本发明涉及巷道支护领域，具体涉及一种复杂地质区域智慧注浆系统和注浆方法。
背景技术：
注浆技术是一项实用性强、应用范围广的工程技术，在煤矿巷道支护领域也得到了广泛的使用，能通过注浆充填围岩裂隙，将破碎岩体胶结加固成一个整体，提高围岩承载能力，对于巷道裂隙围岩的变形控制具有显著效果。
现有的井下注浆技术存在着以下几点问题：
1、注浆仍多采用低流量注浆泵进行单孔施工，施工速度慢，效率低，对于巷道快速掘进及支护都有很大的限制。虽然近年来也有多孔注浆方法出现，如中国专利cn101749030a公开的用于巷道软弱围岩加固的多孔并联注浆方法及装置，通过一种分流装置将注浆管道分成多个注浆管道，实现同时注浆。但这种方法仅能针对同一地质条件下的注浆，地质条件复杂区域则不能实现，不能结合各孔地质条件对各管道主要注浆参数进行智能调节，实时监控并反馈信息，缺乏智慧控制方面的研究。
2、现有的注浆控制仍多为人工控制，存在许多隐患，如若不能及时控制注浆进程，很容易造成资源浪费或者注浆效果达不到预期设计要求。并且当涉及多条注浆管道同时注浆时，再仅仅依靠人力去控制每一条注浆管道时，不仅需要更多的人力资源，还有可能造成现场管理混乱，所以需要一个智慧控制系统进行统一控制。
3、在注浆工序上缺乏严格的标准和监督，注浆结束终压不确定，施工时仅依靠工人凭经验确定，误差大，不能进行有效的控制，极其容易因失误而达不到预期的注浆效果，故而进行返工。
目前，煤矿井下注浆特别是地质条件多变的巷道注浆需要一种区域智慧注浆方法，它能够自动辨别不同地质条件，可以根据地质条件自动调节浆液浓度等基本参数，实时监测反馈信息，智慧控制注浆结束终压，从而达到复杂地质区域智慧注浆的目的。
技术实现要素：
为了解决传统注浆的问题，本发明提出一种复杂地质区域智慧注浆系统和注浆方法，不仅可实现复杂地质区域内多孔同时注浆，并且可实现复杂地质区域内智慧控制注浆。
技术方案是，一种复杂地质区域智慧注浆系统，包括浓浆储浆罐、稀浆储浆罐、注浆泵、智慧控制系统以及根据钻孔个数对应设置的多条注浆支路；所述浓浆储浆罐连接浓浆主注浆管道，稀浆储浆罐连接稀浆主注浆管道，各主注浆管道上设置注浆泵；每条注浆支路包括混合搅拌箱，以及分别与混合搅拌箱连接的浓浆注浆支管、稀浆注浆支管和混合注浆管；所述浓浆注浆支管、稀浆注浆支管通过电子三通阀连接浓浆主注浆管道、稀浆主注浆管道，且浓浆注浆支管、稀浆注浆支管上分别设置流量传感器和流量调节阀；所述混合注浆管与注浆孔连接，且管路上设有压力传感器、流量传感器和压力调节阀；所述流量传感器、流量调节阀、压力传感器和压力调节阀均与智慧控制系统连接。
所述浓浆注浆泵或稀浆注浆泵连接水箱。
所述浓浆注浆泵和稀浆注浆泵，因为分流作用，选择大流量高压力注浆泵，保证主管道进行分流后，各支路管道仍能拥有足够的注浆压力，保证注浆质量。
所述混合搅拌箱内设有密度传感器，将混合后的浆液浓度实时传递到智慧控制系统，实时监控，保证配出的浆液浓度符合要求。
