阅读说明：本技术 用于膏体精准给料搅拌的集成监测系统及方法 (Integrated monitoring system and method for paste accurate feeding and stirring ) 是由 尹升华 王雷鸣 肖友鹏 吴爱祥 王少勇 陈勋 邵亚建 严荣富 侯永强 陈威 陈大 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于膏体精准给料搅拌的集成监测系统及方法,属于矿山充填技术领域。该系统包括驱动电机、干尾砂仓、储水仓、电控阀门、定量皮带式给料机、电磁流量计、尾砂拌合仓、搅拌浆杆、螺杆式搅拌桨叶、溢流口、砂浆泵、电磁换向阀、水力旋流器、入料口、卧式搅拌槽、液位传感器、入浆口、出浆口、黏度传感器、浓度传感器、计算机集控数据平台。该系统利用计算机集控数据平台,实现物料添加、料浆黏度、浓度和液位可控可测,为矿山膏体给料搅拌制备过程优化与监测提供良好借鉴。(The invention provides an integrated monitoring system and method for accurate feeding and stirring of paste, and belongs to the technical field of mine filling. The system comprises a driving motor, a dry tailings bin, a water storage bin, an electric control valve, a quantitative belt feeder, an electromagnetic flowmeter, a tailings mixing bin, a stirring rod, a screw type stirring paddle blade, an overflow port, a mortar pump, an electromagnetic directional valve, a hydrocyclone, a feeding port, a horizontal stirring tank, a liquid level sensor, a slurry inlet, a slurry outlet, a viscosity sensor, a concentration sensor and a computer centralized control data platform. The system utilizes a computer centralized control data platform to realize material addition, controllable and measurable slurry viscosity, concentration and liquid level, and provides a good reference for optimization and monitoring of the mine paste feeding and stirring preparation process.)

用于膏体精准给料搅拌的集成监测系统及方法

技术领域

本发明涉及矿山充填技术领域，特别是指一种用于膏体精准给料搅拌的集成监测系统及方法。

背景技术

膏体充填技术，是指将选矿尾砂、废石、废渣等矿山固体物与水泥、絮凝剂、水等混合，经浓密搅拌形成膏体结构流，最终充填至井下或地表堆存的绿色开采技术。可有效消除地下采空区与地表尾矿库，实现“一废治两害”，破除生态破坏与环境污染困境，提高矿山开采效率与作业安全。其中，高效制备膏体充填料浆，是膏体充填技术的关键环节。能否实现对膏体给料搅拌过程的可测、可控、可调，能否实现全过程精准集成控制，是制约膏体制备效率、制备效果的核心难题。

当前，对膏体给料搅拌过程监测控制的方法，主要有以下三类：1)对尾砂料浆进行不定时取样检测。通过在尾砂拌合仓、卧式搅拌机等装置上安设观察取样口等方式，对膏体料浆进行取样，通过室内塌落度实验、流变实验等方式对膏体物料性质进行研究，获取料浆黏度、浓度等关键理化特征参数；2)利用可视化与图像处理技术。通过架设高速摄影机等图像获取装置，对卧式搅拌槽等装置内尾砂料浆进行拍照，利用图像处理技术对照片进行处理，获取尾砂料浆二维孔隙灰度图像，参照标准阈值进行判别；3)安设监测仪表与传感器。通过在搅拌槽等装置内部或外部安设嵌套型浓度计、压力计等外加仪表，利用监测仪表对尾砂料浆仪表进行有效监测，通过人为调控或计算机等方式对膏体料浆制备过程进行调节。

上述方法主要存在四个方面问题：1)原位采样检测实验过程复杂、时间长、取样存在随机性，并且实验检测结果显著滞后，测试结果无法对实时调节形成参考；2)图像处理技术是宏观尺度的判别，通常只能基于搅拌料浆表层形貌进行辨识，极易受照片质量、图像处理方法的干扰，准确度较低；3)监测处置成本较高，类似上述提及的高速摄影机、浆式流变仪等实验耗材需要大量资金投入，恶劣多尘的运行环境导致装置稳定性差、维护费用高；4)数据采集分散化，集成程度较低。以往采用监测仪表对尾砂料浆状态的监测通常较为割裂，存在给料、搅拌等多流程无法协同，调控手段无法做到切实有效，并且，给料搅拌过程提取的监测数据滞后、精准程度低，普遍依赖人员操作，难以对尾砂料浆质量调节提供实时参考。综上，现有膏体给料搅拌监测系统与方法取得显著进步，但仍存在监测滞后、可视化程度低、数据集成差、反馈线程长等突出问题，缺乏用于膏体精准给料搅拌的集成监测系统与方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于膏体精准给料搅拌的集成监测系统及方法，探索出一种利用定量皮带式给料机、电磁流量计、液位传感器、黏度传感器、浓度传感器等装置，对给料过程、搅拌过程中物料配比、料浆黏度、料浆浓度、料浆液位高度等关键参数实时监测与控制，最终获得理想膏体充填料浆的有效方法，最终为矿山膏体料浆精准制备与监测提供重要参考。

