全自動化注漿系統(tǒng)在趙固二礦的應(yīng)用

王 鍇，王 旭，徐志遠(yuǎn)，孟憲偉

（中國煤炭地質(zhì)總局第三水文地質(zhì)隊(duì)，河北 邯鄲 56001）

1 概 況

趙固二礦-910 m 水倉及五盤區(qū)大巷位于趙固二礦井田西部，屬第四系、新近系覆蓋區(qū)。東部以-800 m 水平為界，西部以-910 m 水平為界，南部以F18 斷層為界，北部以開拓大巷為界。五盤區(qū)長3 220 ～4 105 m，寬 2 313 m，面積約為 4 193 634.49 m2，東鄰四盤區(qū)，西鄰六盤區(qū)，北鄰F17-1斷層，南鄰F18 斷層。主采二1煤層，煤層頂板標(biāo)高-720—-900 m。

趙固二礦-910 m 水倉及五盤區(qū)大巷部分區(qū)域整體呈單斜構(gòu)造，受F17-1邊界斷層影響，二1 煤層底板較為破碎。二1煤層下部L8灰?guī)r含水層水壓高，突水系數(shù)超過臨界值，采掘活動受L8灰?guī)r含水層水害威脅嚴(yán)重，水害治理工程量大、工期緊張。為減少井下防治水工程量、縮短水害治理工期，確保巷道高效、快速掘進(jìn)，保障礦井正常生產(chǎn)接替及施工安全，需實(shí)施-910 m 水倉及五盤區(qū)大巷地面水害區(qū)域治理工程。

通過采用地面定向千米鉆機(jī)施工鉆孔，利用地面注漿站通過千米鉆孔向井下二1煤層底板L8灰?guī)r含水層進(jìn)行注漿加固，將L8灰?guī)r含水層變?yōu)楦羲畬踊蛉鹾畬印?/p>

工程鉆遇沖洗液漏失（漏失量大于10 m3/h） 或每鉆進(jìn)200 m 開始注漿，并根據(jù)壓水試驗(yàn)結(jié)果確定漿液的配比及類型。注漿材料以配比為3∶1 的粘土水泥漿為主（粘土含砂率≤3%），特殊地段如斷層破碎帶可注入純水泥漿，一般漿液比重1.1～1.5。

2 自動化注漿站及注漿流程

2.1 注漿設(shè)備及自動化注漿站

本次地面水害區(qū)域治理工程采用自動化控制、精確配比、自動稱重控制系統(tǒng)，采用粘土制漿機(jī)進(jìn)行粘土漿制備，可以制取粘土水泥漿、水泥粉煤灰等多種混和漿液和單液水泥漿，制漿能力1 200 m3/d（50 m3/h），達(dá)到礦方設(shè)計(jì)要求。注漿站機(jī)械設(shè)備及注漿站平面布置分別見表1 和圖1。

表1 注漿機(jī)械設(shè)備Table 1 Grouting machinery and equipment

圖1 注漿站平面布置Fig.1 Layout of grouting station

2.2 注漿流程

（1） 粘土水泥漿。將粘土采集到料場，通過粘土輸送機(jī)將粘土送入粘土制漿機(jī)中，同時(shí)加入水?dāng)嚢瑁渲瞥上鄬γ芏鹊恼惩翝{并經(jīng)震動除砂器固控進(jìn)入粘土粗漿池，由粘土粗漿池再次經(jīng)震動除砂器固控進(jìn)入粘土精漿池。注漿時(shí)，將粘土精漿池中的粘土漿用供漿泵定量泵入高速渦流制漿機(jī)中，同時(shí)加入水（必要時(shí)） 及水泥攪拌成粘土水泥漿，放到混漿池中繼續(xù)攪拌。用注漿泵從混漿池中抽吸粘土水泥漿，壓注至注漿地層中。

（2） 純水泥漿。通過粘土制漿機(jī)將清水送入粘土粗漿池和粘土精漿池，粘土精漿池中的水用供漿泵定量泵入高速渦流制漿機(jī)中與水泥攪拌成水泥漿，放到混漿池中繼續(xù)攪拌。用注漿泵從混漿池中抽吸純水泥漿，壓注至注漿地層中。

3 自動化注漿系統(tǒng)特點(diǎn)

