各组分已经混合在一起时，在树脂中发生反应，该反应由硬化剂触发并且该反应导致在树脂中产生交联，从而引起混合物硬化。

如已经提到的，所产生的组分混合物可以注入穿过岩石锚杆中的腔。因此，可以使用组分混合物从岩石孔的底部填充岩石孔。模制剂绕锚杆填充孔，并且模制剂还将渗透到岩石中的缝隙中。以这种方式，岩石层被约束并保持在一起，使得坍塌的风险降低。模制剂还用作保护锚杆免受来自环境的影响、比如说例如腐蚀的影响。

因此，最重要的是，加固的品质足够好使得坍塌的风险最小。可以实施拉伸测试以对加固进行控制，但是出于经济和实际的原因，仅对数目非常有限的经实施的岩石加固实施拉伸测试。

US 2011/0070035描述了一种在岩石加固时使用的设备。该设备包括自钻式岩石锚杆，该自钻式岩石锚杆包括流体注入器，该流体注入器具有用于水和两种模制组分的通道。各组分借助于泵来注入，所述泵能够被控制成实现这些组分的期望分配。

WO 2016/141008也描述了一种在岩石加固时使用的设备，其中，用于组分的两个贮存器通过通道连接至用于注入组分的钻孔。单独的泵布置成用于这两种组分。对穿过泵的流量进行校准以实现各组分的特定分配，该分配可以是4：1至3：2。校准可以例如通过调整进气压力和组分通道的出口的直径来实施。

因此，岩石孔中的混合物的品质非常重要，因为模制剂必须具有高强度。组分通常一直保持分离直至岩石孔的口部，仅在注入岩石孔中之前或者与注入结合地在该岩石孔的口部处实施混合。如今，需要确保注入岩石孔中的混合物的品质。

发明内容

因此，本发明的目的是确保在岩石加固时注入岩石孔中的混合物的品质。

根据本发明的第一方面，该目的通过下述方法来实现：该方法用于确保用于岩石加固的系统中的包括至少两种组分的多组分混合物的品质。系统包括第一通道和第二通道，所述第一通道和第二通道用于旨在注入岩石孔中的相应的第一组分和第二组分。相应的通道包括泵和旨在用于相应的组分的容器。将相应的组分从相应的容器泵送穿过相应的通道。在泵送时，将第一通道中的第一组分的流量与第二通道中的第二组分的流量连续地进行比较。基于流量的比较对泵单独进行控制，使得与混合物中的第一组分与第二组分之间的预定的体积比的偏差低于预定的第一阈值。

根据本发明的第二方面，上述目的还通过下述系统来实现：该系统用于确保在岩石加固中使用的包括至少两种组分的多组分混合物的品质。系统包括第一通道和第二通道，所述第一通道和第二通道用于旨在注入岩石孔中的相应的第一组分和第二组分。相应的通道包括泵和旨在用于相应的组分的容器。泵意在将相应的组分从相应的容器泵送穿过相应的通道。系统包括流量计和控制单元，所述流量计布置在相应的第一通道和第二通道中，该控制单元配置成将所述第一通道中的所述第一组分的流量与所述第二通道中的所述第二组分的流量连续地进行比较。控制单元还配置成对泵单独进行控制，使得与混合物中的第一组分与第二组分之间的预定的体积比的偏差低于预定的第一阈值。

通过将第一通道中的第一组分的流量与第二通道中的第二组分的流量连续地进行比较并且对泵单独进行控制使得与混合物中的第一组分与第二组分之间的预定的体积比的偏差低于预定的第一阈值，两种组分之间的体积比可以保持在一定的误差范围内。以这种方式，实现了注入岩石孔中的混合物包括下述组分混合物：该组分混合物在至少两种组分之间具有期望的体积比。组分之间的正确体积比提供了混合物的最佳凝固。因此，通过上述方法和系统实现了确保混合物的品质。

此外，由于泵基于通道之间的流量比较而单独控制，因此通道中的一个通道中的流量减小将自动导致另一通道中的流量由于控制单元下调该通道中的泵而减小。以这种方式，即使在操作期间例如由于通道中阻塞或者泵劣化而在通道中的任何一个通道中发生流量的单独变化，也可以保持体积比。以这种方式，实现了即使在操作期间发生突发事件时，即在动态条件下，也可以确保混合物的品质。

因此，提供了确保在岩石加固时注入岩石孔中的混合物的品质的系统和方法。

附图说明

由于以下参照附图所提供的对一种或若干种实施方式的详细描述，本发明的其他目的和优点以及特征将是明显的，在附图中：

图1示出了岩石加固中的示例性系统100的示意性立体图。

图2示出了图示岩石加固中的方法200的流程图。

图3a示出了用于在岩石加固中使用的介质泵30的立体图。

图3b示出了介质泵30的分解图。

具体实施方式

现在将参照示出了示例性实施方式的附图对本文中的实施方式进行更详细地描述。本发明不应被解释为被实施方式的公开示例所限制。贯穿全文，类似的附图标记指的是类似的元件。

图1图示了用于确保在岩石加固中使用的包括至少两种组分的多组分混合物的品质的示例性系统，其中，系统100包括第一通道1和第二通道3，所述第一通道1和第二通道3用于旨在注入岩石孔5中的第一组分A和第二组分B。系统100中的相应的通道1、3包括第一泵13和第二泵15以及旨在用于第一组分A的第一容器7和旨在用于第二组分B的第二容器9。所述泵13、15意在将相应的组分A、B从相应的容器7、9泵送穿过相应的通道1、3。

