采煤充填论文

1、河北工程大学毕业设计摘 要本文对我国煤矿采煤后进行膏体充填的方法及仪器给于了详细介绍。对以往的监测方法进行了说明,提出了不足,并推出了解决方案,设计了新的监测系统。随着科技和经济日新月异的发展，充填采矿法在我国现有的地下矿山得到了广泛的应用。应用工业废料作为充填材料，如煤矸石、赤泥、粉煤灰等工业废弃物，解决了矸石量不足的问题，且采用中国矿业大学研发的最新充填技术与设备，从而达到高强度高效率充填。固体废弃物充填技术既可以减少工业固体废弃物排放，又可以作为地下结构支撑体，减轻开采沉陷灾害，提高矿井资源回收率，是实现煤矿低成本高回报的关键技术之一。通过上述研究，验证了膏体充填的连续开采技术在我国推广

2、应用的可行性和有效性：一方面可以实现作业面连续生产的连续化，另一方面可以提高煤炭生产效率和经济效益。本设计采用WinCC编制上位机软件实现上位机的组态设计，完成上位机与PLC通讯连接，实现计算机与PLC之间传送数据与交换信息的要求。关键词：监控系统；充填技术；组态 AbstractThis article gave a introduction in detail on the method of paste filling and its instruments for our country coal mine .It has carried on the narration to the

3、 respective good and bad points, gives the introduction of the solution and the design of a new monitoring system. With the rapid technological and economic development, filling mining method in the existing underground mine in China has been widely used. Using industrial waste as a filling material

4、, such as coal gangue, red mud, fly ash and other industrial waste, to solve the problem of insufficient amount of waste rock achieves high strength and high efficiency filling. Solid waste filling technology can reduce emissions of industrial solid waste, but also can be used as underground structu

5、ral support, reduce mining subsidence damage, to improve mine resource recovery, is one of the key technologies of coal mining low-cost high-return. The study to verify the feasibility and effectiveness of paste filling continuous mining technology in China to promote the application: on the one han

6、d it can achieve continuous production of continuous work surface; on the other hand, it can improve the efficiency and cost of coal production. This design uses the WinCC preparation of PC software host computer configuration design to complete the connection of the host computer to communicate wit

7、h the PLC to transfer data between the computer and the PLC exchange information.Keywords：Monitoring system ；Backfilling technology ；Configuration42目录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 前言11.2充填采矿法特点21.3充填采矿法在国外的应用现状41.4充填采矿法在国内的应用现状51.5本设计主要内容6第二章 充填系统方案总体设计72.1充填材料的选取72.2矸石破碎工艺流程82.3设备配套方案92.4 充填工艺流程92.5 组态软

8、件的功能112.6 组态软件的选择122.7 WinCC组态软件简要介绍132.8 WinCC的系统构成132.9 WinCC的性能特点14第三章系统主界面的组态设计过程163.1 wincc6.0安装步骤163.2 WinCC项目管理器的介绍173.3 项目的设置173.4 变量管理193.5 退出按钮设置23第四章 过程值归档及报警记录244.1 过程值归档244.2 报警的记录和显示27第五章自动与手动按钮属性设置325.1自动开关属性设置325.2 手动模式设置345.3 与PLC的连接355.4 运行设置和激活36第六章 结 论386.1 主要结论386.2 问题及建议39参考文献4

9、0致 谢41第一章 绪论1.1 前言煤矿绿色开采的发展要求和村庄压煤开采的迫切性，提出了膏体充填不迁村采煤技术。通过研制专用膏体充填胶结料和选择廉价的充填材料，大幅度降低了膏体充填成本，提出了满足煤矿开采适用的膏体材料的合理配比，提出了适合煤矿应用的膏体充填方法，以及系统介绍膏体充填在煤矿实践中的应用。在矿山，煤炭生产中伴随产生的固体废物矸石在1525%，我国历年累计堆放的煤矸石约45亿t，而且堆积量每年还以1.52.0亿t的速度增加。美国年产矸石量也在1.5亿t，经洗选产生的入选煤量的30%做为矸石直接排放于矸石山。相关专家学者普遍认为，煤矿排矸带来的问题，可以通过煤矸石作为充填材料充填在井

10、下得以解决。合理的矸石充填技术能够置换出更多的煤炭资源，从而提高煤炭资源的采出率。矸石充填技术在19世纪50年代的欧洲煤炭行业中应用较为普遍。美国在长壁工作面以及近距离煤层开采中，也采用了矸石充填技术。同时认为矸石充填技术一方面能控制地表的下沉而达到加强矿井通风的管理、防止井下煤炭自燃的目的。风流经过井下通风系统中的风墙、风桥等时会出现漏风的状况，这些都是由于地表运动产生裂隙引起的，充填可以解决上述问题。矸石充填的方法一般根据充填料充填采空区的方式来确定，包括人工充填、机械充填、风力充填、水力充填。不同的充填系统的充填料一般由新掘进矸石、矸石山矸石、砂子、采石场碎石等，并且一般加入胶结料或其它

