宋允國 史曉暉 尚念鵬

【摘 要】隨著礦井儲量的逐漸減少， 煤炭資源的枯竭與經(jīng)濟發(fā)展的矛盾日益突出， 有效充分利用地下資源，延長礦井壽命，促進煤炭工業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。該型充填站主要是針對：井下采空區(qū)、廢棄巷道的充填，解放建筑物下壓煤。文章重點介紹了JZZ-320型礦用全自動攪拌充填系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計難點、創(chuàng)新點及應(yīng)用

【關(guān)鍵詞】攪拌充填；三維建模；自動配比稱重；超高水；恒流量閉環(huán)控制。

1、概述、術(shù)語

JZZ系列充填系統(tǒng)能夠?qū)⒊咚牧螦、B、AA、BB粉料、水進行全自動配比、稱量、攪拌制漿制備出A、B兩種漿液。將兩種漿液通過泵輸送或通過自流的恒流量控制系統(tǒng)進行混合，形成的漿體在一定時間內(nèi)膠結(jié)、凝聚，達到設(shè)計強度0.77實現(xiàn)采空區(qū)充填?；旌虾蟮臐{體中水體積可達95%～97%。

2、主要結(jié)構(gòu)及功用

2.1、電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)主要有兩臺動力柜、兩臺PLC控制柜、六個現(xiàn)場控制箱、操作臺上位機系統(tǒng)、現(xiàn)場儀表及執(zhí)行元件等組成：

2.2、粉料儲存導(dǎo)料稱量裝置：由粉料倉、螺旋輸送機、粉料稱量裝置等組成。粉料倉設(shè)計為天圓地方結(jié)構(gòu)，錐體無死角，物料下料通暢，能有效防止物料殘存，粉料稱量裝置上部設(shè)計為圓柱形，下部設(shè)計錐體，保證物料不積存料倉，粉料倉和粉料稱量裝置錐體下部設(shè)有震動破拱裝置，克服因環(huán)境潮濕物料結(jié)拱問題。

2.3、混合稱量裝置：由箱體、稱重傳感器等組成。

2.4、水箱部分：主要作用：精稱水的緩沖箱、兼顧沖洗AA藥劑箱。

2.5、粉料卸料分配裝置：由汽缸、接近開關(guān)、擺桿機構(gòu)等組成。主要作用：粉料配料、卸料過程全封閉，沒有粉塵。稱量好的粉料通過開啟稱斗下部氣動蝶閥及汽缸翻板導(dǎo)向機構(gòu)有序放料卸至攪拌機。

2.6、添加劑稱量裝置：由箱體、稱重傳感器等管路等組成。主要作用：稱量來自添加劑防沉淀裝置輸送來的料漿重量，與A粉料、超高水實現(xiàn)配比。

2.7、主結(jié)構(gòu)部分：由可自由拆裝式的爬梯、護欄、主結(jié)構(gòu)上層、主結(jié)構(gòu)中層、主結(jié)構(gòu)下層等組成。主要作用：支撐攪拌桶及各種箱體稱量裝置、安放氣控箱等。

2.8、攪拌裝置：由4個攪拌桶、管路等組成。主要作用：依次順序攪拌A粉料、AA礦漿、超高水，使其充分混合，并實現(xiàn)依次順序放漿。

2.9、氣控箱：由電磁閥、管接頭、氣源管路等組成。

2.10、氣源控制管路：由氣源三聯(lián)件、管接頭氣源管路等組成。

2.11、混合分配器：主要作用：為4處攪拌桶依次分流放料。

2.12、成品料漿攪拌裝置：由攪拌傳動裝置、機架、液位計等組成。

2.13、添加劑管路：由管道離心泵、管路、閥門等組成。

2.14、水管路：由管道離心泵、管路、閥門等組成。

3、解決的難題

3.1、結(jié)構(gòu)不緊湊、人工拆包粉料上料、粉料倉料位檢測問題、下料不通暢易接拱難題，粉料在輸送稱量卸料過程中的粉塵問題。

3.2、充填水的保溫難題—水溫控制在17℃以上時稱重、配比、攪拌、制漿生產(chǎn)出的漿體輸送至需充填的巷道才能達到理想的反應(yīng)凝固。

3.3、A、B、AA、BB粉料自動配比精度、稱量精度、導(dǎo)料、卸料方式實現(xiàn)及水的快速精確稱量難題。

3.4、攪拌主機、攪拌輔機的攪拌效率、效果及粉料與水的充分混合攪拌難題。

3.5、成品料漿恒流量自流（泵輸送）控制難題。

3.6、主機制漿設(shè)備的一用一備結(jié)構(gòu)設(shè)計難題（該系統(tǒng)由A＼B自動制漿生產(chǎn)線組成。

3.7、PLC控制系統(tǒng)的控制

4、國家專利、創(chuàng)新點

（1）一種全自動多種物料精確配比混合制漿攪拌系統(tǒng)

