自動(dòng)制漿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

陳航

摘要： 傳統(tǒng)水泥漿制漿系統(tǒng)存在著很多不足，比如說自動(dòng)化程度低下、完全依靠人工上料、配比誤差大、需要多臺(tái)同時(shí)工作、需要人工較多、產(chǎn)量低下，精度低等，這種方式很難適應(yīng)大規(guī)模施工的需要。而高速泥漿自動(dòng)攪拌機(jī)配以先進(jìn)的電子稱量和自動(dòng)控制裝置既提高了配比精度和產(chǎn)量，又可以節(jié)省了人力物力。在創(chuàng)造了良好的效益的同時(shí)，也大大提高了工效

關(guān)鍵詞： 自動(dòng)制漿系統(tǒng) 雷達(dá)物料計(jì) 稱重配料控制器 配方 供漿

一、工程簡介

錦屏水電樞紐工程輔助洞位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河灣上，由兩條平行的單車道隧道組成，是錦屏一級(jí)、二級(jí)水電站前期工程的關(guān)鍵施工項(xiàng)目，其主要作用是溝通錦屏工程?hào)|、西端的交通，兼起到超前勘探洞的作用。

錦屏水電樞紐工程輔助洞工程具有埋深大、地應(yīng)力高、高壓大流量涌水頭等特點(diǎn)，是世界級(jí)的具有挑戰(zhàn)性的工程。2005年元月8日在輔助洞東端B洞遇到高壓突涌水，3月30日A洞又發(fā)生大流量突涌水，使工程施工嚴(yán)重受阻，給施工帶來了很多困難。有關(guān)各方經(jīng)過反復(fù)研究總結(jié)并結(jié)合工程實(shí)際，最終明確了“預(yù)案在先、快速掘進(jìn)、擇機(jī)封堵、堵排結(jié)合”的原則，才使施工取得了較大進(jìn)展。

二、自動(dòng)制漿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

東端輔助洞內(nèi)對(duì)不同的地下漏水和涌水分別采用不同的方法進(jìn)行處理，對(duì)巖石小裂隙分散的漏水點(diǎn)采取局部封堵灌漿、對(duì)巖石大裂隙涌水點(diǎn)采取引排、封堵灌漿等。施工戰(zhàn)線長達(dá)7km，預(yù)計(jì)總鉆孔進(jìn)尺約為32539m，總灌漿量約為4655t，而合同工期只有不到15個(gè)月，在戰(zhàn)線長、交通不便、工期短、灌漿量大的情況下，要完成甲方和業(yè)主要求的合同工期和工程量的要求，必須建立一套自動(dòng)制漿系統(tǒng)才能滿足施工需要。要在洞內(nèi)、外建造一套自動(dòng)制漿系統(tǒng)存在很多難點(diǎn)和技術(shù)難關(guān)。要分別解決水泥的運(yùn)輸、水泥在洞外的儲(chǔ)存、洞內(nèi)場地極為有限，經(jīng)過多次研究討論，我們最終確定了合理的設(shè)計(jì)方案。

隧洞內(nèi)直徑只有6m，洞墻壁還沒做水泥襯砌保護(hù)，到處摻差不齊，有的洞頂至地面高度還不到6m，且洞內(nèi)還須留出交通通道，以便施工機(jī)具、設(shè)備等通過。為了使輸送漿的距離不至太遠(yuǎn)，集中自動(dòng)制漿站只有設(shè)計(jì)在中心部位，分別往兩頭輸送才較合理。洞內(nèi)的交通主要由有軌電瓶車拖動(dòng)梭式礦斗車來運(yùn)送施工人員、設(shè)備和出碴。水泥廠的水泥運(yùn)輸罐車只能運(yùn)送到洞口，因此在洞口需設(shè)計(jì)安裝2個(gè)100t的水泥罐，用來儲(chǔ)存汽車外運(yùn)來的散裝水泥。洞內(nèi)集中自動(dòng)制漿站也需設(shè)計(jì)安裝個(gè)50t的水泥儲(chǔ)存?zhèn)}，從洞口水泥罐處往洞內(nèi)集中自動(dòng)制漿站水泥儲(chǔ)存?zhèn)}運(yùn)輸散裝水泥亦需要一臺(tái)有軌平板運(yùn)輸車和一壓力式水泥運(yùn)輸罐來完成。為了能達(dá)到自動(dòng)裝卸散裝水泥，洞口的兩水泥罐需安裝兩臺(tái)螺旋輸送機(jī)，有軌平板運(yùn)輸水泥運(yùn)輸罐車上需安裝一臺(tái)空壓機(jī)和卸料管路。