该系统包括给料拌合系统、旋流分级系统、尾砂搅拌系统及数据监测控制系统，其中，给料拌合系统包括干尾砂仓、储水仓、定量皮带式给料机、尾砂拌合仓、搅拌浆杆、螺杆式搅拌桨叶及溢流口，旋流分级系统包括水力旋流器及入料口，尾砂搅拌系统包括卧式搅拌槽、入浆口及出浆口，数据监测控制系统包括驱动电机、电控阀门、电磁流量计、砂浆泵、电磁换向阀、液位传感器、黏度传感器、浓度传感器及计算机集控数据平台，干尾砂仓下部设置定量皮带式给料机，定量皮带式给料机将尾砂给入尾砂拌合仓，储水仓将水给至尾砂拌合仓，尾砂拌合仓底流经砂浆泵输送至水力旋流器的入料口，尾砂拌合仓溢流经溢流口输送至储水仓，水力旋流器底流输送至卧式搅拌槽的入浆口，水力旋流器溢流经溢流口返回储水仓，整个系统通过计算机集控数据平台控制；干尾砂仓、尾砂拌合仓的顶部和卧式搅拌槽的侧面均安设驱动电机，驱动电机连接干尾砂仓、尾砂拌合仓及卧式搅拌槽内部安设的搅拌浆杆，搅拌浆杆上设置螺杆式搅拌桨叶，干尾砂仓、储水仓、尾砂拌合仓及水力旋流器底部均安设电控阀门，干尾砂仓底部电控阀门的下方为定量皮带式给料机，储水仓底部电控阀门的下方为电磁流量计，尾砂拌合仓和水力旋流器上部均安设溢流口，尾砂拌合仓和水力旋流器底部均安设砂浆泵，卧式搅拌槽内设置黏度传感器、浓度传感器及液位传感器，卧式搅拌槽上部设置入浆口，底部设置出浆口。

水力旋流器的入料口前设置电磁换向阀。

定量皮带式给料机是基于质量称重监测为指标的皮带式连续定量给料装置。

黏度传感器、浓度传感器位于卧式搅拌槽内尾砂液面以下。

电控阀门、砂浆泵、电磁换向阀给出物料泵送电信号；定量皮带式给料机、电磁流量计给出物料量控制电信号；液位传感器、黏度传感器、浓度传感器分别采集液位、粘度和浓度信号；各类电信号由计算机集控数据平台统一汇集、处理和发出。

应用该发明的方法，包括步骤如下：

S1：启动计算机集控数据平台，将储水仓注入清水，设置电磁流量计，开启电控阀门、电磁换向阀和砂浆泵，将清水注入尾砂拌合仓、水力旋流器和卧式搅拌槽，调校液位传感器、黏度传感器和浓度传感器，调校定量皮带式给料机；

S2：启动干尾砂仓、尾砂拌合仓、卧式搅拌槽的驱动电机，将干尾砂倾倒入干尾砂仓，将工业用水注入储水仓；

S3：利用计算机集控数据平台设置定量皮带式给料机、电磁流量计运行条件，启动电控阀门，使干尾砂、水分别经定量皮带式给料机、电磁流量计进入尾砂拌合仓，启动驱动电机进行物料拌合；

S4：尾砂拌合仓内的物料拌合完成后，在计算机集控数据平台的控制下，开启电控阀门，经砂浆泵泵送至电磁换向阀，后经入料口进入水力旋流器；

S5：启动水力旋流器，高浓度尾砂浆位于水力旋流器底部，待旋流分级后，经计算机集控数据平台控制开启电控阀门、砂浆泵，在电磁流量计控制下尾砂浆经入浆口进入卧式搅拌槽，溢流水经溢流口回流至储水仓；