（2）一種粉料卸料分配裝置國家專利

（3）一種雙葉輪紊流制漿攪拌桶國家專利

（4）一種液體快速自動精確稱重裝置

4.1恒流量自流控制系統(tǒng)：

（1）甲、乙兩種漿料的配比控制采用單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，即：檢測甲漿液流量并通過比值控制器換算作為乙漿料的給定輸入，同時檢測乙漿液流量并實現(xiàn)閉環(huán)控制，使乙漿料的流量始終跟隨甲漿料流量的變化，保證甲、乙兩種漿料的等量輸送，保障充填效果。實施中采用粘度較大的漿液作為甲漿料，避免乙漿料的供應(yīng)不足造成配比失控。

（2）甲、乙兩種漿料同時實現(xiàn)流量超出正常范圍時報警，提醒值班人員進行人工干預(yù)。

（3）檢測甲、乙兩種漿料池液位并實時顯示，在實現(xiàn)高低液位報警的同時比較甲、乙漿料池液位變化率，實現(xiàn)變化率異常時的報警及作為配比控制的參考依據(jù)。

4.2、一鍵啟車功能：充填攪拌站控制系統(tǒng)能實現(xiàn)全自動控制，操作員只需按一下操作畫面上的開始生產(chǎn)按鈕，系統(tǒng)將按照操作員預(yù)先設(shè)定好的生產(chǎn)參數(shù)自動進行生產(chǎn)。

4.3、系統(tǒng)選擇功能：A漿和B漿各設(shè)甲乙兩條生產(chǎn)線，甲乙兩條生產(chǎn)線是否投入生產(chǎn)可根據(jù)生產(chǎn)量隨意進行選擇，在正常生產(chǎn)過程中也可以隨時投入或撤出任一條生產(chǎn)線。

4.4、閉鎖保護功能：在各攪拌桶裝有液位計、粉倉裝有料位計、清水池裝有溫度檢測裝置，這些傳感器使控制系統(tǒng)所有倉/桶中的料位液位按照工藝要求實現(xiàn)液位閉環(huán)控制，防止跑冒和抽干。

4.5、掉電保護功能：整個PLC控制系統(tǒng)的每個控制柜進線電源和上位機系統(tǒng)電源都由UPS提供。系統(tǒng)如果突然停電，上位機系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)能繼續(xù)保持供電，以便操作員及時對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行善后處理和妥善保存。

4.6、工程師站功能：對整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)進行管理，主要完成數(shù)據(jù)庫、圖形、控制算法、報表的組態(tài)和簡化歷史庫、事故追憶、變量組定義等參數(shù)配置，以及組態(tài)及組態(tài)數(shù)據(jù)的打印、下裝，并完成在線運行監(jiān)視和管理以及信息上傳等功能。

4.7、操作員站功能：操作員站作為指令操作終端，所有控制指令的下達，如系統(tǒng)啟停，控制方式轉(zhuǎn)換，工藝流程參數(shù)的設(shè)定，單臺設(shè)備的遠(yuǎn)方控制等均通過鍵盤或鼠標(biāo)完成；并把各分站處理的各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)，開關(guān)量（設(shè)備的運行、停止、故障信號、保護信號等），模擬量（壓力、溫度、流量、液位、倉位等）集中管理，并進行適當(dāng)?shù)拈]環(huán)自適應(yīng)控制。

4.8、故障報警功能：當(dāng)設(shè)備故障或模擬量超限時，生產(chǎn)監(jiān)測及管理網(wǎng)絡(luò)同步顯示故障設(shè)備名稱，并可實現(xiàn)語音報警、實時打印故障功能。

4.9、數(shù)據(jù)查詢功能：生產(chǎn)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)均可存貯于生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫中，可實現(xiàn)歷史回顯、歷史趨勢分析，及直方圖、餅圖等進行綜合分析。

4.10、生產(chǎn)優(yōu)化功能：在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中建立了綜合歷史數(shù)據(jù)庫，定時將生產(chǎn)、經(jīng)營等數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，制作計劃、生產(chǎn)完成情況的趨勢分析圖表，為今后的生產(chǎn)計劃提供參考。

4.11、稱重通訊功能：稱重儀表和PLC通過RS485通訊，可對每一只傳感器的稱重狀態(tài)進行監(jiān)測和分析，實現(xiàn)了在線故障的檢測，有一只傳感器發(fā)生故障時，仍可根據(jù)該傳感器以往的信息，在不更換該傳感器的情況下，使系統(tǒng)在保證一定準(zhǔn)確度的情況下繼續(xù)工作。

5、結(jié)語

該系統(tǒng)生產(chǎn)能力大，周期短，材料配比準(zhǔn)確，充填工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單， 機械自動化程度高， 實際應(yīng)用與操作方便， 可以實現(xiàn)配比選擇、上料、校稱、稱重、制漿攪拌、流量檢測、生產(chǎn)盤數(shù)等的全自動控制，實現(xiàn)了一鍵啟動整機自動化運行。

【參考文獻】

[1] 馮光明、王成真.超高水材料采空區(qū)充填工藝系統(tǒng)與應(yīng)用研究.[論文] ：山東科技大學(xué)學(xué)報，2011