所述智慧控制系统，由透水性检测模块、浆液配比模块、注浆控制模块以及计算机组成；透水性检测模块、浆液配比模块、注浆控制模块接收数据采集装置所反馈的信息，并由计算机进行存储和分析，并对各管道上的阀门进行控制；透水性监测模块通过安装在各注浆支路的浓浆注浆支管、稀浆注浆支管上的压力传感器以及流量传感器收集信息，并将其存储至计算机后进行相关计算和分析；浆液配比模块根据浓浆注浆支管以及稀浆注浆支管上的流量传感器所收集到的信息进行分析后，控制浓浆注浆支管以及稀浆注浆支管上的流量调节阀的开度，使得浆液按照设计的流量比例在混合搅拌箱内混合，得到预期的浆液浓度；注浆控制模块通过安装在各注浆支路管道的混合注浆管上的压力传感器以及流量传感器收集信息，实时关注各注浆孔的注浆状态，通过压力调节阀进行相应的控制，当达到结束标准后，关闭该注浆支路的电子三通阀。
本发明提供一种复杂地质区域智慧注浆方法，包括复杂地质区域内多孔透水性检测、智能调节注浆参数、监测并反馈实时信息以及智慧控制系统实时控制,具体步骤包括：
步骤1)在目标注浆巷道选择一段区域进行支护，根据设计要求，确定注浆孔位置以及大小；
步骤2)区域内多孔同时进行透水性检测，根据传感器获得的数据通过公式计算，获取各注浆孔渗透系数；
步骤3)基于区域内各注浆孔渗透系数，确定各注浆孔的最佳浆液浓度，智能调节注浆参数；
步骤4)由各注浆支路的管道上的传感器对各支路管道注浆进行监测，并将收集到的信息反馈到智慧控制系统；
步骤5)智慧控制系统根据反馈的信息，实时控制各注浆支路的注浆情况，当达到注浆结束终压时，结束注浆。
所述透水性检测，由注浆泵连接水箱对复杂地质区域内多孔同时进行压水，注浆支路管道的混合注浆管上的压力传感器以及流量传感器获取注水压力以及流量，经相关公式计算获取各注浆孔渗透系数。
所述智能调节注浆参数，基于各注浆孔的渗透系数，确定各注浆孔的最佳浆液浓度，通过调节各注浆支路的浓浆注浆支管、稀浆注浆支管上的流量调节阀，按比例调节浓浆稀浆的流量，在混合搅拌箱内进行混合，得到不同的浆液浓度，实现各注浆孔获得各自最佳浆液浓度的效果。
所述监测并实时反馈信息，各注浆支路上的传感器，将相应管道上的压力、流量信息实时反馈到智慧控制系统，实时反馈支管内的流量大小，以便智慧控制系统控制浆液浓度。
所述注浆方法为：将两种浓度的水泥浆液分别储存在浓浆储浆罐以及稀浆储浆罐中；注浆泵将浆液从储浆罐输入混合搅拌箱；智慧控制系统分别控制各注浆孔所对应的注浆支路的浓浆注浆支管和稀浆注浆支管上的电子三通阀的开度，从而控制进入混合搅拌箱的浆液的浓度；当混合搅拌箱中的浆液浓度满足其所对应的注浆孔的最佳浆液浓度时，智慧控制系统控制混合搅拌箱向注浆孔输入浆液，并同时通过控制混合注浆管上的压力调节阀，控制注浆压力；当单个注浆孔到注浆结束终压时，结束该孔注浆，直到注浆区域内所有的注浆孔全部注浆完成，结束该区域内注浆，进入下一下注浆区域。
所述浆液浓度，本发明所提供的浓浆水灰比为2:1，稀浆水灰比为0.6:1，经透水性检测获得各注浆孔渗透系数后，根据渗透系数可以知道各注浆孔最佳浆液浓度，经不同流量的浓浆稀浆混合配比，得到所需浆液浓度。
所述注浆压力，在进行注浆孔注浆时，需控制注浆压力不宜过大，应以不发生岩体劈裂作为前提，故应设置最高注浆压力，在注浆过程中，如果达到最高注浆压力时，应及时进行控制，经压力调节阀减小压力。
所述注浆结束终压，在目标注浆区域内，根据注浆支路的混合注浆管上的压力传感器实时反馈注浆压力，当区域中间某一注浆孔的注浆压力突然升高时，则认为该注浆孔设计区域已被浆液充满，故发生压力突然升高的现象，该注浆孔达到注浆结束终压，注浆结束；当目标区域内所有的注浆孔都达到这一注浆结束终压时，则认为这一区域的注浆达到了注浆结束终压，结束该区域注浆，转至下一区域。
