一种煤矿注浆中继动态调节方法与装置与流程

本发明涉及煤矿防灭火领域，特别是一种煤矿注浆中继动态调节方法与装置。

背景技术：

1、根据《煤矿安全规程》相关要求，开采容易自燃或采用放顶煤开采自燃煤层的矿井，必须设计以灌浆为主的两种以上综合防灭火措施，保障煤矿生产安全的规定。目前，对于浅埋深煤矿一般采用单级渣浆泵在地面建设一个固定式注浆工作站，由于煤层埋藏浅，浆液在由地面输送到井下过程中落差较小，在采面延伸至远距离后造成输送距离远，地面注浆站扬程已经不能满足注浆要求，浆液在管路中流速明显降低，出口压力变小，管路沉积严重，出口流量小且常出现管路堵塞情况，造成防灭火很难以达到理想的效果，严重影响煤矿安全。

2、为解决这一长倍线输送带来的浆液出口流量及压力不足的难题，煤矿企业在现场生产中通常采用减小末端管径来提高流速防止堵塞的解决方案，其缺点是管损增大，流量损失严重，防灭火区域注浆量明显不足，地面注浆泵容易过载荷。也有方案研究采用渣浆泵、柱塞泵、变频器及缓冲罐等设备改进上述的注浆作业，但经过实践发现这些改进方案都存在严重的缺陷，包括不能适应输入流量变化、阀门调节响应慢、容易吸空或溢出、无法长时间稳定运行等问题，难以得到实际应用。

技术实现思路

1、本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种煤矿注浆中继动态调节方法与装置，使得浆液的悬浮状态、输出压力、输出流量均保持注浆防灭火的使用要求，同时有效避免出现吸空、溢出、共振等情况，解决了浅埋深矿井的倍线超长问题。

2、本发明公开了一种煤矿注浆中继动态调节方法，包括：

3、启动阶段：控制出口控制阀以开启出口管路，并控制连有变频器的加压输出装置开启，使得缓冲罐内浆液加压输出至出口管路；

4、调节阶段：该阶段中，根据缓冲罐内的当前液位改变调节模式，具体的，若检测到缓冲罐内浆液不处于设定的液位稳定范围内，则采用粗调节模式调节加压输出装置，直至控制液位处于液位稳定范围内，进入微调节模式；若液位处于稳定范围内，则采用微调节模式调节出口控制阀和加压输出装置，直至液位不处于液位稳定范围内，进入粗调节模式；

5、其中，所述的粗调节模式包括：在检测到液位超出液位稳定范围上限或下限时，控制变频器的输出频率加大或减小，以接近液位稳定范围；

6、所述的微调节模式包括：

7、恒水位pid调节：通过pid调节方式控制变频器来调节缓冲罐内的液位，用于将液位保持在设定值域内；

8、压力pid调节：调节出口控制阀开度使得出口管路的压力接近压力设定值；由于出口控制阀开度调节导致出口管路流量变化，通过pid调节方式控制变频器来调节出口管路的流量，用于将流量调节到流量限定值内；

9、依次重复循环所述的恒水位pid调节和所述的压力pid调节。

10、进一步地，所述的启动阶段，包括：

11、检测到缓冲罐内液位出现持续上升的情况下，调整出口控制阀至初始开度；

12、检测到缓冲罐内液位上升达到设定的工作液位高度的情况下，控制变频器使得渣浆泵对浆液加压输出。

13、进一步地，在所述的调节阶段中，所述的粗调节模式，具体包括：

14、在液位超出液位稳定范围且上升的情况下，plc控制箱控制变频器输出频率增加，使得出口管路流量加大以降低液位；在液位降低到液位稳定范围上限的情况下，进入所述的微调节模式；

15、在液位超出液位稳定范围且下降的情况下，plc控制箱控制变频器输出频率降低，使得出口管路的流量降低以升高液位；在液位升高到液位稳定范围下限的情况下，进入所述的微调节模式。

16、进一步地，所述的调节阶段中，所述的根据缓冲罐内的当前液位改变调节模式，具体还包括：当缓冲罐内浆液触发液位开关达到极限水位，则进入大速率调节模式；并在液位降低到限定区域时进入粗调节模式或微调节模式；

17、其中，所述的大速率调节模式包括：调节增大变频器输出频率至大速率设定值。

18、进一步地，所述的恒水位pid调节，包括：

19、以水位控制值为设定值，变频器的输出频率为调节值，缓冲罐的液位传感器的测量值为反馈值，采用p id方法调节三个周期，用于控制液位处于液位稳定范围内。

20、进一步地，所述的压力p id调节，包括：

21、在出口管路的压力高于设定压力值的情况下，plc控制箱控制出口控制阀加大开度，直至压力降低至与压力设定值相差为调节空间值时，出口控制阀停止；plc控制箱给定变频器的运行频率值调整下降，使得流量降低重新回到出口控制阀加大开度前的流量限定值内，并使得压力继续降低至设定压力值内；反复经过三个调节周期使得压力稳定在压力设定值；

