[发明专利]高压旋喷注射原位修复系统及方法

权利要求书

1.一种高压旋喷注射原位修复系统，其特征在于，包括：控制系统和高压旋喷钻机系统；

所述高压旋喷钻机系统包括进料系统、药剂搅拌系统、压力泵系统、高压旋喷设备、钻杆系统、压力传感系统和GPS定位系统；

进料系统包括计量装置和进料斗，控制系统控制计量装置计量并确定药剂配比，并将药剂从进料斗输送到进入药剂搅拌系统；

药剂搅拌系统包括搅拌罐体、压力泵和水管，将配置好的固态/液态药剂按顺序加入搅拌罐体，加水或其它溶剂搅拌，通过泵压作用传输搅拌后的药剂进入高压旋喷设备系统的注射管道中；

高压旋喷设备系统包括动力系统、高压注射旋喷钻机和注射管道，高压注射旋喷钻机一端与钻杆系统相连，一端与注射管道相连，利用动力系统配合钻杆和药剂钻进指定的地层深度进行旋喷；

钻杆系统包括钻杆和钻机动力头，钻杆设置为3～5m每段，根据预先设置好的钻进深度，确定钻杆的深度类型；

压力传感系统，用于获取钻机动力头旋喷时的喷射压力，输出压力信号；压力传感器与钻杆相连；

GPS定位系统，用于确定注射钻孔位置，使得控制系统远程自动操纵高压旋喷钻机系统移动到预先布设好的钻孔点位；

控制系统，为PLC控制系统，根据所设置的参数自动控制高压旋喷钻机系统进行工作作业；所述控制系统分别控制进料系统、药剂搅拌系统、压力泵系统、高压旋喷设备、钻杆系统、压力传感系统和GPS定位系统；

所述高压旋喷注射原位修复系统通过预先设计好注射钻孔参数，包括注射半径、钻孔个数、钻孔岩性、渗透系数、提升速度和泵压，利用PLC控制系统对各种参数进行调控，实现远程操控设备移动及注射；注射完成后将各个注射钻孔参数通过电脑终端输出，获得注入药剂在地层调查深度范围内从注入点位向外扩散迁移的维度信息，后续根据药剂的扩散情况进行实时调整参数，达到精准修复目的。

2.根据权利要求1所述的一种高压旋喷注射原位修复系统，其特征在于，还包括废液处理系统，药剂搅拌过程产生的废水、废液进入废液处理系统，经过处理达标后排放。

3.一种高压旋喷注射原位修复方法，其特征在于，包括：

步骤一、建立数据模型，将所述数据模型的参数及设计参数作为整合参数导入控制系统；将现场数据矢量化，通过对矢量数据的处理分析，形成未来现场注射钻孔的基本信息，将该模型参数导入控制系统；包括对目标地点的地层岩性及污染羽进行三维数据建模，将所述地层岩性、污染物分布进行三维网格化，确定目标地点的坐标、地质及污染特征参数；其中，数据模型的参数包括：所述钻孔的属性参数、所述目标地点的地层的岩性数据参数以及所述污染羽的位置坐标和污染浓度参数；设计参数包括：钻孔编号、钻孔坐标、地层岩性、渗透系数、药剂类型、药剂浓度C、药剂投加比α、总计旋喷厚度H、单段旋喷厚度H_i，以及单段旋喷范围内的旋喷药剂量M总、M₁、M₂……M_i、不同岩性厚度D₁、D₂……D_i、不同岩性的旋喷设计压力P₁、P₂……P_i、提钻速率v₁、v₂……v_i、旋喷速度u₁、u₂……u_i、影响半径R、修复土方量V_总、V₁、V₂……V_i、旋喷时间T_总、T₁、T₂……T_i；其中单段旋喷为厚度H_i范围内，参数计算关系如下：

1)修复土方量V的计算公式为：V_i＝πR²D_i，

2)旋喷药剂量M的计算公式为：M_i＝V_i*ρ*α，ρ为土壤密度，α为药剂投加比；

3)提钻速率v的计算公式为速度v≤42cm/min；

4)旋喷速度u与旋喷设计压力P成正比，u＝kP，k为经验系数；

5)整个地层岩性厚度总计旋喷厚度

步骤二、控制系统控制高压旋喷钻机系统根据所述整合参数控制药剂计量配比、搅拌和传输，控制注射压力、提钻速度，从而控制药剂投加比、扩散半径，并根据所述整合参数执行原位修复任务；具体包括所述控制系统根据所述数据模型的参数对所用药剂进行计量配比，将所述药剂通过进料系统输送到药剂搅拌系统进行自动搅拌，然后通过压力泵作用传输至所述高压旋喷钻机系统；步骤三、控制系统实时监测钻孔环境输出实时参数，根据所述实时参数作相应的操作调整，实时参数包括所述钻孔编号、所述设计参数、所述药剂浓度C、实际药剂量m、实际压力p、实际钻进深度h和实际旋喷时间t；实时参数作相应操作调整包括所述控制系统根据所述实时参数统计并分析得到实时数据，并根据实时数据调整所述整合参数来控制高压旋喷钻机系统执行下一原位修复任务；

整体来说，控制系统的运行包括：控制系统输入整合参数后，根据设置好的整合参数控制高压旋喷钻机系统实现对药剂进行计量、搅拌和传输，远程操控高压旋喷钻机系统进行移动，针对布设好的钻孔注射修复并在线实时监测调整各项参数，关注注射钻孔各参数变化趋势；注射完成一个钻孔后，通过远程操控，基于已知的钻孔坐标，GPS定位移动到下一个注射钻孔；然后控制系统对已完成数据输出，后台控制系统参数以文档形式实时保存。