S6：在搅拌浆杆与螺杆式搅拌桨叶作用下，卧式搅拌槽内的尾砂浆不断搅拌，利用液位传感器、黏度传感器、浓度传感器对尾砂浆液位高度、黏度和浓度等物理力学参数进行原位采集，由计算机集控数据平台处理并实现可视化；

S7：利用计算机集控数据平台监测料浆黏度、浓度状态，若浓度过低(一般低于60±2％即为膏体料浆浓度过低)，则调节定量皮带式给料机增加干尾砂添加量，或调节储水仓下方电磁流量计减少水添加量；若浓度过高(一般高于90±2％即为膏体料浆浓度过高)，则减少干尾砂或增加水添加量，制备完成的目标膏体料浆经出浆口输出；

S8：实验完成后，排空干尾砂仓、定量皮带式给料机滞留干尾砂，调节储水仓下电磁流量计，增大清水流量，清洗尾砂拌合仓、水力旋流器和卧式搅拌槽，利用黏度传感器、浓度传感器监测卧式搅拌槽内液体参数，直至清洗完毕，关闭该系统。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，该系统依托计算机集控数据平台，利用黏度传感器、浓度传感器、液位传感器、电磁流量计、定量皮带式给料机等参数监测与控制装置，实现了物料添加、料浆黏度、料浆浓度和料浆液位的全流程可视化，达到膏体制备过程精准给料与搅拌，具有关键参数可控可调、设备成本低等突出优势，为矿山膏体给料搅拌制备过程优化与监测提供良好借鉴。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

其中：1-驱动电机，2-干尾砂仓，3-储水仓，4-电控阀门，5-定量皮带式给料机，6-电磁流量计，7-尾砂拌合仓，8-搅拌浆杆，9-螺杆式搅拌桨叶，10-溢流口，11-砂浆泵，12-电磁换向阀，13-水力旋流器，14-入料口，15-卧式搅拌槽，16-液位传感器，17-入浆口，18-出浆口，19-黏度传感器，20-浓度传感器，21-计算机集控数据平台。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种用于膏体精准给料搅拌的集成监测系统及方法。

如图1所示，该系统包括给料拌合系统、旋流分级系统、尾砂搅拌系统及数据监测控制系统，其中，给料拌合系统包括干尾砂仓2、储水仓3、定量皮带式给料机5、尾砂拌合仓7、搅拌浆杆8、螺杆式搅拌桨叶9及溢流口10，旋流分级系统包括水力旋流器13及入料口14，尾砂搅拌系统包括卧式搅拌槽15、入浆口17及出浆口18，数据监测控制系统包括驱动电机1、电控阀门4、电磁流量计6、砂浆泵11、电磁换向阀12、液位传感器16、黏度传感器19、浓度传感器20及计算机集控数据平台21，干尾砂仓2下部设置定量皮带式给料机5，定量皮带式给料机5将尾砂给入尾砂拌合仓7，储水仓3将水给至尾砂拌合仓7，尾砂拌合仓7底流经砂浆泵11输送至水力旋流器13的入料口14，尾砂拌合仓7溢流经溢流口10输送至储水仓3，水力旋流器13底流输送至卧式搅拌槽15的入浆口17，水力旋流器13溢流经溢流口返回储水仓3，整个系统通过计算机集控数据平台21控制；干尾砂仓2、尾砂拌合仓7的顶部和卧式搅拌槽15的侧面均安设驱动电机1，驱动电机1连接干尾砂仓2、尾砂拌合仓7及卧式搅拌槽15内部安设的搅拌浆杆8，搅拌浆杆8上设置螺杆式搅拌桨叶9，干尾砂仓2、储水仓3、尾砂拌合仓7及水力旋流器13底部均安设电控阀门4，干尾砂仓2底部电控阀门4的下方为定量皮带式给料机5，储水仓3底部电控阀门4的下方为电磁流量计6，尾砂拌合仓7和水力旋流器13上部均安设溢流口10，尾砂拌合仓7和水力旋流器13底部均安设砂浆泵11，卧式搅拌槽15内设置黏度传感器19、浓度传感器20及液位传感器16，卧式搅拌槽15上部设置入浆口17，底部设置出浆口18。