11、添加剂。考虑到煤矿矸石成分中含有大量的摩擦系数小的矿物成分（粘土），矸石充填体没有足够的支撑力适用所有需保护地表的井下充填。因此，在矸石中添加适当的胶结材料，可提高充填矸石的强度和刚度。但胶结材料与矸石混合后含有大量的影响充填体强度的物质（粘土、煤、黄铁矿）。相关研究表明：粉煤与易膨胀的粘土暴露在充填体表面，有可能吸水膨胀导致充填体内层暴露并被氧化；黄铁矿暴露在充填体的表面，很容易在水和空气的作用下被氧化，形成硫酸亚铁及酸性水，硫酸亚铁被进一步氧化成硫酸铁。随着与碱土金属物（粘土矿物）的混合，黄铁矿被氧化后，大多数硫酸盐离子逐渐成为自由状态，形成硫酸钙、硫酸镁、硫酸钠以及硫酸钾等。硫酸盐与硅酸

12、盐水泥中的成分发生反应，形成新的不溶解混合物。这种混合物的形成过程中分子体积增大，引起胶结体体积膨胀甚至崩解。硫酸镁、硫酸钠以及硫酸钾比硫酸钙更易溶于水，所以对胶结充填体的影响更大。固体废物膏体充填不迁村采煤，就是把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、工业炉渣、劣质土、城市固体垃圾等在地面加工制作成不需要脱水处理的牙膏状浆体，采用充填泵或重力加压，通过管道输送到井下，适时充填采空区或离层区，形成以膏体充填体为主的上覆岩层支撑体系，有效控制地表沉陷在建筑物允许值范围内，实现村庄不搬迁，安全开采建筑物下压煤，保护矿区生态环境和地下水资源。固体废物膏体充填是煤矿绿色开采技术的重要组成部分。要解决煤矿开采对水资

13、源、土地资源、建筑物等造成的破坏，特别是当前亟待解决的不迁村采煤问题，应用膏体充填技术是最理想的方法之一，但在煤矿应用膏体充填技术与金属矿山又有较大差别。金属矿山工作面围岩较稳定，充填作业一般是在工作面回采结束后一次完成，且对充填体的早期强度无特别要求；另外，金属矿山膏体充填成本较高，煤矿难以承受的。因此，只有降低膏体充填成本，膏体充填技术在煤矿才有生命力。1.2充填采矿法特点地下矿山的采矿方法分为三大类：空场法，崩落法和充填法。近几十年以来，随着我国倡议建设绿色矿山，提高资源的综合利用率，努力争取节能减排，尽可能的最大范围的保护环境，科学发展的模式得到人们的普遍认同。膏体充填就是把煤矿附近的

14、煤矸石、粉煤灰、炉渣、劣质土、城市固体垃圾等固体废物在地面加工成无临界流速、不需脱水的膏状浆体，利用充填泵或重力作用通过管道输送到井下，适时充填采空区的采矿方法。膏体充填以后形成的以充填体为主的覆岩支控体系，能够有效控制地表开采沉陷在建筑物允许值范围内，保护地下水资源不受破坏，提高煤炭资源采出率，改善矿山安全生产条件，实现不搬迁采煤，解放村庄建筑物下、铁路下、水体上下煤炭资源，保护矿区生态环境。使用膏体充填采煤虽然不可避免地要增加一定的吨煤生产成本，但是，却克服了传统的条带开采采出率低的根本缺陷，膏体充填采矿技术的开发应用，是煤炭工业贯彻落实科学发展观、实现绿色采矿的重要举措，具有“高采出率、

15、环境友好、高安全性”的基本特征，是一种新的绿色采矿技术，也是21世纪采矿技术的重要发展方向。膏体充填采矿技术的应用，是煤炭开采技术的革新，将为煤炭工业健康发展注入新的活力。从“三下一上”采煤的需要出发，应该说传统的水砂充填（包括水力破碎矸石充填）、膏体充填在技术上都能够解决“三下一上”开采，实现不迁村采煤，但是膏体充填具有更大的技术优势，是中国煤矿21世纪“三下一上”采煤的主要技术发展方向。膏体充填突出的技术特点是：（1）浓度高。一般膏体充填材料质量浓度>75%，目前最高浓度达到88%。而普通水砂充填材料浓度低于65%，如我国阜新矿区水砂充填水砂比，新平安矿为2.7:15.3:1，新邱一

16、坑为1.2:12.1:1，高德八坑为2:1，按照质量浓度小于50%。（2）流动状态为柱塞结构流。普通水砂充填料浆管道输送过程中呈典型的两相紊流特征，管道横截面上浆体的流速为抛物线分布，从管道中心到管壁，流速逐渐由大减小为零，而膏体充填料浆在管道中基本是整体平推运动，管道横截面上的浆体基本上以相同的流速流动，称之为柱塞结构流。（3）料浆基本不沉淀、不泌水、不离析。膏体充填材料这个特点非常重要，可以降低凝结前的隔离要求，使充填工作面不需要复杂的过滤排水设施, 也避免或减少了充填水对工作面的影响，充填密实程度高。而普通水砂充填，除大部分充填水需要过滤排走以外，常常还在排水的同时带出大量的固体颗粒，其

17、量高者达40%，只在少数情况下低于15%，产生繁重的沉淀清理工作。（4）无临界流速。最大颗粒料粒径达到2535mm, 流速小于1m/s 仍然能够正常输送，所以，膏体充填所用的煤矸石等物料只要破碎加工即可,可降低材料加工费，低速输送能够减少管道磨损。（5）相同胶结料用量下强度较高。可降低价格较贵的胶结料用量，降低材料成本。（6）膏体充填体压缩率低。一般水砂充填材料（包括人造砂）压缩率为10%左右，级配差的甚至达到20%，水砂充填地表沉陷控制程度相对较差，通常水砂充填地表沉陷系数为0.10.2（中国新汶矿区水砂充填地表沉陷系数为0.130.17），许多条件尚需要与条带开采结合，留设条带煤柱才能够达

