一种防灭火注浆材料配方的确定系统
技术领域
本发明涉及防灭火注浆材料研究领域。
背景技术
煤炭作为我国的主要能源，随着现代科学技术的发展和现代工业产量的增长，其开发利用规模和强度也达到了前所未有的程度。2014年全国原煤产量为36.3亿吨，煤炭大量的开采在给人类生产生活提供原材料的同时，也带来了一系列的问题：扰动和地表破坏带来的安全隐患；矿井火灾造成严重的人员伤亡和经济损失。
高水速凝材料是一种高水灰比(体积含水率为85％～90％)的水泥基胶凝材料，它通常由甲料、乙料两个部分组成，甲料主要包括铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥烧结料，乙料主要包括石膏、石灰，其特点主要体现在以下几个方面：(1)浆液流动性好，粘度低；(2)凝结时间可控；(3)固结体具有一定的强度，无收缩现象；(4)绿色环保，对周围环境无危害；(5)经济实用等。高水速凝材料结合了有机注浆材料和无机注浆材料的优点，弥补了有机注浆材料和无机注浆材料的缺陷，且具有良好的阻燃特性，可作为一种优良的注浆材料，在矿山环境中能够得到良好的应用。
然而，现有技术对于不同的矿井岩石特性，注浆材料的配方选择主要是数值模拟和实验室实验，其中数值模拟偏向理论研究，有时与实际情况相差甚远，而实验室研究多以注浆材料凝结体孔隙结构、水化产物微观结构、流体黏度、触变性、凝结时间、流动度为主。未见从整体考虑注浆可行性、凝结体强度和针对个别矿井的防灭火效果的注浆配方选择的现有技术。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种防灭火注浆材料配方的确定系统，所述防灭火注浆材料为硫铝酸盐水泥，其特征在于该系统包括数据库子系统，准备子系统，浆液防灭火性能确定子系统；
其中，数据库子系统包括基础数据库和应用数据库，基础数据库包括强度被从高到低分为一级至五级五个等级的硫铝酸盐水泥配方，以及每个配方对应的浆液凝固时间；应用数据库包括已知的各个矿井已经使用的硫铝酸盐水泥的配方以及每个配方对应的结石体强度等级、凝固时间；
准备子系统包括获取模块，匹配模块，初始配方确定模块；获取模块首先获取所要注浆的目标矿井所需的结石体强度等级和凝固时间，储存为目标结石体强度等级和目标凝固时间，并发送给匹配模块；匹配模块将目标结石体强度等级和目标凝固时间与应用数据库中数据进行匹配，将结石体强度等级和凝固时间与目标结石体强度等级和目标凝固时间匹配的配方发送给初始配方确定模块，作为优先配方，匹配模块将目标结石体强度等级和目标凝固时间与基础数据库中数据进行匹配，将结石体强度等级和凝固时间与目标结石体强度等级和目标凝固时间匹配的配方发送给初始配方确定模块，作为次优先配方，匹配模块将应用数据库和基础数据库中结石体强度等级高于目标结石体强度等级和凝固时间大于目标凝固时间的配方发送给初始配方确定模块，作为备选配方，初始配方确定模块将备选配方按照结石体强度等级和凝固时间与目标结石体强度等级和目标凝固时间的匹配度从高到低排列配方的先后顺序；
浆液防灭火性能确定子系统包括岩石加载系统、岩石加热系统、温度测量系统和注浆系统，其中，温度测量系统测量距离注浆口预定距离的岩石实时温度和岩石中心实时温度；注浆系统在岩石加载系统将岩石加载到预定压力、岩石加热系统将岩石加热到岩石中心实时温度达到预定温度后按照初始配方确定模块所确定的配方的优先配方、次优先配方、备选配方的先后顺序分别注浆；浆液防灭火性能由距离注浆口预定距离的岩石温度下降到阈值温度的时间，即降温时间来衡量，直到获得降温时间小于预定降温时间的配方停止下一个配方的注浆，将获得的配方作为目标矿井的注浆配方。
其中，配方由甲料、乙料两个部分和水灰比组成，甲料由硫铝酸盐水泥、悬浮剂、缓凝剂和分散剂组成，乙料由石膏、石灰与复合速凝、早强剂和悬浮分散剂组成。
优选的，岩石加载系统包括正方体加载箱，加载箱包括上、下、左、右、前、后6个钢性板，其中，上、下、前、后4个钢性板为一体成型，固定连接，左、右2个钢性板与加载箱腔体滑动密封连接，由液压伺服油缸从左右分别加载。
