CN112195912A - 一种微泡沫材料智能充填装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种微泡沫浆液智能充填装置及方法，属于水泥注浆技术领域，可以提高作业效率，避免人工肉眼观察注浆的弊端，装置包括控制器、注浆泵、用于存储原材料的原料仓和用于搅拌原料的搅拌罐，原料仓连通搅拌罐，搅拌罐连通注浆泵；其中，原料仓内还设有多个连接控制器的罐体以及连接控制器的发泡机；注浆泵连通注浆口之间的管路还设有连接控制器的压力计，注浆泵连接控制器。

Description

一种微泡沫材料智能充填装置及方法

技术领域

本发明属于水泥注浆技术领域，具体的，涉及一种微泡沫材料智能充填装置及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

随着地下工程建设规模的不断扩大，揭露了大量的不良地质体，特别是溶洞、岩溶破碎带，极易造成突涌水、路面塌陷、房屋倒塌和块石垮塌等地质灾害，造成了巨大的经济损失和人员伤亡，严重阻碍了地下工程的正常施工。注浆作为控制地下工程不良地质的主要手段，可有效控制地质灾害的发生，在地下工程施工中已经取得了广泛应用。泡沫充填材料作为一种轻质材料，能够大幅减少胶凝材料的使用，能够有效降低治理成本。普通泡沫充填材料气孔直径分布大多在500～1000um，气孔过大导致胶凝材料孔隙填充密实度较差，微泡沫充填材料可将气孔直径分布大多为200um～500um之间，大大减小了气孔尺寸，增加了气孔密实度和稳定性，能够显著提高浆液结石体的强度。

但是，发明人发现，施工中充填泡沫材料工序繁琐，造成了大量的人力浪费。另外，对于注浆结束标准，人工肉眼观察，无法保证充填效果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种微泡沫浆液智能充填装置及方法，该装置可以提高作业效率，避免人工肉眼观察注浆的弊端。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的技术方案提供了一种微泡沫浆液智能充填装置，包括控制器、注浆泵、用于存储原材料的原料仓和用于搅拌原料的搅拌罐，原料仓连通搅拌罐，搅拌罐连通注浆泵；其中，原料仓内还设有多个连接控制器的罐体以及连接控制器的发泡机；注浆泵连通注浆口之间的管路还设有连接控制器的压力计，注浆泵连接控制器。

第二方面，本发明的技术方案还提供了一种微泡沫浆液智能充填方法，使用如第一方面所述的一种微泡沫浆液智能充填装置，控制器控制原料仓中多个罐体的原料流量以及控制搅拌罐的搅拌，控制器还根据压力计提供的数据控制注浆泵的启停。

上述本发明的技术方案的有益效果如下：

1)本发明中，使用控制器监控并控制原料输送、搅拌和注浆，可以替代施工过程中的大量需要人工的工序繁琐的步骤，节约人力。

2)本发明中，针对目前人工肉眼观察注浆结束，无法保证充填效果的问题，使用控制器检测注浆压力，以达到实时检测的目的，可以有效避免人工观察操作造成的延迟，保证填充效果。

3)本发明中，使用原料仓和搅拌罐实现的泡沫材料的自动制备，可以实现全自动上料，有利于减少人工使用。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的整体示意图。

图中：1.原材料供应***；2.第一罐体；3.上部储存罐；4.下部储存罐；5.电子称量设备；6.第二罐体；7.发泡机；8.第一伺服电机；9.电控阀门；10.第二伺服电机；11.流量计；12.发泡机控制器；13.控制器；14.第一搅拌罐；15.第三伺服电机；16.第二搅拌罐；17.外加剂储存装置；18.注浆泵；19.流量计；20.注浆孔；

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种微泡沫浆液智能充填装置及方法，该装置可以提高作业效率，避免人工肉眼观察的弊端。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，实施例1公开了一种微泡沫浆液智能充填设备，包括作为原材料供应***1的原料仓，原材料供应***1包括第一罐体2、第二罐体6和发泡机7，第一罐体2包括由上到下依次设置的上部储存罐3，下部储存罐4和电子称量设备5；第一罐体2内安装由第一伺服电机8控制的螺旋输送机，第一伺服电机8直接连接螺旋输送机的绞刀；第一罐体2还安装有电控阀门9，电控阀门9可以采用电磁阀；第二罐体6连接第二伺服电机10和流量计11；发泡机7连接发泡机控制器12；第一伺服电机8、电控阀门9、第二伺服电机10和发泡机控制器12连接控制器13并由控制器13控制；原材料供应***1连接第一搅拌罐14，第一搅拌罐14通过输浆管连接第二搅拌罐16，第二搅拌罐16中安装有粘度监测装置，可将粘度值传输给控制器，控制器控制外加剂储存装置17，添加外加剂。输浆动力为2伺服电机15，具体的，输浆管设有泵体，泵体以伺服电机15作为动力源，第二搅拌罐16通过吸浆管连接注浆泵18，注浆泵18通过注浆管路与管口压力计19和注浆口20连接。

