CN201162541Y - 用于控制向尾砂中补加水的控制设备 - Google Patents

Abstract

一种用于控制向尾砂中补加水的控制设备包括：干砂量和含水量计算单元，水初始补加量计算单元，水补加控制单元，水实际补加量检测单元，补偿器，该补偿器利用从水实际补加量检测单元接收的水实际补加量和从所述水初始量补加量计算单元接收的水初始补加量计算出对所述水初始补加量进行补偿的补偿值；和水设定补加量计算单元，其中所述水补加控制单元利用所述水实际补加量修正所述水设定补加量并基于修正后的设定补加量控制补水阀门向尾砂中补加水的量。本实用新型采用了一种模仿批量制备过程的控制方法，具有灰砂比和浓度方面容易实现、混配准确性高，连续性好、工艺简单的优点。

Description

用于控制向尾砂中补加水的控制设备

技术领域：

本实用新型涉及一种用于控制水补加量的控制设备，特别涉及一种用于控制向矿山采空区充填尾砂中补加水的控制设备。

背景技术：

随着全球矿产资源的不断减少，充填法作为一种安全、环保和低损失率的采矿方法为越来越多的矿山所采用。国外通常采用的是料浆批量制备技术：其中将尾砂、添加辅料和水事先按一定配比称量并搅拌均匀后，再送入井下采空区。此技术虽然在保证灰砂比和浓度方面很容易实现，但程序较为复杂。

国内大部分采用料浆连续制备工艺：其中在将尾砂、水泥和水连续地送入搅拌槽，同时将搅拌后形成的充填料浆从搅拌槽排料口输送到井下采空区。

这种料浆连续制备工艺虽然程序比料浆批量制备技术程序简单，但尾砂、添加辅料和水流入搅拌槽的量实际波动较大，使充填料的浓度变化较大。现有料浆连续制备工艺虽然也利用从搅拌槽内的排出的料浆浓度的反馈控制向搅拌槽添加水的量，但是其控制效果不是很理想，主要原因有搅拌槽内的浓度检测存在滞后性，而且滞后的时间也是波动的。另外，搅拌槽下方的浓度计日常标定不方便，精度通常较低。这样从搅拌槽放出的充填料的浓度变化较大，影响了充填效果。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题旨在克服上述现有技术中的缺点，提供一种用于控制向矿山采空区充填尾砂中补加水的控制设备。

根据本实用新型的实施例，提出一种用于控制向尾砂中补加水的控制设备，包括计算从砂仓流出到搅拌槽内的尾砂中的干砂量和含水量的干砂量和含水量计算单元，水初始补加量计算单元，检测向尾砂中补加的水的实际补加量的水实际补加量检测单元，补偿器，水设定补加量计算单元，和水补加控制单元，其中所述水初始补加量计算单元与干砂量和含水量计算单元相连以接收干砂量和含水量，所述补偿器分别与所述水实际补加量检测单元和水初始补加量计算单元相连以接收水实际补加量和水初始补加量，所述水设定补加量计算单元分别与所述水初始补加量计算单元和补偿器相连以接收所述水初始补加量和对所述水初始补加量进行补偿的补偿值，所述水补加控制单元分别与水设定补加量计算单元和水实际补加量检测单元相连以接收水设定补加量和对水设定补加量进行修正的水实际补加量且基于修正后的设定补加量控制补水阀门向尾砂中补加水的量。

根据本实用新型进一步的实施例，所述干砂量和含水量计算单元包括：测量从砂仓流出到搅拌槽内的尾砂的流量的尾砂流量计；测量从砂仓流出到搅拌槽内的尾砂的浓度的尾砂浓度计；和计算从砂仓流出到搅拌槽内的尾砂中的干砂量和含水量的干砂量和含水量计算器，所述干砂量和含水量计算器分别与所述尾砂流量计和尾砂浓度计相连。

根据本实用新型进一步的实施例，所述水初始补加量计算单元包括：设定干砂与水的配比的比值器；和计算水的初始补加量的水初始补加量计算器，所述水初始补加量计算器与所述比值器、干砂量和含水量计算单元、水设定补加量计算单元和补偿器相连。

