一种基于智能配浆设备的配浆优化决策方法

技术领域

本发明涉及智能配浆技术领域，特别涉及一种基于智能配浆设备的配浆优化决策方法。

背景技术

灌浆工程在基础建设方面中是最常用的一种处理方法，经济适用，对原始地层影响及破坏最小，工期短，成本低，见效快，我国灌浆工程从上世纪50年代引进学习，到上世纪末飞速发展，在近20多年已经走在世界的前列，但灌浆工程无论是在施工设备还是工艺控制、检测方面都处在非常粗糙的程度，与我国的国民经济发展不相适应，严重落后于很多工业行业，机械化程度低，人员密集性典型，全靠人工操作，搞人海战术来解决施工问题。

传统水利行业灌浆作业需多人配合完成，对于所需的灌浆量预算粗糙，常常出现大量浆液浪费现象，施工成本被迫提高；及传统灌浆过程中通常需要人工手动配浆、调压，人为判断是否变浆、待凝、限压、限流、屏浆，且实际操作时随意性较大，工程质量难以保证。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于智能配浆设备的配浆优化决策方法。

本发明实施例提供一种基于智能配浆设备的配浆优化决策方法，所述智能灌浆设备包括：

浓浆桶，其顶部设有浓浆输送管，所述浓浆输送管上设有浓浆阀；

配浆桶，其顶部通过加浆管与所述浓浆桶连通，所述加浆管上设有加浆阀；且所述配浆桶顶部还连通有加水管，所述加水管上设有加水阀；

灌浆桶，其顶部通过输浆管与所述配浆桶连通，所述输浆管上设有输浆阀；且所述灌浆桶底部连通有出浆管、顶部还设有与所述出浆管连通的返浆管，所述出浆管上还连通有用于对灌浆孔进行灌浆的灌浆管；

上位机，分别与浓浆阀、加浆阀、加水阀、输浆阀电连接；

所述灌浆优化决策方法的步骤，包括：

在同一浆液情况下：

当[V(T)-Qin(T)+Qout(T)]<预留浆量时，控制加浆阀和加水阀在所述配浆桶内配浆及控制输浆阀向所述灌浆桶内输浆，且当所述灌浆桶内浆液量为2倍预留浆量时，对灌浆孔进行灌浆；

当2*预留浆量>[V(T)-Qin(T)+Qout(T)]>预留浆量时，控制加浆阀和加水阀停止配浆；

当ρout(T)＞ρin(T-1)*1.1时，控制输浆阀暂停向所述灌浆桶内输浆，持续10分钟，认为是失水回浓，暂停对灌浆孔灌浆，并放掉所述灌浆桶内的浆液，重新开始配浆、灌浆；

在变浆情况下：

当ρin(T)＜ρin(目标)时，控制浓浆阀向浓浆桶内加入浓浆，且加入浓浆量为：

当ρin(T)＜ρin(目标)*0.98时，控制浓浆阀向浓浆桶内继续加入浓浆，直至达到目标水灰比时目标灌浆浆液密度的98％，配制预留浆量的浆液；目标的水灰比在T1时刻，再配制预留浆量的浆液，开始灌浆；

其中，

V(T)为T时间内灌浆桶内体积；

V(T-1)为T-1时间内灌浆桶内体积；

Qin(T)为T时间内进入灌浆孔内的进浆流量；

Qout(T)为T时间内从所述灌浆管返回至所述灌浆桶的回浆流量；

Qout(T-1)为T-1时间内从所述灌浆管返回至所述灌浆桶的回浆流量；

ρin(T)为T时间内浆桶内浆液密度；

ρin(T-1)为T-1时间内浆桶内浆液密度；

ρout(T)为T时间内从所述灌浆管返回至所述灌浆桶的回浆密度；

ρout(T-1)为T-1时间内从所述灌浆管返回至所述灌浆桶的回浆密度；

ρin

ρc(t)为浓浆密度；

G(T-1)为T-1时间内灌浆桶内浆液质量；

T为整分钟。

一个具体实施例中，所述预留浆量为80L。

一个具体实施例中，一种基于智能配浆设备的配浆优化决策方法，还具体包括：

从T0时刻开始，50s开始第一次制浆80L，然后放浆到灌浆桶，即到第一分钟60s开始时，灌浆桶里面有80L配好的浆；

在T1时刻又开始配浆，依然配80L，用时50s配完，然后放浆到灌浆桶，也就是到了第二分钟开始灌浆桶内有160L配好的浆液，满足开始灌浆的条件，也就是最早启动灌浆的时间是在第1分钟的开始时间；

