一种矿井注浆设备智能控制装置及控制方法与流程

本发明涉及一种矿井注浆设备及控制方法，特别是一种矿井注浆设备智能控制装置及控制方法。

背景技术：

矿井地下水通道的注浆是井下堵水工程的关键环节，注浆质量的优劣，直接关系到堵水工程的成败，加强注浆现场的技术监控，保证堵水注浆的质量，就能在突水巷道形成牢固的挡水墙，从根本上治住水患。

目前煤矿用于注浆的设备主要由控制器和注浆泵两大部分组成，注浆控制采用的方法是固定参数的控制，注浆压力在整个注浆过程中不变，导致注浆液对地下水通道的渗透性不强，严重影响了注浆堵水的效果。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种结构简单、使用方便的矿井注浆设备智能控制装置及控制方法，解决矿井复杂地质条件下的堵水注浆智能控制的问题。

本发明的目的是这样实现的：本发明的一种矿井注浆设备包括智能控制装置及基于控制装置的控制方法。

自动控制装置包括：注浆控制器、注浆压力变送器、注浆流量变送器、脉冲波接收器、注浆泵和脉冲波发生模块；注浆压力变送器、注浆流量变送器和脉冲波接收器的输出接注浆控制器的输入端，注浆控制器的输出接注浆泵的输入端，脉冲波发生模块的输出信号至注浆液，脉冲波接收器的输入为脉冲波发生模块通过注浆液传递的振动波。

所述的脉冲波发生模块包括：电池、脉冲信号发生器、编码器、电磁振动器和弹性膜片；脉冲信号发生器的输出接编码器的输入端，编码器的输出接电磁振动器的输入端，电磁振动器的输出连接弹性膜片，电池为脉冲信号发生器、编码器和电磁振动器提供电源。

所述的脉冲波接收器包括：振动薄膜、位移传感器、滤波电路和解码器；振动薄膜与位移传感器的敏感部连接，位移传感器的输出接滤波电路的输入端，滤波电路的输出接解码器的输入端，解码器的输出接注浆控制器。

所述的脉冲波发生模块有若干个，分别安装在注浆管道在地下不同深度的管道内侧壁上，弹性膜片面向注浆液。

所述的脉冲波接收器安装在注浆管道露出地面处的内侧壁上，弹性膜片面向注浆液。

控制方法：通过注浆压力变送器、注浆流量变送器提供的注浆信息，控制注浆量和注浆压力，根据注浆到位传感器的反馈信号，判断注浆是否达到堵水位置，实现对不同复杂地质条件的智能注浆控制。

注浆智能控制方法，具体方法如下：

(1)首先通过地面钻机向地下钻孔，钻孔至地下的地下水位置，然后沿钻孔安装注浆管道；

(2)在安装注浆管道前，预先在注浆管道的侧壁内侧上固定安装多个脉冲波发生模块，安装位置分别位于注浆管道的上段、中段和底段，每一个脉冲波发生模块具有不同的编码名称；

(3)开始注浆时，在注浆过程中，注浆控制器根据注浆压力变送器和注浆流量变送器的反馈信息，控制注浆泵向管道输入稳定的泥浆；

(4)当注浆液达到上段深度时，接触到第一个脉冲波发生模块时，脉冲波发生模块通过弹性膜片发出编码脉冲压力波，该脉冲压力波通过泥浆传输至地面脉冲波接收器的振动薄膜，振动薄膜接收的脉冲压力波产生的振动使位移传感器输出电脉冲信号，电脉冲信号经过滤波电路和接解码器的处理，输出至注浆控制器，注浆控制器根据该信号调整控制注浆泵，增大注浆压力；

(5)当注浆液达到中段深度时，接触到第二个脉冲波发生模块，脉冲波发生模块通过弹性膜片发出编码脉冲压力波，地面脉冲波接收器将此信号传输至注浆控制器，调整控制注浆泵，进一步增大注浆压力；

(6)当注浆液达到底段深度时，接触到第三个脉冲波发生模块，脉冲波发生模块通过弹性膜片发出编码脉冲压力波，地面脉冲波接收器将此信号传输至注浆控制器，注浆控制器通过注浆泵输出脉动压力的注浆液，注浆液进入地下水通道，并渗入渗水裂隙，达到堵水的效果；

(7)当注浆流量逐渐减少接近零时，注浆控制结束。

有益效果，由于采用了上述技术方案，本发明可以实现注浆的智能化，对注浆的反馈情况进行自适应的注浆压力的自动调整，提高工作效率，其方法和结构简单，使用方便，效果好，具有广泛的实用性。可以应用于矿井透水裂隙的封堵，提高注浆堵水的效果，保障煤矿的安全。

本发明与传统的固定压力注浆相比，可以在注浆过程中，根据不同的注浆深度调整注浆的压力，大大提高的注浆堵水的效率和质量；本发明与现有的一些通过注浆压力或注浆流量反馈信息的智能控制技术相比，不仅可以根据不同深度调整控制压力，而且可以根据注浆到达堵水通道后，利用脉动控制，使使注浆液向地下水通道周边的煤岩中渗透，加固结构，防止地下水向周边渗透。

