淺談某礦山充填工藝及自動(dòng)化控制系統(tǒng)

李儒華

(湖北三鑫金銅股份有限公司)

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淺談某礦山充填工藝及自動(dòng)化控制系統(tǒng)

李儒華

(湖北三鑫金銅股份有限公司)

摘要湖北三鑫公司下屬礦山采用充填采礦法開(kāi)采大冶湖區(qū)下巖金礦床，經(jīng)過(guò)3次改擴(kuò)建工程建設(shè)，充填工藝由臥式砂倉(cāng)充填改為立式砂倉(cāng)充填，充填材料也由普通水泥膠結(jié)料改為全尾砂、分級(jí)尾砂。2003年開(kāi)始采用基于高爐廢渣的新型膠結(jié)材料與分級(jí)尾砂膠結(jié)充填工藝，礦山生產(chǎn)規(guī)模也提高到3 000 t/d。原充填工藝一直采用人工手動(dòng)操作，自動(dòng)化程度低，質(zhì)量管理與數(shù)據(jù)采集、傳輸不能滿(mǎn)足公司建設(shè)數(shù)字化礦山的需要。2012年開(kāi)始對(duì)充填工藝進(jìn)行自動(dòng)化控制技術(shù)改造，并對(duì)存在問(wèn)題進(jìn)行分析，有效提升了充填能力和質(zhì)量，提高了自動(dòng)化水平，降低了充填生產(chǎn)成本，具有可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞巖金礦山充填工藝自動(dòng)化控制

我國(guó)是世界上最早開(kāi)發(fā)與使用黃金的國(guó)家之一，最初以開(kāi)發(fā)砂金為主，后逐步轉(zhuǎn)為以開(kāi)發(fā)利用巖金為主。2007年我國(guó)生產(chǎn)黃金270.49 t，成為世界第一產(chǎn)金大國(guó)，并連續(xù)9年獨(dú)占世界鰲頭。

我國(guó)巖金開(kāi)采以地采為主，露采為輔。由于黃金價(jià)值高、充填采礦法的采礦損失率與貧化率非常低，因此充填采礦法在地采中占有重要地位。但對(duì)應(yīng)的充填工藝則發(fā)展較慢，20世紀(jì)60年代才出現(xiàn)干式充填，70年代末利用尾砂進(jìn)行充填，80年代中期開(kāi)始應(yīng)用膠結(jié)充填。盡管90年代初期黃金開(kāi)采在我國(guó)率先應(yīng)用了高水充填材料，但巖金礦山充填工藝與有色礦山相比，在充填規(guī)模、充填材料、充填工藝、技術(shù)設(shè)備、工程管理等方面均存在較大差距。目前我國(guó)巖金礦山規(guī)模較小，礦山企業(yè)很少對(duì)充填新工藝、新技術(shù)和新材料進(jìn)行研究。黃金礦山充填工藝主要分為干式充填與分級(jí)尾砂充填兩種類(lèi)型，流程大多采用人工操作與監(jiān)控。充填工藝的自動(dòng)控制具有數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與調(diào)節(jié)功能，可實(shí)現(xiàn)充填料批量與連續(xù)生產(chǎn)，但自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用仍有待完善。對(duì)湖北三鑫金銅股份有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)三鑫公司)充填工藝自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行介紹，以期為其他黃金礦山提供借鑒。

1礦山背景

三鑫公司始建于1987年，初稱(chēng)雞冠嘴金礦，現(xiàn)為中金集團(tuán)下屬主力礦山，開(kāi)發(fā)的雞冠嘴、桃花嘴兩個(gè)礦床均位于大冶湖區(qū)下，采用下盤(pán)主副豎井聯(lián)合開(kāi)拓，中段高度50 m。目前主要進(jìn)行深部礦體開(kāi)采，礦巖穩(wěn)固性好于上部。采礦方法以分段中深孔落礦嗣后充填采礦法為主，礦井通風(fēng)采用主豎井進(jìn)風(fēng)專(zhuān)用回風(fēng)井出風(fēng)的對(duì)角式，井下設(shè)有水倉(cāng)，集中接力排水[1]。

礦山初期進(jìn)行上部開(kāi)采時(shí)采用斜井開(kāi)拓，通過(guò)水泥—分級(jí)尾砂上向分層充填采礦。礦山兩次大規(guī)模改擴(kuò)建后，擁有工作人員約1 800人，主要產(chǎn)品是金銅精礦、鐵精礦與硫精礦。歷年生產(chǎn)情況見(jiàn)表1。