本发明有益效果：1)提供了一种复杂地质区域智慧注浆方法，由透水性检测获得区域内各注浆孔的渗透系数，确定适合各注浆孔的最佳浆液浓度，各管道上安装有传感器以及控制阀可以进行实时控制，达到智慧注浆效果。2)通过控制浓浆稀浆不同流量比例进行混合，可以调制出适合各注浆孔的最佳浆液浓度，达到最佳注浆效果。3)提出了一个相应的注浆结束终压，当区域中间某一注浆孔的注浆压力突然升高时，则认为该注浆孔设计区域已被浆液充满，结束该孔注浆当目标区域内所有中间的注浆孔都达到这一注浆结束终压时，则认为这一区域的注浆达到了注浆结束终压，结束该区域注浆。4)本方法实现了复杂地质条件下的智慧注浆，自动化程度高，能够大幅度提高巷道注浆速度，施工效率高，施工效率和质量能够得到保证。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是注浆方法流程图；
图3是智慧控制系统详细介绍图；
图中，1.浓浆储浆罐；2.稀浆储浆罐；3.水箱；4.浓浆注浆泵；5.稀浆注浆泵；6.浓浆主注浆管道；7.稀浆主注浆管道；8-1—8-4.流量传感器；9-1—9-4.流量传感器；10-1—10-4.混合搅拌箱；11-1—11-4.压力传感器；12-1—12-4.流量传感器；13-1—13-4.注浆支路；14.智慧控制系统；14-1.透水性检测模块；14-2.浆液配比模块；14-3.注浆控制模块；14.计算机；a1—a4.电子三通阀；b1—b4.电子三通阀；c1—c4.流量调节阀；d1—d4.流量调节阀；e1—e4.压力调节阀。
具体实施方式
结合附图，对本发明注浆方法进行进一步的描述：
如附图1所示，一种复杂地质区域智慧注浆系统，包括浓浆储浆罐1、稀浆储浆罐2、注浆泵4、5、智慧控制系统14以及根据钻孔个数对应设置的多条注浆支路13-1-13-4；所述浓浆储浆罐1连接浓浆主注浆管道6，稀浆储浆罐2连接稀浆主注浆管道7，各主注浆管道上设置注浆泵4、5；每条注浆支路13-1—13-4包括混合搅拌箱10-1—10-4，以及分别与混合搅拌箱10-1—10-4连接的浓浆注浆支管、稀浆注浆支管和混合注浆管；所述浓浆注浆支管、稀浆注浆支管通过电子三通阀a1—a4、b1—b4连接浓浆主注浆管道6、稀浆主注浆管道7，且浓浆注浆支管、稀浆注浆支管上分别设置流量传感器8-1—8-4、9-1—9-4和流量调节阀c1—c4；所述混合注浆管与注浆孔连接，且管路上设有压力传感器11-1-11-4、流量传感器12-1-12-4和压力调节阀e1-e4；所述流量传感器8-1—8-4、9-1—9-4、12-1-12-4、流量调节阀c1—c4、压力传感器11-1—11-4和压力调节阀e1—e4均与智慧控制系统14连接。
所述浓浆注浆泵4或稀浆注浆泵5连接水箱3。
所述浓浆注浆泵4和稀浆注浆泵5，因为分流作用，选择大流量高压力注浆泵，保证主管道进行分流后，各支路管道仍能拥有足够的注浆压力，保证注浆质量。
所述混合搅拌箱10-1-10-4内设有密度传感器，将混合后的浆液浓度实时传递到智慧控制系统14，实时监控，保证配出的浆液浓度符合要求。
