本發(fā)明屬于智能控制，具體涉及一種面向井下膠結(jié)充填的排漿壓力智能控制方法。
背景技術(shù)：
1、礦產(chǎn)資源的開采過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的采空區(qū)，這些采空區(qū)的存在不僅可能引發(fā)地表沉陷、巖層移動(dòng)等地質(zhì)災(zāi)害，威脅礦山及周邊環(huán)境的安全，同時(shí)也限制了資源的進(jìn)一步高效回采。膠結(jié)充填技術(shù)作為一種重要的采空區(qū)處理手段，通過將由廢石、尾礦、膠凝材料（如水泥）和水等按一定比例混合而成的料漿，通過管道系統(tǒng)輸送并充填到采空區(qū)，待其凝固后形成具有一定強(qiáng)度的充填體，從而有效支撐圍巖、控制地壓、管理采空區(qū)，并可以安全地進(jìn)行二次回采或處理固體廢棄物，實(shí)現(xiàn)綠色礦山和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。因此，膠結(jié)充填系統(tǒng)是現(xiàn)代礦山生產(chǎn)中不可或缺的關(guān)鍵組成部分。
2、膠結(jié)充填系統(tǒng)通常包括料漿制備、攪拌、泵送和管道輸送等環(huán)節(jié)。其中，管道輸送是將高濃度、通常呈現(xiàn)非牛頓流體特性的料漿從地面制備站或井下中轉(zhuǎn)站長距離、高壓力地輸送到指定采空區(qū)的核心環(huán)節(jié)。排漿壓力，即泵出口處或管道某監(jiān)測點(diǎn)的壓力，是整個(gè)輸送過程中的一個(gè)關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)。它不僅直接反映了泵的工作狀態(tài)和能量消耗，更是管道內(nèi)料漿流動(dòng)狀態(tài)和系統(tǒng)安全的重要指示器。維持排漿壓力在正常、合理的范圍內(nèi)對于確保充填作業(yè)的連續(xù)性、安全性和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。
3、然而，在實(shí)際的井下膠結(jié)充填作業(yè)中，排漿壓力的穩(wěn)定控制面臨諸多挑戰(zhàn)，壓力異常升高是常見的風(fēng)險(xiǎn)之一。這種異常升高可能由多種因素引起，例如：料漿配比波動(dòng)或水灰比變化導(dǎo)致其流變特性（屈服應(yīng)力、塑性粘度）突然改變；料漿在管道內(nèi)壁的逐漸沉積、結(jié)垢或固化，導(dǎo)致流通截面減小、管道粗糙度增加；管道某處因大顆?；虍愇锘烊攵l(fā)生局部堵塞；甚至可能是由于泵送設(shè)備本身出現(xiàn)故障。排漿壓力的異常升高若未能被及時(shí)有效地識別和處理，將可能導(dǎo)致一系列嚴(yán)重后果，包括：泵送系統(tǒng)過載、能耗急劇增加；管道應(yīng)力過大，存在爆管風(fēng)險(xiǎn)，危及井下人員和設(shè)備安全；為處理高壓或堵管而被迫進(jìn)行的緊急停機(jī)、管道沖洗甚至拆卸清理，不僅嚴(yán)重中斷充填作業(yè)，影響生產(chǎn)計(jì)劃，還會(huì)造成料漿浪費(fèi)、水資源消耗，并可能因料漿在停滯期間發(fā)生固化而導(dǎo)致管道永久性損壞，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失和維護(hù)成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種面向井下膠結(jié)充填的排漿壓力智能控制方法，顯著提升了井下膠結(jié)充填管道輸送過程的安全保障水平，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和運(yùn)行效率，減少了因壓力問題導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)損失。
2、為了解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
3、一種面向井下膠結(jié)充填的排漿壓力智能控制方法，包括以下步驟：
4、步驟1：根據(jù)當(dāng)前工況參數(shù)，建立一個(gè)能夠反映當(dāng)前工況下的預(yù)期正常排漿壓力模型，得到預(yù)期正常排漿壓力；
5、步驟2：比較實(shí)時(shí)測量排漿壓力與預(yù)期正常排漿壓力，判斷是否存在異常升高；
6、步驟3：設(shè)定一個(gè)異常時(shí)間窗口，考慮時(shí)間累積效應(yīng)，對已識別的壓力異常進(jìn)行嚴(yán)重性評估，得到異常嚴(yán)重性指數(shù)；
7、步驟4：根據(jù)異常嚴(yán)重性指數(shù)，通過調(diào)整控制泵的轉(zhuǎn)速，自動(dòng)調(diào)整排漿流量至目標(biāo)排漿流量。
8、進(jìn)一步的，工況參數(shù)包括：時(shí)刻漿體在漿體溫度下的實(shí)時(shí)密度，單位為kg/m3；管道出口相對于泵出口的垂直高差，單位為m；充填管道的總長度，單位為m；充填管道的內(nèi)徑，單位為m；管道內(nèi)壁的絕對粗糙度，單位為m；參考溫度下的塑性粘度，單位為pa·s；粘度的流動(dòng)活化能，單位為j/mol；參考溫度下的屈服應(yīng)力，單位為pa；時(shí)刻的漿體實(shí)時(shí)體積流量，單位為m3/s；時(shí)刻漿體在溫度下的實(shí)時(shí)屈服應(yīng)力。