两种组分A、B在其相应的通道1、3中被泵送至注入适配器，其中，所述两种组分仅在组分混合物被压入锚杆中并且从底部或从口部填充岩石孔5之前在混合器11中混合。混合器可以例如为静态混合器。因此，组分A、B在注入适配器之前是完全分离的，该注入适配器使组分在混合器11的入口处相遇。在一些实施方式中，注入适配器在内部布置为Y形交叉状。其中，Y形交叉状在本文中是指通道1、3在注入适配器中以一定角度会聚成共用的通道。组分A、B可以穿过具有特定开启压力、例如15巴的相应的止回阀(未示出)，并且随后以例如类似于字母Y的形式直接会聚进入到混合器11中。组分在注入适配器中相遇的通道部的其他布置自然是可能的，通道可以例如以T等形状相遇。

系统100还包括流量计17、19以及控制单元25，所述流量计17、19分别布置在第一通道1和第二通道3中，该控制单元25配置成对所述第一通道1中的所述第一组分A的流量与所述第二通道3中的所述第二组分B的流量进行连续地比较。控制单元25还配置成对泵13、15单独进行控制，使得与混合物中的第一组分A与第二组分B之间的预定的体积比的偏差低于预定的第一阈值。

通过测量相应的通道1、3中的流量并且基于通道1、3中的流量之间的比较对泵13、15单独进行控制，系统100可以确保保持组分混合物中各组分之间的特定体积比。为了实现具有高强度的岩石加固，组分混合物的品质很重要。除此以外最终混合物的品质受混合物中组分A、B的体积比的影响。通过连续地测量流量并且对泵13、15单独进行控制，系统100可以动态地确保即使当突发事件发生时也能保持体积比。例如，如果通道1、3中的一个通道中流量减小、例如由于通道1、3中的阻塞或者该通道1、3的泵13、15的意外劣化而减小，则另一通道3、1中的流量将自动减小。此外，由于控制是基于流量的，因此可以在不重新校准系统100的情况下使用不同的组分A、B，这意味着例如不同粘度或温度的组分A、B将不会影响混合物中的体积比。

在本公开中，“连续地比较”是指在注入过程期间实施多次比较，即，在多个不同的时刻对流量进行测量，或者是指在整个注入过程期间不断地、即连贯地实施测量。

第一组分A可以包括用以加速凝固的催化剂，该催化剂在本文中也称为硬化剂，该催化剂比如说例如是偏硅酸钠、乙醇、多元醇或类似物，或者偏硅酸钠、乙醇、多元醇或类似物的组合。第二组分可以包括树脂，比如说例如二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)。组分A和组分B也可以称为树脂组分或树脂液体。

组分A与组分B之间的预定的体积比可以例如为1：1，并且预定的第一阈值可以例如为与该比例的偏差的百分比，该百分比在区间1％至15％内。根据优选的实施方式，预定的第一阈值为5％的百分比的偏差。组分A、B的体积之间的其他比例、例如为2：1、1：2、3：1等也是可能的。期望的体积比可以例如取决于将要被混合的组分A和组分B。

流量计17、19优选地直接布置在相应的泵13、15之后。流量计17、19可以例如通过布置成使得其对腐蚀性液体或化学物质具有抵抗性而特别地适于组分A、B。因此，实现了系统100中的流量计17、19的使用寿命的增加。流量计17、19的信号既可以用来调节正确的流量又能够检测故障，这将在下面更详细地描述。流量计17、19在相应的通道1、3中的各组分的流动方向上可以布置在容器7、9和泵13、15的下游、但布置在混合器11的上游。由于布置在混合器11的上游、即布置在组分混合之前，因此可以对每个通道中的流量单独进行测量。

根据一些实施方式，控制单元25还配置成也根据组分A、B的流量的设定点来控制泵13、15。系统100还可以包括用于对与相应的泵13、15的操作相关的参数进行监测的装置，其中，控制单元25还配置成当监测到的参数中的至少一个参数与预定的第二阈值一致时对流量的设定点进行调节。

流量的设定点可以基于将要被填充的岩石孔5的体积和现有(at hand)的组分混合物的凝固时间来确定。凝固时间可以例如在20秒与5分钟之间。如果泵入的体积太大，则未凝固的组分混合物可能会从岩石孔滴出或者流出，并且如果流量太小，则组分混合物可能会在有时间填充孔5之前就凝固，这使孔5的填充复杂化。在后一种情况下，岩石锚杆支护受损并且在最坏的情况下可能导致岩石加固过早中止，并且因此导致必须开始新的岩石加固。

