一种大埋深低品位钾矿的自然驱动溶矿的溶采控制方法及相关装置与流程

本发明属于地下卤水抽采自动控制，更具体地，涉及一种大埋深低品位钾矿的自然驱动溶矿的溶采控制方法、溶采控制装置、自适应抽采控制设备、计算机可读存储介质。

背景技术：

1、低品位固体钾矿是盐湖钾资源的重要组成部分，其通常与晶间卤水共同赋存于含盐矿层中。对于埋藏较深、品位较低且难以直接开采的固体钾矿，可通过抽采地下卤水形成水位降深和地下水动力梯度，促使外围相对低矿化度的补给水向含钾矿层运移，改变固体盐矿物与液相卤水之间的原有平衡，使固体含钾组分逐步溶解进入液相并随卤水采出。

2、现有驱动溶矿过程通常依据前期抽水试验结果预先设定抽采流量以及抽采、停泵时长，并结合人工水位观测和周期性水质检测进行运行调整。然而，地下水动力传播与固体钾矿溶解响应之间存在明显的动态耦合和时间滞后，固定抽采制度难以适应矿层补给条件及溶矿状态的持续变化，容易出现抽采驱动力不足或抽采过度后低矿化度补给水快速进入、卤水含钾品位下降的问题。

3、因此，需要一种能够结合水动力响应和卤水组分变化动态识别驱动溶矿状态，并自适应调节抽采强度及抽停节律的控制方法，以使地下水动力条件与固体钾矿实际溶解过程相匹配。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种大埋深低品位钾矿的自然驱动溶矿的溶采控制方法、溶采控制装置、自适应抽采控制设备、计算机可读存储介质，能够结合水动力响应和卤水组分变化动态识别驱动溶矿状态，并自适应调节抽采强度及抽停节律的控制方法，以使地下水动力条件与固体钾矿实际溶解过程相匹配。

2、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种大埋深低品位钾矿的自然驱动溶矿的溶采控制方法，包括：

3、s1，获取抽采井的抽采流量、抽采井及监测点的水位数据和卤水组分表征数据，控制抽采泵执行不同抽采强度的初始试抽，形成初始水动力基准；其中，所述卤水组分表征数据至少包括钾离子浓度；

4、s2，根据所述抽采流量和水位数据确定水位降深、水位梯度、水位响应时间及停泵水位恢复特征，得到水动力响应特征；

5、s3，将所述水动力响应特征与卤水组分表征数据按时间关联，确定钾离子变化趋势以及水动力变化至钾离子持续响应之间的溶矿响应滞后特征，得到溶矿响应特征；

6、s4，根据所述水动力响应特征、溶矿响应特征及溶矿响应滞后特征识别当前驱动溶矿状态，并确定目标水位降深或目标水位梯度、目标抽采流量、连续抽采时长及停泵反应时长；

7、s5，将所述s4确定的参数作为溶矿响应慢速控制目标，以所述目标水位降深或目标水位梯度作为水动力快速控制目标，根据实际水动力状态与所述水动力快速控制目标的偏差调节抽采泵运行频率及抽采流量，并按照所述连续抽采时长和停泵反应时长控制抽采泵启停；

8、s6，在一个抽采停泵周期结束后获取水位恢复数据和卤水组分变化数据，根据所述水位恢复数据、卤水组分变化数据及当前周期控制结果更新下一抽采周期的所述溶矿响应慢速控制目标。

9、可选的，所述s1包括：

10、在所述抽采井获取抽采井水位、抽采瞬时流量、累计抽采量以及抽采泵的运行频率、运行功率或运行电流和启停状态，在位于所述抽采井外围不同位置的多个监测点获取监测点水位，并获取卤水的电导率、密度和温度；

11、所述卤水组分表征数据还包括钠离子、镁离子、氯离子和硫酸根离子中的至少一种；

12、控制所述抽采泵依次执行至少两个不同抽采强度的初始试抽阶段，分别记录各抽采强度下的抽采流量、抽采井水位降深、各监测点水位响应以及停泵后的水位恢复过程，根据不同抽采强度与对应水位响应之间的关系形成所述初始水动力基准。

13、可选的，所述s2包括：

14、将所述抽采井和各监测点的水位数据按照统一时间基准进行对应，并剔除水位瞬时跳变、通信中断以及抽采泵启停瞬间产生的非稳定数据；

15、根据抽采井水位与初始水位确定实时水位降深，根据抽采井与各监测点之间的水位差及对应空间位置确定水位梯度，根据抽采泵运行状态改变后各监测点出现持续水位变化的先后关系确定水位响应时间，并根据停泵后的连续水位变化确定水位恢复特征；

16、根据不同抽采强度对应的水位降深、水位梯度及水位响应时间确定目标水动力控制区间，并在后续抽采过程中根据相同或相近抽采条件下水位降深、水位响应时间或水位恢复特征的持续变化修正所述目标水动力控制区间。

17、可选的，所述s3中确定溶矿响应滞后特征，包括：

18、在抽采泵启动、抽采流量发生预设幅度以上的变化或目标水位降深或目标水位梯度发生调整后，确定水位降深或水位梯度开始产生持续变化的时刻，作为水动力有效变化时刻；

19、获取所述水动力有效变化时刻之后的连续钾离子浓度数据，当连续多个有效检测结果呈同向变化且其变化超过对应稳定状态下的波动范围时，将首次出现所述同向变化的时刻确定为溶矿有效响应时刻；

20、根据所述水动力有效变化时刻与所述溶矿有效响应时刻之间的时间间隔确定当前抽采阶段的溶矿响应滞后时间，并根据后续抽采周期获得的水动力有效变化时刻和溶矿有效响应时刻更新所述溶矿响应滞后时间。