如附图3所示，所述智慧控制系统14，由透水性检测模块14-1、浆液配比模块14-2、注浆控制模块14-3以及计算机14-4组成；透水性检测模块14-1、浆液配比模块14-2、注浆控制模块14-3接收数据采集装置所反馈的信息，并由计算机14-4进行存储和分析，并对各管道上的阀门进行控制；透水性监测模块14-1通过安装在各注浆支路13-1—13-4的浓浆注浆支管、稀浆注浆支管上的压力传感器11-1—11-4以及流量传感器8-1—8-4、9-1—9-4收集信息，并将其存储至计算机14-4后进行相关计算和分析；浆液配比模块14-2根据浓浆注浆支管以及稀浆注浆支管上的流量传感器8-1—8-4、9-1—9-4所收集到的信息进行分析后，控制浓浆注浆支管以及稀浆注浆支管上的流量调节阀c1—c4、d1—d4的开度，使得浆液按照设计的流量比例在混合搅拌箱10-1—10-4内混合，得到预期的浆液浓度；注浆控制模块14-3通过安装在各注浆支路13-1—13-4管道的混合注浆管上的压力传感器11-1—11-4以及流量传感器12-1—12-4收集信息，实时关注各注浆孔的注浆状态，通过压力调节阀e1—e4进行相应的控制，当达到结束标准后，关闭该注浆支路13-1—13-4的电子三通阀a1—a4、b1—b4。
本发明提供一种复杂地质区域智慧注浆方法，包括复杂地质区域内多孔透水性检测、智能调节注浆参数、监测并反馈实时信息以及智慧控制系统实时控制,具体步骤包括：
步骤1)在目标注浆巷道选择一段区域进行支护，根据设计要求，确定注浆孔位置以及大小；
步骤2)区域内多孔同时进行透水性检测，根据传感器获得的数据通过公式计算，获取各注浆孔渗透系数；
步骤3)基于区域内各注浆孔渗透系数，确定各注浆孔的最佳浆液浓度，智能调节注浆参数；
步骤4)由各注浆支路13-1—13-4的管道上的传感器对各支路管道注浆进行监测，并将收集到的信息反馈到智慧控制系统14；
步骤5)智慧控制系统14根据反馈的信息，实时控制各注浆支路13-1—13-4的注浆情况，当达到注浆结束终压时，结束注浆。
所述透水性检测，由注浆泵4、5连接水箱3对复杂地质区域内多孔同时进行压水，注浆支路13-1—13-4管道的混合注浆管上的压力传感器11-1—11-4以及流量传感器12-1—12-4获取注水压力以及流量，经相关公式计算获取各注浆孔渗透系数。
所述智能调节注浆参数，基于各注浆孔的渗透系数，确定各注浆孔的最佳浆液浓度，通过调节各注浆支路13-1—13-4的浓浆注浆支管、稀浆注浆支管上的流量调节阀c1—c4、d1—d4，按比例调节浓浆稀浆的流量，在混合搅拌箱10-1—10-4内进行混合，得到不同的浆液浓度，实现各注浆孔获得各自最佳浆液浓度的效果。
所述监测并实时反馈信息，各注浆支路13-1—13-4上的传感器，将相应管道上的压力、流量信息实时反馈到智慧控制系统14，实时反馈支管内的流量大小，以便智慧控制系统14控制浆液浓度。
所述注浆方法为：将两种浓度的水泥浆液分别储存在浓浆储浆罐1以及稀浆储浆罐2中；注浆泵4、5将浆液从储浆罐输入混合搅拌箱10-1—10-4；智慧控制系统14分别控制各注浆孔所对应的注浆支路13-1—13-4的浓浆注浆支管和稀浆注浆支管上的电子三通阀a1—a4、b1—b4的开度，从而控制进入混合搅拌箱10-1—10-4的浆液的浓度；当混合搅拌箱10-1—10-4中的浆液浓度满足其所对应的注浆孔的最佳浆液浓度时，智慧控制系统14控制混合搅拌箱10-1—10-4向注浆孔输入浆液，并同时通过控制混合注浆管上的压力调节阀e1—e4，控制注浆压力；当单个注浆孔到注浆结束终压时，结束该孔注浆，直到注浆区域内所有的注浆孔全部注浆完成，结束该区域内注浆，进入下一下注浆区域。