所监测的参数可以与泵13、15的负载有关。所监测的参数可以例如是：在液压马达控制泵13、15的情况下对泵13、15进行控制的液压马达的用于油流的方向阀的电流调制。在这种情况下，电流调制将由电流调节器直接监测。控制单元25可以例如配置成：一旦监测到的参数与预定的阈值一致就降低或减小流量的设定点。例如，当电流调节器中的一个电流调节器达到某个调制、例如对于阀的最大电流调制的80％时。这是为了在由于背压增大并且因此组分A、B之间的体积比变差而使流量减小之前实施。因此，组分A、B之间的体积比通过使两个通道1、3中的流量减少来保持。例如，当泵13、15中的一个泵在调节期间接近其最大容量时这是有利的，泵13、15中的一个泵接近其最大容量可能导致附近通道开始阻塞。通过下调两个泵13、15，避免了泵达到其最大容量，泵达到其最大容量将导致混合物中的组分A、B之间的体积比改变。此外，避免了泵的过载。因此，体积比正确可以优先于流量具有最佳值。所监测的参数的另一示例可以是：在液压马达控制泵13、15的情况下对泵13、15进行控制的电动马达的电流。被监测的参数的其他示例可以是通道1、3中的压力、通道1、3中的流量以及组分A、B之间的体积比。

下调可以例如以预定的步长、例如以0.2l/min的步长来实施。系统100可以在一段时间之后尝试再次提高设定点，以便获得岩石孔中的最佳填充时间。为了避免系统中的摆动，上调可以优选地实施为慢于下调。上调可以例如以与下调不同大小的步长、例如以0.1l/min的步长来实施。

根据一些实施方式，容器7、9可以包括空气入口，所述空气入口布置成用干燥的空气替换已经从相应的容器7、9泵出的组分的体积。

在将组分A、B注入岩石孔5中期间，泵13、15将从容器7、9中吸出组分液体A、B，这将导致容器7、9中的液位或组分液面下降。为了补偿液体的损失，相应的容器7、9可以用空气再填充。容器7、9可以通过空气干燥系统用干燥的空气再填充，以便使潮湿的空气到达容器7、9的内部并与液体A、B发生反应的风险最小化。空气干燥系统可以以已知的方式将空气冷却到环境温度，并且因此通过冷凝使任何潜在的自由水移除。空气干燥系统还可以通过借助于过滤器的过滤使诸如油颗粒之类的颗粒移除。空气干燥系统还可以引导空气穿过膜式干燥器，该膜式干燥器将使相对湿度(RH)例如从100％降低至7％。因此，空气干燥系统可以在14℃下实现具有7％RH的空气。空气干燥系统可以例如布置在钻机上。替代性地，容器7、9可以通过空气过滤器用空气再填充，该空气过滤器确保空气是干燥的。

通过以这种方式布置系统100，避免了潮湿的空气接触到容器7、9中的组分A、B并且使硬化反应开始，这样会对系统100和组分混合物的品质两者产生负面影响。通过用干燥的空气替换已经从相应的容器7、9泵出的组分的体积，实现了确保混合物的品质。

干燥的空气可以被引入到相应的容器7、9的上部部分中，使得容器7、9从容器7、9中的组分A、B的液面上方开始填充有空气。容器7、9可以安装成高于泵13、15，以便获得正的抽吸高度。由于组分A、B与潮湿的空气发生反应，因此相应的容器7、9和任何可能的再填充设备可以布置成使得相应的容器7、9和任何可能的再填充设备在操作或再填充期间不需要被打开。容器7、9中的每一者可以由钢制成。容器7、9也可以在顶部处布置有检修孔。检修孔可以布置成使得检修孔在处于关闭位置时不允许水分进入容器7、9中，检修孔可以例如借助于O形环来密封。在检修孔上可以安装有通气过滤器(breathing filter)。通气过滤器可以布置有两个止回阀，所述两个止回阀一体结合成使得在容器7、9中必须存在过压以及负压，所述过压用于使空气从容器7、9流出并且所述负压用于使环境空气流入容器7、9中。在检修孔上可以安装有节流管接头和止回阀，以限制流量并且将空气保持在容器7、9中。

一旦泵13、15将要运行，空气就可以被送给到容器7、9中，并且可以借助于通过止回阀和通气过滤器的过滤器的吹出而继续被冲洗穿过容器7、9。这将使在容器7、9中发生潜在冷凝的风险减小。容器7、9可以优选地处于过压状态。过压确保了潮湿的空气不会例如在容器7、9在例如夜间的冷却期间被吸入容器7、9中或者在容器7、9中冷凝。过压可以例如为0.35巴。

根据一些实施方式，系统100还包括压力传感器21、23，所述压力传感器21、23布置在相应的通道1、3中并且布置成连续地测量相应的通道1、3中的压力。相应的压力传感器21、23在相应的通道1、3中可以优选地布置在泵13、15与流量计17、19之间。因此，压力传感器21、23在相应的通道1、3中的各组分的流动方向上可以布置在容器7、9和泵13、15的下游但布置在相应的流量计17、19的上游。来自压力传感器21、23的信号可以用作注入时主要的泵送压力的直接信息，但也可以用于故障检测。

根据一些实施方式，控制单元25可以配置成：在通道1、3中的任一者中测量到的压力超过预定的第三阈值的情况下对系统100中的第一故障进行检测。

如果在通道1、3中的任一者中压力急剧增大，则这构成系统中出现故障、例如通道1、3中的一个通道中出现堵塞或者混合器11中出现堵塞的指示。根据两个通道1、3中的压力都增大还是仅通道1、3中的一者中的压力增大，可以在具体的通道1、3或混合器11中发现潜在的堵塞。操作期间的压力可以随时间被存储或记录。可以在不同的注入循环之间对操作期间的压力进行比较，即，一次注入的压力可以与另一注入的压力进行比较。在长时间使用之后，硬化的组分A、B在通道1、3和混合器11中的磨损和积聚可能会使系统的效率降低。增大的操作压力可以表示这种现象。因此，系统100中的在操作期间超过某个阈值的压力可以指示混合器11需要更换以及/或者系统100需要清洁。用于此的阈值可以例如为150巴。根据一些实施方式，泵13、15可以在临界压力处被关闭以避免系统故障。临界压力可以例如为200巴。