3.1 生產(chǎn)運(yùn)行自動化

整個(gè)系統(tǒng)配料，制漿，攪拌，輸送，注漿均由計(jì)算機(jī)自動控制完成，無需人工干預(yù)，整個(gè)注漿站僅需1～2 人，即可實(shí)現(xiàn)24 h 連續(xù)注漿作業(yè)。最大注漿能力50 m3/h，日注漿量1 200 m3。如圖2 所示。

圖2 自動化注漿站系統(tǒng)Fig.2 Automatic grouting station system

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)精細(xì)化

計(jì)算機(jī)中控臺可適時(shí)查看和記錄各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，如電機(jī)運(yùn)行電壓電流、電機(jī)溫度、設(shè)備運(yùn)行小時(shí)數(shù)、保養(yǎng)提示等。計(jì)算機(jī)中控臺可實(shí)時(shí)顯示制漿配比、制漿密度、注漿壓力、注漿流量、現(xiàn)場水池液面、漿池液面、水泥倉內(nèi)剩余料位、累計(jì)制漿量、累計(jì)消耗量等各種參數(shù)，并能形成日報(bào)、月報(bào)、年報(bào)及各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表及曲線。

3.3 遠(yuǎn)程控制及無人值守

互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的任何一臺計(jì)算機(jī)，在賦予權(quán)限的情況下，均可遠(yuǎn)程控制施工現(xiàn)場各種設(shè)備的啟動與停止，具備無人值守功能，方便后方調(diào)度室同時(shí)控制多個(gè)注漿站同時(shí)施工，如圖3 所示。

圖3 遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)Fig.3 Remote control system

3.4 遠(yuǎn)程物聯(lián)功能強(qiáng)大

計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)與調(diào)度室的無縫鏈接，利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)及專用軟件實(shí)現(xiàn)了整個(gè)注漿生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)備管理、用戶管理、設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示及報(bào)警等功能。制漿站所有參數(shù)通過Internet 與辦公室及控制中心實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，其他計(jì)算機(jī)或手機(jī)通過專用軟件輸入用戶名和密碼后，可遠(yuǎn)程通過計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)，控制設(shè)備啟停，瀏覽當(dāng)前制漿和注漿數(shù)據(jù)，查看當(dāng)前站內(nèi)施工畫面，如圖4 所示。

圖4 綜合控制系統(tǒng)Fig.4 Integrated control system

3.5 配備高清夜視視頻監(jiān)控系統(tǒng)

注漿站關(guān)鍵部位、關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域安裝高清夜視攝像頭，通過計(jì)算機(jī)操作臺顯示器可全景、全程監(jiān)視生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，也可通過電腦或手機(jī)遠(yuǎn)程查看實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻。硬盤錄像機(jī)可錄制并存儲60 d 內(nèi)施工畫面，以備查用。

3.6 適合多種工況

制漿機(jī)具有多種制漿模式。漿液比重可在1.0～1.8 調(diào)節(jié)。

（1） 稱重制漿采用進(jìn)口傳感器，稱量精度達(dá)萬分之五，配料準(zhǔn)確，根據(jù)漿液密度不同，制漿量在 30～50 m3/h。

（2） 連續(xù)制漿采用變頻給料技術(shù)，連續(xù)上水，連續(xù)上灰，連續(xù)出漿。具有制漿效率高，制漿密度均勻等特點(diǎn)。

3.7 多種模式切換

正常狀態(tài)下，啟用全自動控制模式，無需人工干預(yù)，系統(tǒng)按提前設(shè)置的參數(shù)順序啟停各種設(shè)備。特殊情況下，如計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)故障、臨時(shí)啟停單一設(shè)備等，可切換到手動按鈕控制。

4 結(jié) 論

（1） 通過應(yīng)用自動化注漿系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動化、遠(yuǎn)程控制及無人值守，解放了勞動力，提高了注漿效率。

（2） 應(yīng)用自動化注漿系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測注漿數(shù)據(jù)，記錄各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，并形成日報(bào)、月報(bào)、年報(bào)及各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表及曲線，有效提高了管理質(zhì)量及管理效率。

（3） 自動化注漿系統(tǒng)可適用不同制漿模式，并在半自動、全自動之間切換，操作簡單靈活，有效提高了項(xiàng)目管理水平，降低了管理成本，提升了項(xiàng)目質(zhì)量。