18、到保护地表建筑物的目的。而膏体充填材料中固体颗粒之间的空隙由胶结料和水充满，一般压缩率只有1%左右，控制地表开采沉陷效果好，“三下一上”压煤有条件得到最大限度的开采出来。煤矿开采方法不同于金属矿山，煤矿没有尾砂，煤矿普遍采用壁式开采体系，采煤与膏体充填紧密关联，充填工作处理不当或延迟都将直接影响工作面煤炭生产，所以，煤矿膏体充填绝不是把发展比较成熟的金属矿山膏体充填技术向煤矿的简单引进。与金属矿膏体充填比较，煤矿膏体充填的主要特点是：（1）成本要求更低。目前煤矿可以接受的充填开采的吨煤增加成本比金属矿山充填可接受成本的一半左右。（2）煤矿膏体充填没有如金属矿山那样有质量比较稳定的尾砂作集料，煤

19、矿附近能够用作充填的原材料常常是煤矸石、粉煤灰等固体废物，物料成分复杂、变化大。（3）早期强度要求高。根据不同条件，提出全采全充法、短壁间隔充填法、长壁间隔充填法、冒落区充填法和离层区充填等五种膏体充填方法，其中，减沉效果最好的全采全充法、短壁间隔充填法、长壁间隔充填法都是紧随回采工作面边采边充填，充填工作是在充填区直接顶板保持完整的条件下进行的，充填数小时以后膏体充填体必须有一定强度，满足脱模条件，能够实现自稳，并对顶板有适当的支撑作用，否则，只能多面轮流采煤充填才能够保证煤炭产量。发展煤矿“三下一上”开采需要的膏体充填主要需要解决三个技术关键：膏体充填材料中的专用胶结料、膏体充填工艺及其关

20、键设备、液压膏体充填支架。关于煤矿膏体充填专用胶结料，要求成本低、性能好、能够在掺量极少的条件下正常固结各种含泥量的煤矸石等固体废物(也叫亲泥特性)的专用膏体胶结料，只需对固体废物进行适当的破碎加工即可用作充填骨料，这是发展固体废物膏体充填不迁村采煤技术的前提。膏体充填对液压支架的要求完全不同于水砂充填工作面液压支架，主要表现在：第一，水砂充填达到充填空间以后，在数秒数分钟的很短时间内即沉淀，沉淀后的砂粒便失去流动性，输送砂子的水经过滤排水系统排出；而膏体充填材料却不沉淀、不泌水，数小时内仍然保持流动状态，膏体中的水不需要滤排，主要依靠胶结料水化反应固化。第二，水砂充填物料隔离容易，而膏体充填

21、料浆隔离困难。第三，水砂充填物料对支架产生的侧向压力小，而膏体充填料浆对支架产生的侧向压力大。研究液压膏体充填支架对膏体充填技术的发展与应用十分重要，能够解决好采煤与充填关系，解决好膏体浆液隔离的理想的液压膏体充填支架，可以实现：（1）缩短充填准备时间，提高充填有效时间；（2）提高充填率和地表沉陷控制效果；（3）减少充填辅助材料用量；（4）提高充填面煤炭单产；（5）减少充填开采相关设备投入（取消轮采工作面）；（6）减少充填面准备工作量（不需要23个面同时准备）；（7）降低充填成本。1.3充填采矿法在国外的应用现状充填采矿法的研究在国外发展较早。1930年霍恩矿山公司首次试验磁黄铁矿尾砂和炼铜炉

22、渣干式充填获得成功。20世纪50年代，澳洲一些地下金属矿山，以水力充填取代了早期使用的干式充填。1962年加拿大Food矿首次采用尾砂和水泥胶结充填。1969年澳大利亚芒特艾萨铜矿首次采用水泥胶结充填回采底柱，同时进行铅锌铜冶炼炉渣代替水泥的研究。20世纪70年代，尾砂胶结充填工艺开始在金属矿山推广应用。1993年加拿大发展了膏体充填技术，膏体充填技术的出现只是近10年的事，但发展极为迅速。一些矿业发达国家，如澳大利亚，1997年8月建成的大型地下矿山 坎宁顿 (Cannington)矿，就采用了膏体充填系统，而芒特艾萨矿业公司为开采深部的3500矿体，在1998年底建成一个膏体充填系统。可以

23、说10年内加拿大矿山采用高浓度尾砂充填料将会成为规范。由于经济的需要，许多矿山应用了空场法采矿，并进行嗣后充填。特别是在20世纪5060年代后，各国都加大了充填采矿所占的比重，有关国家还围绕灾害控制制定了相应规范，可以说充填采矿法将是采矿技术研究的重点。国外（如波兰、德国、法国等）煤矿都曾采用过充填法采煤。充填开采在波兰、德国发展应用效果好且广泛。波兰在城镇及工业建筑物下采煤时采用水砂充填的采煤量占全国建筑物下采煤量的80%左右。国外使用的充填料通常是河砂、煤矸石和电厂粉煤灰等。英国、法国、比利时等国都不同程度地采用了风力充填方法。我国在抚顺用废油母页岩充填采空区，下沉系数为0.12。蛟河煤矿

