CN111779308B - 精确控制注浆压力的恒压注浆装置及智能恒压注浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开精确控制注浆压力的恒压注浆装置及智能恒压注浆方法，恒压注浆装置包括供气气源组件、储浆桶、智能数显压力开关、继电器开关和电动气压开关；供气气源组件的气体出口与储浆桶的气体入口流体导通，智能数显压力开关的进气口与储浆桶内浆液上面的气体流体导通，智能数显压力开关的控制电流输出端与继电器开关的控制电流输入端电连接，继电器开关的控制电流输出端与电动气压开关的控制电流输入端电连接，电动气压开关的进气口与储浆桶内浆液上面的气体流体导通，电动气压开关的出气口与外界环境流体导通。本发明可对恒压注浆压力进行实时智能控制，提高恒压注浆的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及恒压注浆技术领域。具体地说是精确控制注浆压力的恒压注浆装置及智能恒压注浆方法。
背景技术
注浆技术具有省时、省力、高效、工期短、便于施工等特点，注浆技术已经在众多工程领域取得及其广泛的应用，几乎涉及所有土木工程和岩土工程领域。目前注浆工程中有：定流量注浆、恒压注浆。定流量注浆过程中，注浆压力波动范围大，对被注介质的破坏无法控制，恒压注浆，注浆压力波动范围小，能控制对被注介质的作用，对于注浆质量有较高要求的工程、浆液扩散的定量分析试验一般选择恒压注浆。
在恒压注浆装置方面，国内外学者已经做了大量的研究工作，2011年，《Bull EndGeol Environ》期刊介绍了土耳其一种手动调压的罐状恒压注浆装置；2007年煤炭科学总院研发了一种无液面显示、无搅拌装置的恒压注浆装置；2014年，山东大学研发了一种带液面显示、搅拌装置、机械调压的恒压注浆装置。
山东大学发明的恒压装置对前两种恒压装置进行改进，但还存在着以下不足之处：
1)储浆桶内部气体压力没有安装气压表装置进行监控，储浆桶上部只有一个机械减压阀控制进气压力，但是对进入到储浆桶内部的气压值没有进行测量；
2)对于储浆桶高于预期压力时，无排泄处理装置，可能出现储浆桶压力高于设定恒压值情况，恒压装置使用机械减压阀对储浆桶压力进行设置，减压阀装置为单向气体控制开关，只能实现高气压到低气压的调节，反过来，则不行；换句话说，由于操作不当或其它客观原因导致储浆装置内部压力高于预期恒压值时，该装置中的气体无法回流、排泄，导致注浆压力高于预定值。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种精确控制注浆压力的恒压注浆装置及智能恒压注浆方法，可对注浆压力进行实时智能控制，提高恒压注浆的稳定性。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
精确控制注浆压力的恒压注浆装置，包括供气气源组件、储浆桶、智能数显压力开关、继电器开关和电动气压开关；所述供气气源组件的气体出口与所述储浆桶的气体入口流体导通，所述智能数显压力开关的进气口与所述储浆桶内浆液上面的气体流体导通，所述智能数显压力开关的控制电流输出端与所述继电器开关的控制电流输入端电连接，所述继电器开关的控制电流输出端与所述电动气压开关的控制电流输入端电连接，所述电动气压开关的进气口与所述储浆桶内浆液上面的气体流体导通，所述电动气压开关的出气口与外界环境流体导通。
上述精确控制注浆压力的恒压注浆装置，所述储浆桶上安装有机械安全排气阀门，所述机械安全排气阀门的进气口与所述储浆桶内浆液上面的气体流体导通，所述机械安全排气阀门的出气口与外界环境流体导通。
上述精确控制注浆压力的恒压注浆装置，所述智能数显压力开关的供电电流输入端与直流电源的电流输出端电连接。
上述精确控制注浆压力的恒压注浆装置，所述智能数显压力开关的气压信号输出端与多线路数据采集仪的气压信号输入端连接。
