胶结充填系统充填料浆浓度的稳定控制.pdf

第 3 0卷第 5期 南色矿山 No f t f e y r o us M i r t e s Se p ． 2 001 V0l 30 No 5 胶 结 充填 系统 充填 料浆 浓度 的稳 定控 制 崔 刚 中 国矿 业 大学 北 京 校 区．北 京 1 0 0 0 8 3 [ 关键 词 ]腔 结 充填 ；充填 料浆 ；浓 度控 制 二 级 控 制 c 摘要 ]在胶 结 充填 系统 的 宽填 站 自动 控制 中， 充填 料 浆 浓 度 的控 制 直接 彰 响 充填 质量 。为 了实现 充填 料浆 浓度 的稳 定 可靠 控 制 ． 本 文从 J 艺 角度 出发 ， 改 变 料 浆 制 备 过 程 ， 从 而 改 变 其 自动 控 制 过 程 ， 通 过 二 级控 制 实 现浓 度 稳 定拄 制 的 目的 ． 匀实际 直 甩提 供 薪 的 思路 和 借 鉴作 用。 [ 中圉分 类 号 ]T D8 5 3 3 4 3[ 文 献标 识 码 ]A c 文章 编 号 ]1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 1 0 5 0 0 2 1 0 3 St e a dy c 0n c e nt r a t i 0 n c o nt r o l of f i l l i ng m a t e r i a l i 1 1 c e m e nt i ng f i l l i ng s y s t e m CU IGa ng f e i j i n g C a mpu s o f Ch i n a Un i v e r c i t y。r Mi ni n g a n d Te c h n o l o g y，Be i j i n g 1 0 0 08 3，Ch i n a Ke y wo r d s c e me n t i n g f i l l ；f i l l i n g ma t e r i a l ；c o n c e n t r a t i o n c o n t r o l ；s e c o n d o r d e r c o n t rol Ab s t r a c t I n f i l l i n g s a t l o n c o n t r o f c e me n t i n g f i l l i n g s y s t e m，t he c o n c e n t r a t i o n c o n t r o l o f“ 儿 i n g ma t e r l a l a f f e c t s f i l l i n g q u a l i t y di r e c t l y ．I n o r d e r t o r e a l i z e t h e s t e a d y c o n c e n t r a t i o n c o n t r o l o f f i l l i n g ma t e r i a l ，ma t e r i a l p r e p a r i n g p r o c e s s i s c h a n g e d f r o m a t e c hn o l o gy p o i n t o f v i e w，t he r e f o r e t h e c o n c e nt r a t i o n c o nt r o l pr o c e s s i s a l s o c ha n ge d． a n d t h e s t e a dy c o nc e nt