本实施例中，电子称量设备5可以使用电子秤，电子秤具有的通讯功能，能够将测量的数据传递给控制器。

本实施例中，控制器13可以采用PC、PDA、手机或MCU。

可以理解的是，上部存储罐3和下部存储罐4是堆叠设置的，也即上部存储罐3置于下部存储罐4上方；第一罐体2的目的是存储水泥，因此第一罐体的上部存储罐3和下部存储罐4均用于存储水泥，本实施例中，由于使用标准存储罐，因此第一罐体设有两个，在其他实施例中的，第一罐体还可以一个或三个或三个以上。

第一罐体2还安装有电控阀门9，电控阀门9可以采用电磁阀，以控制第一罐体2中的水泥运输；本实施例中，第一罐体2通过管道连接螺旋输送机，螺旋输送机再通过管道或者直接连通搅拌罐，所述电控阀门9位于第一罐体2连通螺旋输送机的管路上。

第二罐体6连接第二伺服电机10和流量计11，由于第二罐体用于的存储水，因此第二罐体通过管道连接水源，第二伺服电机10是驱动管道上的泵体的动力源，流量计11布置于管道。

控制器13获取第一罐体2称料量和第二罐体6水的流量，并计算第一罐体2称料量和第二罐体6水的流量的差值，控制器13设定第一罐体2称料量和发泡机7发泡时间；当第一罐体2称料量达到设定值时，第一罐体2向搅拌罐输送水泥，第二罐体6向搅拌罐输送水；同时发泡机7向搅拌罐输送微型泡沫，到达控制器13设定的发泡机7发泡时间，发泡机7当水量达到设定用水量后，输水停止。

具体的，通过控制器13可对电子称量设备5的称料量以及设于输水管路的流量计的流量进行获取，并计算两者的差值；通过控制器13还可以设置发泡机7发泡时间以及注浆泵结束压力值；当电子称量设备5的称量达到设定值时，在控制器13的控制下电控阀门9打开，第一伺服电机8启动，带动其所连接的螺旋输送机启动，第一罐体2向第一搅拌罐14输送水泥；第二伺服电机10启动，带动其所连接的泵体启动，第二罐体向第一搅拌罐14输送水，同时流量计记录第二罐体的输送水量；同时发泡机控制器向发泡机发送工作指令，发泡并向搅拌罐1输送微型泡沫，到达预定时间后，发泡机当水量达到设定用水量后，流量计11向控制器13发出信号，控制器13随即向第二伺服电机10发出停止信号，输水停止。

压力计19能够记录实时注浆压力，并向控制器反馈注浆压力。

发泡机7为微型泡沫发泡机，包括风机和发泡钢丝球，其采用现有的微型泡沫发泡机，具体结构在此不再赘述；为使气泡尺寸均匀，体积微小，该发泡机钢丝球密度是普通发泡机的1.5～2倍，发泡量为0.6～1m³/min，该发泡机需与特定发泡剂配合使用，本实施例中，所述特定发泡剂是指发泡直径30-50um的发泡剂。

第一搅拌罐14与第二搅拌罐16均呈圆柱形，直径为1m，高为1.5m。

第一搅拌罐14与第二搅拌罐16均安装螺旋铰刀，螺旋绞刀转速为20转/min。第二搅拌罐安装浆面传感器，当浆面低于设定值时，向控制器13发送信号，控制器13向伺服电机15工作指令，当第二搅拌罐到达指定液面或到达最大输料量时，伺服电机15停止工作，并向控制器13发送信号，控制器随即向原材料供应***发出供料指令。

注浆泵18为砂浆注浆泵，由伺服电机驱动，注浆最大控制压力为4MPa，最大注浆速率为100L/min，在注浆泵出口处安装电磁流量计，记录注浆量。根据地质条件设定在控制器13上预设注浆压力，开始注浆后，压力计19实时监控注浆压力，当压力计达到控制压力后，压力计19向控制器13发出信号，控制器13随即向注浆泵伺服电机发送停止注浆指令，该孔注浆停止，控制器13发出警报，提示换孔注浆。

实施例2

本发明的一种典型的实施方式中，实施例2公开了一种微泡沫材料智能充填方法，使用如实施例1所述的一种微泡沫材料智能充填装置，包括如下步骤：

控制器控制原料仓中多个罐体的原料流量以及控制搅拌罐的搅拌，控制器还根据压力计提供的数据控制注浆泵的启停。

具体包括以下步骤：

设定在控制器上预设注浆压力，开始注浆后，压力计实时监控注浆压力，当压力计达到控制压力后，压力机向控制器发出信号，控制器向注浆泵发送停止注浆指令，注浆孔停止注浆，控制器发出警报，提示换孔注浆；