上述精确控制注浆压力的恒压注浆装置，所述多线路数据采集仪的信号输出端与电脑的信号输入端连接。
上述精确控制注浆压力的恒压注浆装置，所述供气气源组件包括空气压缩机、气压表、气压阀门、机械减压阀和气压管道，所述气压表安装在所述空气压缩机上并用于监测所述空气压缩机的气体压力，所述气压管道的一端与所述空气压缩机的出气口流体导通，所述气压管道的一端与所述储浆桶内浆液上面的气体流体导通，所述气压阀门安装在邻近所述空气压缩机的所述气压管道上，所述机械减压阀安装在邻近所述储浆桶的所述气压管道上。
上述精确控制注浆压力的恒压注浆装置，搅拌轴位于所述储浆桶内的一端上安装有旋转桨叶，搅拌轴的另一端与安装在所述储浆桶顶部的气动搅拌器驱动连接。
上述精确控制注浆压力的恒压注浆装置，所述储浆桶的一侧安装有液面显示器，所述液面显示器底部的进液口与所述储浆桶底部浆液流体导通。
上述精确控制注浆压力的恒压注浆装置，所述储浆桶的侧壁上设置有进浆管，并且所述进浆管上安装有阀门；所述储浆桶的底部安装有滑轮，并且所述储浆桶的底部还安装有与所述储浆桶内的浆液流体导通的出浆管，沿浆液的流动方向：在所述出浆管上依次分别安装有排浆阀门、出浆控制阀门和电磁流量计。
智能恒压注浆方法，利用上述精确控制注浆压力的恒压注浆装置进行智能恒压注浆，具体包括如下步骤：
A、向储浆桶内充入浆液：将按照注浆要求配置好浆液，通过储浆桶的注浆口将浆液充入到所述储浆桶内，并记录所述储浆桶内浆液的液面值；
B、检查恒压注浆装置的气密性：在浆液充入到所述储浆桶内之后，检查所述储浆桶和气体导通管线的气密性；
C、搅拌：对所述储浆桶内的浆液进行搅拌，防止所述储浆桶内的浆液发生沉淀以及堵塞所述储浆桶的出浆口和出浆管线；
D、所述储浆桶内的气压以及所述储浆桶出浆量的实时监测监控：打开智能数显压力开关、继电器开关、电动气压开关以及出浆管线上的电磁流量计，使得各电子仪表处于工作状态；
E、所述储浆桶内的压力控制：通过往所述储浆桶内充入气体的气压管道上安装的机械减压阀调控注浆气压值，并配合所述智能数显压力开关显示的所述储浆桶内气压值，将所述储浆桶内的气体压力调节到设定的注浆压力；
F、打开所述储浆桶上安装的出浆控制阀门进行注浆操作；
G、注浆结束后，关闭所述气压管道上安装的气压阀门，打开所述储浆桶上安装的机械安全排气阀，对所述储浆桶进行泄压，泄压完成后，通过出浆控制阀门将所述储浆桶内剩余的浆液排出，打开所述储浆桶顶部盖，对所述储浆桶内部进行清洗。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
(1)增加“两监测”的功能，两监测是指对储浆桶顶部压力、底部注浆量进行在线智能监测；内部气压的智能监控、实时显示、报警提示，方便操作人员监管监察，确保恒压注浆工程或者试验的顺利进行；电磁流量计对注浆量实时监测，通过无纸记录仪动态录入，为后期试验分析提供最详实的数据；
(2)增加“双控制”的功能，是指对储浆桶顶部气压实施进气减压控制、超压排泄控制；进气减压控制，让空气压缩机的高压气体，减压成设定压力的气体；超压排泄控制，当进气减压控制有误操作或装置有误差时，储浆体内部气压高于设定恒压值时，能让高于设定压力的气体及时排出，使注浆压力保持在一个稳定的值，恒压环境更加稳定；
(3)增加电脑端数据采集分析功能，电脑监测软件能对无纸记录仪的数据实时分析，显示各种曲线图，并能实时分析恒压注浆桶的运行状态以及注浆量，实现注浆过程智能化。
附图说明
图1本发明精确控制注浆压力的恒压注浆装置的结构示意图。
图中附图标记表示为：1.空气压缩机，2.气压表，3.气压阀门，4.机械减压阀，5.气压管道，6.多线路数据采集仪，7.电脑，8.智能数显压力开关，9.直流电源，10.继电器开关，11.低压电线，12.气动搅拌器，13.电动气压开关，14.紧固螺丝，15.液面显示器，16.旋转桨叶，17.滑轮，18.电磁流量计，19.储浆桶，20.出浆控制阀门，21.出浆管，22.进浆口，23.机械安全排气阀门，24.排浆阀门。