24、将矸石破碎作为充填材料，其下沉系数为0.21。矿山充填技术是为了满足采矿工业的需要发展起来的。在矿山充填方面取得较大的进展，在国外有将近60年的历史，而在我国则是近40年的历史。国内外矿山充填技术的发展均经历了四个发展阶段，但国内的发展要比国外滞后1020年，由于吸取了国外的经验，因而其差距已逐步缩小。1.4充填采矿法在国内的应用现状我国充填采矿法的发展经历了四个阶段：第一阶段为20世纪50年代的干式充填，1955年我国干式充填采矿法在有色金属地下开采中占38.2%，在黑色金属地下开采中高达54.8%，但由于当时设备比较落后，技术水平比较低，从采矿工效、生产能力及成本上制约了充填采矿技术的发展

25、，至1963年，有色矿山中充填采矿法的应用比重降至0.7%；第二阶段为20世纪60、70年代以分级尾砂、河砂、风砂、碎石等为集料的水砂充填和胶结充填工艺，1960年，湘潭锰矿为了防止矿坑内因火灾，采用了碎石水力充填技术，1965年锡矿山南矿为了控制采场大面积地压，使用了尾砂水力充填工艺，1968年凡口铅锌矿为了满足采矿工艺要求，首次采用分级尾砂和水泥胶结充填工艺；第三阶段为20世纪80年代发展起来的全尾砂高浓度胶结充填、高水速凝全尾砂固化胶结充填和块石胶结充填工艺，上世纪80年代末，凡口铅锌矿和金川有色金属公司开始试验全尾砂充填，同时高水速凝充填技术在煤矿开始应用，1988年大厂铜坑矿采用了块

26、石胶结充填工艺；第四阶段为20世纪90年代发展起来的膏体泵送充填工艺，1997年金川有色金属公司二矿区建成了膏体泵送充填系统，1999年大冶有色金属公司也采用了膏体泵送充填技术。此后，随着各种新型充填工艺、新型胶结材料的成功应用，极大地推进了我国充填采矿技术的发展。近20多年来，我国在充填材料、工艺、技术理论等方面取得了很多的成果和进展。主要集中在如下几个方面：（1）利用岩体力学和充填体力学的理论，研究合理的采场结构、回采方案和充填体承载机理；（2）利用无机化学、有机化学、胶体化学等相关理论研究新的充填胶凝材料和添加剂；（3）利用流体力学、固液两相流理论研究充填材料输送工艺及参数；（4）采用高

27、效率设备和电控仪表，改革出新的采矿方法，实现地下矿采、出、充的机械化、自动化及连续作业。其意义在于：提高矿产资源回收率，降低作业成本，提高生产效率，减轻劳动强度，保护矿山环境，为生产提供安全良好的工作条件。总之，充填采矿技术成果丰硕，特别是近年来，先后出版了不少充填采矿专著，充填采矿技术理论的研究和发展大大推进了地下矿开采的科技创新。充填采矿法在我国的发展和推广速度是令人瞠目结舌，大大促进了我国采矿技术的发展，并完善和改进了采矿方法理论，更好的指导我国矿山的地下开采。1.5本设计主要内容本文在参考大量文献资料的基础上，结合充填采煤的自动化改造项目，对其计算机监控系统进行了研究，其主要研究内容是

28、利用西门子的人机界面HMI软件WinCC对系统上位机的设计研究。设计要求首先掌握煤矿膏体充填中充填膏体的制备与管道泵送工艺流程，采用WinCC编制上位机软件实现上位机的组态设计。其次要了解膏体充填系统PLC控制的设计内容，完成上位机与PLC通讯连接，实现计算机与PLC之间传送数据与交换信息的要求。最后要实现上位机软件充填膏体的制备与管道泵送的手动和自动控制功能，实现搅拌机、充填泵等的启动与停止等要求，并可以自动记录数据，生成报表功能。第二章 充填系统方案总体设计2.1充填材料的选取（1）膏体充填材料的特点煤矿膏体充填材料具有以下特点：1） 浓度高一般膏体充填材料质量浓度大于75%，目前最高浓度

29、达到88%；2） 流动状态为柱塞结构 流普通水砂充填料浆管道输送过程中呈典型的两相紊流特征，管道横截面上浆体的流速为抛物线分布，从管道中心到管壁，流速逐渐由大减小为零，而膏体充填料浆在管道中基本是整体平推运动，管道横截面上的浆体基本上以相同的流速流动，称之为柱塞结构流；3） 料浆基本不沉淀、不泌水、不离析膏体充填材料这个特点非常重要，可以降低凝结前的隔离要求，使充填工作面不需要复杂的过滤排水设施，也避免或减少了充填水对工作面的影响，充填密实程度高；4） 无临界流速最大颗粒料粒径达到2535mm，流速小于1m/s仍然能够正常输送。所以，膏体充填所用的煤矸石等物料只要破碎加工即可，可降低材料加工费

