JZZ—320型全自动搅拌充填系统的研制与应用研究

宋允国 史晓晖 尚念鹏

【摘 要】随着矿井储量的逐渐减少， 煤炭资源的枯竭与经济发展的矛盾日益突出， 有效充分利用地下资源，延长矿井寿命，促进煤炭工业的健康发展具有重要意义。该型充填站主要是针对：井下采空区、废弃巷道的充填，解放建筑物下压煤。文章重点介绍了JZZ-320型矿用全自动搅拌充填系统的研发设计难点、创新点及应用

【关键词】搅拌充填；三维建模；自动配比称重；超高水；恒流量闭环控制。

1、概述、术语

JZZ系列充填系统能够将超高水材料A、B、AA、BB粉料、水进行全自动配比、称量、搅拌制浆制备出A、B两种浆液。将两种浆液通过泵输送或通过自流的恒流量控制系统进行混合，形成的浆体在一定时间内胶结、凝聚，达到设计强度0.77实现采空区充填。混合后的浆体中水体积可达95%～97%。

2、主要结构及功用

2.1、电气控制系统电气控制系统主要有两台动力柜、两台PLC控制柜、六个现场控制箱、操作台上位机系统、现场仪表及执行元件等组成：

2.2、粉料储存导料称量装置：由粉料仓、螺旋输送机、粉料称量装置等组成。粉料仓设计为天圆地方结构，锥体无死角，物料下料通畅，能有效防止物料残存，粉料称量装置上部设计为圆柱形，下部设计锥体，保证物料不积存料仓，粉料仓和粉料称量装置锥体下部设有震动破拱装置，克服因环境潮湿物料结拱问题。

2.3、混合称量装置：由箱体、称重传感器等组成。

2.4、水箱部分：主要作用：精称水的缓冲箱、兼顾冲洗AA药剂箱。

2.5、粉料卸料分配装置：由汽缸、接近开关、摆杆机构等组成。主要作用：粉料配料、卸料过程全封闭，没有粉尘。称量好的粉料通过开启称斗下部气动蝶阀及汽缸翻板导向机构有序放料卸至搅拌机。