优选的，岩石加热系统包括加热板(6)，加热板(6)位于6个刚性板与岩石试样之间，对岩石试样表面进行直接加热，加热板内置加热电阻，由PID控制加热温度。
优选的，上刚性板中心具备注浆管孔(7)，注浆管穿过孔(7)伸入岩石内部，上刚性板还具备四个热电偶温度计孔(8)，每个热电偶温度计孔(8)距离注浆管穿过孔(7)的距离相等。
本发明与现有技术相比具备以下优势：
1、充分利用大数据的优势，建立已应用过的注浆配方数据库，使得配方的选择过程非常高效。
2、不局限于已应用过的注浆配方数据库，补充可能的硫铝酸盐水泥配方，包括水灰比以及悬浮剂、缓凝剂、分散剂、速凝剂、早强剂含量，提供强大的数据支持。
3、从整体考虑注浆可行性、凝结体强度和针对个别矿井的防灭火效果的注浆配方选择。
附图说明
图1为本发明的浆液防灭火性能确定子系统示意图
具体实施方式
下面结合实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种防灭火注浆材料配方的确定系统，所述防灭火注浆材料为硫铝酸盐水泥，其特征在于该系统包括数据库子系统，准备子系统，浆液防灭火性能确定子系统；
其中，数据库子系统包括基础数据库和应用数据库，基础数据库包括强度被从高到低分为一级至五级五个等级的硫铝酸盐水泥配方，以及每个配方对应的浆液凝固时间；应用数据库包括已知的各个矿井已经使用的硫铝酸盐水泥的配方以及每个配方对应的结石体强度等级、凝固时间；配方由甲料、乙料两个部分和水灰比组成，甲料由硫铝酸盐水泥、悬浮剂、缓凝剂和分散剂组成，乙料由石膏、石灰与复合速凝、早强剂和悬浮分散剂组成。
准备子系统包括获取模块，匹配模块，初始配方确定模块；获取模块首先获取所要注浆的目标矿井所需的结石体强度等级和凝固时间，储存为目标结石体强度等级和目标凝固时间，并发送给匹配模块。匹配模块将目标结石体强度等级和目标凝固时间与应用数据库中数据进行匹配，将结石体强度等级和凝固时间与目标结石体强度等级和目标凝固时间匹配的配方发送给初始配方确定模块，作为优先配方。匹配模块将目标结石体强度等级和目标凝固时间与基础数据库中数据进行匹配，将结石体强度等级和凝固时间与目标结石体强度等级和目标凝固时间匹配的配方发送给初始配方确定模块，作为次优先配方。匹配模块将应用数据库和基础数据库中结石体强度等级高于目标结石体强度等级和凝固时间大于目标凝固时间的配方发送给初始配方确定模块，作为备选配方。初始配方确定模块将备选配方按照结石体强度等级和凝固时间与目标结石体强度等级和目标凝固时间的匹配度从高到低排列配方的先后顺序；
如图1所示，浆液防灭火性能确定子系统包括岩石加载系统、岩石加热系统、温度测量系统和注浆系统。
其中，岩石加载系统包括正方体加载箱，加载箱包括上(1)、下、左(3)、右(4)、前(5)、后(2)6个钢性板，其中，上(1)、下、前(5)、后(2)4个钢性板为一体成型，固定连接，左、右2个钢性板与加载箱腔体滑动密封连接，由液压伺服油缸从左右分别加载。
上刚性板中心具备注浆管孔(7)，注浆管穿过孔(7)伸入岩石内部，上刚性板还具备四个热电偶温度计孔(8)，每个热电偶温度计孔(8)距离注浆管穿过孔(7)的距离相等。
岩石加热系统包括加热板(6)，加热板(6)位于6个刚性板与岩石试样之间，对岩石试样表面进行直接加热，加热板内置加热电阻，由PID控制加热温度。
温度测量系统测量距离注浆口预定距离的岩石实时温度和岩石中心实时温度；注浆系统在岩石加载系统将岩石加载到预定压力、岩石加热系统将岩石加热到岩石中心实时温度达到预定温度后按照初始配方确定模块所确定的配方的优先配方、次优先配方、备选配方的先后顺序分别注浆；浆液防灭火性能由距离注浆口预定距离的岩石温度下降到阈值温度的时间，即降温时间来衡量，直到获得降温时间小于预定降温时间的配方停止下一个配方的注浆，将获得的配方作为目标矿井的注浆配方。