水设定补加量计算单元从所述补偿器接收的补偿值为预定时间段内的补偿值。

根据本实用新型进一步的实施例，水设定补加量计算单元从所述补偿器接收的补偿值为过去所有时刻的补偿值。

根据本实用新型进一步的实施例，所述水实际补加量检测单元为检测添加辅料流量的流量计。例如，所述流量计为电磁流量计。

根据本实用新型的用于控制向尾砂中补加水的控制设备与现有技术相比至少具有如下优点：本实用新型采用模仿批量制备过程的控制，有效地克服了传统连续制备控制充填料浓度的实际波动较大、注水量难以控制的缺点。即使制备过程中水的量由于滞后或其它原因没有能跟上尾砂给入量的变化，也可以在一定时间内比较方便地将其差值补上，这样就形成一批批“软”料浆，每批软料浆中各物料的总配比是比较准确的，再通过搅拌槽的搅拌作用，就能得到比较均匀的充填料了。本实用新型既具有批量制备中灰砂比和浓度方面容易实现、混配准确性高的优点，又具有充填料连续制备工艺连续性好、工艺简单的优点。

附图说明

图1是用于向矿山采空区输送充填料浆的充填系统的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的控制向尾砂中补加水的控制设备的原理图；

图3是根据本实用新型另一实施例的控制向尾砂中补加水的控制设备的原理图；

图4是根据本实用新型实施例的控制向尾砂中补加水的控制设备的操作流程图；

图5是根据本实用新型另一实施例的控制向尾砂中补加水的控制设备的操作流程图。

具体实施方式：

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同的标号表示相同的元件。下面通过参考附图描述的实施例用于解释本实用新型，所述实施例是示例性的，而不能解释为对本实用新型的限制。

下面首先描述向矿山采空区输送充填料浆的充填系统。图1示出了向矿山采空区输送充填料浆的充填系统的示意图。参见图1，所述充填系统主要包括砂仓1，添加辅料仓2，搅拌槽3，补水管路4，和充填管路5。

砂仓1中存放有尾砂，而在添加辅料仓2内装有添加辅料，所述添加辅料例如为胶结料(如水泥)，但并不限于此。尾砂、添加辅料和水通过各自的管路输送到搅拌槽3中，经过搅拌槽3搅拌后形成充填料浆，混合而成的充填料浆通过充填管路5输送到采空区中。另外，搅拌槽3上可以设有料位计6，用于检测搅拌槽内的充填料浆的液位。

在砂仓1和搅拌槽3之间设置有尾砂控制阀1.1、尾砂浓度计7.2、尾砂流量计7.1和电动调节阀1.4，通过控制电动调节阀1.4和尾砂控制阀1.1，可以控制尾砂从砂仓1流出到搅拌槽3内的量。例如，尾砂浓度计7.2、尾砂流量计7.1可以测量出从砂仓1流出到搅拌槽内的尾砂的浓度和流量，从而计算出从砂仓流出到搅拌槽3内的尾砂中的干砂质量和含水量。

在添加辅料仓2和搅拌槽3之间设置有给料机2.1和添加辅料流量计2.4，例如给料机2.1为螺旋输送机且流量计2.4为冲板流量计。螺旋输送机2.1由电动机2.2驱动，电动机2.2例如由控制单元通过变频器2.3控制，通过控制变频器2.3控制电动机2.2的转速，从而控制螺旋传送机2.1的转速，由此控制螺旋输送机2.1向搅拌槽3内输送的添加辅料的量。向搅拌槽3内输送的添加辅料的量是由从砂仓1内供给到搅拌槽3内的尾砂中的干砂量和预先设定的干砂量与添加辅料的配比确定的。

在补水管路4上设置有流量计4.1和补水阀门4.2，根据流量计4.1可以测出注入到搅拌槽3中的水量，补水阀门4.2可以调节补加水量的大小。

另外，输送管路5上可以设置有流量计5.1，电动调节阀5.2，和浓度计5.3，用于测量和控制从搅拌槽3充填至采空区的尾砂的流量和浓度。

在现有技术中，如上所述，虽然也利用浓度计5.3检测到的从搅拌槽内的排出的料浆浓度的反馈控制向搅拌槽添加水的量，但是其控制效果不是很理想，主要原因有搅拌槽内的浓度检测存在滞后性，而且滞后的时间也是波动的。另外，搅拌槽下方的浓度计日常标定不方便，精度通常较低。