所述浆液浓度，本发明所提供的浓浆水灰比为2:1，稀浆水灰比为0.6:1，经透水性检测获得各注浆孔渗透系数后，根据渗透系数可以知道各注浆孔最佳浆液浓度，经不同流量的浓浆稀浆混合配比，得到所需浆液浓度。
所述注浆压力，在进行注浆孔注浆时，需控制注浆压力不宜过大，应以不发生岩体劈裂作为前提，故应设置最高注浆压力，在注浆过程中，如果达到最高注浆压力时，应及时进行控制，经压力调节阀减小压力。
所述注浆结束终压，在目标注浆区域内，根据注浆支路13-1—13-4的混合注浆管上的压力传感器11-1—11-4实时反馈注浆压力，当区域中间某一注浆孔的注浆压力突然升高时，则认为该注浆孔设计区域已被浆液充满，故发生压力突然升高的现象，该注浆孔达到注浆结束终压，注浆结束；当目标区域内所有的注浆孔都达到这一注浆结束终压时，则认为这一区域的注浆达到了注浆结束终压，结束该区域注浆，转至下一区域。
实施例1
如附图2所示，本发明同时提出上述系统的智慧注浆方法，具体步骤如下：
步骤一、在目标注浆巷道选择一段区域进行支护，根据设计要求，确定注浆孔位置以及大小，保证注浆孔间距不小于浆液的扩散半径。
步骤二、打开浓浆主注浆管道6上的电子三通阀a1-a4，打开注浆泵4，水流通过连接水箱3的管道经各电子三通阀a1-a4分流至各支路管道13-1-13-4，各注浆孔同时进行注水，通过支路管道13-1-13-4上的压力传感器11-1-11-4和流量传感器12-1-12-4获得实时注水压力及流量，将所收集到的信息传到智慧控制系统14，经计算获得各注浆孔渗透率q和渗透系数k，计算公式如下；
式中q为钻孔的注水量，单位l/min；p为钻孔的压力，单位mpa；，l为钻孔长度，单位m。
式中r为钻孔半径，单位m。
步骤三、根据反馈的信息，经计算得到各孔的渗透系数，根据渗透系数确定各注浆孔的最佳注浆浓度；浓浆通过浓浆主注浆管道6经电子三通阀a1-a4进入浓浆支管，稀浆通过稀浆主注浆管道7经电子三通阀b1-b4进入稀浆支管，通过调节浓浆支管和稀浆支管上的流量调节器c1-c4和d1-d4，控制各浆液流量比例进行混合，达到所需浆液浓度。
假设所需浆液浓度为n：1，浓浆稀浆的注入量比例为a：b，我们已知浓浆的浓度为2:1，稀浆的浓度为0.6:1，所以可以得到：
由此方程我们可以得到浓浆稀浆的注入比例为：
步骤四、经过流量调节后的浓浆稀浆，经浆液混合搅拌箱101—10-4进行充分混合后，进入支路注浆管道13-1-13-4。当浆液进入支路注浆管道13-1-13-4后，通过压力传感器11-1-11-4，可以获得实时注浆压力，将收集到的信息实时反馈给智慧控制系统14，智慧控制系统14通过控制支路注浆管道上的压力调节阀e1-e4进行调节。根据渗透率，由公式确定岩体发生劈裂时的压力大小，计算公式如下：
p＝σt-3σ3+σ1
式中，p为注浆压力，单位pa；σt为最大拉压力，单位pa；σ1为最大主压力，单位pa；σ3为最小主压力，单位pa；
步骤五、通过压力传感器11-1-11-4以及流量传感器14-1-14-4实时监控确定注浆孔的真实注浆状态，通过实时反馈回来的信息，当中间注浆孔达到注浆结束终压时，关闭该管路电子三通阀，当目标区域内所有注浆孔均达到注浆结束终压时，结束注浆，进行下一区域注浆。
在本发明中，仅列出了四条注浆支路管道，但在实际中，可根据目标范围内的注浆孔数目增加注浆支路管道，并不影响本发明的使用。