然后T2再次开始配浆，依然配80L，用时50s配完，并放浆到灌浆桶，此刻灌浆桶的重量就是240L-Qin(3)；

依次完成每分钟内的配浆、灌浆；

其中，T0为开始的整分钟时刻；T1为第一个整分钟时刻；T2为第二个整分钟时刻。

一个具体实施例中，所述T时间内灌浆桶内体积V(T)为：

所述T时间内灌浆桶内浆液密度ρ in(T)为：

[G(T-1)+Qout(T)*ρout(T)]/(V(T)+Qin(T))

其中，c(t)为浓浆量；W(t)为水重。

一个具体实施例中，所述T时间内灌浆桶内浆液质量G(T)为：

[G(T-1)ρin(T)*Qin(T)+ρout(T)*Qout(T)]。

一个具体实施例中，所述浓浆桶包括：桶体、浓浆搅拌机构、液位检测仪、进出入管路、碟阀；及所述浓浆桶上设有用于实时获取浓浆密度ρc(t)的浓浆密度计，所述浓浆密度计包括：压力传感器，内接空心管，外腔导流管。

一个具体实施例中，所述浓浆桶和所述加浆管之间的循环管道上连接有循环泵和控制阀，且所述循环泵包括：泵体，联接法兰，动力装置。

一个具体实施例中，所述配浆桶包括：桶体，配浆搅拌机构，动力机构。

一个具体实施例中，位于所述灌浆桶和所述灌浆管之间的所述出浆管上设有进浆流量计，所述进浆流量计，用于实时获取进入灌浆孔内的进浆流量Qin(t)；及所述返浆管上设有返浆流量计和返浆密度计，所述返浆流量计，用于实时获取从所述灌浆管返回至所述灌浆桶的回浆流量Qout(t)，所述返浆密度计，用于实时获取从所述灌浆管返回至所述灌浆桶的回浆密度ρ out(t)。

一个具体实施例中，靠近所述灌浆管的返浆管上设有孔口压力计和调压阀，所述孔口压力计，用于检测所述灌浆管内浆液的压力，所述调压阀，用于调节所述灌浆管内浆液的压力。

本发明实施例提供的上述基于智能配浆设备的配浆优化决策方法，与现有技术相比，其有益效果如下：

本发明通过智能配浆设备的优化决策算法，完成配浆智能化与传统的人工操作配浆质量及工效对比，工程参数测量高效、准确，过程控制可靠安全，在确保工程质量，提高工程效率及生产力的同时，减少了人工投入，降低工程成本，该研究成果，也可为类似工程施工提供参考、借鉴。即本发明解决了人力工艺控制及时性、精确性较低的问题，实现了自动化智能配浆精准控制；且该算法控制浆液回流至搅拌桶，避免多余浆液大量浪费，大大降低了工程成本。

附图说明

图1为一个实施例中提供的灌浆流程示意图示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

参见图1，一个实施例中提供的一种基于智能配浆设备的配浆优化决策方法，该设备,由浓浆桶至配浆桶浓浆供给功能、自动配浆功能、控制端(包括数据采集、记录、分析、控制输出)、自动调压装置、密度检测装置组成。

各个部件的功能：

浓浆桶：由桶体、搅拌机构、液位检测仪(及时提供液位信息，保证供浆)和进出入管路、碟阀(浓浆阀)组成。

循环泵：是由泵体，联接法兰，动力装置组成。

配浆桶：按施工需求调整水和浆液的比例，在配浆桶内完成配浆。

搅拌桶(灌浆桶)：由桶体，搅拌机构，动力机构组成，可以使成品质量稳定、搅拌均匀、出料迅速。

密度检测装置(密度计)：主要由压力传感器，内接空心管，外腔导流管组成，压力传感器与浆液不直接接触。密度计装于密度桶上方，清洗时，不易损坏。

压力控制：压力控制可通过自动调压装置调压，精度在±0.1Mpa范围内，只需输入参数，相比人工升压，安全性高(装置由压力感应器，内接空心管，外腔导流管组成，压力感应器与浆液不直接接触)。