30、，低速输送能够减少管道磨损；5） 相同胶结料用量下膏体材料强度较高。（2）膏体充填对材料的要求1） 成本要求更低 目前煤矿可以接受的充填开采的吨煤增加成本在20元/t左右，如果全部充填，充填体费用需要控制在2530元/m3，比金属矿山充填可接受的成本少一半以上；2） 煤矿膏体充填没有如金属矿山那样有质量比较稳定的尾砂作集料，煤矿附近能够用作充填的原材料常常是煤矸石、粉煤灰等固体废物，物料成分复杂、变化大；3） 早期强度要求高。充填完成数小时后膏体充填体必须有一定强度，达到脱模条件，保持自稳，并能够对顶板有适当的支撑作用。（3） 最终材料的选取煤矿膏体充填材料主要为煤矸石、粉煤灰、工业炉渣、城市

31、固体垃圾、劣质砂等固体废弃物。对于粒度较小的材料经过简单处理（筛除大于20 mm的块料及线状杂物等）就可进入料仓备用，当采用煤矸石等大块材料时，还需对其进行适当的破碎处理。为了降低胶结料用量，还可以对部分粉煤灰采用机械磨细和碱性激发等手段激发粉煤灰的化学活性。（4）充填材料配比选择充填料的合理配比是决定充填质量的首要因素，虽然不同的采矿方法对胶结充填体的强度要求不同。但总的来说，对于充填料浆配合比的选择，都要遵循以下几点基本原则：(1) 选择合理的充填材料：充填成本是胶结充填开采中占采矿成本较高的一块，充填材料的费用又是构成充填成本的的主要部分。因此在选择充填材料时，首先要保证充填材料来源广、

32、成本低，选用尾砂、煤矸石、废石、冶炼弃渣、粉煤灰等固体工业废料做充填材料，不仅成本低廉，而且可以解决矿山企业的工业污染排污问题。所以，这类工业固体废弃物应该是充填材料的首选物料。其次，可因地制宜，采用河砂、风砂、海砂、卵石等自然材料。只有充填料不能满足充填需要的矿山时，才考虑成本高的人工碎石和人工磨砂。（2）满足输送工艺要求：目前，大多数胶结充填矿山的充填浆料的输送都采用管道输送的方式，所以充填料浆的流动性必须满足管道输送的要求。在充填倍线确定的前提下，保证充填料浆以泵送的方式顺利的输送到采空区，是实现胶结充填的先决条件。（3）降低充填成本：合理利用水泥，充分发挥水泥的潜在作用以及用廉价的胶凝

33、材料代替品全部或部分代替水泥是降低充填成本的一个重要途径。采用在浆料中添加粉煤灰等辅助材料的措施，根据充填部位和作用调整料浆配合比的措施，也可降低充填成本。（4）配合比及制备工艺：在实际的矿山生产中，充填材料种类越少，地表储料仓的建设和占地越少，建设投资规模越小，相应的充填制浆系统越简单，充填料浆的配合比越容易控制。反之，整个制备站工艺复杂、控制繁琐，而且因各种物料供应的波动性，对制成料浆的质量有较大的影响。所以，在满足其他原则的条件下，应设计简单的料浆配合比和制浆系统。只有在充填规模大、充填材料来源丰富和充分考虑了综合技术经济指标的前提下，才可考虑多种物料的搭配方式。（5）充填体强度必须满足

34、采矿工艺的要求：在控制充填成本的前提下，选择合理的骨料级配，调整各种充填材料的含量，可以有效的保证充填体强度，满足采矿工艺要求。根据充填材料物理力学性质以及化学成分，选择煤矸石作为充填骨料，水泥和粉煤灰为凝胶材料进行胶结充填。充填料配比为水泥：粉煤灰：煤矸石=1:4:15、质量浓度7275%、减水剂添加量为水泥与粉煤灰质量总和的1.01.5%。2.2矸石破碎工艺流程矸石破碎工艺流程图如下：图2-1 工艺流程图矸石破碎基本工艺过程如下：第一步，用装载机将原状矸石装载到40T刮板输送机上。第二步，通过40T刮板输送机、1号带式输送机将原状矸石输送到振动筛上。第三步，通过振动筛筛分，筛下粒度小于20

35、mm的矸石经2号带式输送机输送至成品矸石料棚，筛下大于20mm的矸石块进入齿辊式破碎机破碎，破碎了的矸石经3号带式输送机返回到1号带式输送机、振动筛，进行再次筛分，直至全部成为成品。2.3设备配套方案配比搅拌子系统设备配套有二种设计方案，一是一用一备，二是并行工作。二种方案相比较，虽均为两套设备，但是，一用一备方案所需要设备能力要求比并行工作方案的大一倍，设备投入费用高，并行工作方案设备投入费用少，虽然一台设备出现故障以后，充填系统能力要降低，但是，在设备正常维护情况下，工作过程中绝大多数故障都能够在较短时间内排除，短时充填系统的能力降低一般不会影响充填工作，保证充填系统能够连续运行的关键是防

36、止堵管事故的发生，这一点两个方案都同样具有保障，所以大力公司充填系统选择并行工作方案，用二套搅拌系统同时运行保证115m3/h充填能力的需要。2.4 充填工艺流程充填制备系统工艺流程如图2-2所示。整个工艺流程共包括4个部分, 各系统具体描述如下。煤矸石粉煤灰水泥水矸石仓粉煤灰仓水泥仓高位水池称量斗称量斗称量斗螺旋给料机螺旋给料机刮板运输机水泵称量斗搅拌池充填高压泵采空区图2-2 工艺流程图配比搅拌工艺过程分四步：第一步，称料。充填四种材料称料同时进行，其中，矸石储料棚下矸石配料漏斗设置四个放料闸门，每二个服务一台搅拌机，配料开始时四个放料闸门都打开，将矸石放入称量皮带，当矸石加量快达到设计值