我們選用了Plus-530型雷達(dá)物料計(jì)和QQZ型智能數(shù)字顯示報(bào)警儀，來實(shí)現(xiàn)洞口水泥罐通過漏斗下方安裝的螺旋輸送機(jī)往有軌平板運(yùn)輸水泥運(yùn)輸罐車上輸送散裝水泥裝滿料時(shí)的自動(dòng)控制。為了防止水泥罐中的水泥在下料過程中形成拱型不下料，在水泥罐下部設(shè)計(jì)了破氣拱裝置，其由空壓機(jī)的放氣閥管處連接高壓管至氣水分離器，再用高壓管連接至電控氣門換向閥至分氣鋼管，它有八個(gè)出氣口分別與水泥罐下部漏斗型斜坡段周圍氣嘴相連接，用控制螺旋輸送機(jī)交流接觸器的常開觸點(diǎn)來控制電控氣門換向閥的通斷，從而達(dá)到在下水泥料時(shí)破拱，使水泥順利下料。

洞內(nèi)的50t水泥儲(chǔ)存?zhèn)}因受高度限制，坡度不可能做得很陡，除安裝以上破氣拱裝置外，在漏斗較緩的斜坡段再增加2臺(tái)平板振動(dòng)器，確保水泥儲(chǔ)存?zhèn)}中的水泥順利下料。

三、自動(dòng)制漿系統(tǒng)的應(yīng)用

經(jīng)過2個(gè)來月的設(shè)計(jì)、加工、研制、安裝、調(diào)式，終于成功設(shè)計(jì)、建造了一套適合錦屏電站輔助洞施工使用的自動(dòng)制漿系統(tǒng)。

本工程的自動(dòng)制漿系統(tǒng)在輔助洞B洞洞口處安裝2套100t水泥罐，用來儲(chǔ)存散裝水泥。

水泥罐內(nèi)水泥物料的測量，使用PLus-503智能型雷達(dá)物位計(jì)進(jìn)行測量。水泥罐進(jìn)散裝水泥料時(shí)，當(dāng)罐內(nèi)水泥料達(dá)到設(shè)置的上限滿料位置時(shí)將報(bào)警和顯示，以提醒水泥罐車放料人員停止往水泥罐進(jìn)水泥料操作。水泥罐放料時(shí)，當(dāng)罐內(nèi)水泥料達(dá)到設(shè)置的下限物料位置時(shí)，將自動(dòng)控制放料螺旋輸送機(jī)停止放水泥料。

3.1. PLus-503智能型雷達(dá)物位計(jì)簡介

PLus-503智能型雷達(dá)物位計(jì)安裝在水泥罐頂部，裝在與進(jìn)料管的對(duì)面，離水泥罐邊距離為1/6水泥罐直徑處。其測量原理為：發(fā)射能量很低的微波脈沖通過天線系統(tǒng)發(fā)射并接收。雷達(dá)波以光速運(yùn)行。運(yùn)行時(shí)間可以通過電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)。一種特殊的時(shí)間延伸方法可以確保極短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定和精確的測量。即使工況比較復(fù)雜的情況下，存在虛假回波，用最新的微處理技術(shù)和調(diào)試軟件也可以準(zhǔn)確的分析出物位的回波。

