JZZ—320型全自動攪拌充填系統的研制與應用研究

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濟發展的矛盾日益突出， 有效充分利用地下資源，延長礦井壽命，促進煤炭工業的健康發展具有重要意義。該型充填站主要是針對：井下采空區、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的研發設計難點、創新點及應用

【關鍵詞】攪拌充填；三維建模；自動配比稱重；超高水；恒流量閉環控制。

1、概述、術語

JZZ系列充填系統能夠將超高水材料A、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進行混合，形成的漿體在一定時間內膠結、凝聚，達到設計強度0.77實現采空區充填?；旌虾蟮臐{體中水體積可達95%～97%。

2、主要結構及功用

2.1、電氣控制系統電氣控制系統主要有兩臺動力柜、兩臺PLC控制柜、六個現場控制箱、操作臺上位機系統、現場儀表及執行元件等組成：

2.2、粉料儲存導料稱量裝置：由粉料倉、螺旋輸送機、粉料稱量裝置等組成。粉料倉設計為天圓地方結構，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計為圓柱形，下部設計錐體，保證物料不積存料倉，粉料倉和粉料稱量裝置錐體下部設有震動破拱裝置，克服因環境潮濕物料結拱問題。

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、擺桿機構等組成。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向機構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、超高水實現配比。

2.7、主結構部分：由可自由拆裝式的爬梯、護欄、主結構上層、主結構中層、主結構下層等組成。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、結構不緊湊、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、制漿生產出的漿體輸送至需充填的巷道才能達到理想的反應凝固。

3.3、A、B、AA、BB粉料自動配比精度、稱量精度、導料、卸料方式實現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、主機制漿設備的一用一備結構設計難題（該系統由A＼B自動制漿生產線組成。

3.7、PLC控制系統的控制

4、國家專利、創新點

（1）一種全自動多種物料精確配比混合制漿攪拌系統

（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：

（1）甲、乙兩種漿料的配比控制采用單閉環比值控制系統，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閉環控制，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，避免乙漿料的供應不足造成配比失控。

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

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

4.2、一鍵啟車功能：充填攪拌站控制系統能實現全自動控制，操作員只需按一下操作畫面上的開始生產按鈕，系統將按照操作員預先設定好的生產參數自動進行生產。

4.3、系統選擇功能：A漿和B漿各設甲乙兩條生產線，甲乙兩條生產線是否投入生產可根據生產量隨意進行選擇，在正常生產過程中也可以隨時投入或撤出任一條生產線。

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所有倉/桶中的料位液位按照工藝要求實現液位閉環控制，防止跑冒和抽干。

4.5、掉電保護功能：整個PLC控制系統的每個控制柜進線電源和上位機系統電源都由UPS提供。系統如果突然停電，上位機系統和PLC控制系統能繼續保持供電，以便操作員及時對生產數據進行善后處理和妥善保存。

4.6、工程師站功能：對整個生產控制系統進行管理，主要完成數據庫、圖形、控制算法、報表的組態和簡化歷史庫、事故追憶、變量組定義等參數配置，以及組態及組態數據的打印、下裝，并完成在線運行監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，如系統啟停，控制方式轉換，工藝流程參數的設定，單臺設備的遠方控制等均通過鍵盤或鼠標完成；并把各分站處理的各類生產數據，開關量（設備的運行、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，并進行適當的閉環自適應控制。

4.8、故障報警功能：當設備故障或模擬量超限時，生產監測及管理網絡同步顯示故障設備名稱，并可實現語音報警、實時打印故障功能。

4.9、數據查詢功能：生產實時監測數據均可存貯于生產實時數據歷史數據庫中，可實現歷史回顯、歷史趨勢分析，及直方圖、餅圖等進行綜合分析。

4.10、生產優化功能：在網絡服務器中建立了綜合歷史數據庫，定時將生產、經營等數據存入數據庫中，制作計劃、生產完成情況的趨勢分析圖表，為今后的生產計劃提供參考。

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進行監測和分析，實現了在線故障的檢測，有一只傳感器發生故障時，仍可根據該傳感器以往的信息，在不更換該傳感器的情況下，使系統在保證一定準確度的情況下繼續工作。

5、結語

該系統生產能力大，周期短，材料配比準確，充填工藝系統結構簡單， 機械自動化程度高， 實際應用與操作方便， 可以實現配比選擇、上料、校稱、稱重、制漿攪拌、流量檢測、生產盤數等的全自動控制，實現了一鍵啟動整機自動化運行。

【參考文獻】

[1] 馮光明、王成真.超高水材料采空區充填工藝系統與應用研究.[論文] ：山東科技大學學報，2011