37、时，每条计量皮带只留一个闸门放料，直到达到设计值，完成矸石称料，然后开动矸石称量皮带和矸石上料带式输送机，将称好的矸石送到充填楼三层矸石缓冲斗；粉煤灰、水泥则通过螺旋给料机向各自的称量斗中加料，开启供水管闸门向称量斗内供水计量，达到设计值即停止计量。 第二步，投料。在确定搅拌机的放浆口关闭，搅拌机处于空机状态，同时打开称量斗和矸石缓冲斗将称好的四种材料快速投入搅拌机内。投完料后随即关闭各称量斗和矸石缓冲斗闸门。第三步，搅拌。膏体充填材料中水泥用量较少，需要充分搅拌才能够制成质量良好的膏体浆液，每次搅拌时间设置为50s。第四步，放浆。当搅拌时间达到50s，将搅拌机放浆口打开，把拌制好的膏体浆液放

38、入料浆斗，供充填泵输送下井。料浆放完以后，随即关闭好放浆门。为了提高系统制浆能力，在投料完成以后，即进行下一循环称料工作，上一罐料搅拌机拌好前，下一循环已经准备好，如此不断循环，直到充填任务全部完成。1) 充填料的运输与储存系统。为满足管道输送要求,煤矸石必须进行破碎。破碎后的煤矸石储存于煤矸石堆场内, 通过电溜子向缓冲漏斗供料, 并经计量后转运到主搅拌桶内; 水泥、粉煤灰用散装罐车运送, 并卸入立式水泥仓和粉煤灰仓内, 经仓底插板阀、星形给料机、冲板流量计计量后通过单螺旋输送机输送至搅拌桶内, 并按要求加入减水剂, 搅拌形成水泥粉煤灰浆, 然后转运到主搅拌桶内。2) 搅拌系统。普通搅拌很难破

39、坏微细颗粒固体和水产生的聚凝集合体, 因此, 需用强力机械搅拌装置。3) 供水系统。为保证供水能力, 需设置高位水池。4) 检测系统。料浆浓度的变化对充填料浆特性的影响极为敏感, 为顺利实现全尾砂高浓度胶结充填, 必须建立一套可靠、完善的充填监控系统, 实现对料浆浓度、流量及各种物料配比的监测和调节。5) 管路系统。高浓度胶结充填料浆, 通过钻孔和管道输送至待充采场, 通过带快速接头的塑料软管进行采场充填。2.5 组态软件的功能常见的组态软件一般都有以下基本功能：1、数据采集功能大多数组态软件提供多种数据采集程序，用户可以进行应用配置。相关驱动程序由组态软件开发商提供，或者由用户按照某种组态软

40、件的“接口规范”编写。2、脚本语言编写功能脚本语言是扩充组态系统功能的重要手段。大多数组态软件提供了脚本语言的支持。具体的实现方式可分为三种：一是内置的类C/Basic语言：二是采用微软公司的VB的编程语言：三是有少数组态软件采用面向对象的脚本语言。3、组态环境的扩展功能扩展功能是指组态软件提供了在不改变原有系统的情况下，向系统内增加新功能的能力，这种增加的功能来自组态软件来自组态软件开发商，第三方软件提供商或者用户自身开发。增加功能最常用的是ActiveX组件的应用，目前部分组态软件能提供完备的ActiveX组件引入功能，并实现引入对象在脚本语言中访问。4、组态软件的开放性功能随着管理信息系

41、统和计算机集成制造系统的普及，生产现场数据的应用已经不仅仅局限于数据采集和监控。在生产制造过程中，需要现场的大量数据进行流程分析和过程控制，以实现对生产流程的调整和优化。现有的组态软件对大部分这些方面需求还只能以报表的形式提供，或者通过开放式数据库连接技术将数据导出到外部数据库，以供其他业务系统的调用。可以预见，组态软件与管理信息系统或领导信息的集成必将更加紧密，并很可能以实现数据分析与决策功能的模块形式在组态软件中出现。5、对Internet的支持功能现代企业的生产已经趋于国际化，分布式的生产方式。Internet将是实现分布式生产的基础。组态软件能否从原有的局域网运行方式跨越到支持Inte

42、rnet，是摆在所有组态软件开发商面前的一个重要课题。6、组态软件的控制功能伴随着以工业PC为核心的自动控制技术的日趋完善和工程技术人员使用组态软件水平的不断提高，用户对组态软件的要求已不像过去那样主要侧重于画面，而是要考虑一些是指性的应用功能，如软PLC功能，先进性过程控制策略等。2.6 组态软件的选择西门子公司(Siemens)的工业组态软件WinCC(Windows Control Center)为开发适合现代化控制要求的系统提供了一个方便可靠、开放性好、功能强大的软件平台。WinCC是采用了最新的32位技术的过程监控的软件，具有良好的开放性和灵活性。无论是单用户系统，还是多用户系统，W