水力旋流器13的入料口14前设置电磁换向阀12。干尾砂仓2中的干尾砂经电控阀门4、定量皮带式给料机5控制下进入尾砂拌合仓7；储水仓3中的水经电控阀门4、电磁流量计6控制下进入尾砂拌合仓7，干尾砂与水在尾砂拌合仓7进行混合获得尾砂料浆。

尾砂拌合仓7、水力旋流器13中搅拌产生的溢流水，经溢流口10流出泵回储水仓3再次利用。

尾砂拌合仓7底部排出的尾砂料浆经砂浆泵11泵送至电磁换向阀12，依据需求调节电磁换向阀12，使尾砂进入水力旋流器13。

卧式搅拌槽15内的液位传感器16确定当前尾砂料浆液位，黏度传感器19、浓度传感器20均保持在尾砂液面以下，确保测量准确。

电控阀门4、砂浆泵11、电磁换向阀12给出物料泵送电信号；定量皮带式给料机5、电磁流量计6给出物料量控制电信号；液位传感器16、黏度传感器19、浓度传感器20分别采集液位、粘度和浓度电信号；各类电信号由计算机集控数据平台21统一汇集、处理和发出。

定量皮带式给料机5是基于质量称重监测为指标的皮带式连续定量给料装置。

该系统实际应用过程如下：

S1：开展系统试车与调教，启动计算机集控数据平台21，将储水仓3注入清水，设置电磁流量计6，开启电控阀门4、电磁换向阀12和砂浆泵11，使清水依次进入尾砂拌合仓7、水力旋流器13和卧式搅拌槽15，调校液位传感器16、黏度传感器19和浓度传感器20；利用一定量物料，调校定量皮带式给料机5。

S2：启动干尾砂仓2、尾砂拌合仓7和卧式搅拌槽15的驱动电机1，将干尾砂倾倒入干尾砂仓2，使干尾砂不断拌合，避免尾砂固结压耙；将工业用水注入储水仓3。

S3：按需求计算干尾砂与水配比，在计算机集控数据平台21控制下设置定量皮带式给料机5、电磁流量计6的运行条件并启动，开启电控阀门4，使尾砂和水分别经定量皮带式给料机5、电磁流量计6进入尾砂拌合仓7，在驱动电机1作用下进行物料拌合。

S4：尾砂拌合仓7内的物料拌合完成后，在计算机集控数据平台21的控制下，开启电控阀门4，经砂浆泵11泵送至电磁换向阀12，后经入料口14进入水力旋流器13。

S5：开展尾砂旋流分级，高浓度尾砂浆位于水力旋流器13底部，待旋流分级后，经计算机集控数据平台21控制开启电控阀门4、砂浆泵11，利用电磁流量计6控制尾砂浆添加量，使尾砂浆经入浆口17进入卧式搅拌槽15，溢流水经溢流口10回流至储水仓3。

S6：卧式搅拌槽15内的尾砂浆在搅拌浆杆8与螺杆式搅拌桨叶9的带动下进行搅拌，利用液位传感器16、黏度传感器19、浓度传感器20对尾砂浆液位高度、黏度和浓度等物理力学参数进行采集，统一由计算机集控数据平台21处理并实现数据实时可视化。

S7：利用计算机集控数据平台21监测是否达到目标黏度、浓度状态，若浓度过低(一般低于60±2％)，则调节定量皮带式给料机5增加干尾砂添加量，或调节储水仓3下方的电磁流量计6减少水添加量；若浓度过高(一般高于90±2％)，则减少干尾砂添加量或增加水添加量。

S8：尾砂浆最终制备完成目标膏体料浆，经出浆口18输出；尾砂拌合仓7、水力旋流器13中搅拌过程中产生溢流水，经溢流口10泵回储水仓3，形成闭路循环。

S9：膏体料浆制备完成后，排空干尾砂仓2，依次关闭干尾砂仓2下方电控阀门4，排空定量皮带式给料机5上滞留干尾砂，调节储水仓3下方电磁流量计6，增大清水流量，依次对尾砂拌合仓7、水力旋流器13、卧式搅拌槽15进行清洗，利用黏度传感器19、浓度传感器20对卧式搅拌槽15内监测液体参数，对比标准参考值，确认清洁完成后，关闭各驱动与监测装置。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。