白馬選礦廠一期破碎系統(tǒng)升級改造實踐

計志雄

攀鋼集團礦業(yè)有限公司白馬選礦廠 四川攀枝花 617209

白馬選礦廠一期 650 萬 t/a 破碎系統(tǒng)于 2006年底投入運行，如今設(shè)備線路老化嚴(yán)重，故障較多；因系統(tǒng)建設(shè)、多次工藝設(shè)備改造等原因，導(dǎo)致帶式輸送機卸料小車尚未實現(xiàn)自動布料，中破重型板式給料機 (以下簡稱“重板”) 和檢查篩也未實現(xiàn)遠程啟停及礦量調(diào)節(jié)操作，粗破系統(tǒng)帶式輸送機尚未實現(xiàn)遠程自動啟停；視頻監(jiān)控點位不足、畫面清晰度低；設(shè)備缺乏自動調(diào)節(jié)保護設(shè)施以及現(xiàn)場照明、計量等輔助設(shè)施不完善等，造成一期破碎系統(tǒng)自動化、信息化程度低，難以滿足目前生產(chǎn)操作、現(xiàn)場監(jiān)控和安全管理的要求。因此，急需對一期破碎系統(tǒng)實施兩化融合(即信息化和工業(yè)化的深度結(jié)合) 改造，以提高其自動化、信息化和智能化水平。

1 工藝、設(shè)備現(xiàn)狀

白馬選礦廠一期破碎系統(tǒng)采用三段一閉路破碎 —篩分 — 洗礦流程，作業(yè)率為 56.5%，產(chǎn)品 -12 mm 含量為 95%。經(jīng)過 2010年、2013年 2 次工藝及設(shè)備改造，中破系統(tǒng)去除了預(yù)先篩分和洗礦流程，粗破及重板已作為備用。中碎、細碎系統(tǒng)原礦處理量約為 690萬 t/a，最終產(chǎn)品 -12 mm 含量≥ 96%。目前一期破碎系統(tǒng)主要有 68 臺設(shè)備，包括粗碎重板 2 臺、粗破機 1 臺、中破機 2 臺、細破機 3 臺、圓振動篩 6 臺、中破重板 4 臺、帶式輸送機卸料小車 4 臺、帶式輸送機 26 臺、除塵器 21 臺。破碎系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)系圖如圖 1所示。

圖1 一期破碎系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)系圖

一期破碎系統(tǒng)采用西門子 P CS7 作為集中控制系統(tǒng)，基礎(chǔ)控制系統(tǒng)為西門子 S7-400，HMI 為 WINCC(PCS7)，分為粗破、中破、細破和篩分 4 個系統(tǒng)，設(shè)4 套操作員站。一期破碎系統(tǒng)采用 PLC 集中聯(lián)鎖控制和機旁操作箱手動控制 2 種操作模式，2 種操作模式可相互轉(zhuǎn)換。在集中控制狀態(tài)下，可實現(xiàn)系統(tǒng)流程選擇、設(shè)備順序啟停及運行狀態(tài)畫面監(jiān)控等功能。

2 存在問題及改進措施

2.1 輸送帶卸料小車手動布料改造為自動布料

一期破碎系統(tǒng)共有 4 臺輸送帶卸料小車，均為機旁人工手動操作。在生產(chǎn)過程中，由于帶式輸送機負荷大、礦倉容量小，卸料小車動作較為頻繁，崗位工人勞動強度大，且現(xiàn)場操作人員視野有限，憑肉眼難以及時、準(zhǔn)確地掌握各礦倉的料位和設(shè)備運行情況，只能憑經(jīng)驗確定卸料小車的停車位置和下料時間，經(jīng)常造成“空倉”或“爆倉”等現(xiàn)象，不能實現(xiàn)設(shè)備均衡生產(chǎn)；其次，由于卸料小車運行過程中揚塵和噪聲大，工作環(huán)境惡劣，對現(xiàn)場操作人員健康危害較大；三是 4 臺卸料小車每班需要配置 5 名操作人員，與其他選礦廠同崗位相比，勞動生產(chǎn)率較低[1]。