根据一些实施方式，控制单元25还可以配置成：在预定的时间间隔期间在通道1、3中的任一者中测量到的压力增大超过第四阈值、同时在同一通道1、3中测量到的流量基本恒定或在减小的情况下，对系统100中的第二故障进行检测。

如果通道1、3中的任一者中的压力在增大的同时流量未增加或者甚至减小，则这表示通道1、3和/或混合器11开始堵塞，即，组分A、B或组分混合物在通道1、3和/或混合器11中已停滞且已硬化。与仅监测压力相比，将压力与流量进行比较提供了系统100中的故障的更稳定的指示。为了检测系统100中的故障，甚至可以将所监测到的和泵的操作有关的参数与通道1、3中的压力和流量进行比较。

通过对系统100中的故障进行检测，可以在系统的功能劣化之前采取措施。在岩石加固再次初始化之前，可以例如使注入中止并且对系统进行清洁。系统100中的故障可能会影响流动条件，并且可能导致劣质的组分混合物在岩石孔5中硬化。因此，通过对系统中的故障进行检测，实现了可以确保混合物的品质。

系统100可以布置在车辆或钻机上。钻机可以是可移动的，使得系统100可以在岩石或隧道内或者在岩石中的不同隧道之间移动。当系统100安装在钻机上时，一体结合在钻机上的控制系统——也称为钻机控制系统(RCS)——可以用作用于对系统进行控制的控制单元。

其中，术语通道1、3在本文中是指系统100的位于容器7、9与混合器11之间的至少那些部分，其中，组分A、B被输送至岩石孔5。因此，注入适配器中的通道可以包括本文中所描述的通道1、3的一部分。通道1、3可以例如包括软管。软管的内部管可以优选地以下述材料布置：该材料对流动穿过管的组分有抵抗作用。该材料可以例如为聚四氟乙烯(PTFE)或聚氨酯。

泵13、15可以例如是液压泵、电动泵、空气驱动泵或者泵送预定量的组分A、B的一种泵。泵13、15在本文中也可以被称为注入泵或树脂泵。泵13、15可以彼此完全独立并且由相应的马达单独驱动，其中马达可以是液压马达类型。泵13、15和马达可以作为单元安装。泵13、15可以类似于普通的液压泵，但是可以适配有适用于组分A、B的特殊内部涂层。泵13、15也可以适配成不具有如普通液压泵所具有的任何压力补偿。可以这样做是因为控制将响应于通道中的流量来实施。驱动泵13、15的马达可以是传统构造的液压马达，并且该马达通过内花键驱动泵13、15，以便被快速更换从而易于在场地进行维修。

在马达与泵13、15之间可以布置有轴填料。轴填料在某些情况下可能会泄漏或者在内部压力不足的情况下可能会吸入空气，这可能导致正被泵送的组分A、B与潮湿的空气通过结晶和硬化起反应。为了确保轴填料的长的使用寿命，可以将泵13、15往下方安装并且将液压马达往上方安装。以这种方式避免了组分液体A、B向下流入马达中。在间隔件上可以布置有具有再填充盖的玻璃杯。玻璃杯可以用液体填充到一定液面。然后，液体将用作界面并且使空气远离轴填料。液体优选地为不与组分A、B中的任一者起反应的液体。液体可以例如为马达油。

液压马达可以是内部排液的。在某些情况下，来自马达的回流压力在运行期间可能不超过10巴。液压马达和泵13、15可以具有不同的排量，例如分别为14cc或11cc，这还提供了以下优点：使用相对普通的液压阀对泵13、15的负载期间的旋转速度进行控制变得更容易。在一些实施方式中，操作期间的旋转速度可能不会下降到低于泵13、15的最低旋转速度，因为旋转速度下降到低于泵13、15的最低旋转速度会影响单元的寿命。因此，根据一些实施方式，如果泵13、15的旋转速度下降到低于某个阈值，则泵13、15关闭。该阈值可以例如为240rpm。

每个液压马达可以从方向阀接收该液压马达的液压流。方向阀可以例如为NG6比例方向阀。阀可以是电控可变节流器，并且穿过该阀的流量可以取决于该阀的电流和该阀上的压降。阀可以例如由电流调节器来监测和控制。阀可以具有滑动件，该滑动件例如在10巴的压头下以每分钟7升进行供给。在阀之前可以安装有减压阀，以限制进给压力。马达的低压力导致用于驱动泵13、15的力矩更低，这导致最大泵压力的限制。

可以在组分A、B相遇的口部的上游将介质压入到相应的通道1、3中，以使组分A、B在泵送操作或注入之间彼此接触的风险最小。如果在通道上安装有止回阀，则介质可以被压入到止回阀与组分A、B相遇的口部之间的通道1、3中。介质可以例如为油脂，优选地为润滑剂。介质将组分A、B压在介质自身前面，并且将组分A、B从通道推出，以便防止硬化并且从而防止导致注入适配器中的通道和混合器11堵塞。介质还可以在不同组分注入之间用作通道中的阻挡件，该阻挡件防止组分沿错误的方向流动并防止组分彼此接触。在这种情况下，介质可以被称为阻挡介质。

