深井粉煤灰防灭火灌浆自动控制系统研究与应用

深井粉煤灰防灭火灌浆自动控制系统研究与应用

王海宾，王坚志，杜艳波

（山东唐口煤业有限公司，山东济宁272100）

摘要通过本课题的实施，解决灌浆系统原有的浆液浓度无法控制调节难题，解决千米深井浆液输送过程中压力无法控制难题，同时通过本课题实施能够实现对整个灌浆系统进行实时的在线监控，及时解决灌浆系统运行过程中遇到的问题，确保灌浆系统能够安全平稳的运行，为矿井的防灭火工作提供保障。

关键词灌浆自动控制定量防灭火

中图分类号TD75+2．2文献标识码B

唐口煤业公司开采深度达千米，开采煤层属自燃煤层，所开采3

上

煤层自然发火期为54 118d，具有自燃发火的危险性。为此公司建立了防火灌浆系统，但随着生产范围的扩大和安全生产要求的不断提高，原有灌浆系统很难满足矿井的发展和安全需要。主要体现在：（1）原系统浆液浓度稀，难以控制；（2）粉煤灰灌浆亲水性差，易硬化；（3）浆液浓度难以自动调节；（4）由于矿井超过千米，原有灌浆系统输浆过程中压力控制难度大，容易损坏管路。基于存在的问题，唐口公司对原有灌浆系统进行了改造。

1研究方法及主要目标

（1）通过研究，能够使制浆系统实现粉煤灰灌浆充填原料的定量添加，达到大流量高浓度粉煤灰浆液在输送过程中不固化，不堵塞管路。

（2）建立起深井粉煤灰灌浆自动控制系统，能够保证系统运行稳定可靠，浆液浓度可调，同时实现在线监测及故障诊断。

（3）通过项目的实施，解决浆液输送过程中压力无法控制的的难题。

2改造后灌浆系统组成介绍

唐口矿井MDZ－60型地面防灭火灌浆系统主要由粉煤灰库罐、螺旋输送机及控制装置、胶体制备机、滤浆机、组合控制柜和控压装置组成。

（1）粉煤灰库罐主要技术参数：

容积：300m3直径：7m

有效容积：255m3输送能力：50m3/h

（2）螺旋输送机主要技术参数：

型号：GX400输送长度：14m

输送能力：50m3/h功率：18．5kW

*收稿日期：2011－06－30

作者简介：王海宾（1982－），男，汉族，山东省潍坊市人，安全工程+法学双学位，助理工程师，现在山东唐口煤业公司从事一通三防管理工作。

（3）胶体制备机主要技术参数：

型号：ZLJ－60流量：50m3/h

功率：11kW输出转数：9r/min

（4）滤浆机主要技术参数：

型号：LJ－60流量：60m3/h

功率：7．5kW转速：9r/min

3灌浆工艺及自控系统工作原理

3．1注浆工艺

库罐中粉煤灰通过螺旋输送机将粉煤灰输送至胶体制备机，用水管连接进水阀门将水送至胶体制备机，水与粉煤灰在胶体制备机混合后送至滤浆机过滤后，合格浆液进入缓冲池，经地面注浆管路通过注浆钻孔输送至井下注浆管路。示意图如图1