r a t i on c ont r 0 l i s r e a l i z ed t h r o u g h s e c o n d o r d e r c o nt r o l ，wh i c h p r o v i d e s a D e W i d e a a n d i s h e l p f u l f o r a c t u a l a n d a p p l i c a t i o n 在胶结 充填 系统 中 ， 特 别是高 浓 度 胶 结 充填 系统， 配制 的 充填 料浆 不仅 要 求 具 有较 高浓 度 同时 又要 保证 其 能够 顺 利 输迭 。 含 水量很 小 的变 化都 会影响 充填 料浆 的流动 特 性 及管 输阻 力， 因此 充 填 料浆 浓度 的 稳 定控 制是 十分关 键 的 ， 是 实 现 充填体 具 有 可 靠强 度所 必须 的。 1 充填料浆 浓度控制及存在 的问题 1 。 1 充填 料浆 浓 度控制 用于井 下充 填的 充填 料 浆是 由尾 砂 、 胶 凝剂和水 按一 定 比倒配 制而 成。 因而充填料 浆 浓度控制 由两 部 分组 成 尾砂 浆 浓度 控 制 c 收稿 日期 ]2 0 0 1 0 4 0 9 t 作 者简 介 ]崔 刚 1 9 7 1一 ． 男 ． 河 北 淹 州 市 ， 中 国矿 业大 学 北京 铰 区． 在 读 博 士 。 和 胶凝剂 掭加量控 制 。 根据 充填工 艺 对 充填 料 浆 浓 度 的 要 求， 胶凝剂的配比， 可以换算得到要求的尾砂浆 浓度 ， 并将此 作为尾砂浆 浓度 设定值 ， 实际尾 砂浆浓度 可 以通过 安 置在放砂 管上 的 射 线 浓度 计进行 检 测， 设 定 尾砂 浆 浓 度 与 实际 检 测到的尾 砂浆浓度 两者 之差就是 偏差 。 为使 尾砂 浆浓度 始 终保 持 在设 定 浓 度 附近 ， 控 制 系统就要 根据上述 偏差 的大小 相应控 制砂 仓 底部 的造浆 水 阀开 度 大 小来 实 现 浓 度控 制 ， 其控制 回路 如 图 1所示 。 胶凝 剂 添 加 量 控 制 是 根 据 胶 凝 剂 的 配 没定 实际 圉 1 尾 砂 浆 浓度 控制 回路 维普资讯 有色矿山 比． 尾砂浆 的 实际 流 量 以 及其 用 于控 制 的设 定浓度 可 以计 算 得 到 胶凝 剂 添 加 量值 ， 将 此 作 为设 定值进 调 节 ， 其控 制 回路 如 图 2所 示 。 j 尾砂没J 胶凝剂 嚣 一 {流 量 计 广 量 煎 量 卜 _ j 圉 2腔凝 剂给 料 量 控制 回路 1 ． 2充填料 浆浓度 控制 存在 的问题 由于在造 浆 过 程 中受 许 多 因 素的 影 响 ， 如砂 仓料 位 、 尾砂 的 饱和 程 度 、 尾砂 的 级 配 、 尾砂 的 存放 时 间、 尾砂 的塌方 、 放 砂 阀的开度 大 小、 环境 温 度等 ， 且许 多因 素具 有 随 机 性， 致使放砂 管 中尾 砂 浆 的 浓度 变化 快 ． 而 且 不 稳 定， 无 法实现 尾砂浆浓 度的稳 定控制， 因而 不能实现 充 填料 浆 的 准确 配 比， 影响 料 浆 的 输送 和充填 体质 量 ． 这 是 目前 实 际生 产 中 比 较突 出的问题 。 尾砂 浆 浓 度 是 胶 凝 剂 添 加 量 控 制 的 基 础 ， 它的不稳 定使胶 凝 剂 添加 量 的计 算 和控 制 失去 依据 为了避免胶 凝荆 添加量 的频 繁 调 节 ， 其调节 设定值是 根据胶 凝剂 的配 比， 尾 砂 浆的浓 度设 定值及实 际流量计 算得到 。 