解决了矿井复杂地质条件下的堵水注浆智能控制的问题，达到了本发明的目的。

优点：本发明适应于矿井复杂地质条件下的注浆以及注浆智能控制。

1、根据注浆过程的不同深度调整逐步调整注浆压力，可以更好更快地将注浆液注入到地下水通道，避免注浆液中的气泡产生，增强注浆的密实度，保证注浆的可靠性和稳定性；

2、可以及时准确发现注浆达到地下水通道，并通过脉动注浆压力的控制，使注浆液向地下水通道周边的煤岩中渗透，对加固堵水结构具有重要的意义。

3、通过注浆压力的智能控制，可以避免过度注浆产生的浪费，保证注浆堵水的质量。

附图说明

图1是本发明的注浆控制装置结构图。

图2是本发明的脉冲波发生模块结构图。

图3是本发明的脉冲波接收器结构图。

图4是本发明的控制装置应用示意图。

图中：1-注浆控制器；2-注浆压力变送器；3-注浆流量变送器；4-脉冲波接收器；5-注浆泵；6-脉冲波发生模块；7-电池；8-脉冲信号发生器；9-编码器；10-电磁振动器；11-弹性膜片；12-振动薄膜；13-位移传感器；14-滤波电路；15-解码器；16、注浆管道；17、地下水通道。

具体实施方式

本发明的一种矿井注浆设备包括智能控制装置及基于控制装置的控制方法，下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

实施例1：一种矿井注浆设备智能控制装置，其结构如图1所示。

所述的自动控制装置包括：注浆控制器1、注浆压力变送器2、注浆流量变送器3、脉冲波接收器4、注浆泵5和脉冲波发生模块6；

注浆压力变送器2、注浆流量变送器3和脉冲波接收器4的输出接注浆控制器1的输入端，注浆控制器1的输出接注浆泵5的输入端，脉冲波发生模块6的输出信号至注浆液，脉冲波接收器4的输入为脉冲波发生模块6通过注浆液传递的振动波。

所述的脉冲波发生模块6如图2所示。

所述的脉冲波发生模块6包括：电池7、脉冲信号发生器8、编码器9、电磁振动器10和弹性膜片11；脉冲信号发生器8的输出接编码器9的输入端，编码器9的输出接电磁振动器10的输入端，电磁振动器10的输出连接弹性膜片11，电池7为脉冲信号发生器8、编码器9和电磁振动器10提供电源。

所述的脉冲波接收器4如图3所示，

所述的脉冲波接收器4包括：振动薄膜12、位移传感器13、滤波电路14和解码器15；

振动薄膜12与位移传感器13的敏感部连接，位移传感器13的输出接滤波电路14的输入端，滤波电路14的输出接解码器15的输入端，解码器15的输出接注浆控制器1。

所述的脉冲波发生模块6有若干个，分别安装在注浆管道16在地下不同深度的管道内侧壁上，弹性膜片面向注浆液。

所述的脉冲波接收器4安装在注浆管道16露出地面处的内侧壁上，弹性膜片11面向注浆液。

控制方法：所述控制装置在煤矿地下水堵水施工应用的示意图如图4所示。通过注浆压力变送器、注浆流量变送器提供的注浆信息，控制注浆量和注浆压力，根据注浆到位传感器的反馈信号，判断注浆是否达到堵水位置，实现对不同复杂地质条件的智能注浆控制。

注浆智能控制方法，具体方法如下：

以地面向800米深的地下水注浆为例。

(1)首先通过地面钻机向地下钻孔，钻孔至地下的地下水通道17位置，然后沿钻孔安装注浆管道16；

(2)在安装注浆管道16前，预先在注浆管道16的侧壁内侧上固定安装多个脉冲波发生模块6，安装位置分别位于注浆管道16的上段300米、中段500米和底段800米的侧壁内侧上，每一个脉冲波发生模块6具有不同的编码名称，如上段为001,中段为010,底段为011；

(3)开始注浆时，在注浆过程中，注浆控制器1根据注浆压力变送器2和注浆流量变送器3的反馈信息，控制注浆泵5向注浆管道16输入稳定的泥浆；

(4)当注浆液达到上段300深度时，接触到第一个脉冲波发生模块6时，脉冲波发生模块6通过弹性膜片11发出编码为001的脉冲压力波，该脉冲压力波通过泥浆传输至地面脉冲波接收器4的振动薄膜12，振动薄膜12接收的脉冲压力波产生的振动使位移传感器13输出电脉冲信号，电脉冲信号经过滤波电路14和接解码器15的处理，输出至注浆控制器1，注浆控制器1根据该信号调整控制注浆泵5，增大注浆压力；

(5)当注浆液达到中段500米深度时，接触到第2个脉冲波发生模块6，脉冲波发生模块6通过弹性膜片11发出编码为010的脉冲压力波，地面脉冲波接收器4将此信号传输至注浆控制器1，调整控制注浆泵5，进一步增大注浆压力；

(6)当注浆液达到底段800米深度时，接触到第3个脉冲波发生模块6，脉冲波发生模块6通过弹性膜片11发出编码为011的脉冲压力波，地面脉冲波接收器4将此信号传输至注浆控制器1，注浆控制器1通过注浆泵5输出脉动压力的注浆液，注浆液进入地下水通道17，并渗入渗水裂隙，达到堵水的效果；

(7)当注浆流量逐渐减少接近零时，注浆控制结束。

注浆控制器1采用型号为fx3ge-40mt的plc控制器；注浆压力变送器2采用型号为ae-s的压力变送器；注浆流量变送器3采用型号为ast10的流量变送器；注浆泵5采用型号为vickers3525v的液压泵；脉冲信号发生器8的型号为d59；编码器9采用型号为pt2262的集成电路；解码器15采用型号为pt2272的集成电路；电磁振动器的型号为采用型号为cz50；位移传感器13采用型号为fsd22的激光位移传感器；滤波电路14采用型号为saa7220p的集成电路。