。

图1地面固定式灌浆注胶防灭火系统流程框图

3．2自控系统工作原理

（1）根据流量传感器检测到的水量和浓度传感器检测到的浆液浓度，确定出从滤浆机输出浆液的流量和浓度；

（2）工控机根据设定的浆液浓度和流量要求，向水泵和制浆机发送指令，调节水量和制浆料加入量，使浆液达到所设定的浓度和流量；

（3）工业控制机根据设定的相应外加剂加入量，向定量给料装置发送指令，调节外加剂的加入量，使其在浆液中的浓度达到设定值；

（4）根据流量传感器检测出注胶流量，并通知井

上人员按比例调节相应的外加剂加入量（人工调节设备至设定的添加量）。3．3

SJJY －2深井减压系统

SJJY －2深井减压系统是一种井下测压、井上节流

控制的深井注浆减压设施，

其系统主要由压力传感器、压力信号处理电路、控制部分、驱动部分和电动节流阀

等构成。压力传感器采集到井下注浆管路的压力，该压力信号被处理后传送到设在地面的控制单元，控制

单元根据设定压力与实际压力的差值，

送出控制电动节流阀方向和开口量的控制信号，该信号经过控制单

元的功率放大电路放大后驱动节流阀控制注浆流量，从而达到调节注浆压力目的。整个系统构成闭环注浆压力控制系统。示意图如图2

。

图2

减压系统结构

4自控系统、减压装置组成及功能4．1

工业视频显示系统

本系统主要由47吋高分辨率工业电视、大功率开

关电源、超小型工业计算机和工业无线客户端构成。主要实现以下功能：

（1）注浆显示：显示自动化注浆系统设备运行状态动画，注浆参数，设备启停行为，操作人员控制行为和设备故障诊断信息。

（2）视频显示：显示总系统的无线视频监控系统实时监控视频，显示操作人员指令的其他各种视频。（3）联网显示：能显示远程监控中心发布的信息、字幕及各种视频。

同步显示自动化注浆系统的参数和状态，同步显示无线视频监控的画面还可以显示任意字幕。自动化注浆状态和参数远程共享：实现自动化注浆系统设备运行状态，注浆参数的远程监控中心显示。4．2工业视频监控系统

本系统主要由高分辨率红外摄像仪、全方位电子云台、

摄像系统户外防护装置和超小型工业无线视频服务器各两套构成。主要实现以下功能：

（1）注浆现场监控：监控现场全方位360ʎ监控，具有夜视功能。

（2）无线联网监控：该系统具有无线联网功能，能和工业电视系统，自动化注浆系统和远程监控系统实现视频联网显示。

（3）就地视频存储：该监控系统的任何摄像系统

都能独立工作，

没有组网或网络异常都能独立保存监控视频，

并能远程调用。4．3自动化注浆系统工业自动化接入

本系统主要由工业无线路由器、多重无线客户端，视频传输服务软件，视频传输接收软件，工业OPC 接入服务软件及OPC 客户端构成。主要实现以下功能：

（1）现场监控视频远程共享：监控现场数据实现本地、工业电视系统和远程监控中心三地同步显示，并能实现远程语音通讯。

（2）自动化注浆状态和参数远程共享：实现自动化注浆系统设备运行状态，注浆参数的远程监控中心显示。

（3）远程视频或字幕发布：能实现监控中心的多媒体视频、语音，字幕在工业电视显示。5

系统运行情况及特点

从2010年11月份矿井注浆防灭火系统改造完成至今，已进行了多次注水试验，对注水试验过程中出现

的问题进行了及时维护处理。共向1305采空区注入

粉煤灰80m 3，粉煤灰浆液240m 3

。（1）系统能够实现不同粉煤灰浆液浓度的连续定量制备；流量和压力稳定，粉煤灰制浆浓度既能满足灌浆注胶的要求，又能降低浆液对管道的磨损，其中浆液的输送浓度值要大于50%以上。

（2）粉煤灰复合胶体添加与混合系统能够实现物料定量配比准确、均匀，灵活调节复合胶体强度和成胶强度。

（3）粉煤灰胶体防灭火系统工艺合理，系统运行

稳定，所研究出的系统工艺能够实现60m 3

/h 以上的灌浆量，提高了注浆能力，为矿井防灭火提供了保障。

（4）自动监控系统能自动调节各物料的配比，并能实现各设备的监控；减压系统能够通过控制使管中的压力在合理的范围内。

（5）系统制浆效果好，混合均匀，不堵管，成胶质量好，能较好满足各种胶体防灭火技术所的技术要求。参考文献：

［1］贾学军，张满圈，苏现保等．矿井防灭火注浆系统的改造［J ］．矿业安全与环保，

2005（01）［2］张其朋，胡东亮，张云峰，等．用于固定注浆系统的水泥下料控制装置研究［

J ］．煤炭技术，2010（10）［3］王洪群，虞培清．搅拌设计研究［

J ］．机械工程师，2009（09）