具体实施方式
如图1所示，本实施例精确控制注浆压力的恒压注浆装置包括供气气源组件、储浆桶19、智能数显压力开关8、继电器开关10和电动气压开关13；所述供气气源组件的气体出口与所述储浆桶19的气体入口流体导通，所述智能数显压力开关8的进气口与所述储浆桶19内浆液上面的气体流体导通，所述智能数显压力开关8的控制电流输出端与所述继电器开关10的控制电流输入端电连接，所述继电器开关10的控制电流输出端与所述电动气压开关13的控制电流输入端电连接，所述电动气压开关13的进气口与所述储浆桶19内浆液上面的气体流体导通，所述电动气压开关13的出气口与外界环境流体导通。所述储浆桶19上安装有机械安全排气阀门23，所述机械安全排气阀门23的进气口与所述储浆桶19内浆液上面的气体流体导通，所述机械安全排气阀门23的出气口与外界环境流体导通。
所述智能数显压力开关8的供电电流输入端与直流电源9的电流输出端电连接。所述智能数显压力开关8的气压信号输出端与多线路数据采集仪6的气压信号输入端连接。所述多线路数据采集仪6的信号输出端与电脑7的信号输入端连接。
所述供气气源组件包括空气压缩机1、气压表2、气压阀门3、机械减压阀4和气压管道5，所述气压表2安装在所述空气压缩机1上并用于监测所述空气压缩机1的气体压力，所述气压管道5的一端与所述空气压缩机1的出气口流体导通，所述气压管道5的一端与所述储浆桶19内浆液上面的气体流体导通，所述气压阀门3安装在邻近所述空气压缩机1的所述气压管道5上，所述机械减压阀4安装在邻近所述储浆桶19的所述气压管道5上。
搅拌轴位于所述储浆桶19内的一端上安装有旋转桨叶16，搅拌轴的另一端与安装在所述储浆桶19顶部的气动搅拌器12驱动连接。所述储浆桶19的一侧安装有液面显示器15，所述液面显示器15底部的进液口与所述储浆桶19底部浆液流体导通。所述储浆桶19的侧壁上设置有进浆管，并且所述进浆管上安装有阀门；所述储浆桶19的底部安装有滑轮17，并且所述储浆桶19的底部还安装有与所述储浆桶19内的浆液流体导通的出浆管21，沿浆液的流动方向：在所述出浆管21上依次分别安装有排浆阀门24、出浆控制阀门20和电磁流量计18。
利用上述精确控制注浆压力的恒压注浆装置的智能恒压注浆方法，具体包括如下步骤：
A、向储浆桶19内充入浆液：将按照注浆要求配置好浆液，通过储浆桶19的注浆口将浆液充入到所述储浆桶19内，并记录所述储浆桶19内浆液的液面值；
B、检查恒压注浆装置的气密性：在浆液充入到所述储浆桶19内之后，检查所述储浆桶19和气体导通管线的气密性；
C、搅拌：对所述储浆桶19内的浆液进行搅拌，防止所述储浆桶19内的浆液发生沉淀以及堵塞所述储浆桶19的出浆口和出浆管线；
D、所述储浆桶19内的气压以及所述储浆桶19出浆量的实时监测监控：打开智能数显压力开关8、继电器开关10、电动气压开关13以及出浆管线上的电磁流量计18，使得各电子仪表处于工作状态；
E、所述储浆桶19内的压力控制：通过往所述储浆桶19内充入气体的气压管道5上安装的机械减压阀4调控注浆气压值，并配合所述智能数显压力开关8显示的所述储浆桶19内气压值，将所述储浆桶19内的气体压力调节到设定的注浆压力；
F、打开所述储浆桶19上安装的出浆控制阀门20进行注浆操作；
G、注浆结束后，关闭所述气压管道5上安装的气压阀门3，打开所述储浆桶19上安装的机械安全排气阀23，对所述储浆桶19进行泄压，泄压完成后，通过出浆控制阀门20将所述储浆桶19内剩余的浆液排出，打开所述储浆桶19顶部盖，对所述储浆桶19内部进行清洗。