43、inCC均是较好的选择。WinCC监控软件提供了友好的操作界面，用户可根据需要形成操作画面、监控画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等，因而在各行各业得到广泛的应用。基于WinCC的以上优点，本设计选择WinCC组态软件来完成。2.7 WinCC组态软件简要介绍工业组态软件Simatic WinCC是德国西门子公司和微软共同开发的软件系统，是世界上第一个集成的人机界面(HMI)软件系统，是结合西门子在过程自动化领域中的先进技术和微机软件强大功能的产物6。它真实地将工厂控制软件集成到过程自动化中。WinCC将Windows NT应用程序的现代体系结构和使用方便的图形设计程序集合在

44、一起，可以很方便地生成人机界面，建立完整的过程监控解决方案。各系统集成商还可以用WinCC作为其系统的扩展基础，通过开放接口开发自己的应用软件。WinCC V6.0采用标准Microsoft SQL Server 2000(WinCC V6.0以前版本采用Sybase)数据库进行生产数据的归档，同时具有Web浏览器功能，可使经理、厂长在办公室内看到生产流程的动态画面，从而更好地调度指挥生产，是工业企业中MES和ERP系统首选的生产实时数据平台软件。2.8 WinCC的系统构成WinCC基本系统是很多应用程序的核心，它包含以下九大部件7：变量管理器变量管理器(tag management)管理W

45、inCC中所使用的外部变量、内部变量和通讯驱动程序。图形编辑器图形编辑器(graphics designer)用于设计各种图形画面并使其动态化。在WinCC的图形编辑器中用户将在组态模式中用各种工具和对象生成图形画面，可以用包含在对象和样式选项板中的众多的图形对象来创建过程画面，可以通过动作编程将动态添加到单个图形对象上，向导提供了自动生成的动态支持并将他们链接到对象，用户同时可以在库中存储自己编程的图形对象。报警记录报警记录(alarm logging)负责采集和归档报警消息。变量归档变量归档(tag logging)负责处理测量值，并长期存储所记录的过程值。报表编辑器报表编辑器(repor

46、t designer)提供许多标准的报表，也可以设计各种格式的报表，并可按照预定的时间进行打印。全局脚本全局脚本(global script)是系统设计人员用ANSI-C及Visual Basic编写的代码，以满足项目的需要。文本库文本库(text library)编辑不同语言版本下的文本消息。用户管理器用户管理器(user administrator)用来分配、管理和监控用户对组态和运行系统的访问权限。交叉引用表交叉引用表(cross-reference)负责搜索在画面、函数、归档和消息中所使用的变量函数、OLE对象和ActiveX控件。2.9 WinCC的性能特点 WinCC的性能特点如下

47、：1) WinCC基于最新发展的软件技术，与Microsfot的密切合作能保证用户获得将来不断更新的技术。2) 包括所有的SCADA功能在内的客户机/服务器系统:即使最基本的WinCC系统仍能提供生成复杂可视化任务的组件和函数，生成画面、脚本、报警、趋势和报告的编辑器由最基本的WinCC系统组件建立。3) 集成ODBC/QSL数据库:SQL2000标准数据库集成于WinCC，所有面向列表的组态数据和过程数据均存储于此库中，可以容易的使用标准查询语言(SQL)或使用ODBC驱动访问WinCC数据库，如这些访问选项允许WINCC对其他Windows程序和数据库开放它的数据。4) 强大的标准接口(如

48、OLE，ActiveX，OPC):WinCC建立了像DDE，OLE等在Windows程序间交换数据的标准接口，因此能毫无困难的集成ActiveX控件和OPC服务器、客户端功能。5) 提供所有主要PLC系统的通讯通道:作为标准，WinCC支持所有连接SIMATIC S5/S7/505控制器的通讯通道，还包PROFIBUS一DP，DDE，OPC等非特定控制器的通讯通道。此外，广泛的通讯通道可以由选件和添加件提供。6) 与基于PC的控制器SIMATIC WinCC的紧密接口:PLC操作、监控系统在一台PC机上结合无疑是一个面向未来的概念。在此前提下，WinCC和WinAC实现了西门子的基于陀的强大自

49、动化解决方案。7) 集成到MES和ERP中:标准接口使得SIMATIC WinCC成为在TIA环境下的一个完整部件。这超越了自动控制过程，将范围扩展到工厂监控级，以及为公司管理(MES，ERP)提供管理数据。第三章系统主界面的组态设计过程3.1 wincc6.0安装步骤1）打开装有Wincc安装程序的文件夹2）点击进入授权文件夹复制AX NF ZZ到系统盘低下（既C盘中，打开C盘然后粘贴即可）。然后进入WinCC V62.0 authorize文件夹双击最后一个文件（既）进入图3-1安装密钥单击Keys 选择 安装64k的 即可安装授权就OK了3）其次通过虚拟光驱安装WinCC_V6SP3_中

50、文版_Disk B_SQL2000SP3a加载WinCC_V6SP3_中文版_Disk B_SQL2000SP3a.ISO到虚拟光驱安装或虚拟磁盘，进行安装。4）最后通过虚拟光驱安装WinCC_V6SP3_中文版_Disk C_WinCC_V6SP3Asia加载WinCC_V6SP3_中文版_Disk C_WinCC_V6SP3Asia.ISO到虚拟光驱安装或虚拟磁盘进行安装即可。注意：在第3步安装完以后，如果无法进行第4步安装Wincc程序，有可能是以下两种原因：未重启未安装消息队列第一种情况直接重启即可；下面介绍第二种情况解决方法，既安装消息队列：点击电脑的“开始”菜单，打开控制面板界面，