图3a和图3b图示了设备30，该设备30布置成用于将介质注入通道中，所述通道布置成用于使树脂组分或模制组分与岩石加固物结合地流动。如上所述，介质可以例如为油脂，因此设备也可以称为油脂泵或介质泵。设备30可以例如布置成将介质注入如本文中所描述的系统100中的通道1、3中。设备30可以填充有介质。为此目的，设备30可以包括至少一个、但优选地两个用于储存介质的容器或容积件(未示出)。设备可以包括布置成用于对设备30中的介质的填充水平进行测量的装置。其中，填充水平在本文中是指：设备30中的介质量与设备30可能容纳的介质量的关系。用于测量该水平的传感器可以例如是被内置到设备30中。替代性地，可以布置外部长度传感器以对容器或容积件中的该水平进行测量。当设备30布置成将介质注入由控制单元所控制的用于组分流的泵所在系统中时，则控制单元可以配置成接收关于设备30中的介质的填充水平的信息。控制单元还可以配置成对泵进行控制，使得仅在设备30中的介质的填充水平超过预定的阈值的情况下允许泵将相应的组分泵送穿过相应的通道。

当设备30布置成将介质注入系统100中的通道1、3中时，则控制单元25因此配置成对泵13、15进行控制，使得仅在设备30中的介质的填充水平超过第五阈值的情况下允许泵13、15将相应的组分A、B泵送穿过相应的通道1、3。预定的阈值确定成使得介质的量足以用作通道中的阻挡件，从而使组分不被混合。阈值可以是从完全填充满的水平的1％达到完全填充满的水平的100％的所有值。

当设备布置成将介质注入系统100中的通道1、3中时，设备30可以布置成在泵13、15已停止泵送之后将介质注入系统100中，以便将剩余的组分A、B压出系统100，并且随后用介质进行填充。

因此，介质泵30可以布置成将介质注入与岩石加固结合使用、例如与本文中所描述的系统100结合使用的通道中。通过仅在介质泵30被介质填充至足够水平时允许将模制组分注入岩石孔中，可以确保在完成组分注入之后直接用介质冲洗穿过通道和最终混合器，使得不存在剩余的组分凝固在通道或混合器中。因此，可以确保在下一次注入时系统中的穿过通道和最终混合器的流量将是最佳的，这将使得混合物的品质提高。对于本文中所描述的系统100，这还将导致减少通过泵进行控制的需求，减少通过泵进行控制的需求将使泵上的磨损减少。其中，足够的水平在本文中是指介质的量足以将剩余的组分压出系统和/或介质的量足以用作通道中的阻挡件，从而避免各组分的混合。

通过在完成组分注入之后直接将介质注入系统中并将剩余的组分及其混合物压出系统，可以确保在系统中不存在可以在该系统中硬化的残留的组分。此后，通过用介质再次填充介质泵30，确保系统准备好再次将组分注入岩石孔中。

如上所述，设备或介质泵30可以包括至少一个但优选地两个用于储存介质的容器、空间或容积件。液压缸31可以用来通过推压在两个柱塞活塞33、35上而将介质从介质泵30压出，所述两个柱塞活塞33、35安装在也称被为介质块或油脂块的公共块37中。在这种情况下，柱塞活塞33、35的筒形容积确实构成了用于设备的介质的容器。然后，填充柱塞活塞33、35的筒形容积的介质通过相应的出口39、41被压出介质泵30。

出口可以连接有通道或管，以将介质引导至将被冲洗穿过或阻塞的通道。介质可以例如经由两个独立的管从介质泵30压出，所述两个独立的管从介质泵30中的出口39、41通向注入适配器的通道。由此确保注入适配器的相应的组分通道接收相同量的介质。然后，使介质仅通过通道中的一个通道被压出——这无法提供足够的清洁——的风险最小。

在介质泵30中仅布置有一个用于介质的容器的情况下，仅布置有一个柱塞活塞以压出介质。此外，在介质泵30上仅布置有一个出口，并且从该单个出口仅引出一个通道。

液压缸31可以通过抵接轭状件43而推压在柱塞活塞33、35上。液压缸31可以是双向作用或单向作用的。可以存在两个液压控制阀45、47，所述两个液压控制阀45、47布置在介质块上，借助于向外压活塞33、35并且由此同时推压液压缸31，该介质块通过共同的液压控制和共同的介质供给来填充柱塞活塞33、35的筒形容积。介质可以通过从外部容器经由阀45、47泵送至介质泵来给送。液压缸可以以双向作用操作将介质从外部容器经由阀45、47吸入介质泵中。在某些情况下，阀45、47可以是先导控制的，即阀45、47可以以已知的方式由较小的先导阀间接控制。阀45、47和液压缸31的启用可以分别由共同的NG6方向阀来实施，该NG6方向阀需要在线圈中的一个线圈被启用时使介质填充在介质泵30中，并且需要在另一线圈被启用时使介质从介质泵30排出，例如当介质泵30布置在系统100中时，需要从介质泵30排出并注入通道1、3中。在方向阀之前可以安装有减压器，以将介质上的压力限制在注入适配器。当使用液压缸31时，填充水平可以通过确定或测量液压缸31的活塞的位置来测量。活塞的位置确定柱塞活塞33、35的位置，并且由此确定已经被压入介质泵中的介质的量为多少。柱塞活塞33、35的筒形容积在活塞的最外部位置处最大，并且因此介质泵的填充水平为100％。活塞的位置的测量可以例如由感应传感器来实施。

