一种大型地面注浆泵站系统及控制方法与流程

1.本发明涉及制浆设备技术领域，尤其涉及一种大型地面注浆泵站系统及控制方法。


背景技术：

2.采用注浆等方法进行地质体改造是维护巷道稳定的一种主动方法，由于注浆具有良好封闭性，使其成为控制巷道变形和堵水治水的关键手段。
3.煤矿井下注浆应用较多，主要用来注浆加固、注浆堵水、注浆防灭火及抽放瓦斯时的封孔等。根据注浆流量、压力及布置场所，又分为了位于地面的大型注浆泵站和设置于煤矿井下巷道的小型注浆泵站。
4.对于注浆流量不大的场合，较多采用小型制浆机、甚至人工搅拌制浆和注浆泵，到现场后连接管路进行注浆作业的情况。位于地面的大型注浆泵站主要适用于需要大量水泥浆时，通过管道长距离输送到煤矿井下，对注浆泵站的要求是大流量、高压力。
5.但目前国内现有的注浆泵站普遍依靠人工作业，存在自动化程度低、作业效率低、劳动强度大、作业现场粉尘浓度大、水灰比控制精度差、安全保护手段不足等问题。如申请公布号cn109352829a公开的一种矿用灌浆系统以及施工工艺，其在地面修建灌浆系统，修建工程量大，而且采用矿车来回取土操作，劳动强度大。


技术实现要素：

6.本发明为了解决现有注浆泵站人工劳动强度大，自动化程度低的问题，提供一种大型地面注浆泵站系统及控制方法，能够实现自动化的注浆作业。
7.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种大型地面注浆泵站系统，包括布设在地面的注浆泵站，所述注浆泵站包括：水箱，水箱用于盛装水，所述水箱内设置有水泵和液位计一，水泵抽排水，液位计一监测水位；水泥储存罐，水泥储存罐用于储存粉状水泥，所述水泥储存罐一侧密封连通有上料螺旋机，用于向水泥储存罐内输送水泥；水泥定量添加机，所述水泥定量添加机与水泥储存罐密封连通；射流器，射流器用于混合水与粉状水泥，所述射流器两端入口分别连通水泥定量添加机和水泵；水泥浆储浆筒一和水泥浆储浆筒二，射流器出口、所述水泥浆储浆筒一和水泥浆储浆筒二依次连通，水泥浆储浆筒二内设置有液位计二和密度计；注浆泵，注浆泵用于泵送水泥浆，所述注浆泵与水泥浆储浆筒二之间连通、且之间设置有流量计；混合器，所述混合器与注浆泵连通，混合器出浆口设置有压力表，混合器出浆口还连通有高压输浆管道，所述高压输浆管道上设置有压力传感器；
控制柜，所述控制柜分别与水泵、液位计一、上料螺旋机、水泥定量添加机、水泥浆储浆筒一、水泥浆储浆筒二、液位计二、密度计、注浆泵、流量计和压力传感器电连接，控制柜用于各个用电设备的集中控制。
8.进一步地，所述水泵包括泵体和用于驱动泵体的水泵电机，所述泵体和水泵电机分别置于水箱内、外，泵体吸水口位于水箱底部，泵体排水口位于水箱上部；所述水泵电机与所述控制柜电连接，水泵电机运行可将水泵出。
9.进一步地，所述水泥储存罐包括罐体和环向均设在罐体周侧的罐脚，所述水泥储存罐一侧还设置有检修爬梯，方便人员对储存罐检修维护；所述上料螺旋机倾斜布设，上料螺旋机包括上料螺旋总成、水泥斗和上料螺旋电机以及卸料口，所述卸料口与罐体顶部连通、且之间设置有上料密封防尘罩以密封。
10.进一步地，所述水泥定量添加机位于水泥储存罐下方，水泥定量添加机包括添加螺旋、用于驱动添加螺旋的添加电机、连通添加螺旋的添加料斗和添加出口；所述添加螺旋为无轴螺旋，所述水泥储存罐和添加料斗之间连通、且之间设置有下料密封防尘罩以密封。
11.进一步地，所述射流器位于水泥定量添加机下方，射流器包括吸水段、吸泥段和出浆段；所述吸水段与所述水泵之间设置有管道一以连通，所述吸泥段与添加出口连通、且之间设置有射流密封防尘罩以密封，所述出浆段与水泥浆储浆筒一之间设置有管道二以连通。