3.2.QQZ型智能化數(shù)字顯示報(bào)警儀簡介

雷達(dá)物料計(jì)安裝在100t水泥罐頂部，是個(gè)測物料位的傳感器，其信號(hào)線連接到配電柜中的QQZ型智能化數(shù)字顯示報(bào)警儀。其外形如圖2所示。

圖2 QQZ型智能化數(shù)字顯示報(bào)警儀外形圖

3.2.1設(shè)置上限報(bào)警（AL1）及下限報(bào)警（AL2）

先設(shè)置上限值，即設(shè)置水泥罐滿罐時(shí)的高度，一般從放料口量至雷達(dá)物料計(jì)時(shí)應(yīng)留出0.5m的富?？臻g。再設(shè)置下限值，即為水泥罐放料口位置。我們使用的水泥罐內(nèi)部從放料口至罐頂雷達(dá)物料計(jì)的高度為13.5m，，故上限可設(shè)置為13m，下限2設(shè)為0即可。

3.2.2進(jìn)行設(shè)置參數(shù)

根據(jù)配置和使用情況來設(shè)置儀表的內(nèi)部參數(shù)，我們主要設(shè)置了以下幾個(gè)參數(shù)：

①dIP表示小數(shù)點(diǎn)位，置設(shè)為1 ，顯示1位小數(shù)；

②dIl表示輸入下限顯示值，設(shè)置為0.5。

③dIH表示輸入上限顯示值，設(shè)置為13。

④oP表示輸出信號(hào)選擇，設(shè)置為4時(shí)，輸出為4～20mA。

⑤outL表示變送輸出下限設(shè)定，設(shè)置為0。

⑥outH表示變送輸出上限設(shè)定，設(shè)置為13。

⑦Sn表示輸入規(guī)格，設(shè)置為33，即為0～5V電壓輸入。

經(jīng)以上安裝和設(shè)置后，便可對(duì)洞口水泥罐進(jìn)行進(jìn)料或卸料。

3.3 洞內(nèi)自動(dòng)制漿站系統(tǒng)

根據(jù)設(shè)計(jì)思路，綜合考慮洞內(nèi)情況，選擇合適空間的位置，把洞內(nèi)集中自動(dòng)制漿站系統(tǒng)放在橫洞與A洞交叉口的空間較寬敞位置。系統(tǒng)由50t水泥儲(chǔ)存?zhèn)}、氣灰分離器、螺旋輸送機(jī)、1.2m3高速攪拌機(jī)、水泥儲(chǔ)漿桶、控制柜、供漿泵和供漿管路等組成。

散裝水泥由有軌平板水泥運(yùn)輸車運(yùn)輸至洞內(nèi)集中制漿站系統(tǒng)，把平板水泥運(yùn)輸車的卸料管與50t水泥儲(chǔ)存?zhèn)}進(jìn)料管相連接，插上空壓機(jī)電纜，啟動(dòng)空壓機(jī)，當(dāng)壓力達(dá)到0.2Mpa時(shí)，便可開啟放料閥門，往50t水泥儲(chǔ)存?zhèn)}進(jìn)料。

洞內(nèi)集中制漿站系統(tǒng)的50t水泥儲(chǔ)存?zhèn)}下部漏斗連接螺旋輸送機(jī)，其出料口用帆布袋連接至1.2m3高速攪拌機(jī)。攪拌機(jī)底部四角安裝了4個(gè)2t的稱重傳感器，攪拌機(jī)的出料管口閥門上安裝有電控氣門換向閥控制的氣缸，當(dāng)攪拌好漿后，可自動(dòng)放漿至下方的儲(chǔ)漿攪拌桶內(nèi)，機(jī)組要漿時(shí)，再由供漿泵送漿。然后再把各傳感器和各種電機(jī)（攪拌機(jī)、空壓機(jī)、螺旋輸送機(jī)、供水泵、供外加劑泵等）及電控氣門換向閥控制線等跟控制柜相應(yīng)位置連接好，設(shè)置好稱重配料控制器的各項(xiàng)參數(shù)，輸入需要的各種配方，便于進(jìn)行自動(dòng)制漿操作。