21、可选的，所述s4中，所述当前驱动溶矿状态包括：驱动不足状态、有效溶矿状态、过度抽采状态和溶解趋稳状态；

22、当水位梯度低于所述目标水动力控制区间，或者在水动力状态发生变化并经过所述溶矿响应滞后时间后仍未检测到钾离子浓度的有效持续响应时，确定为驱动不足状态，并提高目标水位降深、目标水位梯度或目标抽采流量；

23、当水动力状态处于所述目标水动力控制区间，且经过所述溶矿响应滞后时间后钾离子浓度持续上升或保持稳定，同时未出现电导率和密度持续下降时，确定为有效溶矿状态，并维持当前水动力控制目标；

24、当水位降深或水位梯度持续增大，而钾离子浓度持续下降且电导率或密度呈下降趋势时，确定为过度抽采状态，并降低目标水位降深、目标水位梯度或目标抽采流量，或者提前结束当前抽采阶段；

25、当水动力状态保持稳定且未出现低矿化度补给水稀释特征，而钾离子浓度的连续变化幅度逐步减小时，确定为溶解趋稳状态，并结束当前抽采阶段进入停泵反应阶段。

26、可选的，所述s5包括：

27、将水位数据、抽采流量以及抽采泵运行频率作为第一更新周期获取的快速反馈数据，将钾离子浓度、电导率、密度及卤水组分表征数据作为第二更新周期获取的慢速反馈数据，所述第二更新周期长于所述第一更新周期；

28、基于所述慢速反馈数据确定当前驱动溶矿状态，并周期性更新目标水位降深或目标水位梯度、目标抽采流量、连续抽采时长及停泵反应时长；

29、在相邻两次慢速反馈数据更新之间，根据最近一次确定的目标水位降深或目标水位梯度以及实时快速反馈数据调节抽采泵运行频率，使实际水位降深或水位梯度维持在对应目标范围内；

30、当实际水动力状态低于所述目标范围时提高抽采泵运行频率，当实际水动力状态高于所述目标范围时降低抽采泵运行频率，并限制相邻调节周期内的运行频率变化幅度和允许水位降深上限。

31、可选的，所述s6包括：

32、在抽采泵停止运行后，连续获取抽采井及监测点的水位恢复数据，并获取停泵期间的钾离子浓度、电导率和密度变化数据；

33、当停泵期间钾离子浓度仍保持持续增长趋势时维持停泵状态，当水位恢复至预设恢复范围且钾离子浓度由持续增长转为趋稳时，将对应时刻确定为下一抽采阶段的启动参考时刻；

34、记录当前抽采周期的水位恢复速度、实际溶矿响应滞后时间、抽采阶段及停泵阶段的钾离子变化、累计抽采量和抽采泵累计能耗，并根据上述数据更新下一抽采周期的目标水位降深或目标水位梯度、目标抽采流量、连续抽采时长及停泵反应时长；

35、其中，当抽采能耗增加而对应的含钾卤水输出响应未同步增加，且出现低矿化度补给水稀释特征时，降低下一抽采周期的目标抽采流量或缩短连续抽采时长。

36、本技术还提供一种大埋深低品位钾矿的自然驱动溶矿的溶采控制装置，包括：

37、数据采集模块，用于获取抽采井的抽采流量、抽采井及监测点的水位数据和卤水组分表征数据，控制抽采泵执行不同抽采强度的初始试抽，形成初始水动力基准；其中，所述卤水组分表征数据至少包括钾离子浓度；

38、响应特征获取模块，用于根据所述抽采流量和水位数据确定水位降深、水位梯度、水位响应时间及停泵水位恢复特征，得到水动力响应特征；

39、溶矿特征获取模块，用于将所述水动力响应特征与卤水组分表征数据按时间关联，确定钾离子变化趋势以及水动力变化至钾离子持续响应之间的溶矿响应滞后特征，得到溶矿响应特征；

40、控制目标获取模块，用于根据所述水动力响应特征、溶矿响应特征及溶矿响应滞后特征识别当前驱动溶矿状态，并确定目标水位降深或目标水位梯度、目标抽采流量、连续抽采时长及停泵反应时长；

41、抽泵控制模块，用于将所述控制目标获取模块确定的参数作为溶矿响应慢速控制目标，以所述目标水位降深或目标水位梯度作为水动力快速控制目标，根据实际水动力状态与所述水动力快速控制目标的偏差调节抽采泵运行频率及抽采流量，并按照所述连续抽采时长和停泵反应时长控制抽采泵启停；

42、循环控制模块，用于在一个抽采停泵周期结束后获取水位恢复数据和卤水组分变化数据，根据所述水位恢复数据、卤水组分变化数据及当前周期控制结果更新下一抽采周期的所述溶矿响应慢速控制目标。

43、本技术还提供一种自适应抽采控制设备，包括：

44、存储器，用于存储计算机程序；

45、处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述的低品位固体钾矿驱动溶矿自适应抽采控制方法的步骤。

46、本技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的低品位固体钾矿驱动溶矿自适应抽采控制方法的步骤。

47、具有以下有益效果：

48、通过关联抽采流量、水位变化与卤水组分响应，确定水动力变化至钾离子持续响应的滞后特征，据此识别驱动溶矿状态并生成抽采控制参数，再利用水动力快速反馈调节抽采泵运行频率，同时依据抽采停泵周期后的水位恢复及卤水组分变化动态更新下一周期控制目标，使抽采强度和抽停节律随矿层实际溶矿响应自适应调整，减少驱动不足、过度抽采及补给水稀释造成的控制失配。