全自動化注漿系統在趙固二礦的應用

王 鍇，王 旭，徐志遠，孟憲偉

（中國煤炭地質總局第三水文地質隊，河北 邯鄲 56001）

1 概 況

趙固二礦-910 m 水倉及五盤區大巷位于趙固二礦井田西部，屬第四系、新近系覆蓋區。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。五盤區長3 220 ～4 105 m，寬 2 313 m，面積約為 4 193 634.49 m2，東鄰四盤區，西鄰六盤區，北鄰F17-1斷層，南鄰F18 斷層。主采二1煤層，煤層頂板標高-720—-900 m。

趙固二礦-910 m 水倉及五盤區大巷部分區域整體呈單斜構造，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灰巖含水層水壓高，突水系數超過臨界值，采掘活動受L8灰巖含水層水害威脅嚴重，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，保障礦井正常生產接替及施工安全，需實施-910 m 水倉及五盤區大巷地面水害區域治理工程。

通過采用地面定向千米鉆機施工鉆孔，利用地面注漿站通過千米鉆孔向井下二1煤層底板L8灰巖含水層進行注漿加固，將L8灰巖含水層變為隔水層或弱含水層。

工程鉆遇沖洗液漏失（漏失量大于10 m3/h） 或每鉆進200 m 開始注漿，并根據壓水試驗結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 注漿設備及自動化注漿站

本次地面水害區域治理工程采用自動化控制、精確配比、自動稱重控制系統，采用粘土制漿機進行粘土漿制備，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），達到礦方設計要求。注漿站機械設備及注漿站平面布置分別見表1 和圖1。

表1 注漿機械設備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，通過粘土輸送機將粘土送入粘土制漿機中，同時加入水攪拌，配制成相對密度的粘土漿并經震動除砂器固控進入粘土粗漿池，由粘土粗漿池再次經震動除砂器固控進入粘土精漿池。注漿時，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中，同時加入水（必要時） 及水泥攪拌成粘土水泥漿，放到混漿池中繼續攪拌。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中與水泥攪拌成水泥漿，放到混漿池中繼續攪拌。用注漿泵從混漿池中抽吸純水泥漿，壓注至注漿地層中。

3 自動化注漿系統特點

3.1 生產運行自動化

整個系統配料，制漿，攪拌，輸送，注漿均由計算機自動控制完成，無需人工干預，整個注漿站僅需1～2 人，即可實現24 h 連續注漿作業。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Fig.2 Automatic grouting station system

3.2 實時監測數據精細化

計算機中控臺可適時查看和記錄各設備運行參數，如電機運行電壓電流、電機溫度、設備運行小時數、保養提示等。計算機中控臺可實時顯示制漿配比、制漿密度、注漿壓力、注漿流量、現場水池液面、漿池液面、水泥倉內剩余料位、累計制漿量、累計消耗量等各種參數，并能形成日報、月報、年報及各類統計報表及曲線。

3.3 遠程控制及無人值守

互聯網內的任何一臺計算機，在賦予權限的情況下，均可遠程控制施工現場各種設備的啟動與停止，具備無人值守功能，方便后方調度室同時控制多個注漿站同時施工，如圖3 所示。

圖3 遠程操控系統Fig.3 Remote control system

3.4 遠程物聯功能強大

計算機綜合控制系統可實現與調度室的無縫鏈接，利用網絡通信技術、數據采集技術及專用軟件實現了整個注漿生產系統的設備管理、用戶管理、設備監控數據顯示及報警等功能。制漿站所有參數通過Internet 與辦公室及控制中心實現互聯互通，其他計算機或手機通過專用軟件輸入用戶名和密碼后，可遠程通過計算機綜合控制系統，控制設備啟停，瀏覽當前制漿和注漿數據，查看當前站內施工畫面，如圖4 所示。

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

3.5 配備高清夜視視頻監控系統

注漿站關鍵部位、關鍵設備區域安裝高清夜視攝像頭，通過計算機操作臺顯示器可全景、全程監視生產的各個環節，也可通過電腦或手機遠程查看實時監控視頻。硬盤錄像機可錄制并存儲60 d 內施工畫面，以備查用。

3.6 適合多種工況

制漿機具有多種制漿模式。漿液比重可在1.0～1.8 調節。

（1） 稱重制漿采用進口傳感器，稱量精度達萬分之五，配料準確，根據漿液密度不同，制漿量在 30～50 m3/h。

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

3.7 多種模式切換

正常狀態下，啟用全自動控制模式，無需人工干預，系統按提前設置的參數順序啟停各種設備。特殊情況下，如計算機控制系統故障、臨時啟停單一設備等，可切換到手動按鈕控制。

4 結 論

（1） 通過應用自動化注漿系統實現了生產自動化、遠程控制及無人值守，解放了勞動力，提高了注漿效率。

（2） 應用自動化注漿系統可實時監測注漿數據，記錄各設備運行參數，并形成日報、月報、年報及各類統計報表及曲線，有效提高了管理質量及管理效率。

（3） 自動化注漿系統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，有效提高了項目管理水平，降低了管理成本，提升了項目質量。