由 于 胶凝剂 的配 比， 尾砂浆 浓度设 定值为 定值 ， 因此 胶凝剂 添加量 的调节 只是 随着 尾砂浆流 量 的变化进 行控制 。即 使尾砂浆的 实际 浓度 与设 定浓度 存 在很 大偏 差， 胶凝 剂 的调 节也 不 会随之改 变 ， 因此 配制 的 料浆 浓 度具 有较 大 误 差 。 在矿 山实际 生 产 中 ， 为了 实 现 充填 料 浆 浓度 的稳定控制 ， 从 而保证 充填体 质量 ， 一方 面 ， 可 以通过 改善控制 策 略， 使控 制器具 有较 好的适 应 能 力外 ； 另 一 方 面 ， 在 系 统工 艺 方 面， 可 以改变 料浆的制 备过程 ， 通过 二级控 制 实现料浆 的稳定控 制。 2 充填料浆浓度的二级 控制 2 ． 1 充填料浆制备 充填料浆浓 度控 制 问题使尾砂 造浆不 稳 定。 为 r使 尾砂 浆浓 度稳 定， 在 原 系统 放砂 管 和 搅拌桶 之 间增 加 了 一级 搅拌 桶 尾 砂 浆搅 拌桶 ， 大小和料浆制备搅拌桶相同。尾砂浆 搅拌 桶 出 口管路 上安装 有砂浆 泵 、 电动 阀 、 浓 度计和 流量计 。而且搅 拌桶上 方安装 有液 位 计 ， 用 于 检 测 液 位 。其 辩 浆制 备 系统 如 图 3 所示 ， 1 为 尾砂 浆搅 拌桶 ， 2 为 料 浆制 备搅 拌桶。 圉 3 级搅拌胶结充填 系统 l 一 尾砂 仓 ； 2． 3 一 擅 浆 水 管 j 4 一 顶 砂 水 管 ； 5 、 6 、 6 一 冲洗 水营 ； 7 一 放 砂 管 81 8 一 流 量 计 ； 9、 9一 维 度 计； l 0 一料位计 ； l 1 一腔 凝材料 仓； l 2 一叶乾培料 机； l 3 一冲量 流 量 计； 1 4 一搅 拌 桶； l 5 一输 送 督 路 ． 1 6 、 l 6 一 扼装 泵 砂 仓 中的 尾砂 由高压造浆 水 流态化 后经 放砂管 放入 尾砂 浆搅 拌桶 ， 待 放满 时打 开 其 出 口管路上 的阀 门 ， 经 搅拌 形 成 浓 度均 匀 的 尾砂 浆 ， 通过砂 浆 泵或 自流 当两桶 之 间满 足 自流输送 条件 时 送 入 料浆 制备搅 拌桶 ， 同时 通过 尾砂浆 搅拌桶 出 口管路上 的浓度 计和流 量计 检测 的尾 砂 浆浓 度 和 流量 ， 再 根据 要 求 的 充填科浆 浓度 计 算 得 到胶 凝 剂 的添 加量 ， 从而 进行 给 料调 节 。当桶 中充填 料浆液 位到 达 一定高度 时 ， 打 开 其出 口管路 上 的阀 门， 通 过 自流或泵送送 入 井下进行 充填 。 由于尾砂 浆搅 拌 桶 的体 积很 大 ， 当尾 砂 浆搅 拌桶 中 砂浆 保持 在较 高液 位时 ， 即 使放 砂过 程中放 砂管 中砂 浆 浓度 不稳 定， 放 砂 也 不会立 即引 起桶 中砂 浆 浓度 的变 化 ， 而是 随 着时间 比较平 稳地 变 化 ， 这就 有利 于胶 凝 剂 添加量 的 及 时调 控 。 增 加 尾 砂 浆 搅 拌 桶 之 维普资讯 第 5期 崔 刚 胶 结充填系统充填料浆浓度的稳定控制 后 ， 主要 起到 了以下几 方面作 用 ①通过搅 拌 使桶 中尾砂 浆 处 于均 匀 悬 浮状 态 ； ② 对 尾砂 浆浓 度变化 起缓 冲使用 ， 使浓 度变化 变缓 ， 相 对稳 定 ； ③浓度 相 对 稳 定 的尾 砂 浆便 于 胶凝 剂 的及时调 控 ； ④保证 充填料 浆配 比准确 ． 实 现 充填料浆 浓度 稳 定控 制， 从 而 保证 充填 体 质量 。 2 ． 