系统100可以例如构造成能够使用所谓的螺旋混合器或X混合器。螺旋混合器或X混合器具有不同的尺寸但是可以以相同的方式通过按压式联接件安置在液压管中，以用于直接安装至也称被为锚杆注入喷嘴的锚杆注入喷嘴。也可以使用其他类型的混合器或组分混合器。通过允许来自注入适配器的介质推压前面的组分，在介质本身穿过注入适配器中的通道并且还进一步穿过混合器的情况下，介质可以重复使用若干次。

系统100可以包括多于两个的容器7、9。以这种方式，可以使用两种以上的组分A、B。在那种情况下，系统100还可以布置有对应数量的额外的通道、泵、流量计和压力传感器，即，如果在系统100上安装有具有三种组分的三个容器，则系统100将布置有三个独立的通道，所述三个独立的通道布置有三个独立且可单独控制的泵以及用于测量各个通道中的流量的三个流量计。此外，在那种情况下，可以布置有三个压力传感器，针对每个通道布置一个压力传感器。然后，三个通道将在混合器中会聚以用于混合各组分。在同一岩石孔中可以使用组分混合物的若干种不同组合，例如首先将包括两种组分的第一混合物注入岩石孔中，然后将包括两种组分的第二混合物注入岩石孔中，其中，第二混合物中的组分中的至少一种组分与第一混合物中的组分不同。不同的混合物可以具有不同的特性，比如说例如凝固时间。

每个容器7、9还可以包括用于容器7、9的内容物的视觉液位控制的液位视镜。在容器7、9的下部部分中可以布置有底部塞子和温度传感器。在容器7、9的检修孔中可以布置有向下延伸至容器底部的管道，该管道在本文中被称为吸入管道。在检修孔中还可以布置有超声波传感器。超声波传感器可以用于测量容器7、9中的液位，并且超声波传感器既可以用于示出容器7、9中的液位，又可以用于控制再填充泵，使得防止过度填充和泄漏。在容器7、9的底部中可以布置有温度传感器和底部塞子。

容器7、9的填充可以例如经由吸入管道“反向”实施，以使当朝向敞开表面填充或倾倒时可能发生的空气混合的风险最小。因此，可以在任何最终剩余的组分液体的液位下经由吸入管道向容器7、9的底部实施填充。当液位增加时，对应的空气量经由通气过滤器被压出。在容器盖或检修孔上可以安装有安全阀，以确保容器7、9中的压力不会由于任何原因而变得过高。安全阀可以配备有杆，通过该杆可以手动测试阀的功能。

系统100还可以包括两个或更多个再填充泵，所述两个或更多个再填充泵用于将组分液体A、B从外部容器(未示出)再填充至容器7、9。再填充泵可以例如是空气驱动、液压或电动的。外部容器可以是固定放置的大容器或罐，并且外部容器可以布置有吸湿通气过滤器和快速联接件，所述吸湿通气过滤器和快速联接件位于底部龙头上或者位于布置在相应的容器上的顶部盖上。外部容器还可以布置有具有油脂注嘴的保护性塞子。在某些实施方式中，岩石孔可以直接从外部容器用组分A、B填充，即外部容器可以经由通道直接连接至岩石孔5。根据一些实施方式，阀可以布置成能够将组分液体A、B从外部容器导引至容器7、9或直接导引到通道1、3中。阀可以例如是可调节的三通阀。以这种方式，获得了灵活的系统，在该系统中，大体积可以直接从外部容器被泵送到岩石孔中，并且在该系统中，当需要在外部容器不适用的较小空间中实施岩石加固时，可以使用较小的容器7、9。外部容器和容器7、9可以通过连接通道或管经由快速联接件而快速地连接在一起或断开连接。

也可以使用阀和快速联接件以容易的方式清洁系统。容纳清洁液体的容器可以经由通道或管连接至阀，然后清洁液体可以冲洗穿过系统100。根据清洁的需要，还可以经由阀来控制清洁液体将流到系统100的哪一部分。因此，清洁液体可以被导引穿过容器7、9并被导引到通道1、3中或者直接被导引到通道1、3中。然而，通常不清洁容器7、9，而是阀将清洁液体直接导引至通道1、3。当清洁时可以使用再填充泵，但是也可以使用独立的清洁泵。

在混合器11的下游还可以安置有阀。该阀可以经由通道或管通向用于冲洗残留物的容器。该容器可以被称为回收容器或回收罐。在那种情况下，清洁液体可以在已经流动穿过通道1、3和混合器11之后经由阀被导引至容器，冲洗出来的残留物以及清洁液体被收集在该容器中。以这种方式，避免了将清洁液体以及冲洗出来的残留物引导至岩石孔5或者引导到可能将要安置在岩石孔中的锚杆中。