借鑒其他選礦廠輸送帶卸料小車自動布料改造的成功經(jīng)驗，增設(shè)超聲波料位儀、激光測距儀，進行編程及制作人機交互界面，并將新增 P LC 控制程序接入原有控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了 4 臺卸料小車的遠程操作和自動布料改造，較好地達到了預(yù)期改造效果。改造后，降低了人為操作對生產(chǎn)的影響，4 臺卸料小車崗位人員從每班 5 人減少到 3 人，共計減少帶式輸送機崗位操作工 8 名。

2.2 帶式輸送機手動聯(lián)鎖改造為自動聯(lián)鎖遠程控制

粗破系統(tǒng)共有 7 條帶式輸送機，自投產(chǎn)以來一直都采用機旁啟停和手動聯(lián)鎖，未能實現(xiàn)集控室遠程啟停操作，加之生產(chǎn)線全長約 1.5 km，造成設(shè)備啟停時間長、空轉(zhuǎn)時間長，運行效率不高，而且每班定員 5人，勞動效率低。為此，通過重新布置光纖和更換電氣元件，對粗破系統(tǒng) 7 條帶式輸送機進行遠程啟停和自動聯(lián)鎖控制改造。改造后粗破系統(tǒng)每天因設(shè)備啟停造成的空轉(zhuǎn)時間從 30 min 降低至 5 min 左右，極大地提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本；崗位工從每班定員 5 人減少至 2 人，共計減少帶式輸送機崗位工人 12人。

2.3 重板及檢查篩遠程控制和礦量調(diào)整改造

中碎、細碎系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中循環(huán)負荷率約為180%～200%，循環(huán)負荷較大，并且受原礦性質(zhì)、工藝操作參數(shù)和破碎機及檢查篩等設(shè)備運行狀況的影響較大，經(jīng)常需要根據(jù)細破礦槽和篩分礦槽料位情況，調(diào)整中破重板或檢查篩給礦量，以保持系統(tǒng)礦量平衡。由于在 2006年系統(tǒng)建設(shè)之初，并未考慮中破 4臺重板和 6 臺檢查篩給料設(shè)備的遠程啟停及礦量調(diào)節(jié)操作，造成中破重板及檢查篩給料設(shè)備至今未能實現(xiàn)遠程自動控制，加之中破重板崗位因環(huán)境相對密閉，檢查篩工作振動、噪聲大等原因，經(jīng)常造成操作室與崗位聯(lián)系不暢，操作不及時，極易造成工藝設(shè)備事故。通過在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行編程和增設(shè)人機對話界面等，實現(xiàn)中破重板和檢查篩給料設(shè)備的遠程啟停和礦量調(diào)節(jié)操作，極大地降低了因礦量調(diào)整不及時造成的生產(chǎn)操作事故。

2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)全方位升級改造

一期破碎系統(tǒng)視頻監(jiān)控設(shè)備主要以模擬信號為主，且線路、設(shè)備老化，技術(shù)落后，與現(xiàn)有數(shù)字?jǐn)z像機相比，模擬攝像機清晰度低，圖像易受干擾，加之監(jiān)控點位少，不能滿足生產(chǎn)過程監(jiān)控、安全管理和治安防控要求。為此，將原有的 23 個普通攝像頭全部更換為紅外高清攝像頭，并新增 39 個紅外高清攝像頭，同時將其中 36 個生產(chǎn)監(jiān)控攝像頭和 18 個治安防控攝像頭監(jiān)控畫面接入新操作室 L ED 顯示大屏，將8 個電氣監(jiān)控攝像頭監(jiān)控畫面接入電工班值班室顯示屏，并將各崗位區(qū)域監(jiān)控畫面分別接入現(xiàn)場 10 個區(qū)域負責(zé)點的 24 英寸顯示器上，使生產(chǎn)過程監(jiān)控水平和防控能力得到了大幅提升。

2.5 帶式輸送機增設(shè)防打滑裝置

5、7、10、12 號輸送帶是破碎機排料和檢查篩的排料輸送帶，6、8、11 號輸送帶是大傾角爬坡輸送帶 (傾角 12.6°～ 14.8°)，這 7 條帶式輸送機的負荷達1 000～ 2 000 t/h，且傳動裝置全部采用液力耦合器作為電動機的過載保護設(shè)施。在生產(chǎn)過程中發(fā)生過載保護，電動機就會空轉(zhuǎn)，輸送機停機造成物料壓輸送帶現(xiàn)象，甚至造成破碎機囤礦等重大設(shè)備事故。為此，在這 7 條輸送帶換向輪處安裝防打滑裝置，若檢測到帶式輸送機滾筒轉(zhuǎn)速低于正常轉(zhuǎn)速的 80% 時，立即停止驅(qū)動電動機，觸發(fā)聯(lián)鎖保護，及時防止事故擴大。