2.6、添加剂称量装置：由箱体、称重传感器等管路等组成。主要作用：称量来自添加剂防沉淀装置输送来的料浆重量，与A粉料、超高水实现配比。

2.7、主结构部分：由可自由拆装式的爬梯、护栏、主结构上层、主结构中层、主结构下层等组成。主要作用：支撑搅拌桶及各种箱体称量装置、安放气控箱等。

2.8、搅拌装置：由4个搅拌桶、管路等组成。主要作用：依次顺序搅拌A粉料、AA矿浆、超高水，使其充分混合，并实现依次顺序放浆。

2.9、气控箱：由电磁阀、管接头、气源管路等组成。

2.10、气源控制管路：由气源三联件、管接头气源管路等组成。

2.11、混合分配器：主要作用：为4处搅拌桶依次分流放料。

2.12、成品料浆搅拌装置：由搅拌传动装置、机架、液位计等组成。

2.13、添加剂管路：由管道离心泵、管路、阀门等组成。

2.14、水管路：由管道离心泵、管路、阀门等组成。

3、解决的难题

3.1、结构不紧凑、人工拆包粉料上料、粉料仓料位检测问题、下料不通畅易接拱难题，粉料在输送称量卸料过程中的粉尘问题。

3.2、充填水的保温难题—水温控制在17℃以上时称重、配比、搅拌、制浆生产出的浆体输送至需充填的巷道才能达到理想的反应凝固。

3.3、A、B、AA、BB粉料自动配比精度、称量精度、导料、卸料方式实现及水的快速精确称量难题。

3.4、搅拌主机、搅拌辅机的搅拌效率、效果及粉料与水的充分混合搅拌难题。

3.5、成品料浆恒流量自流（泵输送）控制难题。

3.6、主机制浆设备的一用一备结构设计难题（该系统由A＼B自动制浆生产线组成。

3.7、PLC控制系统的控制

4、国家专利、创新点

（1）一种全自动多种物料精确配比混合制浆搅拌系统

（2）一种粉料卸料分配装置国家专利

（3）一种双叶轮紊流制浆搅拌桶国家专利

（4）一种液体快速自动精确称重装置

4.1恒流量自流控制系统：

（1）甲、乙两种浆料的配比控制采用单闭环比值控制系统，即：检测甲浆液流量并通过比值控制器换算作为乙浆料的给定输入，同时检测乙浆液流量并实现闭环控制，使乙浆料的流量始终跟随甲浆料流量的变化，保证甲、乙两种浆料的等量输送，保障充填效果。实施中采用粘度较大的浆液作为甲浆料，避免乙浆料的供应不足造成配比失控。

（2）甲、乙两种浆料同时实现流量超出正常范围时报警，提醒值班人员进行人工干预。

（3）检测甲、乙两种浆料池液位并实时显示，在实现高低液位报警的同时比较甲、乙浆料池液位变化率，实现变化率异常时的报警及作为配比控制的参考依据。

4.2、一键启车功能：充填搅拌站控制系统能实現全自动控制，操作员只需按一下操作画面上的开始生产按钮，系统将按照操作员预先设定好的生产参数自动进行生产。

4.3、系统选择功能：A浆和B浆各设甲乙两条生产线，甲乙两条生产线是否投入生产可根据生产量随意进行选择，在正常生产过程中也可以随时投入或撤出任一条生产线。

4.4、闭锁保护功能：在各搅拌桶装有液位计、粉仓装有料位计、清水池装有温度检测装置，这些传感器使控制系统所有仓/桶中的料位液位按照工艺要求实现液位闭环控制，防止跑冒和抽干。

4.5、掉电保护功能：整个PLC控制系统的每个控制柜进线电源和上位机系统电源都由UPS提供。系统如果突然停电，上位机系统和PLC控制系统能继续保持供电，以便操作员及时对生产数据进行善后处理和妥善保存。

4.6、工程师站功能：对整个生产控制系统进行管理，主要完成数据库、图形、控制算法、报表的组态和简化历史库、事故追忆、变量组定义等参数配置，以及组态及组态数据的打印、下装，并完成在线运行监视和管理以及信息上传等功能。

4.7、操作员站功能：操作员站作为指令操作终端，所有控制指令的下达，如系统启停，控制方式转换，工艺流程参数的设定，单台设备的远方控制等均通过键盘或鼠标完成；并把各分站处理的各类生产数据，开关量（设备的运行、停止、故障信号、保护信号等），模拟量（压力、温度、流量、液位、仓位等）集中管理，并进行适当的闭环自适应控制。

4.8、故障报警功能：当设备故障或模拟量超限时，生产监测及管理网络同步显示故障设备名称，并可实现语音报警、实时打印故障功能。

4.9、数据查询功能：生产实时监测数据均可存贮于生产实时数据历史数据库中，可实现历史回显、历史趋势分析，及直方图、饼图等进行综合分析。

4.10、生产优化功能：在网络服务器中建立了综合历史数据库，定时将生产、经营等数据存入数据库中，制作计划、生产完成情况的趋势分析图表，为今后的生产计划提供参考。

4.11、称重通讯功能：称重仪表和PLC通过RS485通讯，可对每一只传感器的称重状态进行监测和分析，实现了在线故障的检测，有一只传感器发生故障时，仍可根据该传感器以往的信息，在不更换该传感器的情况下，使系统在保证一定准确度的情况下继续工作。

5、结语

该系统生产能力大，周期短，材料配比准确，充填工艺系统结构简单， 机械自动化程度高， 实际应用与操作方便， 可以实现配比选择、上料、校称、称重、制浆搅拌、流量检测、生产盘数等的全自动控制，实现了一键启动整机自动化运行。

【参考文献】

[1] 冯光明、王成真.超高水材料采空区充填工艺系统与应用研究.[论文] ：山东科技大学学报，2011