煤矿井下注浆在线监测与注浆质量智能评价方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种关于煤矿井下注浆在线监测与注浆质量智能评价方法和系统，先进行浆锚杆信息配置，并实时上传并存储至井上注浆信息数据库模块；实时监测记录注浆过程中的浆液流速、注浆压力以及水泥浆液水灰比参数，并依次存储至井上注浆信息数据库模块中；对当前井下注浆情况、总体注浆质量，异常注浆信息查询、诊断、评价和统计分析，能够实时、精准地煤矿对井下每一根注浆锚杆、锚索的注浆施工信息与注浆参数进行数字化监测与存储管理，矿井管理人员不需下井在地面就可以同步、实时地获取当前井下全部正在实施注浆巷道的所有过程信息，并对注浆质量进行科学评估，精准定位异常注浆区域位置，针对性地提出二次精准复注方案。

【技术实现步骤摘要】
煤矿井下注浆在线监测与注浆质量智能评价方法和系统
本专利技术涉及煤矿围岩控制与灾害防治领域，特指一种关于煤矿井下注浆在线监测与注浆质量智能评价方法和系统。
技术介绍
实施煤矿井下设备与工程在线监测，是推进智能化井工煤矿建设的主要任务和目标，也是保障煤炭生产安全高效的重要基础。目前，国内外煤矿已经发展起来的在线监测系统主要包括：巷道锚杆、锚索受力在线监测系统、巷道顶板离层在线监测系统、巷道围岩应力在线监测系统、沿空留巷充填体应力监测系统、煤矿温度监测系统、综采工作面液压支架工作阻力在线监测系统、综采工作面超前支承压力在线监测系统、采空区自燃分布式测温在线监测系统、矿井水害在线监测系统、机电设备健康状态在线监测系统以及高压电气线路全程温度在线监测系统等。但是，现有的这些煤矿在线监测系统中尚未有涉及煤矿井下注浆过程监测的系统与注浆质量评价方法。注浆加固是维护软岩巷道围岩稳定的一种有效方式，它通过利用注浆材料增强支护结构与围岩之间强耦合作用以及改变围岩的性质提高围岩的强度和自承能力，来达到保持巷道围岩稳定的目的。但是在实际井下巷道注浆加固工程中，巷道中注浆锚杆、锚索数量众多，每根注浆锚杆、锚索都对巷道围岩的支护效果起着至关重要的作用，目前尚无有效方法对每一根注浆锚杆、锚索进行精准有效的检测与管理，注浆时缺乏一种对注浆参数科学高效的智能数字化采集技术，无法跟踪监测每根注浆锚杆或锚索的注浆参数，包括注浆压力、水灰比、注浆量以及科学评估注浆质量与效果。目前煤矿技术人员对巷道注浆质量进行现场检测时，主要依据现场施工人工记录的注浆数据或现场视屏监控，易受虚假虚报数据误导，不能准确客观评价每一根注浆锚杆、锚索的注浆效果，不利于煤矿的安全生产管理。如何实时、准确地获取井下每根注浆锚杆、锚索的注浆数据，并开展科学合理的注浆质量评价，使得管理人员能够随时掌握注浆锚锚杆、锚索现场实时数据变化，及时调整应对策略，对于促进煤矿智能化建设与发展具有十分重要的意义。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种煤矿井下注浆在线监测与注浆质量智能评价方法和系统。1.一种煤矿井下注浆在线监测与注浆质量智能评价方法，包括以下步骤：步骤1)井下注浆锚杆信息配置，启动无线移动终端APP，通过矿井井下Wifi网络，登陆井上注浆信息数据库模块，进入注浆锚杆信息配置子模块，在该模块中，井下注浆施工人员根据实际情况输入巷道名称、注浆锚杆行号、注浆锚杆列号、注浆责任人、监督责任人信息；当配置成功后，这些信息被实时上传并存储至井上注浆信息数据库模块；步骤2)实时采集注浆数据，注浆过程中实时、动态、高精度地监测记录注浆过程中的浆液流速、注浆压力以及水泥浆液水灰比参数；步骤3)将井下注浆数据依次无线传输、井下环网光纤传输后，实时、动态的存储至井上注浆信息数据库模块中；步骤4)对当前井下注浆情况、总体注浆质量，异常注浆信息查询、诊断、评价和统计分析，具体步骤为：步骤4.1)井下注浆信息数据实时查询子模块通过SQL语言从井上注浆信息数据库模块5中实时查询当前井下全部正在实施注浆巷道的所有信息，包括当前注浆巷道名称，当前注浆锚杆编号、注浆责任人与监督责任人和实时注浆过程时序数据，所获得的实时注浆过程时序数据注浆压力、注浆量和浆液水灰比，按照如下关系进行换算得到工程中的注浆参数指标：A.注浆压力按照最大注浆压力和平均注浆压力两种方式进行处理：p＝Average(pv)orMax(pv)式中：pv为瞬时注浆压力，p为工程中注浆压力指标；B.浆液水灰比n按照最小值进行处理：n＝Max(nv)式中：nv为瞬时浆液水灰比，n为工程中浆液水灰比指标；C.