智能橇装系统在矿井下的应用

林振烈　尹超　罗泽华　金韧锋　蒋炜

橇装是集地面防火储油罐、加油机和自动灭火器、视频监控于一体，可以整体迁移的一种新型地面加油设施。通过将阻隔防爆材料填充在储油罐中，当遇到明火、静电、撞击、雷击、枪击、焊接、意外猛烈撞击事故时都不会发生爆炸事故。

凡口铅锌矿位于广东省韶关市仁化县境内，是亚洲最大的铅锌银矿种生产基地之一。凡口铅锌矿采用井下充填采矿法，已开采至海拔-800米，年开采量200多万吨，采用大型机械化采矿作业，有井下工程车辆100多台，年用柴油2000多吨、抗磨液压油250多吨、其他润滑油数量不等。基于井下6个自制储油罐，无温度报警、压力报警、油气报警、紧急切断、自动灭火等装置，存在严重的安全隐患。为此，对凡口铅锌矿实际情况和存在的问题，开展井下智能供油系统的研究和应用，目前已取得了明显的效益。

实施方案

建立地面橇装加油站。在凡口铅锌矿采矿井口附近地面上，设置1个50立方米的柴油橇装加油装置（含2台双油品双枪加油机）、1个25立方米的抗磨液压油橇装油罐、1座22平方米的控制室，1套蓝牙道闸及视频监控组成的无人值守自助橇装加油站，代替凡口铅锌矿在矿区边沿的油库。

改造井下供油点。按《金属非金属矿山安全规程》要求，分别改造在井下-200米、-360米、-550米中段的三个供油点。将2个旧的单层铁皮油罐更换成1套15立方米的双层橇罐，橇罐中间隔舱，10立方米储存柴油，5立方米储存抗磨液压油；将2台旧的加油机更换成1台智能双油品双枪加油机，一个加油枪通过自吸泵加柴油，一个加油枪通过齿轮泵加抗磨液压油，前期用人脸识别自助加油，后期用机器人加油。

敷设输油管道。打钻孔敷设输油管道，在符合规程要求、不影响井下开采、地面橇装油罐位置的情况下，打两个钻孔加套管，向井下供油点敷设2条输油管道，一条输送柴油，一条输送抗磨液压油，以此代替油罐车从斜坡向井下运输油品。

技术方案

井下智能供油系统，包括地面橇装加油装置、井下输油工艺管道、井下储油加注装置、PLC集成控制系统、加油信息管理系统五大部分。

地面橇装加油装置。地面橇装加油装置为阻隔防爆橇装加油装置，主要用途为地面储油、加油装置，可取代原地面油库。该设备具有防火防爆、安全环保、占地面积小、便于迁移等特点，可广泛应用于物流企业、产业园区、运输企业、大型工矿企业等单位内部自用油。

井下输油工艺管道。井下输油工艺管道是本系统设计实施的技术难点，内容包括六个环节。

一是输油流程设计说明。输油流程设计包括进站卸油、桶装液压油卸车、防溢流、井下输油、氮气缓冲、自动控制。

二是输油管道敷设线路设计。要从地表（海拔+126米）至-550米中段，通过打钻孔布设输油管，贯穿深度大，地质情况复杂，中间有溶洞、采场、巷道、仓库、机房等。针对凡口铅锌矿井下实际情况，输油管布设相应线路设计。

三是使用井下陀螺仪贯通测量上下输油管钻孔方位。陀螺仪，是一种用来感测与维持方向的装置。在贯通测量中，导线是巷道中控制测量的基本方式。巷道中的导线随巷道的掘进而布设，在贯通前无法闭合。随着巷道的延伸，导线的长度、测站数也随之增加。导线测角误差，将随导线的延长而不断累积。限制巷道内导线方位误差，是提高贯通横向精度的主要方式。陀螺定向的基本特点是独立定向。定向位置可选取在任何需要的位置，定向不受導线测量的影响。巷道内的导线在加测陀螺定向边后，限制了导线方位误差的累积，从而提高了贯通导线的方位精度，使贯通横向误差减少、横向精度产生增益。在贯通测量上下输油管钻孔方位时，对地面及井下采用相同的坐标系及高程基准，井下测量输油管钻孔控制点经过陀螺定向改正及平差，保证了上下输油管钻孔的精准贯通。