12.进一步地，所述水泥浆储浆筒一和水泥浆储浆筒二均包括储浆筒体和搅拌总成，所述搅拌总成包括搅拌电机、搅拌轴、搅拌叶片和设置在储浆筒体内壁的扰流棒，所述扰流棒与搅拌叶片上下交错布置，可提高搅拌效果；所述水泥浆储浆筒一和水泥浆储浆筒二底部之间设置有连接管以连通。
13.进一步地，所述注浆泵为液压双液注浆泵，注浆泵的吸浆口与水泥浆储浆筒二之间设置有管道三以连通，所述管道三上布设所述流量计；所述注浆泵排浆口与所述混合器进浆口之间设置有管道四以连通。
14.一种大型地面注浆泵站系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1：人工启动控制柜，控制柜首先控制水泥浆储浆筒一和水泥浆储浆筒二启动；步骤2：液位计一监测水箱内水位是否达到设定目标，若水位达到设定目标、启动水泵并设定频率，延时启动水泥定量添加机并设定频率；液位计一监测水箱内水位是否达到下限，若未达到水位下限、持续运行水泵和水泥定量添加机，若达到水位下限、停止水泵和水泥定量添加机；步骤3：液位计二监测水泥浆液位是否达到设定高度，若未达到设定高度、持续运行水泵和水泥定量添加机，若达到设定高度、启动注浆泵并设定频率；液位计二监测水泥浆液位是否达到上限和下限，若高于上限、停止水泵和水泥定量添加机，若低于下限、降低注浆泵频率；步骤4：密度计监测水泥浆液密度是否低于设定值，若低于设定值、降低水泵频率，若高于设定值、降低水泥定量添加机频率，步骤5：压力传感器监测高压输浆管道压力是否高于设定值，若低于设定值、持续运行注浆泵，若高于设定值、停止注浆泵、水泥定量添加机和水泵；
步骤6：人工判断是否继续注浆，若继续、人工再次启动控制柜，重复步骤1-5，若不继续、启动注浆泵排空水泥浆液，排空完毕后启动水泵进行清洗，清洗完毕后停止水泵、注浆泵和水泥浆储浆筒一以及水泥浆储浆筒二，完成注浆作业。
15.通过上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明结构设计合理，可实现自动加水、自动定量添加粉状水泥、通过射流器的文丘里效应自动将粉状水泥吸入后与水混合制成水泥浆后进入水泥浆储浆筒一、二内，通过搅拌总成自动搅拌、防止沉淀，最后通过高压注浆泵实现浆液的远距离输送。
16.本发明自动加水、自动定量添加粉状水泥配合电子密度计实现浆液浓度的自动调节、精确控制。粉状水泥通过射流器的负压吸入口进入射流器，彻底杜绝了粉尘外排造成的污染。水泥定量添加机的添加螺旋采用无轴螺旋可以有效减少水泥粘结。上料密封防尘罩、下料密封防尘罩和射流密封防尘罩，可有效防止工作过程中水泥粉尘外泄可能造成的环境污染。
17.本发明通过多个液位计、压力传感器、电磁流量计、控制柜等的相互配合实现对整个制浆、注浆过程的浓度自动调节、过程自动控制、超压自动停机保护功能，形成一套能够实现自动化作业的大型地面注浆泵站，实现了制浆的全自动化，降低工人劳动强度，提高制浆效率，具有良好的应用推广价值。
附图说明
18.图1是本发明一种大型地面注浆泵站系统的整体结构示意图。
19.图2是本发明一种大型地面注浆泵站系统的水箱结构示意图。
20.图3是本发明一种大型地面注浆泵站系统的水泥储存罐结构示意图。
21.图4是本发明一种大型地面注浆泵站系统的水泥定量添加机示意图。
22.图5是本发明一种大型地面注浆泵站系统的水泥浆储浆筒一和水泥浆储浆筒二示意图。
23.图6是本发明一种大型地面注浆泵站系统的注浆泵示意图。
24.图7是本发明一种大型地面注浆泵站系统的工作流程图。