控制器获取第一罐体称料量和第二罐体水的流量，并计算第一罐体称料量和第二罐体水的流量的差值，控制器设定第一罐体称料量和发泡机发泡时间；当第一罐体称料量达到设定值时，第一罐体向搅拌罐输送水泥，第二罐体向搅拌罐输送水；同时发泡机向搅拌罐输送微型泡沫，到达控制器设定的发泡机发泡时间，发泡机当水量达到设定用水量后，输水停止。

在一个具体的实施场景中，以高铁路基为例，加固一段高铁路基，该路基地下地质条件复杂，灰岩发育区，隐伏溶洞较发育，多为岩溶破碎带，需要对路基进行加固。治理厚度为15m，施工按“先探后灌、探灌结合、一次成孔、全孔注浆”工艺，具体步骤如下

1)施工注浆钻孔，包括定点、成孔二个步骤；

①定点。根据物探结果对重点区域，采用经纬仪进行放样，误差不得超过10cm。

②成孔。利用钻机一次性成孔，孔径为108mm。

2)集料。将PO.42.5水泥加入至第一罐体，将水加入第二罐体，将发泡材料加入发泡机中，其中发泡材料包括发泡剂。

3)设定控制器参数。水灰比按照0.45计算，泡沫材料密度按600kg/m³，设定电子称量设备参数为100kg，流量参数为45L，发泡时间为1.5min，注浆结束压力设定为1MPa，第二搅拌罐加料高度距底部0.3m，停止加料高度距顶部0.15m。

4)注浆。安装孔口管，对注浆孔进行注浆。注浆过程中，注意水泥储料罐、第二罐体和发泡机中原材料用量，需及时加料。注浆速率设置为80L/min,当孔口压力达到1MPa后，注浆泵停止工作，并发出警报声，提示换孔注浆。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微泡沫浆液智能充填装置，其特征在于，包括控制器、注浆泵、用于存储原材料的原料仓和用于搅拌原料的搅拌罐，原料仓连通搅拌罐，搅拌罐连通注浆泵；其中，原料仓内还设有多个连接控制器的罐体以及连接控制器的发泡机；注浆泵连通注浆口之间的管路还设有连接控制器的压力计，注浆泵连接控制器。

2.如权利要求1所述的一种微泡沫浆液智能充填装置，其特征在于，多个连接控制器的所述罐体包括存储水泥的第一罐体、用于存储水的第二罐体，第一罐体和第二罐体均连接所述控制器。

3.如权利要求2所述的一种微泡沫浆液智能充填装置，其特征在于，所述第一罐体包括相连通的上部储存罐和下部储存罐，下部存储罐底部还设有重量秤，重量秤连接所述控制器。

4.如权利要求2所述的一种微泡沫浆液智能充填装置，其特征在于，所述第二罐体连通水源的管路设有第一流量计；所述在注浆泵出口处设有压力计；第一流量计和压力计均连接所述控制器。

5.如权利要求2所述的一种微泡沫浆液智能充填装置，其特征在于，所述第一罐体连通所述第二罐体，所述第一罐体连通所述第二罐体的管路上设有电动阀，电动阀连通所述控制器。

6.如权利要求1所述的一种微泡沫浆液智能充填装置，其特征在于，所述搅拌罐包括第一搅拌罐和第二搅拌罐，所述第一搅拌罐和所述第二搅拌罐均连接伺服电机作为动力源，伺服电机连接控制器。

7.如权利要求1所述的一种微泡沫浆液智能充填装置，其特征在于，所述搅拌罐呈圆柱形，搅拌罐内安装螺旋铰刀。

8.如权利要求1或6或7所述的一种微泡沫浆液智能充填装置，其特征在于，所述搅拌罐安装连接控制器的液位传感器。

9.一种微泡沫浆液智能充填方法，其特征在于，使用如权利要求1～8任意一项所述的一种微泡沫浆液智能充填装置，控制器控制原料仓中多个罐体的原料流量以及控制搅拌罐的搅拌，控制器还根据压力计提供的数据控制注浆泵的启停。

10.如权利要求9所述的一种微泡沫浆液智能充填方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定在控制器上预设注浆压力，开始注浆后，压力计实时监控注浆压力，当压力计达到控制压力后，压力机向控制器发出信号，控制器向注浆泵发送停止注浆指令，注浆孔停止注浆，控制器发出警报，提示换孔注浆；

控制器获取第一罐体称料量和第二罐体水的流量，并计算第一罐体称料量和第二罐体水的流量的差值，控制器设定第一罐体称料量和发泡机发泡时间；当第一罐体称料量达到设定值时，第一罐体向搅拌罐输送水泥，第二罐体向搅拌罐输送水；同时发泡机向搅拌罐输送微型泡沫，到达控制器设定的发泡机发泡时间，发泡机当水量达到设定用水量后，输水停止。

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