智能控制系統(tǒng)在羅河鐵礦充填生產(chǎn)中的應(yīng)用

李勝鵬

(安徽馬鋼羅河礦業(yè)有限責(zé)任公司)

安徽馬鋼羅河鐵礦始建于2006年，在國內(nèi)屬于大型地下開采礦山，年產(chǎn)量300萬t。礦山原設(shè)計(jì)采用崩落采礦法[1]，建設(shè)過程中由于地下水需疏干、征地、環(huán)保等制約因素而變更為充填采礦法[2]，變更后的初步設(shè)計(jì)及安全專篇于2013年5月通過了國家安全監(jiān)管部門的審查。羅河鐵礦充填站于2014年投入基建，2016年開始試生產(chǎn)。

1 原有充填工藝

羅河鐵礦充填工藝為高濃度全尾砂膠結(jié)充填，共兩個(gè)充填系列，包括一座φ14 m深錐濃密機(jī)，一座φ22 m深錐濃密機(jī)，6套攪拌制備系統(tǒng)，5套膠固粉添加系統(tǒng)，及相應(yīng)的配套生產(chǎn)水、絮凝劑添加系統(tǒng)等。能夠滿足300萬t/a的生產(chǎn)規(guī)模。

但由于充填系統(tǒng)配置電控設(shè)備嚴(yán)重不足，生產(chǎn)運(yùn)行基本依靠人工現(xiàn)場(chǎng)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，誤操作多，生產(chǎn)波動(dòng)無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，灰砂配比無法有效地準(zhǔn)確控制，難以保證充填生產(chǎn)的工藝指標(biāo)，也無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效充填生產(chǎn)。

2 改進(jìn)后充填工藝

尾砂濃縮系統(tǒng)、攪拌制備系統(tǒng)、輸送控制系統(tǒng)等三大環(huán)節(jié)首先要實(shí)現(xiàn)主要設(shè)備的遠(yuǎn)程啟?？刂啤x表數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，然后根據(jù)實(shí)際的工藝生產(chǎn)情況，建立完善的邏輯控制。同時(shí)，主系統(tǒng)以外的供水系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、絮凝劑制備添加系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)，也要納入主控制系統(tǒng)的控制邏輯中來，與主系統(tǒng)進(jìn)行連鎖控制，為整個(gè)充填工藝流程的順利運(yùn)行服務(wù)。

“智能生產(chǎn)”中最重要的是對(duì)整個(gè)充填工藝流程的把握和控制，做到邏輯嚴(yán)密、控制精準(zhǔn)、符合工藝要求，同時(shí)設(shè)備之間、系統(tǒng)之間的連鎖控制要完善，對(duì)于生產(chǎn)過程中的波動(dòng)要能夠自動(dòng)糾偏和調(diào)整，故障報(bào)警要及時(shí)有效；對(duì)于充填生產(chǎn)中最主要的成本，膠固粉和絮凝劑的控制做到檢測(cè)準(zhǔn)確，計(jì)量精準(zhǔn)和控制到位[3]。

進(jìn)行“智能生產(chǎn)”，首先要確定生產(chǎn)條件是否滿足，條件滿足的情況下，進(jìn)入智能啟動(dòng)的流程控制，首先啟動(dòng)引流水系統(tǒng)(引流水量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算)，同時(shí)啟動(dòng)攪拌制備系統(tǒng)，井下空區(qū)見水以后，開始進(jìn)行尾砂排放，停止引流水系統(tǒng)，下一步開啟下灰(膠固粉)系統(tǒng)，同時(shí)開啟對(duì)應(yīng)的除塵系統(tǒng)，攪拌桶料位到達(dá)合適料位后，開啟出口閥，啟動(dòng)過程完畢，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)過程。

一次充填生產(chǎn)完畢后系統(tǒng)進(jìn)入智能停車流程，首先停止下灰(膠固粉)系統(tǒng)，然后停止尾砂排放，同時(shí)開啟沖洗水系統(tǒng)(沖洗水量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算)，除塵系統(tǒng)可延遲停機(jī)，以保證充填站內(nèi)的空氣環(huán)境，充填作業(yè)面見清水以后再停止沖洗水系統(tǒng)。停車過程完畢，生產(chǎn)系統(tǒng)停止作業(yè)。

3 充填智能化控制系統(tǒng)優(yōu)化方案

3.1 深錐濃密機(jī)控制與監(jiān)測(cè)

