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，共兩個充填系列，包括一座φ14 m深錐濃密機，一座φ22 m深錐濃密機，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)運行基本依靠人工現(xiàn)場操作，勞動強度大，誤操作多，生產(chǎn)波動無法及時發(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)，也無法實現(xiàn)連續(xù)高效充填生產(chǎn)。

2 改進后充填工藝

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)首先要實現(xiàn)主要設(shè)備的遠程啟停控制、儀表數(shù)據(jù)的自動采集，然后根據(jù)實際的工藝生產(chǎn)情況，建立完善的邏輯控制。同時，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)進行連鎖控制，為整個充填工藝流程的順利運行服務(wù)。

“智能生產(chǎn)”中最重要的是對整個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，同時設(shè)備之間、系統(tǒng)之間的連鎖控制要完善，對于生產(chǎn)過程中的波動要能夠自動糾偏和調(diào)整，故障報警要及時有效；對于充填生產(chǎn)中最主要的成本，膠固粉和絮凝劑的控制做到檢測準(zhǔn)確，計量精準(zhǔn)和控制到位[3]。

進行“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，進入智能啟動的流程控制，首先啟動引流水系統(tǒng)(引流水量應(yīng)根據(jù)實際情況進行計算)，同時啟動攪拌制備系統(tǒng)，井下空區(qū)見水以后，開始進行尾砂排放，停止引流水系統(tǒng)，下一步開啟下灰(膠固粉)系統(tǒng)，同時開啟對應(yīng)的除塵系統(tǒng)，攪拌桶料位到達合適料位后，開啟出口閥，啟動過程完畢，系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)過程。

一次充填生產(chǎn)完畢后系統(tǒng)進入智能停車流程，首先停止下灰(膠固粉)系統(tǒng)，然后停止尾砂排放，同時開啟沖洗水系統(tǒng)(沖洗水量應(yīng)根據(jù)實際情況進行計算)，除塵系統(tǒng)可延遲停機，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 深錐濃密機控制與監(jiān)測

利用原有深錐濃密機重錘料位計定時檢測內(nèi)部料位，控制系統(tǒng)識別當(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，并及時向操作人員發(fā)出警告。深錐濃密機運行扭矩、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)，并進行實時檢測，當(dāng)運行數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常波動時第一時間向操作人員發(fā)出警告，避免設(shè)備損壞和壓耙事故的出現(xiàn)。深錐濃密機電氣控制回路以通訊方式接入智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)該設(shè)備的遠程控制功能，減少現(xiàn)場人工操作。

深錐濃密機底流泵及管路閥門電氣回路接入智能控制系統(tǒng)，通過對放砂管路濃度、流量的實時檢測，計算輸送干砂量，根據(jù)灰砂配比設(shè)定指導(dǎo)配灰系統(tǒng)工作。同時綜合考慮攪拌桶料位的波動情況，自動調(diào)節(jié)底流泵運行頻率和管路中電動管夾閥開度，保證連續(xù)放砂的同時，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度，同時有利于降低用灰(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、流量計算出實時放砂干砂量，并依據(jù)設(shè)定的灰砂配比，得到實時的應(yīng)配灰(膠固粉)量，智能系統(tǒng)自動將該量輸出給螺旋輸送秤，指導(dǎo)并實時調(diào)整螺旋輸送機運行頻率，達到自動控制下灰(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)格控制攪拌桶進料和出料量。在此處控制中，攪拌桶液位的控制實際上對攪拌桶進、出料的平衡控制，料位位置可達到穩(wěn)定。在生產(chǎn)過程中，該料位控制要進行分段處理，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、主副級調(diào)節(jié)器優(yōu)化控制處理等。在這個控制過程中，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，實現(xiàn)了液位的穩(wěn)定控制，很好地避免了液位波動大、冒槽難清理等問題。

3.4 充填濃度的檢測與穩(wěn)定控制

放砂管路中濃度計可以實時檢測放砂濃度，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)投運后可根據(jù)濃度檢測值自動判斷是否進行干預(yù)，實現(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相對于自動干預(yù)來說相對滯后，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 攪拌桶自動沖洗、潤管控制

增加攪拌桶沖洗水電磁流量計和電動閥，實現(xiàn)沖洗和潤管自動控制，同時可計量用水量，避免過多水量進入充填空區(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充填礦漿的情況，智能控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)了對放砂、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)是一套進出平衡的流程，要實現(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]；同時影響到自流輸送量及輸送效率。

3.7 手機移動端管理平臺

智能手機的廣泛應(yīng)為工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)手機監(jiān)控成為可能，羅河充填站手機移動端管理平臺功能的開發(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APP軟件，用于對充填生產(chǎn)數(shù)據(jù)的查看、查詢及報警，以及生產(chǎn)報表的查詢。通過形象的界面，動態(tài)的流程，完善的數(shù)據(jù)展示實現(xiàn)對充填生產(chǎn)的遠程管理功能。移動端管理平臺的應(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)，做到了一機在手，生產(chǎn)盡在掌握。

3.8 其它檢測與調(diào)節(jié)功能

膠固粉倉的料位檢測及報警；充填料漿輸送流量及濃度的在線檢測；生產(chǎn)水、應(yīng)急水倉液位檢測及報警、控制；應(yīng)急水倉主要作為應(yīng)急備用，配置液位實時檢測裝置作為監(jiān)控使用，做到液位及時自動提醒人工補水。相應(yīng)管路配置手動閥門，在充填站總電源斷電情況下可以快速進行洗管作業(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)報表系統(tǒng)

充填系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的報表系統(tǒng)是充填智能化中重要的管理職能，可以為充填生產(chǎn)提供詳細準(zhǔn)確的管理數(shù)據(jù)，報表涵蓋了充填生產(chǎn)過程中的開停車時間、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。并且儲存于后臺數(shù)據(jù)庫中，自動生成年報、季報、月報、日報，通過對大數(shù)據(jù)分析可得出各個生產(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，同時也保證了灰砂配比的準(zhǔn)確性和充填體強度的穩(wěn)定性。

(2)智能充填系統(tǒng)可有效提高生產(chǎn)效率，降低勞動成本，由原來的每天4個班次，每班次生產(chǎn)6 h，總?cè)斯?0人，改為每天3個班次，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)過程的動態(tài)管理，做到實時監(jiān)控，及時發(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)進行梳理、分析、總結(jié)，對充填生產(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)，對生產(chǎn)成本進行分析，為充填降本增效提供有力支撐。