注浆量Q需要根据获得的浆液瞬时流速进行积分计算：式中：Qv为瞬时浆液流速，t1为注浆开始时间，t2为注浆结束时间，Q为工程中累计注浆量；步骤4.2)根据矿井管理人员输入的注浆时间和巷道名称信息，自动绘制该时间段内的巷道注浆量、注浆压力、水灰比分布的注浆信息区域分布云图，在该注浆信息区域分布云图中，横轴表示注浆锚杆或锚索编号行号，纵轴表示注浆锚杆或锚索编号列号，每个区域代表一根注浆锚杆的位置，每个区域的颜色表示该处注浆锚杆的注浆量、注浆压力以及浆液水灰比的大小，用一种颜色表示最小值，另一种颜色表示最大值；根据该注浆信息区域分布云图从整体上来判断巷道注浆质量；步骤4.3)异常注浆区域精准诊断，预先设置相关的临界注浆参数阈值，当相关注浆参数超过其阈值时即判断其为异常注浆情况，系统进行自动报警，主要的判别准则如下：p＞pmaxQ＜Qminn＞nmax式中：pmax为注浆压力阈值，取5MPa，实际注浆压力大于该阈值时为判断为异常注浆情况；Qmin为注浆量阈值，取0.07m3，当实际注浆量小于该阈值时判断为异常注浆情况；nmax为浆液水灰比阈值，取1.0，当实际浆液水灰比大于该阈值时判断为异常注浆情况；步骤4.4)根据步骤4.3)设定的注浆参数阈值，通过对矿井某个时间段内的全部注浆巷道的注浆参数进行诊断分析，精准定位每一条巷道中的异常注浆锚杆位置；对于异常注浆锚杆，管理人员通过进一步与当时现场注浆责任人、注浆监督责任人沟通了解井下情况，制定进一步开展二次复注方案；步骤4.5)注浆数据统计子模块提供任意时间段内的全部注浆巷道中每一根注浆锚杆注浆过程中全部数据的查询接口，包括瞬时注浆压力、瞬时浆液流速和瞬时浆液密度，与注浆过程曲线相对应，相关注浆数据能够直接复制；同时，提供按照时间统计或者直接统计的异常注浆数据，包括：注浆锚杆或锚索编号、累计注浆量、注浆压力、浆液密度、注浆责任人、监督责任人、注浆日期时间，精确到每一根锚杆的注浆时间段，自动形成注浆Excel报表以及注浆管理台帐，方便矿井进行精准化的注浆管理。进一步的，所述的注浆信息数据库模块中存储的信息数据结构设计如下：A.巷道名称：存储施工人员输入的巷道名称，数据类型为字符串，32字节；B.注浆锚杆或锚索行号：存储当前注浆锚杆行号，数据类型为整数类型，4字节；C.注浆锚杆或锚索列号：存储当前注浆锚杆列号，数据类型为整数类型，4字节；D.注浆责任人：存储当前注浆责任人姓名，数据类型为字符串，16字节；E.注浆监督责任人：存储当前注浆监督人姓名，数据类型为字符串，16字节；F.注浆监测传感器ID：存储注浆传感器ID编码，数据类型为字符串，16字节；G.注浆监测传感器类型：存储注浆传感器类型，数据类型为整数类型，4字节，其中0表示注浆压力传感器；1表示浆液流量传感器；2表示浆液密度传感器；H.注浆监测传感器数值：存储注浆传感器监测获得的数值，注浆压力单位为MPa，浆液流量单位为m3/h；浆液密度单位为g/cm3，三种数据均精确到0.001，数据类型为浮点数类型，4字节；I.注浆时间：存储当前注浆过程中传感器监测的时间，数据类型为时间类型，12字节，时间格式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿井下注浆在线监测与注浆质量智能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1)井下注浆锚杆信息配置，启动无线移动终端APP，通过矿井井下Wifi网络，登陆井上注浆信息数据库模块，进入注浆锚杆信息配置子模块，在该模块中，井下注浆施工人员根据实际情况输入巷道名称、注浆锚杆行号、注浆锚杆列号、注浆责任人、监督责任人信息；当配置成功后，这些信息被实时上传并存储至井上注浆信息数据库模块；/n步骤2)实时采集注浆数据，注浆过程中实时、动态、高精度地监测记录注浆过程中的浆液流速、注浆压力以及浆液水灰比参数；/n步骤3)将井下注浆数据依次无线传输、井下环网光纤传输后，实时、动态的存储至井上注浆信息数据库模块中；/n步骤4)对当前井下注浆情况、总体注浆质量，异常注浆信息查询、诊断、评价和统计分析，具体步骤为：/n步骤4.1)井下注浆信息数据实时查询子模块通过SQL语言从井上注浆信息数据库模块5中实时查询当前井下全部正在实施注浆巷道的所有信息，包括当前注浆巷道名称，当前注浆锚杆编号、注浆责任人与监督责任人和实时注浆过程时序数据，所获得的实时注浆过程时序数据注浆压力、注浆量和浆液水灰比，按照如下关系进行换算得到工程中的注浆参数指标：/nA.注浆压力按照最大注浆压力和平均注浆压力两种方式进行处理：/np＝Average(p...