25.附图中标号为：1为水箱，2为水泥储存罐，201为罐体，202为罐脚，3为水泥定量添加机，31为添加螺旋，32为添加电机，33为添加料斗，34为添加出口，4为射流器，41为吸水段，42为吸泥段，43为出浆段，5为水泥浆储浆筒一，6为水泥浆储浆筒二，7为注浆泵，8为混合器，9为控制柜，10为水泵，101为泵体，102为水泵电机，11为液位计一，12为振动电机，13为上料螺旋机，131为上料螺旋总成，132为水泥斗，133为上料螺旋电机，134为卸料口，14为上料密封防尘罩，15为检修爬梯，16为下料密封防尘罩，17为支座，18为管道一，19为射流密封防尘罩，20为管道二，21为连接管，22为管道三，23为储浆筒体，24为搅拌总成，241为搅拌电机，242为搅拌轴，243为搅拌叶片，244为扰流棒，25为液位计二，26为密度计，27为流量计，28为压力表，29为高压输浆管道，30为压力传感器，40为管道四。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细描述：如图1~图7所示，一种大型地面注浆泵站系统，包括布设在地面的注浆泵站，所述
注浆泵站包括水箱1、水泥储存罐2、水泥定量添加机3、射流器4、水泥浆储浆筒一5、水泥浆储浆筒二6、注浆泵7和混合器8以及控制柜9。
27.所述水箱1用于盛装制浆用水，所述水箱1内设置有水泵10，水泵10与控制柜9电连接。所述水泵10包括泵体101和用于驱动泵体101的水泵电机102，所述泵体101和水泵电机102分别置于水箱1内、外两侧。
28.所述泵体101吸水口位于水箱1底部，泵体101排水口位于水箱1上部。所述水泵10的水泵电机102与控制柜9电连接，控制柜9控制水泵电机102的启停进而控制水箱1出水。
29.为了及时监测水箱1内液位，所述水箱1内还设置有液位计一11，所述液位计一11与控制柜9电连接，从而将水箱1的液位数据发送给控制柜9。
30.所述水泥储存罐2用于储存水泥灰，水泥储存罐2包括罐体201和环向均设在罐体201周侧的罐脚202，罐体201距离地面较高，其与地面之间存在较大空间。
31.所述罐体201上方为进料口、下方呈锥形为出料口，所述出料口侧壁上设置有振动电机12，所述振动电机12与控制柜9连接，振动电机12可方便水泥灰的下料。
32.为了便于向罐体201内输送水泥灰，所述水泥储存罐2一侧密封连通有上料螺旋机13，所述上料螺旋机13与控制柜9电连接，通过上料螺旋机13可将水泥灰输送至罐体201内。
33.具体的，所述上料螺旋机13倾斜布设，上料螺旋机13包括上料螺旋总成131、水泥斗132和上料螺旋电机133以及卸料口134。所述上料螺旋总成131下方连通所述水泥斗132，水泥斗132靠近于地面，上料螺旋总成131上方连通所述卸料口134，所述卸料口134与罐体201顶部连通。
34.所述上料螺旋总成131上方还设置所述上料螺旋电机133，上料螺旋机13的上料螺旋电机133上连接有减速器，上料螺旋电机133与控制柜9电连接，通过控制柜9控制上料螺旋电机133驱动上料螺旋总成131，进而可将水泥灰从水泥斗132输送至卸料口134、储存在罐体201内。
35.为了避免卸料口134出灰时粉尘外泄，所述罐体201与卸料口134之间设置有上料密封防尘罩14，通过上料密封防尘罩14可防止上料螺旋机13向罐体201内输送水泥灰时粉尘泄露造成环境污染。
36.为了便于对罐体201进行检修维护，所述水泥储存罐2一侧还设置有检修爬梯15，所述检修爬梯15自地面延伸至罐体201上方。
37.所述水泥定量添加机3位于罐体201下方，水泥定量添加机3与水泥储存罐2密封连通。水泥定量添加机3与控制柜9电连接，从而控制罐体201内水泥灰的定量下料。