9、進(jìn)一步的，預(yù)期正常排漿壓力模型為：
10、；
11、其中，為時(shí)刻的預(yù)期正常排漿壓力；為有效摩擦系數(shù)函數(shù)；為時(shí)刻的雷諾數(shù)；為時(shí)刻漿體的實(shí)時(shí)塑性粘度，單位為pa·s；為流動(dòng)狀態(tài)修正系數(shù)，取值為；
12、進(jìn)一步的，實(shí)時(shí)塑性粘度為：
13、。
14、進(jìn)一步的，有效摩擦系數(shù)函數(shù)為：
15、。
16、進(jìn)一步的，雷諾數(shù)為：
17、；
18、其中，為時(shí)刻的漿體平均流速，單位為m/s；。
19、進(jìn)一步的，判斷是否存在異常升高為：
20、；
21、其中，為時(shí)刻的異常狀態(tài)標(biāo)志，當(dāng)，表示正常；當(dāng)，表示異常；為時(shí)刻實(shí)時(shí)測量的實(shí)時(shí)測量排漿壓力；表示相對偏差閾值系數(shù)，取值范圍為0.1到0.3；的值越大，則表示允許的相對誤差越大。
22、進(jìn)一步的，異常嚴(yán)重性指數(shù)為：
23、；
24、其中，為時(shí)間積分變量；為異常時(shí)間窗口。
25、進(jìn)一步的，目標(biāo)排漿流量為：
26、；
27、其中，為設(shè)定的異常嚴(yán)重性指數(shù)最大值；為最大流量削減因子，。
28、本發(fā)明的一種面向井下膠結(jié)充填的排漿壓力智能控制方法，具有以下有益效果：
29、首先，通過建立能夠根據(jù)實(shí)時(shí)工況參數(shù)動(dòng)態(tài)預(yù)測正常排漿壓力的精準(zhǔn)物理模型，本方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中依賴固定閾值或簡單趨勢判斷的局限性。這種基于模型的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)能夠更準(zhǔn)確地區(qū)分正常的壓力波動(dòng)與指示潛在風(fēng)險(xiǎn)的異常升高，極大地提高了異常識別的準(zhǔn)確性和可靠性，有效減少了誤報(bào)警和漏報(bào)警的發(fā)生，提升了監(jiān)控系統(tǒng)的信噪比。
30、其次，本方法在識別出壓力異常后，并未采取簡單的二元化處理，而是引入了異常嚴(yán)重性的量化評估機(jī)制。通過綜合考量壓力超出正常范圍的幅度和在特定時(shí)間窗口內(nèi)的持續(xù)累積效應(yīng)，系統(tǒng)能夠?qū)Ξ惓５膶?shí)際危害程度進(jìn)行更細(xì)致、更合理的判斷。這種嚴(yán)重性評估使得后續(xù)的應(yīng)對措施能夠更加精準(zhǔn)和適度，避免了對輕微、短暫異常的過度反應(yīng)，也確保了對持續(xù)、嚴(yán)重異常的及時(shí)關(guān)注。
31、本方法實(shí)現(xiàn)了基于異常嚴(yán)重性的自動(dòng)化、閉環(huán)式緩釋控制。當(dāng)檢測到壓力異常并評估其嚴(yán)重性后，系統(tǒng)不再僅僅是被動(dòng)報(bào)警或粗暴停機(jī)，而是能夠自動(dòng)計(jì)算出一個(gè)調(diào)整后的目標(biāo)排漿流量，并通過控制泵的轉(zhuǎn)速來平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)的幅度與評估出的異常嚴(yán)重性成比例，即“小病小治，大病重治”。這種智能化的、漸進(jìn)式的流量削減措施，旨在主動(dòng)降低管內(nèi)壓力，緩解異常狀況，有效預(yù)防堵管事故的發(fā)生或惡化，避免了傳統(tǒng)緊急停機(jī)可能帶來的水錘效應(yīng)、管道內(nèi)料漿固化等次生風(fēng)險(xiǎn)。
1.一種面向井下膠結(jié)充填的排漿壓力智能控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的面向井下膠結(jié)充填的排漿壓力智能控制方法，其特征在于，工況參數(shù)包括：時(shí)刻漿體在漿體溫度下的實(shí)時(shí)密度，單位為kg/m3；管道出口相對于泵出口的垂直高差，單位為m；充填管道的總長度，單位為m；充填管道的內(nèi)徑，單位為m；管道內(nèi)壁的絕對粗糙度，單位為m；參考溫度下的塑性粘度，單位為pa·s；粘度的流動(dòng)活化能，單位為j/mol；參考溫度下的屈服應(yīng)力，單位為pa；時(shí)刻的漿體實(shí)時(shí)體積流量，單位為m3/s；時(shí)刻漿體在溫度下的實(shí)時(shí)屈服應(yīng)力。
3.如權(quán)利要求2所述的面向井下膠結(jié)充填的排漿壓力智能控制方法，其特征在于，實(shí)時(shí)塑性粘度為：
4.如權(quán)利要求3所述的面向井下膠結(jié)充填的排漿壓力智能控制方法，其特征在于，有效摩擦系數(shù)函數(shù)為：
5.如權(quán)利要求4所述的面向井下膠結(jié)充填的排漿壓力智能控制方法，其特征在于，雷諾數(shù)為：
6.如權(quán)利要求5所述的面向井下膠結(jié)充填的排漿壓力智能控制方法，其特征在于，判斷是否存在異常升高為：
7.如權(quán)利要求6所述的面向井下膠結(jié)充填的排漿壓力智能控制方法，其特征在于，異常嚴(yán)重性指數(shù)為：
8.如權(quán)利要求7所述的面向井下膠結(jié)充填的排漿壓力智能控制方法，其特征在于，目標(biāo)排漿流量為：