再填充泵可以是双向作用的并且具有两个隔膜，所述两个隔膜从共同的抽吸连接处交替抽吸。相应的隔膜可以经由其自身的止回阀抽吸并通过其相应的止回阀将液体压出至出口端口。换句话说，每个再填充泵实际上可以对应于两个泵，如果出现问题，所述两个泵可以提供一定程度的冗余。再填充泵可以由塑料制成。

再填充泵可以由线性空气马达来驱动，并且再填充泵经由其相应的电动阀被供给有压缩空气。当系统100布置在钻机上时，压缩空气可以由布置在钻机上的压缩空气系统来提供。再填充泵可以经由减压器被单独地控制并具有共同的空气给送装置。减压器可以用于间接控制再填充泵的流量。在操作期间，可以通过定位螺钉来调节空气压力，并且由此来调节再填充泵的速度。可以在安装于阀上的压力计上读取压力。

为了对系统的容器7、9进行再填充，在泵送单元的前部部分上可以布置有管保持器，在该管保持器处可以卷绕有例如10米的相应的组分液体A、B抽吸管。管可以布置有快速联接件，该快速联接件在停驻模式下被锁定至对应的固定安装的快速联接件。抽吸管中的一个抽吸管可以配备有快速联接的阳连接器，而另一抽吸管配备有快速联接的阴连接器。

为了确保快速联接件中的阀板不会卡住，在停驻联接件中可以安装有油脂注嘴。当抽吸管已经联接时，可以通过油脂注嘴压入少量的油脂，然后所述少量的油脂将被压入快速联接件中，并将组分液体从阀板压离。当泵入油脂时将锥形件从快速联接件中移除，以使油脂能够施加至凹形件中的该锥形件周围。当经由注嘴的泵送油脂停止时，凹形件中的锥形件将封闭。以对应的方式对凹形件进行修改，并且在凹形件的螺纹连接器中安装有油脂注嘴。

当连接并操作外部罐和长抽吸管或通道连接时，存在污物渗透到系统中的风险。因此，系统100可以构造成使容器7、9中的各组分中的污物量最小。这可以通过在隔膜泵与容器7、9之间安装两个压力过滤器来实现。过滤器可以安装在过滤器室中的过滤器容器中。在再填充期间，隔膜泵将把组分推压穿过相应的过滤器。过滤器将移除具有对组分注入泵13、15和流量计17、19有害的尺寸的颗粒。过滤器可以由细网状耐酸不锈钢制成，该细网状耐酸不锈钢移除尺寸在20pm以上的颗粒。相应的过滤器容器可以在底部具有排水龙头，以便在实施过滤器更换时排空过滤器室并使组分的泄漏最小。

现在将参照图2对用于确保组分混合物的品质的方法进行描述。可选的方法步骤由图中的虚线表示。

图2图示了用于确保用于岩石加固的系统100中的包括至少两种组分的多组分混合物的品质的示例性方法200，其中，系统100包括第一通道和第二通道，所述第一通道和第二通道用于旨在注入岩石孔中的相应的第一组分A和第二组分B，其中，相应的通道包括泵和旨在用于相应的组分的容器。该方法可以例如由控制单元25来实施。

为了能够确保多组分混合物的品质，系统100需要获得关于通道中的流量比的信息并且根据该信息来控制泵。方法200包括：将相应的组分从相应的容器泵送穿过相应的通道201；对第一通道中的第一组分的流量与第二通道中的第二组分的流量进行连续地比较202；基于流量的比较对泵单独进行控制203，使得与混合物中第一组分A与第二组分B之间的预定的体积比的偏差低于预定的第一阈值。

方法持续进行直到岩石孔5已经用组分混合物填满为止，替代性地直到例如在已经检测到严重故障的情况下需要中止岩石加固为止。

根据一些实施方式，步骤203还可以包括：还根据组分的流量的设定点来控制泵。

根据一些实施方式，方法200还可以包括：对与相应的泵的操作有关的参数进行监测204。

根据一些实施方式，方法还可以包括：当监测到的参数中的至少一个参数与预定的第二阈值一致时对流量的设定点进行调节205。

此后，流量的经调节的设定点将形成用于泵13、15的继续泵送和控制的基础。

根据一些实施方式，方法还可以包括当将所述第一组分A和所述第二组分B从相应的容器泵送时：用干燥的空气替换已经从相应的容器泵出的组分的体积201b。

根据一些实施方式，方法还可以包括：对相应的通道中的压力进行连续地监测207。

根据一些实施方式，方法还可以包括：在通道1、3中的任一者中测量到的压力超过预定的第三阈值的情况下对系统100中的第一故障进行检测208。

根据一些实施方式，方法还可以包括：在预定的时间间隔期间通道中的任一通道中测量到的压力在同一通道中测量到的流量基本恒定或减小的同时增大到高于预定的第四阈值情况下，对系统100中的第二故障进行检测209。

还可以基于故障检测来控制泵。可以根据检测来向下或向上控制泵。在严重错误的情况下，比如说例如在通道被残留物完全堵塞的情况下，可以停止岩石加固。

根据一些实施方式，系统100包括设备30，该设备30布置成将介质注入通道1、3中，该设备30可以填充有介质。在这种情况下，方法还可以包括：对设备30中的介质的填充水平进行测量，并且仅在设备30中的介质的填充水平超过预定的第五阈值的情况下将相应的组分A、B泵送穿过相应的通道1、3。