38.所述水泥定量添加机3包括添加螺旋31、用于驱动添加螺旋31的添加电机32、连通添加螺旋31的添加料斗33和添加出口34。所述水泥定量添加机3的添加电机32上连接有减速器，添加电机32与控制柜9电连接，控制柜9控制添加电机32启停，从而可将水泥灰从添加料斗33处输送至添加出口34处，所述添加螺旋31为无轴螺旋。
39.所述水泥储存罐2的罐体201和添加料斗33之间连通，从而罐体201内的水泥灰可落至水泥定量添加机3内。为了避免罐体201出灰时粉尘外泄，所述罐体201下方与添加料斗33之间设置有下料密封防尘罩16，通过下料密封防尘罩16可防止罐体201向添加料斗33内输送水泥灰时粉尘泄露造成环境污染。
40.水泥定量添加机3在安装时，其底部还设置有支座17，支座17用于支撑水泥定量添
加机3，进而水泥定量添加机3距离地面一定高度。
41.所述射流器4将水与水泥灰的混合，射流器4位于水泥定量添加机3下方，所述射流器4两端入口分别连通水泥定量添加机3和水泵10。
42.所述射流器4包括吸水段41、吸泥段42和出浆段43。所述吸水段41与所述水泵10之间设置有管道一18以连通，所述吸泥段42与添加出口34连通、且之间设置有射流密封防尘罩19以密封，通过射流密封防尘罩19可防止水泥定量添加机3向射流器4内输送水泥灰时粉尘外泄造成环境污染。
43.所述水泥浆储浆筒一5和水泥浆储浆筒二6用于浆液的搅拌储存，射流器4出口、所述水泥浆储浆筒一5和水泥浆储浆筒二6依次连通。具体的，所述射流器4的出浆段43与水泥浆储浆筒一5之间设置有管道二20以连通，所述水泥浆储浆筒一5和水泥浆储浆筒二6底部之间设置有连接管21以连通。
44.水泥浆储浆筒一5和水泥浆储浆筒二6均与控制柜9电连接，进而有控制柜9进行控制操作。所述水泥浆储浆筒一5和水泥浆储浆筒二6均包括储浆筒体23和搅拌总成24。
45.所述搅拌总成24包括搅拌电机241、搅拌轴242、搅拌叶片243和设置在储浆筒体23内壁的扰流棒244，所述搅拌电机241与控制柜9电连接，进而控制搅拌总成24的运行。
46.所述搅拌电机241上连接有减速器，搅拌电机241与所述搅拌轴242连接，搅拌轴242伸入储浆筒体23内，搅拌轴242上布设有多层所述搅拌叶片243，所述扰流棒244与搅拌叶片243上下交错布置，进而可达到良好的搅拌效果。
47.为了及时对浆液状况进行及时监测，所述水泥浆储浆筒二6内设置有液位计二25和密度计26，所述液位计二25和密度计26均与控制柜9电连接。液位计二25用于监测水泥浆储浆筒二6的浆液液位，密度计26用于监测水泥浆储浆筒二6的浆液密度，同时将液位数据与密度数据发送给控制柜9。
48.所述注浆泵7为液压双液注浆泵，也可以采用机械注浆泵或气动注浆泵，注浆泵7与控制柜9电连接、控制注浆泵7自带的电机运行，所述水泵电机102、添加电机32、注浆泵7使用的电机均为变频电机，通过注浆泵7将浆液加压输出。
49.所述注浆泵7与水泥浆储浆筒二6之间连通、且之间设置有流量计27，具体的，注浆泵7的吸浆口与水泥浆储浆筒二6之间设置有管道三22以连通，所述管道三22上布设所述流量计27，流量计27用于监测输送至注浆泵7内浆液的量，流量计27与控制柜9电连接，流量计27实现注浆流量的瞬时计量和累计计量。
50.所述混合器8与注浆泵7连通，即所述注浆泵7排浆口与所述混合器8进浆口之间设置有管道四40以连通。混合器8出浆口设置有压力表28，压力表28可直观显示出浆压力。
51.所述混合器8出浆口还连通有高压输浆管道29，所述高压输浆管道29上设置有压力传感器30，压力传感器30用于监测高压输浆管道29内压力信号，所述压力传感器30与控制柜9电连接。