在本实施例中，空气压缩机1通过进气压管道5与储浆桶19顶部的机械减压阀4连接，气压在储浆桶19内的液面上方转成注浆压力，储浆桶19内气压值等于注浆压力值；机械减压阀4可对空气压缩机1的高压按设定的恒定注浆值进行初步减压调节，但由于常用机械减压阀的最小刻度为0.05Mpa(50Kpa)，机械减压阀4不能实现储浆桶19内气压的精准控制，只能对气压值进行粗调，因此需要配合智能数显压力开关8进行调节，智能数显压力开关8精度为0.1Kpa，该装置可实现气压值的细调，二者配合后，可实现储浆桶19内气体压力精准调节，保证储浆桶19内维持一个恒定的注浆压力环境。
储浆桶19内部旋转桨叶16可对储浆桶19内的浆体进行不断搅拌，使浆液保存较好的混合状态，防治浆液发生沉淀。储浆桶19顶部的盖子与底部的储浆桶体，通过紧固螺丝14将密封圈紧固，保证储浆桶19处于良好的密封环境。
在储浆桶19的侧边安装液面显示器15，可以随时观察浆液的消耗状态，配合储浆桶19底部的出浆控制阀门、电磁流量计18，可以实现注浆体积的实时在线监控，通过电脑监测软件，可以实时绘制注浆量-时间的变化曲线，分析动态注浆过程。
本实施例中的数据采集系统包括：多线路数据采集仪6、气压传感器、流量传感器(电磁流量计18)、以及电脑7中安装的软件，其中：气压传感器内置于智能数显压力开关8中，流量传感器(电磁流量计18)位于储浆桶19底部的出浆管21上，数据采集系统实现注浆压力和注浆量的实时监测监控。
本实施例中的恒定气压智能控制系统包括：智能数显压力开关8、气压判断开关、继电器开关10、低压电线11、电动气压开关13。其中气压数字显示器与智能数显压力开关8的主电路板连接，实时显示储浆桶内部压力值，气压判断开关也与智能数显压力开关8的主电路板连接，可以进行恒压阈值判断，判断精度为0.1Kpa：a、当储浆桶19内部压力≥设定恒压值时，智能数显压力开关8输出电流，电流通过低压电线与继电器开关10连接，继电器开关10在电流作用下，触发开关动作，从而连通电动气压开关13，引发电动气压开关13开启动作，进行储浆桶19内部压力释放；b、当储浆桶19内部压力≤设定恒压值时，智能数显压力开关8不触发，不输出电流，继电器开关10关闭，电动气压开关13关闭；以上判断动作，可以实时进行，进而实现储浆桶19内注浆压力波动范围保持在±0.1Kpa的范围。
注浆结束后，整理实验数据，统计分析储浆桶19内部压力值、注浆量随着注浆时间变化，分析恒压注浆过程的气压值波动性。
本发明实现了恒定注浆过程气压波动范围的精准控制，注浆压力动态监测监控，注浆量智能在线监控，与现有技术相比，该装置具有更高的恒压注浆精确度、可调性，提高了小尺度、低压注浆的室内试验数据精度，在保证注浆压力基本保持恒定的同时，实现了注浆过程的智能监测、智能控制。
在本实施例中储浆桶19上同时安装了机械安全排气阀门23和电动气压开关13，其原因如下：a、注浆完毕后，若无机械安全排气阀门23，储浆桶19内压力无法排泄干净，导致储浆桶19顶盖无法安全打开；b、当机械减压阀4和电动气压开关13同时失控时，出现储浆桶19压力激增情况时，若无机械安全排气阀门23，当压力超过储浆桶19安全压力时，可能导致储浆桶19发生泄漏，出现安全事故。
此外，本实施例中的智能数显压力开关8采用台达多功能压力感测器DPA系列，压力达到阈值时向继电器输出电流，使继电器得电，压力低于阈值时不向继电器输出电流，继电器失电。继电器开关10采用施耐德中间继电器，得电后控制电磁阀(电动气压开关13)开启，失电后控制电磁阀(电动气压开关13)关闭。电动气压开关采用亚德客电磁阀，由继电器开关10控制打开或关闭。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (4)
