新型尾砂充填智能化自動控制系統(tǒng)

劉曉俊 高連月 麥 強

(1.中鋼集團安徽劉塘坊礦業(yè)有限公司；2.丹東東方測控技術(shù)股份有限公司)

新型尾砂充填智能化自動控制系統(tǒng)

劉曉俊1高連月1麥 強2

(1.中鋼集團安徽劉塘坊礦業(yè)有限公司；2.丹東東方測控技術(shù)股份有限公司)

介紹了中鋼劉塘坊礦業(yè)公司尾砂充填智能控制系統(tǒng)的實施和運行情況。通過尾砂充填智能控制系統(tǒng)的實施和運行，實現(xiàn)了尾砂連續(xù)制漿和連續(xù)充填、尾砂輸送流向遠程自動切換、充填尾砂料漿濃度的有效控制以及膠凝材料的添加比例更為精確等功能，為相關(guān)應(yīng)用提供參考。

尾砂充填 智能控制系統(tǒng) 膠凝材料

新型尾砂充填工藝是在立式砂倉尾砂充填工藝的基礎(chǔ)上，開發(fā)出的一種無砂倉尾砂充填工藝[1]。該工藝以多錐體水力旋流器組為主體(代替砂倉)，對選廠排出的低濃度尾礦直接進行濃縮脫水，得到適用于井下充填要求的高濃度砂漿和低濃度溢流。由于沒有砂倉，新充填工藝運行與選廠、井下和尾礦庫三者之間關(guān)系緊密，沒有絲毫的緩沖時間。此外對旋流器底流濃度進行人工調(diào)節(jié)和控制難度較大。為此，開發(fā)出一套適用于新充填工藝要求的智能化控制系統(tǒng)，運行結(jié)果表明，尾礦可以在充填輸送和尾礦庫輸送之間任意無縫切換，選廠連續(xù)生產(chǎn)不受影響。旋流器底流濃度達到68%左右，井下充填料漿濃度達到70%左右，溢流濃度為3%～5%，實現(xiàn)了全流程遠程自動化操作。

1 新型無砂倉尾砂充填工藝

1.1 新型無砂倉尾砂充填工藝系統(tǒng)

新型無砂倉尾砂充填工藝系統(tǒng)見圖1。

圖1 充填工藝系統(tǒng)

圖1中，選廠尾礦經(jīng)渣漿泵通過3#尾礦閥和管道輸送至充填站進行濃縮脫水，濃縮底流添加膠凝材料后經(jīng)井下充填管網(wǎng)自流進入采場空區(qū)充填；溢流經(jīng)1#、2#和3#溢流管閥自流輸送至尾礦庫。當(dāng)井下不需要充填或充填系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，通過遠程控制系統(tǒng)，啟動1#和2#尾礦閥，同時關(guān)閉3#尾礦閥和1#、2#和3#溢流管閥，將尾礦由充填的輸送狀態(tài)切換至尾礦庫輸送狀態(tài)。

1.2 尾砂充填工藝流程

充填用的膠凝劑通過水泥罐車輸入水泥倉備用，選廠排出的低濃度尾礦經(jīng)尾礦泵送入旋流器進行濃縮脫水，旋流器底流自流進入攪拌桶，需要膠結(jié)充填時，啟動水泥倉底部的螺旋給料機向攪拌桶按充填工藝要求的比例添加膠凝劑，高濃度尾砂和凝聚劑經(jīng)攪拌桶充分攪拌混勻后，通過井下管網(wǎng)充填至井下采空區(qū)。充填工藝流程見圖2。

圖2 充填工藝流程

2 充填智能控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

充填智能控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由監(jiān)控站(IPC計算機系統(tǒng))、S7-400PLC控制器主站、ET200/I/O分站及充填過程工藝參數(shù)檢測儀表與執(zhí)行機構(gòu)組成[2]。監(jiān)控站布置于集中控制室內(nèi)，由IPC計算機、CRT、操作臺組成，通過通訊接口與控制器進行信息交換，可對控制系統(tǒng)進行組態(tài)監(jiān)控，對過程參數(shù)進行顯示、報警、記錄及管理。IPC計算機系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)，按照控制環(huán)網(wǎng)設(shè)計，通訊速率為100 M。 PLC控制器(主站)、ET200(分站)安裝于現(xiàn)場控制柜內(nèi)，接受上位機(監(jiān)控站)組態(tài)、監(jiān)控和現(xiàn)場監(jiān)測信號，并輸出控制信號至各控制回路的執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。所有ET200分站均通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線與主站相連接，將現(xiàn)場控制信號采集至主站(PLC)控制器中，同時將監(jiān)控站(IPC)發(fā)送的控制信號傳輸至現(xiàn)場[3]。多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控站安裝于同一操作臺上，充填智能控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖3。

圖3 充填智能控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3 現(xiàn)場自動檢測儀表和執(zhí)行機構(gòu)

現(xiàn)場自動檢測儀表有E+H壓力計、核濃度計、礦漿流量計、電流變送器、雷達料位計、超聲料位計、電磁流量計。執(zhí)行機構(gòu)有電動排渣閥、變頻器、氣動開關(guān)閥、螺旋給料機、電動開關(guān)閥、電動調(diào)節(jié)閥、螺旋秤。主要檢測參數(shù)有旋流器組進砂濃度、進砂流量、進砂壓力，旋流器組底流濃度和流量，攪拌桶電流，膠凝材料流量、給料頻率，水泥倉料位，排污坑液位；補加水流量等。

