自动化控制在矿山胶结充填站的应用研究

2019-02-11姜贵川

世界有色金属 2019年3期

冉涛，姜贵川

（1.贵州化工建设有限责任公司，贵州贵阳 550001；2.贵州息烽磷矿有限责任公司，贵州贵阳 550001）

充填的过程，为矿山生产的重要环节之一。充填体的强度，一定程度上反映着充填效果。矿山胶结充填站的常规控制方法，以人工控制为主，工作强度大，枯燥性强，控制参数误差大，效果差。

1 矿山胶结充填站自动化控制系统的构成及功能

矿山胶结充填站自动化控制系统，由电源、监控器、打印机、测控仪表等部分构成[1]。其中，电源共包括两种，分别为UPS电源，及DC电源。矿山胶结充填站运行的过程中，自动化系统可经操作网络M-NET，实现对生产参数的实时采集。且可将采集数据与数据库中的标准参数进行对比，判断两者有无差异，以及时发现生产过程中存在的异常。

具体而言，矿山胶结充填站自动化控制系统的功能涵盖以下几方面：第一，仓内物料的检测，自动化控制系统可以进行缓冲砂仓和水泥仓料位的连续检测，在缓冲砂仓或者水泥仓的料位过低时，为操作人员提供报警，操作人员可以及时开启送料系统，提升仓内物料的含量；第二，水泥量和水量的控制，在矿山胶结充填站运行期间，自动化控制系统可以通过控制给料机的速度，控制水泥的添加量，并通过调节阀的控制，控制搅拌桶的水添加量，确保水泥和水混合而成的水泥浆浓度符合施工要求；第三，充填料搅拌桶的控制，自动化控制系统可以实现充填料搅拌桶中棒磨砂、水量、料位和充填料浓度等参数的控制，确保搅拌桶内的物料的减少量和棒磨砂、水泥浆及水添加量相同，真正实现自动化生产，提升矿山胶结充填站的运行效率和工作质量。

2 自动化控制在矿山胶结充填站的应用方法

2.1 选择仪表

为确保矿山胶结充填站能够良好运行，应在应用自动化控制系统的同时，合理选择仪表，改善控制效果[2]。通常情况下，对仪表的选择，应坚持“可靠”、“实用”两大原则。矿山胶结充填站工作流程复杂，不同流程所用仪表不同。以水泥料位的确定为例：为确保水泥量无误差，应保证料位合理。将雷达物位计应用到自动化控制系统中后，该仪表可实时监测水泥料位的变化情况，反馈料位信息，供工作人员判断料位有无异常。再如：水泥进入矿山胶结充填站后，需通过搅拌保证质量。自动化控制系统中，用于搅拌水泥的仪器，以气动滑板阀为主。自动化控制系统运行后，可立即向气动滑板阀发送指令，提醒气动滑板阀随即运行。当水泥流至气动滑板阀附近后，便可自动进行搅拌。大部分气动滑板阀都按照刀锋式设计制造而成，具备较强的密封性，具有一定的调节作用，在矿山胶结充填站中的高磨损物料或者高浓度物料运输中具有显著优势。

2.2 设置参数

有色金属矿山胶结充填站，充填体上方需添加物料，爆破的过程，同样会对充填体造成冲击。受物料重量、自身重量以及爆破过程的影响，充填体的强度必须达标，方可避免出现事故。将自动化系统应用到充填体强度的测量以及控制过程中，可有效解决上述问题。例如：某矿山充填体，不同时间段的抗压强度应存在差异。第1d，抗压强度需保证＞1.5MPa。第7d及第28d，强度应逐渐提升至2.5MPa以及5.0MPa以上，方可满足采矿需求。为确保抗压强度达标，该矿山采用自动化系统，对充填料的强度进行了监测。结果显示，第1d、7d及28d，抗压强度指标分别为1.8MPa、2.9MPa以及6.0MPa。故未对充填料进行处理，且未见事故发生。

2.3 控制工艺

矿山胶结充填站运行的过程中，棒磨砂可经火车运送至厂房，并被置于仓库内。棒磨砂进入仓库后，工作人员将采用抓斗，将其转运至中间砂仓部位，筛除大块，使其他部分进入运输机。当棒磨砂进入运输机后，自动化控制系统可立即感知，并向运输机发送启动信号，使其运行，带动棒磨砂进入至缓冲区域。矿山胶结充填站中，缓冲区域下部分通常设有圆盘。

经圆盘的带动，棒磨砂将进入直径为2.5m的充填料搅拌桶内。处理棒磨砂的同时，散装水泥也将自运输罐车区域被运输至水泥仓旁。

2.4 测量控制

（1）水泥料位与水量控制。矿山胶结充填站中所应用的自动化控制系统，可实现对水泥料位与水量的控制，方法如下：①料位：水泥被运输至仓库后，自动化系统可立即对其参数进行测量，根据测量结果，判断水泥量是否达标。当水泥量达标时，系统将发出提醒，指示工作人员开启送料系统，将水泥料送至搅拌桶内搅拌。②水量：水泥搅拌的过程，需加入一定量的水。如水量控制不合理，水泥浆的质量及填充效果，均会受到影响。矿山胶结充填站中，自动化系统可对给料机内的水泥量进行测量。

（2）水泥料位的控制。在水泥和水拌合为水泥料后，自动化控制系统会对搅拌桶内的水泥料位开展连续检测，确保水泥料位始终处于标准高度范围，有助于水泥搅拌桶运行效率的提升，和水泥质量的保障。在水泥料位的自动化控制下，搅拌桶内的水泥排料和加入的水泥、水量相均衡，保障水泥浓度的一致性。

（3）棒磨砂和水量控制。在自动化控制系统中，缓冲仓底部及水管部位均安装了计量装置，分别负责下料量与水量的控制，确保棒磨砂和水可以按照标准比例进入到搅拌桶中，保障充填料的质量。其中，缓冲仓底部安装的计量装置负责给料机调节圆盘的控制，以此实现下料量的有效控制；水管中安装的流量计负责水管内的水量计量，自动化控制系统会根据计量的水量进行调节阀开度的控制，实现搅拌桶内水添加量的精准控制。

（4）充填料料位控制。自动化控制系统主要通过料位计实现充填料料位的精准计量，并根据计量的结果调节放料阀门的开度，以此实现搅拌桶内充填料料位的稳定性，确保充填料料位始终保持在规定的范围内，确保充填料的排出量和加入的棒磨砂、水泥浆和水添加量向均衡，保障充填料的质量和浓度。

（5）充填料浓度与流量控制。矿山胶结充填站中，自动化控制系统对充填料浓度与流量的控制方法如下：①充填料浓度：充填料数量不变的情况下，自动化控制系统可通过测量搅拌桶内充填料料位的方式，对其浓度进行判断。在此基础上，对当前的浓度指标，与标准配比的浓度指标进行对比，判断两者有无差异。②流量控制：充填料的流量，受存放环境温度、湿度等因素的影响较大。自动化控制系统运行过程中，可对存放环境的各项指标进行监测，并对温度、湿度等因素进行调节，确保充填料流量无明显变化，使生产效果得以改善。