根据本实用新型的控制设备可以对尾砂流出量和水的流出量的波动做出快速的反映并及时调整水的量来达到充填料的平衡，也就是说，除了将水的实际补加量反馈给水的控制单元，同时还用水的实际补加量对水的初始补加量进行补偿，以便得到水的设定补加量，并且反馈水的控制单元的实际补加量进一步对设定补加量进行修正，这将在下面详细描述。

下面参考图2描述根据本实用新型实施例的控制向矿山采空区充填尾砂中水的控制设备，图2示出根据本实用新型实施例的控制向尾砂中补加水的控制设备的框图。

如图2所示，根据本实用新型实施例的控制向矿山采空区充填尾砂中水的控制设备包括：干砂量和含水量计算单元7，水初始补加量计算单元8，水设定补加量计算单元9，水补加控制单元10，水实际补加量检测单元12，和补偿器11。

干砂量和含水量计算单元7与水初始补加量计算单元8相连且计算从砂仓1流出到搅拌槽3内的尾砂中的干砂量和含水量，并将计算出的干砂量和含水量发送到水初始补加量计算单元8。水初始补加量计算单元8预先设定干砂与水的配比，并利用所述配比、从干砂量和含水量计算单元7接收的干砂量和含水量计算出水的初始补加量。

水实际补加量检测单元12检测向尾砂中补加水的实际补加量并将所述实际补加量反馈到补偿器11和水补加控制单元10。

补偿器11分别与水实际补加量检测单元12和水初始补加量计算单元6相连并且从水实际补加量检测单元12接收水的实际补加量，并且从水初始补加量计算单元8接收水的初始补加量，同时利用所述实际补加量和初始补加量计算出对所述水初始补加量进行补偿的补偿值，然后所述补偿值被发送到水设定补加量计算单元9。

水设定补加量计算单元9分别与水初始补加量计算单元8和补偿器11相连以接收所述水初始补加量和补偿值并利用所述补偿值对所述初始补加量进行补偿，以便计算出水的设定补加量。

水补加控制单元10分别与水设定补加量计算单元9和水实际补加量检测单元12相连。水设定补加量计算单元9计算出的设定补加量发送给水补加控制单元10。水补加控制单元10利用从水实际补加量检测单元12接收的实际补加量修正从水设定补加量计算单元9接收的设定补加量并基于修正后的设定补加量控制补水阀门4.2向尾砂中补加水的量。

需要说明的是，在添加的开始阶段，由于水实际补加量检测单元12还没有检测到水的补加，因此水补加控制单元10基于所述初始补加量控补水阀门4.2向搅拌槽内补加水的量。

根据本实用新型实施例的控制向尾砂中补加水的控制设备，不但将检测到的水的实际补加量发送到水补加控制单元10，而且将检测到的实际补加量发送给补偿器11，补偿器11利用实际补加量和初始补加量计算出对初始补加的补偿值，水设定补加量计算单元9利用所述补偿值对所述初始补加量进行补偿，从而得到水的设定补加量，水补加控制单元10利用从水实际补加量检测单元12反馈的实际补加量对设定补加量进行修正，并基于修正后的设定补加量控制补水阀门4.2向搅拌槽3补水。因此，根据本实用新型的控制设备能够在一定时间内比较方便地将初始补加量与实际补加量之间的差补上，由此水的实际补加量相对于与所述实际补加量相对应的尾砂而言不存在滞后，从而能够根据需要更精确地控制水的实际补加量，水的补加量波动小，使充填料的浓度较稳定，从而减少了添加辅料的用量，降低了消耗成本。

下面参考图3描述根据本实用新型另一实施例的控制向尾砂中补加水的控制设备的原理图。

如图3所示，所述干砂量计算单元7可以包括用于测量尾砂浓度的浓度计7.2、用于测量尾砂流量的流量计7.1和干砂量和含水量计算器7.3，干砂量和含水量计算器7.3分别与所述尾砂流量计7.1和尾砂浓度计7.2相连并通过测量得到的尾砂的浓度值和流量值计算出尾砂中所含的干砂量和含水量。