表1　三鑫公司歷年生產(chǎn)情況

2充填工藝的發(fā)展

礦山一期充填站建于1989年，初期使用外購(gòu)河砂及普通水泥膠結(jié)料進(jìn)行小規(guī)模充填。儲(chǔ)存于容積500 m3臥式砂倉(cāng)的尾砂經(jīng)5 t抓斗及皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)入φ1.5 m單級(jí)攪拌桶，容積50 t的水泥倉(cāng)中的水泥經(jīng)螺旋給料機(jī)加入。充填料加水?dāng)嚢韬?，?jīng)充填鉆孔接井下管路輸送至各充填點(diǎn)，充填能力為 54 m3/h。

1997年礦山二期改擴(kuò)建時(shí)，新建了二期充填站，改用礦山選礦廠(chǎng)產(chǎn)出的全尾砂或分級(jí)尾砂進(jìn)行充填。充填站擁有兩座φ8 m、容積640 m3的鋼筋混凝土底半球立式砂倉(cāng)，一座φ6 m、300 t的水泥倉(cāng)，由φ2 m立式攪拌桶及高速攪拌機(jī)進(jìn)行兩級(jí)攪拌，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%～75%的料漿，通過(guò)井下三種不同結(jié)構(gòu)的充填管路自流輸送至空區(qū)，充填能力達(dá)到64 m3/h。

2009年，三期工程的實(shí)施需進(jìn)一步提升充填能力。在二期充填站基礎(chǔ)上，新建2座容積500 m3的鋼結(jié)構(gòu)砂倉(cāng)及一座容積400 t的灰倉(cāng)，并對(duì)分級(jí)系統(tǒng)、造漿系統(tǒng)及放砂系統(tǒng)等進(jìn)行了改造和完善。目前充填能力提高到90～100 m3/h[2]。

1994年三鑫公司與西北礦冶研究院聯(lián)合開(kāi)發(fā)，自產(chǎn)了全水膠固料，但應(yīng)用后存在充填體易松散開(kāi)裂、風(fēng)化不穩(wěn)固、沉降大、泥塑性強(qiáng)、充填成本高等缺點(diǎn)。2003年，公司與山東淄博海易固結(jié)材料廠(chǎng)利用本地眾多鐵冶煉廠(chǎng)排放的高爐廢渣，通過(guò)烘干、外加石膏和復(fù)合激發(fā)劑等，粉磨、混勻，制成了一種適用于井下充填的新型膠結(jié)材料，其中礦渣質(zhì)量分?jǐn)?shù)在80%左右。它能充分利用選廠(chǎng)尾砂中的有效成分，膠結(jié)材料與尾砂的相互作用能產(chǎn)生比普通水泥更好的膠結(jié)充填效果。以該材料為膠結(jié)劑的充填工藝一直使用至今[3]。

3充填工藝自動(dòng)化控制系統(tǒng)

2010年之前，三鑫公司充填工藝一直采用人工操作，2011年完成自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造。目前自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括雞冠嘴礦區(qū)尾礦處理系統(tǒng)的電控系統(tǒng)，控制設(shè)備、儀表集成，設(shè)計(jì)、供貨、安裝、調(diào)試等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的集成。充填工藝自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造后，充填能力達(dá)到1 000 m3/d以上，大于三期改擴(kuò)建工程要求的900 m3/d，滿(mǎn)足礦山生產(chǎn)[4]。

礦山充填站電氣控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)充填站生產(chǎn)的自動(dòng)控制和生產(chǎn)記錄的監(jiān)視，操作人員只需在控制室操作監(jiān)控計(jì)算機(jī)即可控制充填料漿濃度和灰的供給計(jì)量，掌握充填料漿的制備過(guò)程，并記錄過(guò)程數(shù)據(jù)方便后期查看。

