智能控制系统在罗河铁矿充填生产中的应用

李胜鹏

(安徽马钢罗河矿业有限责任公司)

安徽马钢罗河铁矿始建于2006年，在国内属于大型地下开采矿山，年产量300万t。矿山原设计采用崩落采矿法[1]，建设过程中由于地下水需疏干、征地、环保等制约因素而变更为充填采矿法[2]，变更后的初步设计及安全专篇于2013年5月通过了国家安全监管部门的审查。罗河铁矿充填站于2014年投入基建，2016年开始试生产。

1 原有充填工艺

罗河铁矿充填工艺为高浓度全尾砂胶结充填，共两个充填系列，包括一座φ14 m深锥浓密机，一座φ22 m深锥浓密机，6套搅拌制备系统，5套胶固粉添加系统，及相应的配套生产水、絮凝剂添加系统等。能够满足300万t/a的生产规模。

但由于充填系统配置电控设备严重不足，生产运行基本依靠人工现场操作，劳动强度大，误操作多，生产波动无法及时发现和处理，灰砂配比无法有效地准确控制，难以保证充填生产的工艺指标，也无法实现连续高效充填生产。

2 改进后充填工艺

尾砂浓缩系统、搅拌制备系统、输送控制系统等三大环节首先要实现主要设备的远程启停控制、仪表数据的自动采集，然后根据实际的工艺生产情况，建立完善的逻辑控制。同时，主系统以外的供水系统、除尘系统、絮凝剂制备添加系统等辅助系统，也要纳入主控制系统的控制逻辑中来，与主系统进行连锁控制，为整个充填工艺流程的顺利运行服务。

“智能生产”中最重要的是对整个充填工艺流程的把握和控制，做到逻辑严密、控制精准、符合工艺要求，同时设备之间、系统之间的连锁控制要完善，对于生产过程中的波动要能够自动纠偏和调整，故障报警要及时有效；对于充填生产中最主要的成本，胶固粉和絮凝剂的控制做到检测准确，计量精准和控制到位[3]。

进行“智能生产”，首先要确定生产条件是否满足，条件满足的情况下，进入智能启动的流程控制，首先启动引流水系统(引流水量应根据实际情况进行计算)，同时启动搅拌制备系统，井下空区见水以后，开始进行尾砂排放，停止引流水系统，下一步开启下灰(胶固粉)系统，同时开启对应的除尘系统，搅拌桶料位到达合适料位后，开启出口阀，启动过程完毕，系统进入稳态生产过程。

一次充填生产完毕后系统进入智能停车流程，首先停止下灰(胶固粉)系统，然后停止尾砂排放，同时开启冲洗水系统(冲洗水量应根据实际情况进行计算)，除尘系统可延迟停机，以保证充填站内的空气环境，充填作业面见清水以后再停止冲洗水系统。停车过程完毕，生产系统停止作业。

3 充填智能化控制系统优化方案

3.1 深锥浓密机控制与监测

利用原有深锥浓密机重锤料位计定时检测内部料位，控制系统识别当前料位是否处于安全警戒线内，智能判断能否保证高浓度放料的需求，并及时向操作人员发出警告。深锥浓密机运行扭矩、油温、油压、泥层压力等重要数据以通讯方式接入智能控制系统，并进行实时检测，当运行数据出现异常波动时第一时间向操作人员发出警告，避免设备损坏和压耙事故的出现。深锥浓密机电气控制回路以通讯方式接入智能控制系统，实现该设备的远程控制功能，减少现场人工操作。

深锥浓密机底流泵及管路阀门电气回路接入智能控制系统，通过对放砂管路浓度、流量的实时检测，计算输送干砂量，根据灰砂配比设定指导配灰系统工作。同时综合考虑搅拌桶料位的波动情况，自动调节底流泵运行频率和管路中电动管夹阀开度，保证连续放砂的同时，稳定搅拌桶料位。

3.2 准确控灰(胶固粉)

准确可靠的配灰(胶固粉)控制算法有利于保证充填体强度，同时有利于降低用灰(胶固粉)成本。罗河矿业充填系统的配灰方案是通过放砂浓度、流量计算出实时放砂干砂量，并依据设定的灰砂配比，得到实时的应配灰(胶固粉)量，智能系统自动将该量输出给螺旋输送秤，指导并实时调整螺旋输送机运行频率，达到自动控制下灰(胶固粉)量的目的。