水初始补加量计算单元8包括：设定干砂与水的配比的比值器8.2；和计算水的初始补加量的水初始补加量计算器8.1，所述水初始补加量计算器8.1与所述比值器8.2、干砂量和含水量计算单元7、水设定补加量计算单元9和补偿器11相连。初始补加量计算器8.1根据比值器8.2所设定的配比、干砂量和含水量计算器7.3计算出应当向搅拌槽3内的尾砂中补加水的初始补加量。

根据本实用新型另一实施例的控制向尾砂中补加水的控制设备的其他构成与上述实施例相同。

水实际补加量检测单元12将检测到的实际补加量输送到补偿器11。另外，初始补加量计算器8.1算出的初始补加量也发送到补偿器11，补偿器11利用所述实际补加量和初始补加量计算出对所述初始补加量进行补偿的补偿值，所述补偿值然后被发送到水设定补加量计算单元9。

水设定补加量计算单元9利用所述补偿值对所述初始补加量进行补偿，以便计算出添加辅料的设定补加量。

水设定补加量计算单元9计算出的设定补加量发送给水补加控制单元10。水补加控制单元10利用从水实际补加量检测单元12接收的实际补加量修正从水设定补加量计算单元9接收的设定补加量并基于修正后的设定补加量控制补水阀门4.2向搅拌槽3内的尾砂中补加水的量。

更具体而言，比值器8.2在可以预先设定或存储干砂与水的配比，此配比是根据需要得到的充填料浆的浓度要求来设定的。这样水初始补加量计算器8.1便按照设定的配比计算水的初始补加量。

根据本实用新型的实施例，水实际补加量检测单元12可以为了流量计，所述流量计例如为电磁流量计。

根据本实用新型进一步的实施例，水设定补加量计算单元9利用所述补偿器11计算出的预定时间段内的补偿值对所述初始补加量进行补偿，这称之为限次补偿。可选地，水设定补加量计算单元9利用所述补偿器11计算出的过去所有时刻的补偿值对所述初始补加量进行补偿，这称之为全程补偿。这将在下面进行详细描述。

下面参考图4描述根据本实用新型实施例的控制向矿山采空区充填尾砂中水的控制，图4示出根据本实用新型实施例的控制向尾砂中补加水的控制设备的操作流程图。

如图4所示，首先计算流到搅拌槽内的尾砂中的干砂量和含水量。接着设定干砂与水的配比。需要说明的是，干砂与水的配比也可以预先设定，而不是在计算出干砂量之后进行。对于根据本实用新型的控制设备的操作步骤而言，并不限于这里描述的顺序，本领域的普通技术人员可以对所述顺序进行调整。

在设定了干砂与水的配比后，利用所述干砂量、尾砂含水量和配比计算向尾砂中补加水的初始补加量。在补水的过程中，测量向尾砂中补加水的实际补加量。将所述实际补加量反馈到初始补加量，以便补偿所述初始补加量从而得到设定补加量。同时，利用所述实际补加量修正所述设定补加量。最后，基于修正后的设定补加量控制向尾砂中补加水的量。

因此，根据本实用新型的控制设备的操作流程，利用检测的实际补加量补偿初始补加量，得到设定补加量，同时，再利用实际补加量修正设定补加量，最后，基于修正后的设定补加量控制水的补加。因此，水的实际补加量相对于与实际补加量相对应的尾砂而言不存在滞后，从而能够根据需要更精确地控制水的实际补加量，水的补加量波动小，使充填料的浓度较稳定，从而减少了添加辅料的用量，降低了消耗成本。

下面参考图5描述根据本实用新型另一实施例的控制向尾砂中补加水的控制设备的操作流程。

在图5示出的实施例中，计算从砂仓流出到搅拌槽内的尾砂中的干砂量和尾砂的含水量具体包括测量从砂仓流出到搅拌槽内的尾砂的流量；测量从砂仓流出到搅拌槽内的尾砂的浓度；和利用所述流量和浓度计算尾砂中的干砂质量和尾砂的含水量。

