矿用注浆系统及工艺

技术领域

本发明涉及矿井注浆技术领域，具体而言，涉及一种矿用注浆系统及工艺。

背景技术

煤矿地面注浆站最早出现于上世纪九十年代初，主要应用于煤矿注浆堵水，由于它具有注浆连续，制浆方便和适宜于大量注浆，比井下制浆有着无可替代的优越性和可靠性而得到了发展和推广。

但由于地面固定式注浆站投资成本大、管路敷设距离长，占地面积较大且维护量大等问题，而且，矿方实际采用混凝土车运输水泥，制浆工艺全部靠人工人为控制，不能实现自动配比，且浆液制备全靠制浆池上的搅拌机一次搅拌造浆，浆液搅拌不充分，流动性相对较差。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了一种矿用注浆系统及工艺，旨在改善地面固定式注浆站投资成本大、管路敷设距离长，占地面积较大且维护量大的问题。

本发明是这样实现的：本发明提供一种矿用注浆系统，包括

移动周转料仓，用于将地面的物料运输至矿井内；

定量加料系统，用于将所述移动周转料仓中的物料加入制浆搅拌机内；

定量加水系统，根据所述制浆搅拌机内的物料量，向内加入适量水；

储浆搅拌机，用于将所述制浆搅拌机制备好的浆液进行储存；

注浆泵，与储浆搅拌机通过管道连接，用于将所述储浆搅拌机中的浆液注入注浆点。

在本发明的一种实施例中，所述移动周转料仓底部设有螺旋输送机，所述螺旋输送机和提升机相连，所述提升机可将物料输送至制浆搅拌机内。

在本发明的一种实施例中，所述定量加料系统包括

重力传感器，所述重力传感器被配置为实时监测制浆搅拌机内的物料量，并将所述物料量发送至螺旋输送机控制器；

所述螺旋输送机控制器，用于接收所述重力传感器发送的所述物料量，并根据所述物料量对所述螺旋输送机发送停止或输送指令。

在本发明的一种实施例中，所述定量加水系统，包括

水泵，用于向制浆搅拌机内注入预定比例的水；

水泵控制器，用于接收所述重力传感器发送的所述物料量，与预设的物料和水的比例进行对比计算，并控制所述水泵进行注水作业，当所述注浆搅拌机中的物料和水的比例符合预设比例时，生成停止指令，且发送至所述水泵。

在本发明的一种实施例中，所述制浆搅拌机和储浆搅拌机之间具有浆液转送设备，所述浆液转送设备包括密度计和密度控制器，所述密度控制器根据所述密度计检测的浆液密度，与预设的密度数值进行对比，当浆液密度未到达预设数值时，输送浆液至制浆搅拌机进行二次搅拌。

在本发明的一种实施例中，所述浆液预设密度需在1.1-1.62t/m3之间。

在本发明的一种实施例中，，所述注浆泵向注浆点注浆时注浆管内流速计算公式为：V＝4Q/(3600πD2)。

在本发明的一种实施例中，所述注浆管路沿程阻力计算损失公式为：Pf＝ρ*(Ф1+λ*L/d+n3*Ф3+n4*Ф4+Ф5)×V2/2。

本公开还提供了一种矿用注浆工艺，适用于上述中所述的矿用注浆系统，包括

通过移动周转料仓将位于地面的物料移动至矿井，并通过定量加料系统的控制，向制浆搅拌机内自动定量加料；

根据制浆搅拌机内物料量，以预设比例向内注水；

将制备好的浆液输送至储液搅拌机中，即通过注浆泵向注浆点注入浆液。

在本发明的一种实施例中，根据注浆泵的注浆管流速以及管路沿程阻力，计算储液搅拌机中浆液储量使用时间，以此控制制浆搅拌机下次导入储液搅拌机中浆液的时间。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的一种矿用注浆系统及工艺，使用时，移动周转料仓从地面将物料运输至矿井内，然后通过该定量加料系统实现自动向制浆搅拌机中加料，制浆搅拌机内物料达到预定重量后，即会停止物料的输送，而同时定量加水系统会计算该重量需要多少比例的水，并向内实施注水，然后制浆搅拌机进行搅拌作业，然后将制备好的浆液导入储浆搅拌机中，即通过注浆泵对注浆点进行注浆作业；

1.本公开采用移动周转料仓、制浆搅拌机、储浆搅拌机和注浆泵多个可移动的设备组合而成，可实现在各个注浆位置随意组合，具有随意性、灵活性，可随时拆除及组装，搭接方式灵活，自动化程度较大，可实现自动配比，移动注浆等特点。

2.本公开采用重力传感器、螺旋输送机控制器以及水泵控制器等的设计，可由原来人工制浆工艺改变为自动配比制浆，而且采用移动注浆站后实现自动化配比且移动性随意，进而减少因浆液人工配比不均问题，还能避免导致浆液达不到要求而浪费，同时减少人员劳动轻度。