51、选择“添加/删除程序”,接着点击“添加/删除windows组件”如图3-2，图3-2 添加/删除windows组件点击“添加/删除windows组件”之后出现如下图所示，在组件“消息队列”前面打上“”钩，然后点击“下一步”。就可以完成安装。3.2 WinCC项目管理器的介绍WinCC项目管理器代表最高层，所有的模块都从这里启动，启动WinCC时进入WinCC项目管理器窗口9。WinCC项目管理器如图3-4所示。3.3 项目的设置为了更有效地创建WinCC项目，应对项目的结构给出一些初步的考虑。根据所规划项目的大小，按照确定的规则进行某些设置，在开始创建一个项目前应考虑以下几方面：图3-3 安装

52、消息队列图3-4 WinCC项目管理器项目类型在开始创建项目前，应清楚创建的是单用户项目，还是多用户项目。由于实验设备没有联网，故本项目创建为单用户项目。项目路径可将WinCC项目创建在一个单独的分区上，不要将WinCC项目放在系统分区上。且由于WinCC的汉化功能不是很完善，项目路径中最好不要包含任何中文字符。否则运行速度将会受到影响。项目名称一旦完成项目的创建，再对项目的名称进行修改就会涉及许多步骤。因此，建议在创建项目之前就确定合适的名称。此外，所创建的项目还具有统一的画面、函数和变量命名的约定等。本项目名称为“chongtiancaimei.MCP”。4）设置运行环境在项目环境的计算机

53、属性一项中设置。包括运行时显示画面的形式(如是否全屏显示等)、启动画面、运行的控制模块等。其中运行的控制模块中图形运行是必需的，其他选项视实际情况而定。例如:项目中有记录标签值的功能，则标签管理器的运行应选中；若使用了报警，则报警管理器及文本库的运行应选中。如果运行环境参数的修改是在运行状态下完成的，必须先退出运行状态，再重新启动运行才有效。本项目运行时的显示画面设置为全屏显示。启动了文本库运行系统、全局脚本运行系统、报警记录运行系统、变量记录运行系统和图形运行系统。3.4 变量管理 驱动程序添加完成以后，就要定义变量。本项目主要建立了三类变量：外部变量、内部变量和系统变量。 1) 外部变量由

54、外部过程为其提供变量值的变量，称为WinCC的外部变量，也称为过程变量。每一个外部变量都属于特定的过程驱动程序和通道单元，并属于一个通道连接。相关的变量将在该通讯驱动程序的目录结构中创建。外部变量的最大数目由Power Tags授权限制。为了使该项目可进行在线调试，该项目创建了三个外部变量，一个输入变量，一个输出变量，一个模拟变量。如图3-5所示。2) 内部变量过程没有为其提供变量值的变量，称为内部变量。内部变量没有对应的过程驱动程序和通道单元，不需要建立相应的通道连接。内部变量在“内部变量”目录中创建。所组态的内部变量的数据不受限制，也不需要授权。该项目创建了名为“bengzhan”的变量组

55、，所创建的变量均放在该变量组中，变量的类型主要由二进制变量、浮点型变量以及文本变量等。如图3-6所示。图3-5 建立外部变量图3-6 内部变量的建立3) 系统变量 WinCC提供了一些预定义的中间变量，称为系统变量。每个系统变量均有明确的意义，可以提供现成的功能，一般用以表示运行系统的状态。系统变量由WinCC自动创建，组态人员不能创建系统变量，但可使用由WinCC创建的系统变量。系统变量以“”开头，以区别于其他变量。系统变量可以在整个工程的脚本和画面中使用。该项目还创建了分别为“年”“月”“日”“时间”类型的系统变量，用于主界面上系统时间的显示。如图3-7所示。图3-7 系统变量的建立Win

56、CC提供的图形对象有很多种。基本对象库里有OLE控件、按钮、滚动条、单选钮、应用窗口(可以将记录标签值的表格、曲线及报警信息放入其中显示)等等，图形库里有各种特殊的图形对象，如水箱、泵组、阀门等等。除此之外，还可以针对特殊情况自己生成图形对象存入图形库中，待使用时从中选取即可。用户还可以导入外部图形和文本数据。这样就可以建立非常逼真的监控画面。1、在WinCC资源管理器中，选中“图形编辑器”，单击鼠标右键，在弹出的菜单中，选择“新建画面”项。窗口右侧增加了一个文件“NewPdl0.Pdl”。 2、点击工具栏上的图标，弹出如图3-8所示图库窗口。3、在窗口中，选中需要的图形，单击鼠标左键不放，将其拖到画面组态窗口中。用同样的方法添加管道、称量斗、阀及传感器等。4、在PlantElements中选择Valves选择开关，Pipes - Smart Objects中选择水管，如图3-9所示5、选中组态对话框中输入输出域，在弹出的组态对话框中，进行变量的关联即可。6、其他变量的关联依次类推即可，完成变量关联以后，整个界面组态及系统监控就完图3-8 库中的图标 图 3-9 库中选择开关和水管成了。7、点击右侧工具栏的“控件”，插入趋势图，并将趋势图与监控变量“当前值”。8、建立切换到各个画面的按钮，实现画面间的转换。主界面显示了充填膏体的制备和管道泵送流程，右侧是监控系统的一些附加