2 充 填料浆 浓度 的 自动控制 料浆制 备过 程 中， 充 填 料 浆浓 度 的 自动 控制 分为两级 ， 一级 为尾砂浆浓 度控制 ， 另一 级 为充填料 浆浓度控 制 。 尾砂 浆 浓度控制 级与原 系统尾砂 浆浓度 控 制相 同， 屠砂 浆 浓 度调 控 由安 装在 放 砂管 上 的浓度计进 行检测 。主要是 将 尾砂 浆浓度 控制 在较 小的范 围内， 使 其浓度 不能太低 ， 以 免不 能配制 出较 高 浓 度 的 充填料 浆 ； 又 不 能 太 高 ， 造成配 制 的充填料 浆输 送 困难 ． 发生堵 管事枚 。因此 ， 这 一级 控 制 为 下一 步 充 填料 浆浓度 的控 制做 准备 。 充填 料 浆浓 度控 制级 主要 是将 充填料浆 浓度 比较 准 确地 控 制在 要 求 的浓 度 附 近 ， 通 过 胶 凝剂 添 加量的调 节来 实 现。 由于从尾砂 浆搅 拌桶 送入 制备搅 拌桶的 尾砂 浆浓 度变化 缓 慢 ， 相对 稳定 ， 其实际 浓度和 流量可 以通过 尾砂浆搅 拌桶 出 口的浓度 计和 流量计进行 检 测 。而且 要求 的 充填 料 浆浓 度 已知 ， 因而 可 以准确地计 算 出需要 的 胶凝 剂 添 加 量， 通 过 控 制给料 机转 速 及 时调 节 胶凝 剂 添 加 量， 达 到控制料 浆浓度 的 目的 见 图 4 。 广 i i 脏凝斛 J漉量计r L 墨煎 量 卜 _ J 图 4胶 凝剂 蛤 料 量控 制 回 路 由此 可以看 出， 尾砂 浆浓 度 控 制 为 一 个 主动量 控制 回 路， 胶 凝剂 给 料 量 控制 为 一 从 动量 控制 回路 。 3应 用 实例 对于 山东招远 金矿全 尾砂 高水 固结充填 系统 ， 其 充 填 料 浆 制 备 系 统 为 将 选 厂 浓 度 3 0 ％左 右的 全尾砂 浆经分流 管输送 到井下 储 砂池中， 全尾砂浆采用静止沉淀上层排水方 式调整 浓度 。砂 池 内布 置 3台搅 拌 机 ， 每 台 搅拌 范围 为 2． 5～3 ． 0 m。同 时 ， 沿 砂 池 两 侧 安装 有压气 喷管。通过 搅拌 机搅拌 和压气 喷 嘴的 吹风搅 动 ， 保 证池 内砂 浆 处于 均 匀 悬 浮 状 态． 以利 于 充填料浆制备 。 然后 ． 通过渣 浆 泵将 比较均 匀 的尾砂 浆 送 入 甲、 乙料 浆 制 备 搅拌桶 ， 同时， 根据尾砂 浆浓 度及流 量分别 添 加一定 比例 的 高水 固结 材 料 甲、 乙料 。 搅拌 好的 甲、 乙充填 料浆 ， 分 别通过 渣浆 泵送 到井 下， 再通过混合器将两种 料浆 混台后充入采 场 。 由此可 以看 出， 其 料浆 的制 备 过 程 控 制 可以看 作是 上述 二级控 制思 想的应 用 储砂 池相 当于二 级搅 拌胶结 充填 系统中 的尾砂浆 搅 拌桶 ， 兼有 储砂和 搅拌 作用 ， 实现 了配 比可 靠 、 充填料浆 浓度稳 定的 目的。 4 结论 对于胶结 充填系统 充填站料 浆浓度 的 自 动控 制 ． 从控 制角度 出发， 在原有 充填 系统基 础上 加一级 尾砂浆 搅拌捅 ， 改 变 了造 浆过 程， 增加 一个 尾砂 浆浓 度 相 对 稳 定环 节 ， 从而 转 变为 二级控 制 ， 可 以实现其 浓度稳定 、 可靠控 制的 目的。 [ 参考 文献 ] [ 1 ] 孙恒 虎 ， 刘 文 永等 ． 高 水 固结 充填 采矿 [ M]北 京 机械 工 业 出版 挂 ， 1 9 9 8 [ 2 ] 北 京科 技 大 学 ， 山 东 省 新 城 金 矿 ． 新 城 金 矿 充 填 站 微 机 检 测 与 控 制 系 统 鉴 定 文 件 [ R] 1 9 9 2 维普资讯