利用原有深錐濃密機(jī)重錘料位計(jì)定時(shí)檢測(cè)內(nèi)部料位，控制系統(tǒng)識(shí)別當(dāng)前料位是否處于安全警戒線內(nèi)，智能判斷能否保證高濃度放料的需求，并及時(shí)向操作人員發(fā)出警告。深錐濃密機(jī)運(yùn)行扭矩、油溫、油壓、泥層壓力等重要數(shù)據(jù)以通訊方式接入智能控制系統(tǒng)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)運(yùn)行數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)第一時(shí)間向操作人員發(fā)出警告，避免設(shè)備損壞和壓耙事故的出現(xiàn)。深錐濃密機(jī)電氣控制回路以通訊方式接入智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)該設(shè)備的遠(yuǎn)程控制功能，減少現(xiàn)場(chǎng)人工操作。

深錐濃密機(jī)底流泵及管路閥門電氣回路接入智能控制系統(tǒng)，通過對(duì)放砂管路濃度、流量的實(shí)時(shí)檢測(cè)，計(jì)算輸送干砂量，根據(jù)灰砂配比設(shè)定指導(dǎo)配灰系統(tǒng)工作。同時(shí)綜合考慮攪拌桶料位的波動(dòng)情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)底流泵運(yùn)行頻率和管路中電動(dòng)管夾閥開度，保證連續(xù)放砂的同時(shí)，穩(wěn)定攪拌桶料位。

3.2 準(zhǔn)確控灰(膠固粉)

準(zhǔn)確可靠的配灰(膠固粉)控制算法有利于保證充填體強(qiáng)度，同時(shí)有利于降低用灰(膠固粉)成本。羅河礦業(yè)充填系統(tǒng)的配灰方案是通過放砂濃度、流量計(jì)算出實(shí)時(shí)放砂干砂量，并依據(jù)設(shè)定的灰砂配比，得到實(shí)時(shí)的應(yīng)配灰(膠固粉)量，智能系統(tǒng)自動(dòng)將該量輸出給螺旋輸送秤，指導(dǎo)并實(shí)時(shí)調(diào)整螺旋輸送機(jī)運(yùn)行頻率，達(dá)到自動(dòng)控制下灰(膠固粉)量的目的。

3.3 攪拌桶料位的穩(wěn)定控制

該充填站攪拌制備系統(tǒng)配置為立式攪拌桶單級(jí)攪拌，為了保證充填尾砂與膠固粉充分活化、攪拌均勻，需要嚴(yán)格控制攪拌桶進(jìn)料和出料量。在此處控制中，攪拌桶液位的控制實(shí)際上對(duì)攪拌桶進(jìn)、出料的平衡控制，料位位置可達(dá)到穩(wěn)定。在生產(chǎn)過程中，該料位控制要進(jìn)行分段處理，還要兼顧膠固粉的活化效果，其中涉及到高低料位緊急應(yīng)變處理、料位數(shù)據(jù)濾波處理、主副級(jí)調(diào)節(jié)器優(yōu)化控制處理等。在這個(gè)控制過程中，充填濃度是干擾量，控制算法中要充分考慮。羅河鐵礦采用了成熟的液位控制模型，實(shí)現(xiàn)了液位的穩(wěn)定控制，很好地避免了液位波動(dòng)大、冒槽難清理等問題。

3.4 充填濃度的檢測(cè)與穩(wěn)定控制

放砂管路中濃度計(jì)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)放砂濃度，放砂濃度過高容易造成充填堵管事故，濃度過低不能滿足采掘生產(chǎn)的需求，必須將充填濃度按照工藝要求穩(wěn)定在要求的范圍內(nèi)。若采用人工調(diào)節(jié)只能保證濃度的粗略控制，智能控制系統(tǒng)投運(yùn)后可根據(jù)濃度檢測(cè)值自動(dòng)判斷是否進(jìn)行干預(yù)，實(shí)現(xiàn)充填濃度的穩(wěn)定控制。此處控制中，充填料漿濃度的檢測(cè)相對(duì)于自動(dòng)干預(yù)來說相對(duì)滯后，因此在調(diào)試過程中應(yīng)給予充分考慮，需利用成熟的專業(yè)算法，提高控制精度。

3.5 攪拌桶自動(dòng)沖洗、潤管控制

增加攪拌桶沖洗水電磁流量計(jì)和電動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)沖洗和潤管自動(dòng)控制，同時(shí)可計(jì)量用水量，避免過多水量進(jìn)入充填空區(qū)。