四是使用全站仪定向测量输油管钻孔。全站仪，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。凡口铅锌矿使用徕卡TZ08全站仪，通过全站仪测量钻孔定向钻杆上下两端的空间位置，计算开孔方位及倾角。采用高精度全站仪对地表输油管钻孔开孔方位及倾角进行复核及调整，在操作时增加钻孔测斜频次，及时纠偏。钻孔每施工35米左右即停钻测斜。测斜时先冲洗孔壁，以2米为间距进行测量，及时纠偏，保证测斜精度。通过使用全站仪定向测量输油管钻孔，地表至-40米中段一个钻孔顺利贯穿下部硐室，X轴方向偏差仅0.66米，Y轴方向偏差也在允许范围；-120米中段至-200米中段两个钻孔准确贯穿油库硐室，偏斜率小于限差允许值；-200米中段至-320米中段一个钻孔准确贯穿下部硐室，偏斜率小于限差允许值。

五是应用定向钻探施工技术。输油管钻孔的是井下输油工艺管线最关键的环节，是敷设输油管路安装的前提条件。根据凡口铅锌矿井下地质构造的复杂性，选用XY-2B、XY-4型机械传动、立轴式回转岩芯钻机各一台，应用定向钻探施工技术实施输油管道钻孔。

六是输油管道从地面到井下高落差输油技术设计方案。从地面到井下-550米的相对高度有676米，往井下输送油品时落差高、流速快、湍流急、压力大。针对这种特殊情况，我们做出如下技术设计方案：采用“串联式”连通地面和井下各中段油罐；氮气缓冲系统。首次输油时输油管道为空管，输油管内油品流速高、冲击力大、湍流急，我们通过氮气缓冲系统解决问题，使用限流孔板控制油品流速。当输油管道内已充满油品时，流量大、流速快，可使用限流孔板限制油品流速。

井下储油加注装置。凡口铅锌矿井下储油加注装置，由3台15立方米双舱双油品橇罐，3台双油双枪加油机，4台西门子控制器、8台液位仪、6台潜油泵、8根探针、4套视频监控，还有温度感应器、压力感应器、测漏仪、溢流阀等组成。

PLC集成控制系统。PLC集成控制系统是将液位控制系统、液位异常报警系统、测漏报警系统、压力报警系统、油气监测报警系统、溢流报警系统等集成联动、智能控制，实现无人值守自助加油或机器人加油。PLC集成控制系统配置常用以下两种方式：单罐式和多罐式。单罐式，指一个橇装油罐带一台或多台加油机。这种控制系统比较简单。目前，我国出产大多橇装加油装置都用这种配置。多罐式，指有多个橇装油罐，并带多台加油机。

加油站信息管理系统。加油信息管理系统，包括橇站管理、用油管理、油品管理、运营管理四个子系统。其中，橇站管理。具有最高权限，其功能模块包含客户管理、设备管理、价格管理、罐存管理、设备运营检测、配送计划、合作客户管理、卡业务管理、卡业务流水查询、加注业务流水查询、数据统计、系统管理；用油管理。凡口铅锌矿作为油品使用单位，能查看罐存数据、设备运营状态，以及属于凡口的所有车辆的业务流水和数据统计，其功能模包含罐存管理、设备运营状态、业务流水查询、数据统计；油品管理。中国石油广东韶关销售分公司是油品供应管理单位，可查看、下载进销存数据，生成打印中油需用的统计报表，接收最低油位报警，负责油品配送，可以看数据统计，按照合同的结算价进行结算统计，其功能模块包含罐存管理、设备运营状态、智能配送分析、数据统计；运营管理。运营方能查看罐存数据、设备运营状态、对合作客户的零售价格进行管理、管理合作客户、对合作客户进行发卡、查询合作客户业务流水和数据统计。其功能包含罐存管理、设备运营状态、合作客户价格管理、合作客户管理、加注业务管理、业务流水查询、合作客户数据统计。