集中制漿系統(tǒng)的自動(dòng)制漿過程為：合上控制柜的一、二次總開關(guān)后，啟動(dòng)稱重配料控制器開始配料按鈕，攪拌機(jī)先開始轉(zhuǎn)動(dòng)，挑選本次制漿使用的配方號(hào)，開始配料稱量時(shí)先啟動(dòng)供水泵往攪拌機(jī)中加水，當(dāng)水的重量達(dá)到配方中第一種料的設(shè)定重量時(shí)，自動(dòng)停供水泵，并自動(dòng)啟動(dòng)螺旋輸送機(jī)往攪拌機(jī)中進(jìn)散裝水泥，當(dāng)達(dá)到配方中第二種料的設(shè)定重量時(shí)，自動(dòng)停螺旋輸送機(jī)，并自動(dòng)啟動(dòng)供膨潤土和外加劑的混合液體泵，往攪拌機(jī)中進(jìn)料。當(dāng)達(dá)到配方中第三種料的設(shè)定重量時(shí)，自動(dòng)停液體泵液體泵（配方中第四種料不要時(shí)可設(shè)為0），按設(shè)定的延時(shí)時(shí)間進(jìn)行攪拌。到達(dá)延時(shí)時(shí)間后，自動(dòng)由電控氣門換向閥控制的氣缸自動(dòng)打開攪拌機(jī)放料閥門往儲(chǔ)存攪拌桶中放漿。當(dāng)某個(gè)機(jī)組需要漿時(shí)，打開通往此機(jī)組主管路的閥門，啟動(dòng)供漿泵便可供漿。機(jī)組近時(shí)，直接輸送到其雙槽攪拌機(jī)中，若距離較遠(yuǎn)，中間需增加接力的儲(chǔ)存攪拌桶再送往機(jī)組。

四、結(jié)論和工效分析

在自動(dòng)制漿系統(tǒng)安裝前，洞外由水泥廠家運(yùn)來袋裝水泥（每袋50kg），堆放在洞口的臨時(shí)倉庫，再由梭式礦斗車運(yùn)進(jìn)洞內(nèi)的人工制漿站，裝卸袋裝水泥全由人工完成，每次從洞口往洞內(nèi)運(yùn)送20～30t袋裝水泥連裝帶卸再加上路途約需近十個(gè)小時(shí)。用人工拆袋裝水泥倒入1.2m3攪拌機(jī)中制漿，攪一槽漿約需20～30min。

自動(dòng)制漿系統(tǒng)運(yùn)行后，由有軌平板水泥運(yùn)輸車從洞口水泥罐處，把水泥罐中的散裝水泥用螺旋輸送機(jī)裝入到有軌平板水泥運(yùn)輸車罐中，再運(yùn)到洞內(nèi)集中制漿站，卸到水泥儲(chǔ)存?zhèn)}中，至卸完才需約1個(gè)多小時(shí)左右，與人工裝卸散裝水泥相比工效提高約9-12倍。

用集中自動(dòng)制漿站系統(tǒng)攪拌機(jī)攪拌一槽1.2m3水泥漿，只需3～5min，與人工攪拌相比，提供工效約5～6倍，而且人工裝卸袋裝水泥和拆包攪拌制漿，環(huán)境污染大，而自動(dòng)制漿系統(tǒng)都是在封閉的環(huán)境下裝卸和攪拌，基本沒有環(huán)境污染。人工裝卸袋裝水泥和攪拌水泥漿不能滿足供漿需要，且制出的漿液比重不太穩(wěn)定（有人為因素影響）。而自動(dòng)制漿系統(tǒng)完全能滿足施工現(xiàn)場供各種配比漿液的需要，換配比極為方便，制出的漿液比重很穩(wěn)定，完全符合技術(shù)要求，保障了灌漿工程漿液質(zhì)量和需求數(shù)量的需要。創(chuàng)造了良好的效益，并大大提高了工效。