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下注浆在线监测与注浆质量智能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)井下注浆锚杆信息配置，启动无线移动终端APP，通过矿井井下Wifi网络，登陆井上注浆信息数据库模块，进入注浆锚杆信息配置子模块，在该模块中，井下注浆施工人员根据实际情况输入巷道名称、注浆锚杆行号、注浆锚杆列号、注浆责任人、监督责任人信息；当配置成功后，这些信息被实时上传并存储至井上注浆信息数据库模块；
步骤2)实时采集注浆数据，注浆过程中实时、动态、高精度地监测记录注浆过程中的浆液流速、注浆压力以及浆液水灰比参数；
步骤3)将井下注浆数据依次无线传输、井下环网光纤传输后，实时、动态的存储至井上注浆信息数据库模块中；
步骤4)对当前井下注浆情况、总体注浆质量，异常注浆信息查询、诊断、评价和统计分析，具体步骤为：
步骤4.1)井下注浆信息数据实时查询子模块通过SQL语言从井上注浆信息数据库模块5中实时查询当前井下全部正在实施注浆巷道的所有信息，包括当前注浆巷道名称，当前注浆锚杆编号、注浆责任人与监督责任人和实时注浆过程时序数据，所获得的实时注浆过程时序数据注浆压力、注浆量和浆液水灰比，按照如下关系进行换算得到工程中的注浆参数指标：
A.注浆压力按照最大注浆压力和平均注浆压力两种方式进行处理：
p＝Average(pv)orMax(pv)
式中：pv为瞬时注浆压力，p为工程中注浆压力指标；
B.浆液水灰比n按照最小值进行处理：
n＝Max(nv)
式中：nv为瞬时浆液水灰比，n为工程中浆液水灰比指标；
C.注浆量Q需要根据获得的浆液瞬时流速进行积分计算：



式中：Qv为瞬时浆液流速，t1为注浆开始时间，t2为注浆结束时间，Q为工程中累计注浆量；
步骤4.2)根据矿井管理人员输入的注浆时间和巷道名称信息，自动绘制该时间段内的巷道注浆量、注浆压力、水灰比分布的注浆信息区域分布云图，在该注浆信息区域分布云图中，横轴表示注浆锚杆或锚索编号行号，纵轴表示注浆锚杆或锚索编号列号，每个区域代表一根注浆锚杆的位置，每个区域的颜色表示该处注浆锚杆的注浆量、注浆压力以及浆液水灰比的大小，用一种颜色表示最小值，另一种颜色表示最大值；根据该注浆信息区域分布云图从整体上来判断巷道注浆质量；
步骤4.3)异常注浆区域精准诊断，预先设置相关的临界注浆参数阈值，当相关注浆参数超过其阈值时即判断其为异常注浆情况，系统进行自动报警，主要的判别准则如下：
p＞pmax
Q＜Qmin
n＞nmax
式中：pmax为注浆压力阈值，实际注浆压力大于该阈值时为判断为异常注浆情况；Qmin为注浆量阈值，当实际注浆量小于该阈值时判断为异常注浆情况；nmax为浆液水灰比阈值，当实际浆液水灰比大于该阈值时判断为异常注浆情况；
步骤4.4)根据步骤4.3)设定的注浆参数阈值，通过对矿井某个时间段内的全部注浆巷道的注浆参数进行诊断分析，精准定位每一条巷道中的异常注浆锚杆位置；对于异常注浆锚杆，管理人员通过进一步与当时现场注浆责任人、注浆监督责任人沟通了解井下情况，制定进一步开展二次复注方案；
步骤4.5)注浆数据统计子模块提供任意时间段内的全部注浆巷道中每一根注浆锚杆注浆过程中全部数据的查询接口，包括瞬时注浆压力、瞬时浆液流速和瞬时浆液密度，与注浆过程曲线相对应，相关注浆数据能够直接复制；同时，提供按照时间统计或者直接统计的异常注浆数据，包括：注浆锚杆或锚索编号、累计注浆量、注浆压力、浆液密度、注浆责任人、监督责任人、注浆日期时间，精确到每一根锚杆的注浆时间段，自动形成注浆Excel报表以及注浆管理台帐，方便矿井进行精准化的注浆管理。