系统创新点

提高用油安全。通过取消油库、取消用油罐车和运输车运送油品，杜绝油品库存、运输安全风险和隐患。通过按规程要求对井下供油点进行整改，杜绝了井下供油点的安全、环保隐患。按照新规程设置了集油坑、双层管线、双层罐、实时监测报警等设施设备，极大地降低了漏油等问题的产生，增加了安全性、环保性。

减少供油环节，提高工作效率。简化了油品供应模式，提高了井下工程车辆用油的便利性、经济性和工作效率。该系统通过PLC控制方案，井上橇装及地下油罐之间输送油品采取在线全自动控制，根据初始设定阈值，自动调控库存，自动发出进油需求。井下工人加油时，通过刷脸识别，进行自助加油，提高工作效率。

采取多种减压方式，解决高落差压力问题，保障安全。方式一，采用“串联式”连通地面和井下各中段油罐，在三个不同高度终端将压力回零。方式二，设置氮气缓冲系统。通过氮气缓冲系统解决首次输油时输油管道为空管，输油管内油品流速高、冲击力大、湍流急的问题。同时向输油管充入氮气隔绝空气，不致产生可燃性气体，在起缓冲作用的同时确保安全。方式三，使用限流孔板控制油品流速。当输油管道内已充满油品时，流量大、流速快，使用限流孔板限制油品流速。

实施效益分析

2022年12月下旬，凡口铅锌矿井下智能供油系统经过近两年的实施，接受了当地应急部门及矿安、危化专家小组的联合验收。其相关安全、环保设施按照设计要求完成建设，达到了相关安全规范，满足了项目要求，并开始投入了使用。通过实施该项目，除了满足凡口铅锌矿井下用油安全管理需求外，而且体现出了项目的经济性。

项目建设方案中，采取转孔向井下铺设输油管道。该方案较沿斜坡道向井下各供油点敷设输油管道的方案，节省了3倍铺设管道的需求。同时，部分区段采取技术难度更高的打斜孔方式，缩短打孔距离，优化各层打孔位置，最终实际钻孔长度较建设初期预计施工量节约了56%。

减少库存积压。由于取消了油库，又采用用多少结算多少的方式，可减少油品库存积压资金200多万元。

降低了企业成本。凡口铅锌矿井下智能供油系统实施后，减少了地面油库安全保卫人员6人、保管员2人、油罐车司机2人，减少了井下三个供油点的管理人员、值班人员、加油工18人（3班，每供油點每班2人），合计减少28人，每年减少人工费用300多万元，还可减少2台油品运输车的购置养护费用50万元。

减少供油环节，提高工作效率。简化了油品供应模式，提高了井下工程车辆用油的便利性、经济性和工作效率。

开拓油品市场。通过实施本系统，中国石油广东韶关销售公司做到了“客户至上，服务到家”，和客户建立了长期稳定的良好合作关系，增加了销售量和市场份额。同时，创造出了新的商业合作模式，为油品市场发展开拓了一条新路。

通过实施本系统，使用地面橇装加油装置代替油库、使用输油工艺管道代替汽车运送油品，取消了地面油库和井下供油点的相关管理和操作人员；取消了油品二次中转运输车辆和司机；大大降低了生产用油的综合成本，取得了明显经济效益。同时，井下工程车辆达到了安全用油、环保用油的管理要求，实现了井下用油管理的智能化、科学化、标准化，并为凡口铅锌矿建设智能化矿山的“无人开采”起到了促进作用。

通过以凡口铅锌矿井下智能供油系统技术的应用探索，证明在我国金属非金属矿山企业推广应用智能供油系统是可行的。同时，该系统技术对其他金属非金属矿山企业解决安全、环保、高效、低成本用油的需求有借鉴意义。

本文作者单位为凡口铅锌矿、中国石油广东韶关销售分公司

责任编辑：周志霞