22、在出口管路的压力低于设定压力值的情况下，plc控制箱控制出口控制阀减小开度，直至压力升高至与压力设定值相差为调节空间值时，出口控制阀停止；plc控制箱给定变频器的运行频率值调整上升，使得流量增加重新回到出口控制阀减小开度前的流量限定值内，并使得压力继续增加至设定压力值内；反复经过三个调节周期使得压力稳定在压力设定值。

23、进一步地，在所述的微调节模式中，所述的依次重复循环上述恒水位pid调节和压力pid调节，包括：

24、在压力变化不超过设定范围的情况下，只重复所述的恒水位pid调节。

25、进一步地，该方法还包括：

26、停机阶段：在向缓冲罐输入浆液的地面注浆站停机的情况下，plc控制箱随液位降低而控制变频器减小输出频率并直至维持在设定的预停机频率，在流量降为0的情况下，关闭出口控制阀和加压输出装置。

27、本发明还公开了一种煤矿注浆中继动态调节装置，该装置用于实现如上所述的调节方法，该装置包括：缓冲罐、出口管路、plc控制箱、变频器，其中，缓冲罐内设有液位传感器和液位开关，缓冲罐的出口处设有渣浆泵，渣浆泵连有变频电机，缓冲罐通过渣浆泵连接出口管路；出口管路依次设有开度可调的出口控制阀、出口流量压力传感器；

28、plc控制箱分别与变频器、出口控制阀、液位传感器、液位开关、出口流量压力传感器电连接，变频器还与变频电机电连接。

29、进一步地，缓冲罐的罐底呈锥坡型，缓冲罐的出口设置于缓冲罐最低处侧壁以对应罐底的最低处；

30、液位开关设置于距离缓冲罐的罐底为极限水位高度的位置。

31、本发明至少具有以下有益效果：

32、本发明通过调节模式间的切换、恒水位pid与恒压力调节之间连续循环切换，将恒水位与恒压控制相互融合、补充，实现了煤矿注浆防灭火系统输浆管路智能加压、智能化动态调节，有效解决了煤矿注浆防灭火系统中浆液在浅埋深输送管路中无法超远距离输送的应用难题，对于加强煤矿井下注浆防灭火建设、煤矿智能化装备提升、煤矿生产安全有着重要的价值和社会效益提升。

33、本发明的其他有益效果将在具体实施方式部分详细说明。

技术特征：

1.一种煤矿注浆中继动态调节方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的煤矿注浆中继动态调节方法，其特征在于，所述的启动阶段，包括：

3.根据权利要求1所述的煤矿注浆中继动态调节方法，其特征在于，在所述的调节阶段中，所述的粗调节模式，具体包括：

4.根据权利要求1所述的煤矿注浆中继动态调节方法，其特征在于，所述的调节阶段中，所述的根据缓冲罐内的当前液位改变调节模式，具体还包括：当缓冲罐内浆液触发液位开关达到极限水位，则进入大速率调节模式；并在液位降低到限定区域时进入粗调节模式或微调节模式；

5.根据权利要求1所述的煤矿注浆中继动态调节方法，其特征在于，所述的恒水位pid调节，包括：

6.根据权利要求1所述的煤矿注浆中继动态调节方法，其特征在于，所述的压力p id调节，包括：

7.根据权利要求1所述的煤矿注浆中继动态调节方法，其特征在于，在所述的微调节模式中，所述的依次重复循环上述恒水位pid调节和压力pid调节，包括：

8.根据权利要求1所述的煤矿注浆中继动态调节方法，其特征在于，该方法还包括：

9.一种煤矿注浆中继动态调节装置，其特征在于，该装置用于实现如权利要求1至8中任一项所述的方法，该装置包括：缓冲罐、出口管路、plc控制箱、变频器，其中，缓冲罐内设有液位传感器和液位开关，缓冲罐的出口处设有渣浆泵，渣浆泵连有变频电机，缓冲罐通过渣浆泵连接出口管路；出口管路依次设有开度可调的出口控制阀、出口流量压力传感器；

10.根据权利要求9所述的煤矿注浆中继动态调节装置，其特征在于，缓冲罐的罐底呈锥坡型，缓冲罐的出口设置于缓冲罐最低处侧壁以对应罐底的最低处；

技术总结
本发明公开了一种煤矿注浆中继动态调节方法和装置，该方法包括：启动阶段和调整阶段，调节阶段中，根据缓冲罐内的当前液位改变调节模式，缓冲罐内浆液不处于设定的液位稳定范围内，则进入粗调节模式；若液位处于稳定范围内，则进入微调节模式。微调节模式包括：恒水位PID调节，通过PID调节方式控制变频器将液位保持在设定值域内；压力PID调节，调节出口控制阀开度使压力接近设定值；通过PID调节方式控制变频器将流量调节到流量限定值内；依次重复循环所述的恒水位PID调节和所述的压力PID调节。本发明通过调节模式间的切换、恒水位PID与恒压力调节之间连续循环切换，有效解决了煤矿注浆防灭火系统中浆液在浅埋深输送管路中无法超远距离输送的应用难题。

技术研发人员：张顺,邹德东,戴逶迤,李雪菁,孙天龙,杜明旭,廖巍,张玉龙,穆军,柳东东,殷鹏
受保护的技术使用者：中煤科工集团沈阳研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15