4 充填工藝過程智能控制

4.1 尾礦輸送控制回路

尾礦輸送控制涉及的主要設(shè)備有2臺尾礦庫輸送電動開關(guān)閥門，1臺充填尾砂輸送電動閥門和3臺旋流器溢流電動閥門。通過遠程自動操作電動閥門控制選廠尾礦輸送流向。

6臺閥門遠程自動控制設(shè)計有3種操作方式：①閥門單體遠程開關(guān)啟停及開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測控制；②一鍵閥門切換控制，即一鍵切換尾礦閥門與充填閥門，使尾礦快速由流向尾礦庫切換至流向充填站，或是由流向充填站切換至流向尾礦庫，一鍵切換邏輯控制原理見圖4；③排污坑液位自動監(jiān)測和控制。

4.2 旋流器控制回路

旋流器控制涉及的主要設(shè)備有1臺旋流器組(由12臺旋流器組成)，1臺旋流器壓力計和2臺尾礦輸送渣漿泵。影響旋流器運行的主要因素有進砂濃度和進砂壓力，進砂濃度由選礦工藝條件決定，因此旋流器控制回路的設(shè)計主要是旋流器進砂壓力的控制。通過旋流器壓力計檢測和反饋進砂壓力值，采用PID模糊控制渣漿泵變頻器，調(diào)整渣漿泵轉(zhuǎn)速控制旋流器進砂壓力，同時輔以遠程啟閉旋流器進料氣動閥來控制旋流器的運行數(shù)量，達到進一步調(diào)整和控制旋流器進料壓力的目的[4]。

圖4 尾礦輸送控制邏輯原理

4.3 制漿控制回路

涉及的主要設(shè)備有3臺氣動排渣閥，1臺放砂管流量計，1臺放砂管濃度計，2臺攪拌桶電機，1臺濃度水調(diào)節(jié)閥，1臺螺旋電子稱，1臺水泥倉料位計。制漿控制回路是充填工藝控制的重要部分，即通過螺旋給料機按充填料漿所需的灰砂比進行準(zhǔn)確的加灰控制,共分為定頻給料控制、定量給料控制、優(yōu)化給料控制等3種模式。文中主要介紹優(yōu)化控制模式,首先采用雙回路恒值控制，即通過旋流器底流放砂流量、濃度的檢測值，結(jié)合濃度對應(yīng)的容重和預(yù)設(shè)的灰沙比綜合計算出預(yù)定加灰給料的質(zhì)量；然后根據(jù)螺旋電子稱反饋的實時質(zhì)量通過PLC內(nèi)部的PID進行計算調(diào)節(jié)，自動控制螺旋給料機變頻器的頻率，達到實時調(diào)整和控制給灰量的目的。當(dāng)放砂管中尾砂的濃度發(fā)生變化時，系統(tǒng)將自動選擇相應(yīng)的容重進行計算。

4.4 充填料漿輸送控制回路

經(jīng)攪拌桶攪拌均勻的充填料漿自桶上沿自流至充填料斗，由充填料斗經(jīng)充填鉆孔管自流至井下充填管網(wǎng)。充填料斗安裝于排污池中，池邊上方安裝有液位計，池中一角安裝有排污泵?？刂苹芈分饕ㄟ^液位計檢測池中液位和反饋遠程自動切換尾礦輸送控制。排污池液位設(shè)定高、中、低3個限值。當(dāng)充填料斗堵塞或井下料漿輸送管網(wǎng)堵塞時，料漿便會溢出充填料斗至排污池中，液位計則會檢測到液位上升。當(dāng)液位達到中限值時，充填系統(tǒng)自動將尾礦充填輸送模式切換至尾礦庫輸送模式；當(dāng)液位繼續(xù)上升到高限值時，排污泵自動開啟進行排污作業(yè)；當(dāng)液位降到低限值時，排污泵自動停止工作。

4.5 充填前、后充填管沖洗水控制回路

充填前充填管道需要加水潤洗，以降低管道阻力，充填結(jié)束后沖洗管道，降低灰漿對管道的腐蝕。沖洗水來自于選廠生產(chǎn)供水管網(wǎng)，通過遠程啟閉電動開關(guān)閥控制充填前的潤管和充填后的洗管工序。

5 結(jié) 語

中鋼劉塘坊礦業(yè)公司尾砂充填智能控制系統(tǒng)通過一鍵切換遠程控制和故障狀態(tài)下的智能切換，使充填系統(tǒng)涉及的選廠、充填站和尾礦庫的生產(chǎn)達到無縫銜接，高效運行。膠結(jié)充填時加灰的優(yōu)化智能控制，使得灰砂比和加灰量的控制更加精確。旋流器遠程自動控制的實現(xiàn)，使得旋流器底流產(chǎn)率和充填料漿濃度均達到70%以上，對于同類礦山的尾砂系統(tǒng)的優(yōu)化具有一定的借鑒價值。

[1] 劉曉俊，馬毅敏.新型無砂倉尾砂膠結(jié)充填技術(shù)[J]. 金屬礦山，2014(8)：15-18

[2] 陳之功.尾砂充填自動控制系統(tǒng)[J].金屬礦山，2012(10)：110-112

[3] 夏 卿.FIX軟件在磨礦分級自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].金屬礦山，2001(1)：39-42

[4] 劉 磊，呂憲俊，王 建，等.濃縮型旋流器自動控制系統(tǒng)的研究[J].中國礦業(yè)，2009(1)：59-63.

2015-01-19)

劉曉俊(1970—)，男，高級工程師，237471 安徽省霍邱縣周集鎮(zhèn)。