3.本公开采用密度计和密度控制器的设计，可实现对制浆搅拌机中的浆液进行检测，当不符合密度要求，可进行二次制浆、配比，以此大大的增加了浆液的质量，从而可保证施工质量的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的一种矿用注浆系统整体结构示意图；

图2为本发明实施方式提供的地上设备结构示意图；

图3为本发明实施方式提供的定量加料系统示意图(框图)；

图4为本发明实施方式提供的定量加水系统示意图(框图)；

图5为本发明实施方式提供的一种矿用注浆工艺示意图(框图)；

图6为本发明实施方式提供的螺旋输送机组合结构示意图；

图7为本发明实施方式提供的一种矿用注浆工艺流程图。

图中：100-移动周转料仓；110-螺旋输送机；111-电机；112-输料杆；113-输料箱；120-提升机；200-定量加料系统；210-制浆搅拌机；220-重力传感器；300-定量加水系统；310-水泵；400-储浆搅拌机；410-浆液转送设备；411-密度计；500-注浆泵。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

请参阅图1和图6，本发明提供一种技术方案：一种矿用注浆系统包括

移动周转料仓100，用于将地面的物料运输至矿井内，在具体布置时，首先在地面上设置水泥罐，然后结合螺栓输送设备直接将水泥罐中的物料输送到移动周转料仓100内，然后通过移动周转料仓100移送至地下，接着通过后续的工艺步骤进行制浆、注浆等；

定量加料系统200，用于将移动周转料仓100中的物料加入制浆搅拌机210内，以此根据作业量对物料的多少进行一定的把握，以避免物料多或少而影响整体注浆的效果；

定量加水系统300，根据制浆搅拌机210内的物料量，向内加入适量水，根据制浆搅拌机210中的物料量，实现自动等比例的配比，以此优化浆液搅拌后的相对密度；

储浆搅拌机400，用于将制浆搅拌机210制备好的浆液进行储存，并防止浆液的沉淀，满足连续注浆要求，可以实现对浆液不停的搅拌，避免浆液凝固；

注浆泵500，与储浆搅拌机400通过管道连接，用于将储浆搅拌机400中的浆液注入注浆点，用于向各注浆点进行压力(可调)注浆。

请参阅图1-图6，具体的，移动周转料仓100底部设有螺旋输送机110，螺旋输送机110通过电机111驱动螺旋结构的输料杆112在输料箱113中转动，进而能够使得物料直接随着输料杆112向前移动，以此实现将物料输送至提升机120上。螺旋输送机110和提升机120相连，提升机120可将物料输送至制浆搅拌机210内，该提升机120可以将散装水泥提升到制浆搅拌机210当中，其中，该提升机120分为上下分段式结构，可快速拆装，上部分与制浆搅拌机210相连，下部分在运输时可拆下单独装在制浆搅拌机210平板车上，到工作点后与上部分相连。定量加料系统200包括重力传感器220，重力传感器220被配置为实时监测制浆搅拌机210内的物料量，并将物料量发送至螺旋输送机控制器。螺旋输送机控制器，用于接收重力传感器220发送的物料量，并根据物料量对螺旋输送机110发送停止或输送指令，进而能够根据设定的加料量(可调)向制浆搅拌机210内自动加料，并自动循环。定量加水系统300，包括水泵310，用于向制浆搅拌机210内注入预定比例的水。水泵控制器，用于接收重力传感器220发送的物料量，与预设的物料和水的比例进行对比计算，并控制水泵310进行注水作业，当制浆搅拌机210中的物料和水的比例符合预设比例时，生成停止指令，且发送至水泵310，进而能够根据设定的加水量(可调)向制浆搅拌机210内自动加水，并自动循环。

请参阅图1和图7，制浆搅拌机210和储浆搅拌机400之间具有浆液转送设备410，浆液转送设备410包括密度计411和密度控制器，密度控制器根据密度计411检测的浆液密度，与预设的密度数值进行对比，当浆液密度未到达预设数值时，其中该浆液预设密度需在1.1-1.62t/m

在注浆过程中，通过计算对注浆管路浆液流速、注浆管路沿程阻力损失、注浆泵500压力计算、注浆泵500额定压力计算、注浆泵500轴功率计算和电动机容量校核等计算，以此可以得出注浆泵500的排压和注浆管流量之间的关系，以此能够更加精准的对注浆流量进行控制和相对精准把握。