3.6 充填料漿綜合控制

攪拌制備后的料漿通過充填管路自流至井下充填空區(qū)，充填管路流量和濃度儀表可以有效地檢測(cè)充填礦漿的情況，智能控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)了對(duì)放砂、攪拌制備、配灰系統(tǒng)的反推控制，優(yōu)化充填料漿的制備過程。充填系統(tǒng)是一套進(jìn)出平衡的流程，要實(shí)現(xiàn)充填系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)，需要依據(jù)充填料漿濃度及攪拌桶液位情況，實(shí)現(xiàn)放砂流量穩(wěn)定輸送、攪拌桶料位穩(wěn)定等。

羅河礦業(yè)充填系統(tǒng)主要包含深錐濃密、攪拌制備、自流輸送三大主要組成部分，尾砂濃密效果與放砂流量直接影響到攪拌制備的料位、濃度、充填體質(zhì)量[4]；同時(shí)影響到自流輸送量及輸送效率。

3.7 手機(jī)移動(dòng)端管理平臺(tái)

智能手機(jī)的廣泛應(yīng)為工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手機(jī)監(jiān)控成為可能，羅河充填站手機(jī)移動(dòng)端管理平臺(tái)功能的開發(fā)，是在充填系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)的前提下，開發(fā)專用的手機(jī)APP軟件，用于對(duì)充填生產(chǎn)數(shù)據(jù)的查看、查詢及報(bào)警，以及生產(chǎn)報(bào)表的查詢。通過形象的界面，動(dòng)態(tài)的流程，完善的數(shù)據(jù)展示實(shí)現(xiàn)對(duì)充填生產(chǎn)的遠(yuǎn)程管理功能。移動(dòng)端管理平臺(tái)的應(yīng)用極大地提升了管理效率和管理水平，管理層可以隨時(shí)隨地監(jiān)控充填生產(chǎn)情況，掌握重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)，做到了一機(jī)在手，生產(chǎn)盡在掌握。

3.8 其它檢測(cè)與調(diào)節(jié)功能

膠固粉倉的料位檢測(cè)及報(bào)警；充填料漿輸送流量及濃度的在線檢測(cè)；生產(chǎn)水、應(yīng)急水倉液位檢測(cè)及報(bào)警、控制；應(yīng)急水倉主要作為應(yīng)急備用，配置液位實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置作為監(jiān)控使用，做到液位及時(shí)自動(dòng)提醒人工補(bǔ)水。相應(yīng)管路配置手動(dòng)閥門，在充填站總電源斷電情況下可以快速進(jìn)行洗管作業(yè)，不至于造成嚴(yán)重堵管事故[5]。

3.9 完善的充填生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表系統(tǒng)

充填系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的報(bào)表系統(tǒng)是充填智能化中重要的管理職能，可以為充填生產(chǎn)提供詳細(xì)準(zhǔn)確的管理數(shù)據(jù)，報(bào)表涵蓋了充填生產(chǎn)過程中的開停車時(shí)間、灰砂配比、充填濃度、充填體積、膠固粉(膠固粉)用量等重要數(shù)據(jù)歸檔管理。并且儲(chǔ)存于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中，自動(dòng)生成年報(bào)、季報(bào)、月報(bào)、日?qǐng)?bào)，通過對(duì)大數(shù)據(jù)分析可得出各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中存在的問題。

4 結(jié) 論

(1)智能充填系統(tǒng)可有效提供生產(chǎn)成本控制，膠固粉用量和絮凝劑用量作為充填生產(chǎn)最大的消耗成本，經(jīng)過智能控制系統(tǒng)改造，做到了用量精準(zhǔn)控制，同時(shí)也保證了灰砂配比的準(zhǔn)確性和充填體強(qiáng)度的穩(wěn)定性。

(2)智能充填系統(tǒng)可有效提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)成本，由原來的每天4個(gè)班次，每班次生產(chǎn)6 h，總?cè)斯?0人，改為每天3個(gè)班次，每班次生產(chǎn)8 h，總?cè)斯?0人。

(3)智能充填系統(tǒng)可做到生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)管理，做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、處理問題，并將問題所帶來的影響降低到最小，減少損失。

(4)智能充填系統(tǒng)可做到將生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理、分析、總結(jié)，對(duì)充填生產(chǎn)的過程管控及生產(chǎn)分析帶來了方便。并可通過大數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)成本進(jìn)行分析，為充填降本增效提供有力支撐。