根据一些实施方式，方法还可以包括，在泵13、15已经停止泵送之后：将介质注入系统100中，以将剩余的组分A、B从系统100移出，然后在设备30中再填充介质。

本文中已经描述的系统和方法不限于使用锚杆的岩石加固，而是可以应用于在岩石孔和/或岩石中的缝隙中注入模制剂的所有形式的岩石加固。

Claims (12)

1.一种用于确保用于岩石加固的系统(100)中的包括至少两种组分的多组分的混合物的品质的方法(200)；其中，所述系统(100)包括第一通道(1)和第二通道(3)，所述第一通道(1)和所述第二通道(3)用于旨在注入岩石孔(5)中的相应的第一组分和第二组分，其中，相应的通道(1、3)包括泵(13、15)和旨在用于相应的组分的容器(7、9)，其中，所述方法包括：

-将所述相应的组分从相应的容器(7、9)泵送穿过所述相应的通道(1、3)(201)，

其特征在于，所述方法还包括：

-将所述第一通道(1)中的所述第一组分的流量与所述第二通道(3)中的所述第二组分的流量连续地进行比较(202)，

-基于所述流量的比较对所述泵(13、15)单独进行控制(203)，使得与所述混合物中的所述第一组分与所述第二组分之间的预定的体积比的偏差低于预定的第一阈值。

2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，对所述泵(13、15)进行控制(203)的步骤还包括：

-还根据所述组分的所述流量的设定点对所述泵(13、15)进行控制(203)，其中，所述方法(200)还包括：

-对与相应的所述泵(13、15)的操作有关的参数进行监测(204)，

-当监测到的参数中的至少一个参数与预定的第二阈值一致时对所述流量的所述设定点进行调节(205)。

3.根据权利要求1或2所述的方法(200)，其中，所述方法(200)还包括，在将所述第一组分和所述第二组分从相应的所述容器(7、9)泵送时：

-用干燥的空气替换已经从相应的所述容器(7、9)中被泵出的所述组分的体积(201b)。

4.根据权利要求1或2所述的方法(200)，其中，所述方法(200)还包括：

-对所述相应的通道(1、3)中的压力连续地进行监测(207)。

5.根据权利要求4所述的方法(200)，其中，所述方法(200)还包括：

-在所述通道(1、3)中的任一者中测量到的压力超过预定的第三阈值的情况下对所述系统(100)中的第一故障进行检测(208)。

6.根据权利要求4所述的方法(200)，其中，所述方法(200)还包括：

-在预定的时间间隔期间所述通道(1、3)中的任一者中测量到的压力在同一所述通道(1、3)中测量到的流量基本恒定或减小的同时增大到高于预定的第四阈值情况下对所述系统(100)中的第二故障进行检测(209)。

7.一种用于确保在岩石加固中使用的包括至少两种组分的多组分混合物的品质的系统(100)，其中，所述系统(100)包括第一通道(1)和第二通道(3)，所述第一通道(1)和所述第二通道(3)用于旨在注入岩石孔(5)中的相应的第一组分和第二组分，其中，相应的通道(1、3)包括泵(13、15)和旨在用于相应的组分的容器(7、9)，其中，所述泵(13、15)意在将所述相应的组分从相应的所述容器(7、9)泵送穿过所述相应的通道(1、3)，

其特征在于，

所述系统(100)还包括流量计(17、19)、控制单元(25)，所述流量计(17、19)布置在相应的所述第一通道(1)和所述第二通道(3)中，所述控制单元(25)配置成将所述第一通道(1)中的所述第一组分的流量与所述第二通道(3)中的所述第二组分的流量连续地进行比较，其中，所述控制单元(25)还配置成对所述泵(13、15)单独进行控制，使得与所述混合物中的所述第一组分与所述第二组分之间的预定的体积比的偏差低于预定的第一阈值。

8.根据权利要求7所述的系统(100)，其中，所述控制单元(25)还配置成还根据所述组分的所述流量的设定点对所述泵(13、15)进行控制，其中，所述系统(100)还包括用于对与相应的所述泵(13、15)的操作有关的参数进行监测的装置，其中，所述控制单元(25)还配置成当监测到的参数中的至少一个参数与预定的第二阈值一致时对所述流量的所述设定点进行调节。

9.根据权利要求7或8所述的系统(100)，其中，所述容器(7、9)包括空气入口，所述空气入口布置成用干燥的空气替换已经从相应的所述容器(7、9)中被泵出的所述组分的体积。

10.根据权利要求7或8所述的系统(100)，其中，所述系统(100)还包括压力传感器(21、23)，所述压力传感器(21、23)布置在所述相应的通道(1、3)中并且布置成对所述相应的通道(1、3)中的压力连续地进行测量。

11.根据权利要求10所述的系统(100)，其中，所述控制单元(25)配置成在所述通道(1、3)中的任一者中测量到的压力超过预定的第三阈值的情况下对所述系统(100)中的第一故障进行检测。

12.根据权利要求10所述的系统(100)，其中，所述控制单元(25)还配置成：在预定的时间间隔期间所述通道(1、3)中的任一者中测量到的压力在同一通道(1、3)中测量到的流量基本恒定或减小的同时增大到高于预定的第四阈值情况下对所述系统(100)中的第二故障进行检测。

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