雞冠嘴礦區(qū)尾礦充填工藝自動(dòng)化控制系統(tǒng)按可靠性、先進(jìn)性、易維護(hù)性、可擴(kuò)展性、開(kāi)放性、高性?xún)r(jià)比等集成設(shè)計(jì)原則，采用西門(mén)子公司的S7-400組成一套DCS 控制系統(tǒng)以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。系統(tǒng)在主控室設(shè)置4臺(tái)工程師站與操作員站，上位機(jī)系統(tǒng)與控制器通過(guò)CP1613網(wǎng)卡、工業(yè)交換機(jī)進(jìn)行連接。PLC機(jī)柜按就近原則布置于低壓配電室內(nèi)。同時(shí)，電氣控制系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和就地控制三種控制方式。其中遠(yuǎn)程自動(dòng)控制是最主要和最基本的控制方式，其它兩種控制方式為特定工況下的補(bǔ)充，另外可根據(jù)運(yùn)行要求提供必要的聯(lián)鎖裝置。

尾礦充填工藝自動(dòng)化控制系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。

圖1　尾礦充填工藝自動(dòng)化控制系統(tǒng)流程

4存在問(wèn)題

三鑫公司充填工藝自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造后，在近年生產(chǎn)實(shí)踐中仍存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

(1)可視化綜合管理不足。自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)WEB頁(yè)面進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，信息數(shù)據(jù)由生產(chǎn)端單項(xiàng)傳送到管理端，公司生產(chǎn)任務(wù)無(wú)法通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下達(dá)充填任務(wù)、質(zhì)量要求及抽檢通知等，仍采用紙質(zhì)化管理的方式。針對(duì)該狀況，將對(duì)可視化綜合管理進(jìn)行進(jìn)一步的提升和完善，做到充填信息的雙向傳遞。

(2)參數(shù)自動(dòng)調(diào)控存在滯后性。充填工藝參數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)后，自動(dòng)化控制系統(tǒng)調(diào)控反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)速度時(shí)有滯后，對(duì)充填工藝正常生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響。因此，自動(dòng)化控制系統(tǒng)再次改造時(shí)，著重完善工藝參數(shù)的自動(dòng)化調(diào)控，降低滯后性。

(3)質(zhì)量管理存在缺陷。為保證充填質(zhì)量，目前充填工藝流程用到的各種閥、泵、流量計(jì)、濃度計(jì)及膠結(jié)計(jì)量等裝置采用電子控制。要有效控制這些因素，就需要稱(chēng)重裝置、流量及濃度監(jiān)測(cè)裝置的精確測(cè)定。但目前監(jiān)測(cè)點(diǎn)不夠，儀表測(cè)定結(jié)果誤差大，經(jīng)常需人工校對(duì)，加大了質(zhì)量管理的難度與工作量，需進(jìn)一步進(jìn)行儀表自動(dòng)化校對(duì)的改造、完善工作。

(4)充填車(chē)間的生產(chǎn)報(bào)表目前仍由人工在電腦上輸入電子表格再發(fā)送到生產(chǎn)調(diào)度部門(mén)，自動(dòng)化程度低，人力成本大，需進(jìn)行自動(dòng)報(bào)表發(fā)送的技術(shù)改造。

5結(jié)論

三鑫公司自2009年完成三期改擴(kuò)建工程后，生產(chǎn)能力擴(kuò)大到3 000 t/d，充填工藝自動(dòng)化控制系統(tǒng)也于2011年末完成集中控制改造。該系統(tǒng)控制方式靈活，既可以遠(yuǎn)程控制，又可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況現(xiàn)場(chǎng)控制調(diào)節(jié)；同時(shí)節(jié)約人力成本，在原有生產(chǎn)人員不變時(shí)可提高充填生產(chǎn)效率和能力，并減少了維修成本，降低了充填工藝的整體能耗，具有可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。盡管目前充填工藝自動(dòng)化控制系統(tǒng)仍存在一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)后，將進(jìn)一步提高充填能力和質(zhì)量，并為礦山辦公無(wú)紙化和數(shù)字化、自動(dòng)化建設(shè)提供技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]劉華生，姚香.巖金地下礦山充填采礦若干技術(shù)問(wèn)題的探討[J]. 黃金，2000 (1)：35-42.

[2]饒從云，劉成平.充填系統(tǒng)技術(shù)改造若干經(jīng)驗(yàn)[J].金屬礦山，2004 (S)：471-474.

[3]成希弼，吳兆琦.特種水泥的生產(chǎn)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994.

[4]張海波，宋衛(wèi)東.評(píng)述國(guó)內(nèi)外充填系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國(guó)礦業(yè)，2009(12)：15-18.

(收稿日期2015-12-16)

李儒華(1974—)，男，助理工程師，435102 湖北省大冶市金湖街道株林村。