如上所述，干砂与水的配比根据需要设定，可以根据需要得到的充填料的浓度设定此值。

根据此实施例的操作流程的其他步骤与上述实施例的操作流程的步骤相同，这里不再赘述。

需要说明的是，虽然设定干砂与水的配比和计算水的初始补加量描述为两个单独的步骤，然而这两个步骤可以合并为一个步骤，例如由上述水初始补加量计算单元8完成。

根据本实用新型，利用实际补加量补偿所述初始补加量以便得到设定补加量；利用所述测量的实际补加量修正所述设定补加量。根据修正后的设定补加量向尾砂中补加水。通过此处的补偿和修正克服了由于连续给料使尾砂和水实际比值波动较大、难以控制的缺点。因为波动较小，在保证充填质量的情况下，不用提高添加辅料的用量，减小了添加辅料的用量、降低了成本。

如上所述，根据本实用新型的控制设备的操作步骤，模仿料浆批量制备过程的控制设备，即使系统的水的补加量在短时间内由于滞后或其他原因没有跟上尾砂给入量的变化，但使用本实用新型的控制设备也可以在一定时间内比较方便地将其差值补给上，这样就形成一批批“软”料浆，每批料浆的浓度是比较准确的，这正是利用上述补偿器11带来的优点。因此，本实用新型的操作步骤可以称为水的软批量控制。

根据本实用新型进一步的实施例，如上所述，对于利用初始补加量和检测到的实际补加量计算出补偿值并利用所述补偿值补偿所述初始补加量，有两种补偿方法：全程补偿法和限次补偿法。

所谓全程补偿法，即将过去所有时刻添加辅料的补偿值在未来的一个时刻全部进行补偿。全程补偿的具体算法如下：

序号	时间	计算周期	周期内差值	差值累计	补偿值
						1	t1	Δt	Δx1	x1＝Δx1	Δy1＝0
2	t2	Δt	Δx2	x2＝x1+Δx2	Δy2＝x1
						3	t3	Δt	Δx3	x3＝x2+Δx3	Δy3＝x2
4	t4	Δt	Δx4	x4＝x3+Δx4	Δy4＝x3
						5	t5	Δt	Δx5	x5＝x4+Δx5	Δy5＝x4

6	t6	Δt	Δx6	x6＝x5+Δx6	Δy6＝x5
						……	……	……	……	……	……
n	tn	Δt	Δx7	x7＝x(n-1)+Δx(n)	Δy(n)＝x(n-1)
						……	……	……	……	……	……

上表为全程补偿算法计算过程。其中，计算周期为每次计算的时间间隔，周期内的差值为本时间段内应水与实际水的补加量的差值，应水的量可以通过比值器根据干砂量及其含水量很方便地算出来。这里，应加入的添加辅料的量和水量可分别由式1和式2来计算。

$Q_C=\frac{i{Q}_1\mathrm{\Δt}{c}_1{\mathrm{\ρ}}_0}{{\mathrm{\ρ}}_0-({\mathrm{\ρ}}_0-1)c_1}---\left(1\right)$

式中：Q_c——计算周期内需要添的添加辅料的量，kg；

i——添加辅料与尾砂的配比。

Q₁——尾砂的流量，m³/h；

C₁——尾砂的浓度；

ρ₀——尾砂的密度，kg/m³。

$Q_s=\frac{Q_c(1-C_2)(1+i)}{i{C}_2}-\frac{Q_C(1-C_1)}{i{C}_1}---\left(2\right)$

式中：Q_s——计算周期内需要添的水量，kg；

C₂——充填料浆浓度设定值。

所谓限次补偿法，即只将设定时刻内的补偿值对初始补加量进行补偿。限次补偿法的具体算法如下：

限次补偿算法中应加入的添加辅料的量和水量同样也可分别由式1和式2来计算。只是补偿值的取值范围不同。假设限定的补偿次数为3次，则限次补偿算法如下表所示。可以看出全程补偿算法每次进行补偿时把以前的水当成一整批来看待。而限次补偿算法中则只将最近一段时间内的水量作为一批料来对待。限次补偿的具体算法如下：