1.精确控制注浆压力的恒压注浆装置，其特征在于，包括供气气源组件、储浆桶(19)、智能数显压力开关(8)、继电器开关(10)和电动气压开关(13)；所述供气气源组件的气体出口与所述储浆桶(19)的气体入口流体导通，所述智能数显压力开关(8)的进气口与所述储浆桶(19)内浆液上面的气体流体导通，所述智能数显压力开关(8)的控制电流输出端与所述继电器开关(10)的控制电流输入端电连接，所述继电器开关(10)的控制电流输出端与所述电动气压开关(13)的控制电流输入端电连接，所述电动气压开关(13)的进气口与所述储浆桶(19)内浆液上面的气体流体导通，所述电动气压开关(13)的出气口与外界环境流体导通；所述储浆桶(19)上安装有机械安全排气阀门(23)，所述机械安全排气阀门(23)的进气口与所述储浆桶(19)内浆液上面的气体流体导通，所述机械安全排气阀门(23)的出气口与外界环境流体导通；所述智能数显压力开关(8)的供电电流输入端与直流电源(9)的电流输出端电连接；所述智能数显压力开关(8)的气压信号输出端与多线路数据采集仪(6)的气压信号输入端连接；所述多线路数据采集仪(6)的信号输出端与电脑(7)的信号输入端连接；所述供气气源组件包括空气压缩机(1)、气压表(2)、气压阀门(3)、机械减压阀(4)和气压管道(5)，所述气压表(2)安装在所述空气压缩机(1)上并用于监测所述空气压缩机(1)的气体压力，所述气压管道(5)的一端与所述空气压缩机(1)的出气口流体导通，所述气压管道(5)的一端与所述储浆桶(19)内浆液上面的气体流体导通，所述气压阀门(3)安装在邻近所述空气压缩机(1)的所述气压管道(5)上，所述机械减压阀(4)安装在邻近所述储浆桶(19)的所述气压管道(5)上；
所述储浆桶(19)的侧壁上设置有进浆管，并且所述进浆管上安装有阀门；所述储浆桶(19)的底部安装有滑轮(17)，并且所述储浆桶(19)的底部还安装有与所述储浆桶(19)内的浆液流体导通的出浆管(21)，沿浆液的流动方向：在所述出浆管(21)上依次分别安装有排浆阀门(24)、出浆控制阀门(20)和电磁流量计(18)。
2.根据权利要求1所述的精确控制注浆压力的恒压注浆装置，其特征在于，搅拌轴位于所述储浆桶(19)内的一端上安装有旋转桨叶(16)，搅拌轴的另一端与安装在所述储浆桶(19)顶部的气动搅拌器(12)驱动连接。
3.根据权利要求1所述的精确控制注浆压力的恒压注浆装置，其特征在于，所述储浆桶(19)的一侧安装有液面显示器(15)，所述液面显示器(15)底部的进液口与所述储浆桶(19)底部浆液流体导通。
4.智能恒压注浆方法，其特征在于，利用权利要求1-3任一所述的精确控制注浆压力的恒压注浆装置进行智能恒压注浆，具体包括如下步骤：
A、向储浆桶(19)内充入浆液：将按照注浆要求配置好浆液，通过储浆桶(19)的注浆口将浆液充入到所述储浆桶(19)内，并记录所述储浆桶(19)内浆液的液面值；
B、检查恒压注浆装置的气密性：在浆液充入到所述储浆桶(19)内之后，检查所述储浆桶(19)和气体导通管线的气密性；
C、搅拌：对所述储浆桶(19)内的浆液进行搅拌，防止所述储浆桶(19)内的浆液发生沉淀以及堵塞所述储浆桶(19)的出浆口和出浆管线；
D、所述储浆桶(19)内的气压以及所述储浆桶(19)出浆量的实时监测监控：打开智能数显压力开关(8)、继电器开关(10)、电动气压开关(13)以及出浆管线上的电磁流量计(18)，使得各电子仪表处于工作状态；
E、所述储浆桶(19)内的压力控制：通过往所述储浆桶(19)内充入气体的气压管道(5)上安装的机械减压阀(4)调控注浆气压值，并配合所述智能数显压力开关(8)显示的所述储浆桶(19)内气压值，将所述储浆桶(19)内的气体压力调节到设定的注浆压力；
F、打开所述储浆桶(19)上安装的出浆控制阀门(20)进行注浆操作；
G、注浆结束后，关闭所述气压管道(5)上安装的气压阀门(3)，打开所述储浆桶(19)上安装的机械安全排气阀(23)，对所述储浆桶(19)进行泄压，泄压完成后，通过出浆控制阀门(20)将所述储浆桶(19)内剩余的浆液排出，打开所述储浆桶(19)顶部盖，对所述储浆桶(19)内部进行清洗。
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