52.所述控制柜9包括变频器、注浆记录仪、自动搅拌及监测控制板、电机综合保护器、交流接触器、断路器、中间继电器、启动按钮、停止按钮、急停和报警装置。
53.本注浆泵站系统在应用时，事先通过上料螺旋机13将水泥储存罐2内加满粉状水泥，粉状水泥填满水泥定量添加机3的添加料斗33；同时向水箱1加水，水箱1盛水可以采用在地面挖坑的建筑形式来实现，水泵10将水通过管道一18泵送入射流器4吸水段41，水向射
流器4出浆段43流动过程中、将粉状水泥吸入、与水混合形成水泥浆，通过管道二20进入水泥浆储浆筒一5。水泥浆储浆筒一5和水泥浆储浆筒二6连通，水泥浆储浆筒一5和水泥浆储浆筒二6储存水泥浆也可以采用在地面挖坑的建筑形式实现。高压注浆泵7通过管道三22吸入水泥浆，经高压注浆泵7加压后通过管道四40、混合器8及高压输浆管道29实现水泥浆的远距离输送。
54.一种大型地面注浆泵站系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1：人工启动控制柜9，本注浆泵站系统开始运行，控制柜9首先控制水泥浆储浆筒一5和水泥浆储浆筒二6启动，进而两个搅拌总成24均开始运行，分别搅拌水泥浆储浆筒一5和水泥浆储浆筒二6内的水泥浆。
55.步骤2：液位计一11监测水箱1内水位是否达到设定目标，若水位达到设定目标、控制柜9控制水泵10启动并设定水泵10运行频率，延时启动水泥定量添加机3并设定运行频率。
56.水泵10运行将水箱1内的水通过管道一18泵入射流器4内，水泥定量添加机3运行将罐体201内的粉状水泥输送至射流器4内，水与粉状水泥混合形成水泥浆，水泥浆通过管道二20输送至水泥浆储浆筒一5内。
57.液位计一11监测水箱1内水位是否达到下限，若未达到水位下限、持续运行水泵10和水泥定量添加机3，进而持续生产水泥浆，若达到水位下限、停止水泵10和水泥定量添加机3的运行，需向水箱1内补充水源后再次启动。
58.步骤3：液位计二25监测水泥浆储浆筒二6内的水泥浆液位是否达到设定高度，若未达到设定高度、持续运行水泵10和水泥定量添加机3，以此向水泥浆储浆筒二6内持续添加水泥浆，若达到设定高度、启动注浆泵7并设定运行频率，开始泵送水泥浆。
59.液位计二25监测水泥浆储浆筒二6内的水泥浆液位是否达到上限和下限，若高于上限、停止水泵10和水泥定量添加机3，不再向水泥浆储浆筒二6内添加水泥浆；若低于下限、降低注浆泵7运行频率，即降低注浆泵7的转速，进而减缓水泥浆的泵送流速。
60.步骤4：密度计26定时监测水泥浆储浆筒二6内水泥浆液密度是否低于设定值，若低于设定值、降低水泵10频率，即降低水泵电机102转速，以此减少水的比重；若高于设定值、降低水泥定量添加机3频率，即降低添加电机32转速，以此降低水泥的比重。
61.步骤5：压力传感器30监测高压输浆管道29压力是否高于设定值，若低于设定值、持续运行注浆泵7，若高于设定值、本注浆泵站系统停止运行，首先停止水泥定量添加机3、延时停止水泵10和注浆泵7，不再向高压输浆管道29内泵送水泥浆。
62.步骤6：人工判断是否继续注浆，若继续、人工再次启动控制柜9，重复步骤1-5，再次开展注浆作业；若不继续、启动注浆泵7排空水泥浆储浆筒一5以及水泥浆储浆筒二6内的水泥浆液，排空完毕后启动水泵10将水送至水泥浆储浆筒一5以及水泥浆储浆筒二6内对其进行清洗，清洗完毕后停止水泵10、注浆泵7和水泥浆储浆筒一5以及水泥浆储浆筒二6，完成注浆作业。
63.以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。