3.3 搅拌桶料位的稳定控制

该充填站搅拌制备系统配置为立式搅拌桶单级搅拌，为了保证充填尾砂与胶固粉充分活化、搅拌均匀，需要严格控制搅拌桶进料和出料量。在此处控制中，搅拌桶液位的控制实际上对搅拌桶进、出料的平衡控制，料位位置可达到稳定。在生产过程中，该料位控制要进行分段处理，还要兼顾胶固粉的活化效果，其中涉及到高低料位紧急应变处理、料位数据滤波处理、主副级调节器优化控制处理等。在这个控制过程中，充填浓度是干扰量，控制算法中要充分考虑。罗河铁矿采用了成熟的液位控制模型，实现了液位的稳定控制，很好地避免了液位波动大、冒槽难清理等问题。

3.4 充填浓度的检测与稳定控制

放砂管路中浓度计可以实时检测放砂浓度，放砂浓度过高容易造成充填堵管事故，浓度过低不能满足采掘生产的需求，必须将充填浓度按照工艺要求稳定在要求的范围内。若采用人工调节只能保证浓度的粗略控制，智能控制系统投运后可根据浓度检测值自动判断是否进行干预，实现充填浓度的稳定控制。此处控制中，充填料浆浓度的检测相对于自动干预来说相对滞后，因此在调试过程中应给予充分考虑，需利用成熟的专业算法，提高控制精度。

3.5 搅拌桶自动冲洗、润管控制

增加搅拌桶冲洗水电磁流量计和电动阀，实现冲洗和润管自动控制，同时可计量用水量，避免过多水量进入充填空区。

3.6 充填料浆综合控制

搅拌制备后的料浆通过充填管路自流至井下充填空区，充填管路流量和浓度仪表可以有效地检测充填矿浆的情况，智能控制系统通过数据分析实现了对放砂、搅拌制备、配灰系统的反推控制，优化充填料浆的制备过程。充填系统是一套进出平衡的流程，要实现充填系统的稳定生产，需要依据充填料浆浓度及搅拌桶液位情况，实现放砂流量稳定输送、搅拌桶料位稳定等。

罗河矿业充填系统主要包含深锥浓密、搅拌制备、自流输送三大主要组成部分，尾砂浓密效果与放砂流量直接影响到搅拌制备的料位、浓度、充填体质量[4]；同时影响到自流输送量及输送效率。

3.7 手机移动端管理平台

智能手机的广泛应为工业生产系统实现手机监控成为可能，罗河充填站手机移动端管理平台功能的开发，是在充填系统稳态生产的前提下，开发专用的手机APP软件，用于对充填生产数据的查看、查询及报警，以及生产报表的查询。通过形象的界面，动态的流程，完善的数据展示实现对充填生产的远程管理功能。移动端管理平台的应用极大地提升了管理效率和管理水平，管理层可以随时随地监控充填生产情况，掌握重要生产数据，做到了一机在手，生产尽在掌握。

3.8 其它检测与调节功能

胶固粉仓的料位检测及报警；充填料浆输送流量及浓度的在线检测；生产水、应急水仓液位检测及报警、控制；应急水仓主要作为应急备用，配置液位实时检测装置作为监控使用，做到液位及时自动提醒人工补水。相应管路配置手动阀门，在充填站总电源断电情况下可以快速进行洗管作业，不至于造成严重堵管事故[5]。

3.9 完善的充填生产数据报表系统

充填系统生产数据的报表系统是充填智能化中重要的管理职能，可以为充填生产提供详细准确的管理数据，报表涵盖了充填生产过程中的开停车时间、灰砂配比、充填浓度、充填体积、胶固粉(胶固粉)用量等重要数据归档管理。并且储存于后台数据库中，自动生成年报、季报、月报、日报，通过对大数据分析可得出各个生产环节中存在的问题。

4 结 论

(1)智能充填系统可有效提供生产成本控制，胶固粉用量和絮凝剂用量作为充填生产最大的消耗成本，经过智能控制系统改造，做到了用量精准控制，同时也保证了灰砂配比的准确性和充填体强度的稳定性。

(2)智能充填系统可有效提高生产效率，降低劳动成本，由原来的每天4个班次，每班次生产6 h，总人工30人，改为每天3个班次，每班次生产8 h，总人工10人。

(3)智能充填系统可做到生产过程的动态管理，做到实时监控，及时发现问题、处理问题，并将问题所带来的影响降低到最小，减少损失。

(4)智能充填系统可做到将生产数据进行梳理、分析、总结，对充填生产的过程管控及生产分析带来了方便。并可通过大数据，对生产成本进行分析，为充填降本增效提供有力支撑。