具体实施过程，列举基础数据进行计算：

1.设计基础参数

a)注浆流量13～18m3/h；

b)由地面注浆站的注浆泵一次孔口加压至9MPa；

c)地面注浆站至井下最远注浆点标高差574m；

d)水泥浆的浆液密度为1.1～1.62t/m3之间，可任意调节；

e)两趟注浆管路从钻孔下井，钻孔深度520m；

f)地面注浆站至最远注浆点的距离约6200m(含钻孔下井注浆管路)。

2.注浆泵选型

根据基础设计参数中流量13～18m3/h的要求，设计初选XPB-90E-K型高压注浆泵两台,该泵最大流量18.3m3/h，可采用变频方式控制流量大小。井上、下及下井注浆管路设计配套D73*9mm钻探用无缝钢管(即DZ50)，需要的泵压按泵的最大流量18.3m3/h进行选型计算。

a)管内流速计算

注浆管路浆液流速

V73＝4Q/(3600πD2)＝4×18.3/(3600×π×0.0552)＝2.14m/s

b)沿程阻力损失计算

注浆管路沿程阻力损失

Pf＝ρ*(Ф1+λ*L/d+n3*Ф3+n4*Ф4+Ф5)×V2/2＝1620*(1+0.0455×6200/0.055+40×1.22+2×0.5)×2.142/2＝19.22MPa。

c)注浆泵压力计算

按地面注浆泵一次孔口加压至9MPa，需要的注浆泵的出口压力

P＝Pf+P孔-ρ*g*H＝19.22+9-1620*9.81*574/10^6＝19.1MPa

式中：

P孔—井下注浆管终端出口压力9MPa；

H—井下注浆地点与地面注浆站高差574m。

d)注浆泵额定压力计算

PB＝Km*Kf*P＝1.05*1.1*19.1＝22.1MPa

式中：

PB—注浆泵额定压力，MPa

Km—注浆泵压力降系数，常取Km＝1.05～1.2。

Kf—注浆泵磨损折减系数，常取Kf＝1.05～1.2。

e)注浆泵轴功率计算

N轴＝P*Q/3600×1000×η1＝19.1×18.3×106/(3600×1000×0.85)＝114.23(kW)

f)电动机容量校核计算

N＝k×N轴/ηc＝1.05×114.23/0.92＝130.40(kW)

式中：

k—电机功率富裕系数，取1.05；

ηc—电机与注浆泵间的传动效率，取0.92。

综上具体实施得出：按泵最大流量18.3m3/h注浆时，孔口压力达到9MPa,泵出口实际排压将达到19.1MPa,若变频将泵的流量调节到13m3/h(浆液在管路中的流速为1.52m/s>1.5m/s),孔口压力达到9MPa，泵出口实际排压为9.6MPa(计算过程略)。即管路内径一定的情况下，注浆流量越大，对应需要的泵的实际排压就越大，注浆流量减小，对应需要的泵的实际排压就减小。

请参阅图1、图5和图7，本公开还提供了一种矿用注浆工艺，适用于上述中所述的矿用注浆系统，包括

通过移动周转料仓100将位于地面的物料移动至矿井，并通过定量加料系统200的控制，向制浆搅拌机210内自动定量加料；

根据制浆搅拌机210内物料量，以预设比例向内注水；

将制备好的浆液输送至储液搅拌机400中，即通过注浆泵500向注浆点注入浆液。

具体的，根据注浆泵500的注浆管流速以及管路沿程阻力，计算储液搅拌机400中浆液储量使用时间，以此控制制浆搅拌机210下次导入储液搅拌机400中浆液的时间。

具体的，该矿用注浆系统及工艺的工作原理：使用时，移动周转料仓100从地面将物料运输至矿井内，然后通过该定量加料系统200实现自动向制浆搅拌机210中加料，制浆搅拌机210内物料达到预定重量后，即会停止物料的输送，而同时定量加水系统300会计算该重量需要多少比例的水，并向内实施注水，然后制浆搅拌机210进行搅拌作业，然后将制备好的浆液导入储浆搅拌机400中，即通过注浆泵500对注浆点进行注浆作业；

在向制浆搅拌机210中加物料的时候，通过重力传感器220可以实时监测加入其物料的量，并会将其信号直接传递至螺旋输送机110控制器上，然后控制器会根据设定好的物料量来控制螺旋输送机110的作业，以此可以准确的将料加入制浆搅拌机210中，当物料加好之后，根据重力传感器220的作用，水泵控制器会接收到加入物料完毕的信号，进而该控制器控制水泵310对制浆搅拌机210内注水，并且根据物料量，按一定比例进行注水，以此达到最好的搅拌效果；

为了使搅拌后的浆液达到相应的规格要求，在制浆搅拌机210制浆之后，通过浆液转送设备410进行输入至储浆搅拌机400内，同时密度计411会对浆液进行密度检测，当密度达到1.1-1.62t/m

需要说明的是，螺旋输送机110、提升机120、制浆搅拌机210、储浆搅拌机400具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

螺旋输送机110、提升机120、制浆搅拌机210、储浆搅拌机400的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。