地面注浆堵水站控制系统
一、概述
为加强煤矿的防 治水工作，防止和减少水害事故，保障煤矿职工生命安 全，根据《安 全生产法》、《矿山安 全法》、《国务院关于预防煤矿生产安 全事故的特别规定》等法律、行政法规。国家安 全生产监督管理总局令第28号《煤矿防 治水规定》，已经2009年8月17日国家安 全生产监督管理总局局长办公会议审议通过，并于2009年12月1日起施行。可见国家安 全生产监督管理总局对注浆堵水的高度重视。
据专家分析，目前随着煤炭开采层次“向下”发展，开采深 度逐渐加大，深藏地下的“奥灰水”突水几率也在增加。而相关的科研体系，越来越显得跟不上形势的需要。相关业内人士表示，目前奥陶纪灰岩层在全国的分布，学术界掌握得还不太全 面。一些地方的煤矿没有发生过“奥灰水”灾害，不等于说没有此种隐患，特别是已经开采到16号煤层的煤矿，一定要提高警惕。我国急需建立针对不同地质条件的矿山“奥灰水”防 治科研体系，使今后防 治“奥灰水”灾害不再“懊悔”。
二、产品背景
我公司在2008年与中煤科工集团西安研究院联合研发的堵水灌浆自动控制记录系统（GS300-2型），已于2009年底在山西寿阳段王煤矿投入运行，使用效果良好。陕西澄合矿业有限公司董家河煤矿地面?注浆站工程项目，是在GS300-2型的基础上改进、研发的新产品。该项目于2011年8月初调试完毕，该项目低压配电、计量、自动控制系统部分由我公司设计、制作、安装及调试，可实现：水+粘土、水+粘土+水泥、水+水泥3种浆液的自动配制，以方便不同场所的需要。系统操作简单，运行稳定、可靠；制浆、注浆全部实现自动化控制。该工程项目获2011年度陕西省科学技术进步二等奖。陕西煤化集团召开矿井防 治水专家“会诊”报告评审会，与会代表80多人，分别来自陕煤化集团领导、陕西省煤矿安 全监察局、中煤科工集团西安研究院以及澄合二矿公司、董家河矿公司、大佛寺煤矿、胡家河煤矿、孟村煤矿、黄陵一号煤矿、张家卯煤矿、红柳林煤矿等防 治水专家并参观董家河矿公司地面注浆站（堵水灌浆自动控制记录系统GS300-3型），工程项目得到专家的一致好评，认为对搞好安 全生产具有十分重要的意义并且安排了下一步矿井防 治水技术工作，明确指出，煤矿企业、矿井应当加强防 治水技术研究和科技攻关，推广使用防 治水的新技术、新装备和新工艺，提高防 治水工作的科技水平。
三、系统主要特点
1 监控系统界面友好、直观，操作简单。更改浆液品种（粘土浆、水泥浆、粘土水泥浆等）方便，组合灵活。在中控室选择要制备的浆液，输入配方，系统即可自动运行，浆液密度、流量、压力等参数准确可靠，并实时显示各种参数。
2 系统采用DCS控制模式，与现场检测、控制仪表的数据交换采用工业现场总线（Profibus-DP总线），结构简单、数据交换速率快，可靠性高。
3 系统自动化程度高，从浆液配制到成品注浆都实现了自动检测、控制，整个注浆过程在上位计算机监控之下进行。
4 能够存储实时生产数据，打印报表；可随时查询历史记录。
5 可以按注浆点保存生产数据（注浆的起止时间、操作员、浆液类型、浆液配方、流量、压力、浆液密度、总量等数据），可按注浆点查询历史记录，所有数据均具有可追溯性，可保存近100年的注浆数据。
6 现场控制柜的低压电器（接触器、继电器、变频器、操作按钮等）均采用国外知名品牌，保证了系统的可靠性。
7 系统的核心部件采用德国西门子产品，稳定可靠。
8 流量计、质量密度计、液位计等检测部件，均采用电磁、超声波等检测部件，与被测介质不接触，延长检测部件的使用寿命。
四、控制方案介绍
自动配料及过程控制的关键在于制造出密度稳定、合格的浆液，而浆液的密度取决于粘土、水泥、水之间的比例控制精度。以粘土浆液为例，要生产出合格的浆液，首先务必保证粘土、水的计量精度，粘土采用皮带秤计量及定量控制（控制精度±1%），清水采用电磁流量计计量（计量精度0.5%），变频调速控制清水的实际流量；其次，务必保证粘土与水的比例关系；本系统采用水对粘土随动控制，即根据粘土的实际流量计算出当前的配水量，经过PID调节运算，调节控制水泵变频器的输出频率，达到调节水的实际流量的目的，保证水与粘土之间的比例关系，再通过粘土浆液出口安装的密度计检测出浆液的实际密度，如果与设定值有偏差，系统通过软件计算自动微调水与粘土的比例系数，使生产的浆液的密度值与设定值相吻合。
下面以粘土浆（粘土+水）为例，阐述浆液制备的工作过程及控制原理：
根据操作人员输入的参数，粘土的流量、粘土与水的比例，（如果配水泥粘土浆，需输入水泥的流量、水泥与粘土浆液的比例），浆液密度的目标值，（或者输入：浆液的流量、浆液密度的目标值，系统能够自动计算出上述参数）。上位机将输入（或计算出的）参数自动下传给下位机，实现制浆的自动控制。粘土的流量设定值通过现场数据通信总线下传到定量给料机的控制仪表，仪表将粘土的实际瞬时流量通过总线上传给PLC，数据准确可靠。粘土的计量控制示意图如下：
由上图可见，称重控制仪表、变频器、秤体组成闭环控制系统，实现自动控制粘土的定量给料。称重控制仪表自动控制给料机的运行，控制瞬时实际流量、积算实际下料量，并将实际流量值与设定值比较，通过PID调节运算自动控制变频器的输出频率，使粘土的实际流量值与设定值相符，达到定量、连续、稳定给料的目的。
系统原理框图如下图所示。粘土的瞬时流量值实时的反馈给PLC，PLC根据粘土的实际流量经过运算得出当前需要配水的流量值（水的设定值），并将通过电磁流量计得到的水的实际流量值与该值进行比较，通过PID运算，输出一个（4-20mA）模拟信号控制变频器的输出，使水的实际流量值与设定值相符，达到定量连续稳定配水的目的（见下图“配水控制回路”部分）。
其它浆液的制备过程及其工作原理与此类似，例如：粘土、水泥浆液的制备，只是将采用的计量设备不同，控制原理与上述相同。粘土浆液的流量检测采用的质量流量计，水泥的计量及控制采用的是螺旋定量给料机；其它与上述相同，这里不再赘述。
五 技术服务
我公司可以为广大需要地面注浆站设备的客户提供一揽子服务，从设备的选型、设计到安装、调试、投产，均由我方承担。也可以为客户提供部分设备、技术咨询服务。现场技术服务人员目负责所供设备调试、正常投运。
无论哪种服务方式，我方均将派遣合格的工程设计、现场服务人员到现场服务。严格履行合同，我方现场服务人员具有下列素质：
1 遵守法规，遵守现场的各项规章和制度；
2 有较强的责任感和事业心，按时到位；急用户所急，想用户所想。
3 了解合同设备的设计，熟悉其结构，有相同或相近设备的现场工作经验，能够正确地进行现场安装（指导）；适应现场工作的条件。
