1全尾砂膏体充填制备系统工艺特点
该矿全尾砂膏体的制备以全尾砂、水泥和水作为充填料，全尾砂经深锥浓密机浓密成高浓度尾砂后，与水泥和水混合，经过二段连续搅拌制浆工艺制备成全尾砂膏体充填料浆。1)全尾砂脱水供料子系统．全尾砂脱水供料子系统中，选矿后的全尾砂经过匀化处理后，以潜入的方式送到深锥浓密机顶部，并与絮凝剂混合，在水介质中沉降、脱水，再经深锥浓密机底部二次脱水，脱水后的高浓度尾砂贮存在深锥浓密机底部，需要时，通过深锥浓密机底部的渣浆泵，经管道输送到充填站，制备全尾砂膏体，输送管道上安装电磁流量计和核子密度计监测和反馈流量和浓度．2)水泥供料子系统．采用散装水泥供料，立式水泥仓贮料，螺旋称重给料机送料和称重，通过变频器调控电机控制流量．3)水供给子系统．水由高位水池供给，电动调节阀控制流量，电磁流量计监测和反馈流量变化．4)搅拌制浆子系统．搅拌制浆采用二段连续搅拌制浆方案，一段采用双轴叶片式搅拌机初步搅拌，混合物料和制备料浆;二段采用双螺旋搅拌机进一步搅拌和活化料浆．5)充填料浆质量控制子系统．充填料浆质量主要由充填料浆的重量浓度来体现，通过控制灰砂比和水来控制充填料浆质量．要制备合格的全尾砂膏体，各子系统要能够根据试验确定的灰砂比，平稳供应物料．同时根据井下不同充填区域对充填体强度要求的不同，需要能够制备不同重量浓度的充填料浆．
2全尾砂膏体特性参数
2．1全尾砂膏体流变特性
全尾砂膏体流变特性可以通过塌落度大小来判断和评价，前期全尾砂膏体充填料输送试验测得的不同灰砂比、不同重量浓度(78%、75%、72%)下的塌落度试验结果．，充填料浆的塌落度主要由充填料浆的重量浓度决定，灰砂比对尾砂胶结充填料的塌落度也有影响．
2．2全尾砂膏体强度特性
全尾砂膏体强度特性可以通过单轴抗压强度的大小来判断和评价，表1是不同灰砂比的试块强度试验数据．从表1可知，充填料试块的单轴抗压强度与充填料浆重量浓度和灰砂与总体上呈正相关关系。
3控制系统设计
3．1控制目标
对于全尾砂膏体充填控制系统，要求各物料能够按照充填要求平稳供料，保证各充填物料配比稳定．当物料浓度出现明显波动的时候，控制系统能够按照控制规律及时进行调整，使系统能在最短时间内恢复到正常状态，保证充填工作能继续进行．同时根据采空区和底板充填后所需要强度不同的要求，要能够以不同的灰砂比进行控制，以减少水泥用量，节约成本．
3．2系统结构
该控制系统采用分布式控制系统(Distribu-tedControlSystem)结构，以实现分散控制，集中管理［3］．控制系统的硬件组成包括上位机操作监控部分，下位机数据采集与控制部分及流量、浓度的检测部分．控制系统上位计算机操作站负责对所有工艺状况的集中监视和控制，并分析和记录所有工艺参数的状况和趋势．现场采集信号和系统控制输出通过信号线缆在控制单元I/O模块与一次仪表或执行器(电动调节阀)之间连接．上位机与主站S7-300之间通过工业以太网连接，控制主站与从站以及主要与各现场仪器仪表通过现场总线Profi-bus-DP［4］相连．
3．3控制方案设计
通过前面的全尾砂膏体充填工艺简介及其工艺特性参数的分析，可以知道重量浓度和灰砂比对充填效果有重要影响，是控制系统设计主要考虑的两个参数．在全尾砂膏体充填料制备过程中，各物料以前期试验所确定的比例添加到搅拌制浆系统进行搅拌制浆．同时在膏体制备过程中要求能够根据井下充填需求的不同可以制备不同灰砂比的料浆，以实现生产效益最大化．出于这样的特点，主体控制方案采用双闭环比值控制方式，比值系数通过控制系统参数设定和修改．
3．3．1双闭环比值控制方案
双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主动量控制回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成，通过主动量控制回路能克服主动量干扰，实现对主动量的定值控制;通过从动量控制回路抑制作用于从动量回路的干扰，从而使主、从动量均比较稳定，能保持在一定的比值，使总物料量保持稳定［5］．双闭环比值控制系统常用于负荷变化或总的物料变化比较平稳的工业生产过程，结合该矿全尾砂膏体充填工艺特点和全尾砂膏体特性参数，可以采用双闭环比值控制系统．其中尾砂流量控制回路作为主动量控制回路，水泥流量控制回路作为从动量控制回路，比值计算在DCS中实现［6］，并可以通过改变比值系数，从而采用不用的灰砂比，满足不同充填需求．在稳定的状态下，尾砂量与水泥量为给定的比例关系．当干扰作用于水泥调节回路时，则由该回路克服而不会影响尾砂浆的调节回路．如果干扰出现在尾砂调节回路，则一方面通过调节作用使尾砂浆量向给定值靠拢，同时结合监测到的流量值和浓度值，来修改控制器输入参数，以保持在尾砂量变动情况下，水泥量与尾砂量仍然保持给定的比值关系．
3．3．2料浆重量浓度控制回路设计
充填料浆重量浓度与三种物料的配比有关，在灰砂比控制稳定时，水对浓度有直接影响，同时也是比较容易控制的变量，通过对水的调节来实现对浓度的控制既降低了控制系统的耦合性，也比调节灰砂比更加经济可行，料浆浓度控制示意图见图5．在料浆浓度控制回路中，由核子密度监测料浆浓度，电磁流量计监测流量，监测值和初始设定值进行比较计算后，再将结果送到控制器，当浓度偏高或偏低时，控制器发送信号给电动调节阀，使电动调节阀相应开大和或关小，从而使料浆浓度能回在合理范围，保证充填质量．3．3．3控制器控制算法在全尾砂膏体充填控制系统中，深锥浓密机脱水供料，物料的长距离输送和搅拌制浆过程等都表现出复杂性、非线性和时变性等特点，对此常规PID控制难以获得良好的控制效果，模糊控制不要求被控对象精确的数学模型且适应性强［7］，模糊PID控制器既具有模糊控制灵活而适应性强的优点，又具有常规PID控制精度高的特点，在工业控制中得到广泛的应用［8-10］．在该全尾砂膏体充填控制系统中，尾砂流量、水泥流量和充填料浆浓度控制过程控制器均采用模糊PID控制器．模糊PID控制器在DCS可以实现。采用的是双输入三输出的二维模糊控制器，能根据PID控制器的三个参数与偏差e和偏差的变化ec之间的模糊关系，在运行时不断检测e及ec，通过事先确定的关系，利用模糊推理的方法，在线修改PID控制器的三个参数，让PID参数自整定［13］，提高控制效果．
4结束语
针对黑龙江某钼矿全尾砂膏体充填的工艺特点和全尾砂膏体的特性参数，构建了分布式控制系统．针对灰砂比这一参数特性，采用了双闭环比值控制方法，通过调节水来实现对料浆浓度的控制，降低了系统耦合性．系统中控制器均采用模糊PID控制器，在DCS中，通过配置相关模块和软件，以及内部编程，可以实现模糊PID控制，这也是进一步工作的重点．
作者：杨仕教 单位：南华大学