流量控制：在出浆管路和回浆管路上分别安装两个流量传感器来进行检测和控制。智能灌浆控制系统流量计精度在±0.1L/Min范围内，满足灌浆要求。

工作过程：

浓浆桶主要是接收存储输送过来的浓浆的机械装置，而循环泵主要作用是输送浓浆到配浆桶内，并实现浓浆管路循环，防止水泥浆液结块。水泵主要是为了把浓浆配置所需稀浆时提供水，同时，也为了方便及时快捷清洗管路和各机构，防止结块。配浆桶是整个配浆装置的核心，主要作用是快速配置所需比重稀浆。配浆管路(加浆管和加水管)是附属辅助装置，实现各机构机械的顺利联通。而电磁控制阀(加浆阀和加水阀)是为了功能需要，实现管路的关闭与循环，保证配浆的精准控制。

当开始施工时，浓浆输送管道把浓浆送入浓浆桶，密度检测装置(浓浆密度计)检测混合浆液密度比例是否准确，循环泵把浆液输送至配浆桶内(若配浆桶内暂时不需要浓浆，通过循环泵可从管路循环进入浓浆桶)，系统的配浆算法自动得出所需灌浆量后开始制浆，并输送到搅拌桶内，搅拌桶内的浆液输送时，会有进浆流量计记录施工进入灌浆孔的灌浆量，以及此时孔口内的压力，若压力过大可利用调压阀进行调节。孔内灌浆量满足要求后，多余浆液会通过管路返回至搅拌桶内，该过程数据通过返浆密度计和返浆流量计获得，返回的浆液在搅拌桶内不断搅拌，可避免结块，便于资源再次利用。

作业过程中配浆算法的运行如下：

接收到灌浆软件上位机配浆命令，打开加浆阀，达到上位机给定值，关闭加浆阀，打开加水阀，达到上位机给定值，关闭加水阀。

每一个时刻都有配浆的数据，浓浆的体积重量V1(t)，水的体积重量W1(t)，即总配浆重量＝V1(t)+W1(t)。

在到达灌浆桶时刻所有进入浆量，需要在半分钟时下命令，然后整分钟开始配浆，一次配浆量80L，即单次制浆能力是80L/min，注:所有操作一定要以整分钟来作为数值的计算和操作。

具体地，把已知量分为几个部分的数据库，开始配浆：

从T0时刻开始，50s开始第一次制浆80L，然后放浆到灌浆桶，即到第一分钟60s开始时，灌浆桶里面有80L配好的浆。

在T1时刻又开始配浆，依然配80L，用时50s配完，然后放浆到灌浆桶，也就是到了第二分钟开始灌浆桶内有160L配好的浆液，满足开始灌浆的条件，也就是最早启动灌浆的时间是在第1分钟的开始时间。

然后T2再次开始配浆，依然配80L，用时50s配完，并放浆到灌浆桶，此刻灌浆桶的重量就是240L-Qin(3)。依次类推，具体算法如下表：

在同一个浆液情况下，

当160>[V(T)-Qin(T)+Qout(T)]>80时，则不用配浆。

当[V(T)-Qin(T)+Qout(T)]<80时，则需要配浆。

如果回来的ρout(T)＞ρin(T-1)*1.1，并持续10分钟，则认为是失水回浓，需要暂停灌浆，并放掉灌浆桶里面的浆液，重新开始一个流程。

若需要变浆，下一个目标配比，已知V(T-1)上一个时刻的体积，还有上一个时刻的密度ρin(T-1)，如果下一个目标ρin(T)＝ρin(目标)现在的实际ρin(T)＜ρin(目标)；则需要加入的浓浆量为：

如果ρin(T)＜ρin(目标)*0.98，则继续加纯浓浆，直到已经到了目标水灰比时的密度的98％，就直接配浆80L，目标的水灰比T1，再制80L。

综上所述，配浆是灌浆施工最关键环节之一，关系到灌浆浆液配比精度和浆液质量。为了解决以往简单人工配浆或者简易配浆系统带来的配浆不准，人工繁琐等诸多问题和不利因素。本发明采用智能配浆设备的优化决策算法，利用数据传感技术和软件技术并配以网络技术实现配浆精准控制，提高配浆环节的实效性，精确性；且在施工时多余的浆液进行浆液回流处理，提高资源的可用性，高效灵敏，避免浪费，降低造价。还有，本发明涉及的设备安装简单，便于维护。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。还有，以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。