序号	时间	计算周期	周期内差值	差值累计	补偿值
						1	t1	Δt	Δx1	x1＝Δx1	Δy1＝0
2	t2	Δt	Δx2	x2＝x1+Δx2	Δy2＝x1
						3	t3	Δt	Δx3	x3＝x2+Δx3	Δy3＝x2
4	t4	Δt	Δx4	x4＝x3+Δx4	Δy4＝Δy3+Δx3
						5	t5	Δt	Δx5	x5＝x4+Δx5	Δy5＝Δy4+Δx4-Δx1
6	t6	Δt	Δx6	x6＝x5+Δx6	Δy6＝Δy5+Δx5-Δx2
						7	t7	Δt	Δx7	x7＝x6+Δx7	Δy7＝Δy6+Δx6-Δx3
……	……	……	……	……	……
						n	tn	Δt	Δx7	x7＝x(n-1)+Δx(n)	Δy(n)＝Δy(n-1)+Δx(n-1)-Δx(n-m-1)
……	……	……	……	……	……

相比全程补偿算法，采用限次补偿有如下优点：根据制备工艺要求，通常每次充填作业开始时需要向井下充填一会水或低浓度的充填料以润滑管路，而且砂仓刚开始放砂时由于砂仓需要喷水流化，初始放砂浓度比较低，限次补偿算法只将近一段时间内物料平衡作为目标来进行补偿，当上述情况发生时，在砂仓放砂浓度恢复正常后，能及时地使得搅拌槽内的充填料配比趋向正常，所以测量的误差较小。

虽然上面描述了向尾砂中添加水，然而，可以理解的是，尾砂可以用其他主料代替，例如煤矸石，这同样在本实用新型的范围内。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1、一种用于控制向尾砂中补加水的控制设备，其特征在于：包括计算从砂仓流出到搅拌槽内的尾砂中的干砂量和含水量的干砂量和含水量计算单元，水初始补加量计算单元，检测向尾砂中补加的水的实际补加量的水实际补加量检测单元，补偿器，水设定补加量计算单元，和水补加控制单元，其中所述水初始补加量计算单元与干砂量和含水量计算单元相连以接收干砂量和含水量，所述补偿器分别与所述水实际补加量检测单元和水初始补加量计算单元相连以接收水实际补加量和水初始补加量，所述水设定补加量计算单元分别与所述水初始补加量计算单元和补偿器相连以接收所述水初始补加量和对所述水初始补加量进行补偿的补偿值，所述水补加控制单元分别与水设定补加量计算单元和水实际补加量检测单元相连以接收水设定补加量和对水设定补加量进行修正的水实际补加量且基于修正后的设定补加量控制补水阀门向尾砂中补加水的量。

2、根据权利要求1所述的用于控制向尾砂中补加水的控制设备，其特征在于：所述干砂量和含水量计算单元包括：

测量从砂仓流出到搅拌槽内的尾砂的流量的尾砂流量计；

测量从砂仓流出到搅拌槽内的尾砂的浓度的尾砂浓度计；和

计算从砂仓流出到搅拌槽内的尾砂中的干砂量和含水量的干砂量和含水量计算器，所述干砂量和含水量计算器分别与所述尾砂流量计和尾砂浓度计相连。

3、根据权利要求1所述的用于控制向尾砂中补加水的控制设备，其特征在于：所述水初始补加量计算单元包括：

设定干砂与水的配比的比值器；和

计算水的初始补加量的水初始补加量计算器，所述水初始补加量计算器与所述比值器、干砂量和含水量计算单元、水设定补加量计算单元和补偿器相连。

4、根据权利要求1-3中任一项所述的用于控制向尾砂中补加水的控制设备，其特征在于：水设定补加量计算单元从所述补偿器接收的补偿值为预定时间段内的补偿值。

5、根据权利要求1-3中任一项所述的用于控制向尾砂中补加水的控制设备，其特征在于：水设定补加量计算单元从所述补偿器接收的补偿值为过去所有时刻的补偿值。

6、根据权利要求1-3中任一项所述的用于控制向尾砂中补加水的控制设备，其特征在于：所述水实际补加量检测单元为检测水流量的流量计。

7、根据权利要求6所述的用于控制向尾砂中补加水的控制设备，其特征在于：所述流量计为电磁流量计。

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