2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下注浆在线监测与注浆质量智能评价方法，其特征在于，所述的注浆信息数据库模块中存储的信息数据结构设计如下：
A.巷道名称：存储施工人员输入的巷道名称，数据类型为字符串，32字节；
B.注浆锚杆或锚索行号：存储当前注浆锚杆行号，数据类型为整数类型，4字节；
C.注浆锚杆或锚索列号：存储当前注浆锚杆列号，数据类型为整数类型，4字节；
D.注浆责任人：存储当前注浆责任人姓名，数据类型为字符串，16字节；
E.注浆监督责任人：存储当前注浆监督人姓名，数据类型为字符串，16字节；
F.注浆监测传感器ID：存储注浆传感器ID编码，数据类型为字符串，16字节；
G.注浆监测传感器类型：存储注浆传感器类型，数据类型为整数类型，4字节，其中0表示注浆压力传感器；1表示浆液流量传感器；2表示浆液密度传感器；
H.注浆监测传感器数值：存储注浆传感器监测获得的数值，注浆压力单位为MPa，浆液流量单位为m3/h；浆液密度单位为g/cm3，三种数据均精确到0.001，数据类型为浮点数类型，4字节；
I.注浆时间：存储当前注浆过程中传感器监测的时间，数据类型为时间类型，12字节，时间格式为“YY-MM-DDHH:MM:SS”。


3.实现权利要求1-2任意一项权利要求所述的井下注浆在线监测与注浆质量智能评价方法的一种煤矿井下注浆在线监测与注浆质量智能评价系统，包括井下注浆信息输入输出模块、井下注浆数据监测模块、井下注浆数据无线通信模块、井上注浆信息数据库模块和井上注浆质量智能评价模块，其特征在于，所述的井下注浆信息输入输出模块，包括注浆锚杆信息配置子模块、注浆参数实时显示模块和异常注浆情况报警子模块；所述注浆锚杆信息配置子模块实现注浆基本信息快速、动态输入；所述注浆参数实时显示模块，在注浆过程中实时动态地显示当前注浆压力、浆液流速以及浆液密度参数，便于施工人员准确掌握当前注浆状况信息；所述异常注浆情况报警子模块，在出现注浆压力超限或者浆液密度/水灰比不达标时，实时进行语音提示和振动报警；
所述的井下注浆数据监测模块，安装在注浆泵和锚杆或锚索之间，包括水泥浆液流量监测子模块、注浆压力监测子模块和水泥浆液水灰比监测子模块；所述水泥浆液流量监测子模块实现水泥浆液流量的高精度测量，避免水泥浆液中的大颗粒杂质流进流量传感器导致测量误差或者传感器损毁；所述注浆压力监测子模块实现浆液压力高精度检测，有效避免浆液堵塞测量孔或者腐蚀压力传感器测量膜片；所述水泥浆液水灰比监测子模块实现浆液水灰比的高精度检测，有效避免高速流动的浆液引起的测量误差和对传感器造成的冲击破坏；
所述的井下注浆数据无线通信模块，包括井下注浆数据电流信号转无线数字信号子模块、井下注浆数据无线通信网关子模块和井上注浆数据解析与存储子模块，用于将井下注浆数据依次通过无线传输和有线光纤环网传输后，实时、动态的解析并存储至井上注浆信息数据库模块中；
所述的井上注浆信息数据库模块，用于实时、动态存储井下注浆过程中的海量注浆监测时序数据；
所述的井上注浆质量智能评价模块，包括井下注浆信息数据实时查询子模块、注浆信息区域分布云图、异常注浆区域精...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆银龙，吴开智，冯旭阳，吴秉臻，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32