2.6 帶式輸送機增設(shè)防堵料裝置

由于礦山采用露天開采，5—10 月雨量充沛，原礦含水率較高，生產(chǎn)過程中各部漏斗易堆積粉狀物料；加之粗破后的原礦塊度偏大，通常在 400 mm 左右，且 500～600 mm 的扁塊狀原料較多，易造成粗破和中破系統(tǒng)帶式輸送機漏斗堵塞，出現(xiàn)壓死帶式輸送機、燒電動機及劃破輸送帶等事故。對此，通過在粗破和中破系統(tǒng)帶式輸送機、重板頭部料斗防塵罩開設(shè)小門和安裝行程開關(guān)作為防堵料裝置 (見圖 2)，一旦安裝在防塵罩上的小門被原礦向外頂開持續(xù) 3 s 未恢復(fù)，則立即停止輸送帶驅(qū)動電動機進行停車保護，以降低大塊料堵塞漏斗對設(shè)備造成的損傷，有效避免了因此造成的工藝設(shè)備事故。

圖2 防堵料裝置示意

2.7 帶式輸送機系統(tǒng)增設(shè)自動糾偏裝置

一期破碎系統(tǒng)帶式輸送機實行勞務(wù)外包作業(yè)，操作和巡檢由外包人員負責(zé)，由于外包操作人員文化水平偏低、流動性較大、業(yè)務(wù)技能不高，難以對輸送帶跑偏進行及時調(diào)整，經(jīng)常造成輸送帶跑偏、漏礦進而損傷甚至劃破輸送帶等事故。對此，通過在新 3、4、5 號輸送帶等 8 條易跑偏輸送帶上安裝自動糾偏支架，基本解決了帶式輸送機調(diào)偏不及時的問題，現(xiàn)場使用效果較好。

2.8 皮帶秤、核子秤計量信號接入操作室

皮帶秤、核子秤的流量和累積量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)直觀反映了系統(tǒng)運行效率和粗破老線、新線分礦的操作情況，而操作室只能看到中破 1 系列和 2 系列 2 臺核子秤的小時流量，新 2 號、老 2 號、14-2 號皮帶秤的流量及累積量只能依靠人工現(xiàn)場讀取，難以滿足操作室對現(xiàn)場操控的要求。對此，在皮帶秤和核子秤顯示面板附近各安裝 1 個高清攝像頭，可方便操作室隨時讀取瞬時流量和累計量等數(shù)據(jù)，較好地滿足了操作室的控制要求。

2.9 全系統(tǒng)照明由人工操控改為時控

一期破碎系統(tǒng)現(xiàn)場所有照明均使用機械式按壓開關(guān)，現(xiàn)場分布較為分散，由于帶式輸送機崗位人力資源優(yōu)化后，每班輸送帶崗位工從 18 人減少至 10 人，經(jīng)常因開關(guān)不及時造成長明燈浪費和照明不足的安全隱患。對此，除必須的長明燈外，將現(xiàn)場 16 個照明開關(guān)全部改為時控開關(guān)，每天定時亮燈、熄燈。

3 結(jié)語

通過實施卸料小車自動布料改造、粗破帶式輸送機系統(tǒng)遠程啟停及自動聯(lián)鎖、中破重型板式給料機及檢查篩遠程啟停及給礦量調(diào)節(jié)改造，提高了帶式輸送系統(tǒng)的自動化水平，降低了崗位工人勞動強度和人為操作對生產(chǎn)的影響，提高了設(shè)備運行效率和勞動生產(chǎn)率；通過實施視頻監(jiān)控系統(tǒng)升級改造，提高了生產(chǎn)現(xiàn)場和生產(chǎn)過程的監(jiān)控能力和管理要求；通過增設(shè)防堵料裝置、防打滑裝置及自動糾偏裝置等基本保護設(shè)施，降低了帶式輸送系統(tǒng)發(fā)生工藝設(shè)備事故的風(fēng)險，提高了輸送系統(tǒng)運行的可靠性、穩(wěn)定性和安全性。