淺談某礦山充填工藝及自動化控制系統

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化控制系統

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采大冶湖區下巖金礦床，經過3次改擴建工程建設，充填工藝由臥式砂倉充填改為立式砂倉充填，充填材料也由普通水泥膠結料改為全尾砂、分級尾砂。2003年開始采用基于高爐廢渣的新型膠結材料與分級尾砂膠結充填工藝，礦山生產規模也提高到3 000 t/d。原充填工藝一直采用人工手動操作，自動化程度低，質量管理與數據采集、傳輸不能滿足公司建設數字化礦山的需要。2012年開始對充填工藝進行自動化控制技術改造，并對存在問題進行分析，有效提升了充填能力和質量，提高了自動化水平，降低了充填生產成本，具有可觀的經濟效益和社會效益。

關鍵詞巖金礦山充填工藝自動化控制

我國是世界上最早開發與使用黃金的國家之一，最初以開發砂金為主，后逐步轉為以開發利用巖金為主。2007年我國生產黃金270.49 t，成為世界第一產金大國，并連續9年獨占世界鰲頭。

我國巖金開采以地采為主，露采為輔。由于黃金價值高、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。但對應的充填工藝則發展較慢，20世紀60年代才出現干式充填，70年代末利用尾砂進行充填，80年代中期開始應用膠結充填。盡管90年代初期黃金開采在我國率先應用了高水充填材料，但巖金礦山充填工藝與有色礦山相比，在充填規模、充填材料、充填工藝、技術設備、工程管理等方面均存在較大差距。目前我國巖金礦山規模較小，礦山企業很少對充填新工藝、新技術和新材料進行研究。黃金礦山充填工藝主要分為干式充填與分級尾砂充填兩種類型，流程大多采用人工操作與監控。充填工藝的自動控制具有數據自動采集與調節功能，可實現充填料批量與連續生產，但自動控制技術的應用仍有待完善。對湖北三鑫金銅股份有限公司(簡稱三鑫公司)充填工藝自動化系統進行介紹，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，初稱雞冠嘴金礦，現為中金集團下屬主力礦山，開發的雞冠嘴、桃花嘴兩個礦床均位于大冶湖區下，采用下盤主副豎井聯合開拓，中段高度50 m。目前主要進行深部礦體開采，礦巖穩固性好于上部。采礦方法以分段中深孔落礦嗣后充填采礦法為主，礦井通風采用主豎井進風專用回風井出風的對角式，井下設有水倉，集中接力排水[1]。

礦山初期進行上部開采時采用斜井開拓，通過水泥—分級尾砂上向分層充填采礦。礦山兩次大規模改擴建后，擁有工作人員約1 800人，主要產品是金銅精礦、鐵精礦與硫精礦。歷年生產情況見表1。

表1　三鑫公司歷年生產情況

2充填工藝的發展

礦山一期充填站建于1989年，初期使用外購河砂及普通水泥膠結料進行小規模充填。儲存于容積500 m3臥式砂倉的尾砂經5 t抓斗及皮帶機轉運入φ1.5 m單級攪拌桶，容積50 t的水泥倉中的水泥經螺旋給料機加入。充填料加水攪拌后，經充填鉆孔接井下管路輸送至各充填點，充填能力為 54 m3/h。

1997年礦山二期改擴建時，新建了二期充填站，改用礦山選礦廠產出的全尾砂或分級尾砂進行充填。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，一座φ6 m、300 t的水泥倉，由φ2 m立式攪拌桶及高速攪拌機進行兩級攪拌，制備質量分數60%～75%的料漿，通過井下三種不同結構的充填管路自流輸送至空區，充填能力達到64 m3/h。

2009年，三期工程的實施需進一步提升充填能力。在二期充填站基礎上，新建2座容積500 m3的鋼結構砂倉及一座容積400 t的灰倉，并對分級系統、造漿系統及放砂系統等進行了改造和完善。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合開發，自產了全水膠固料，但應用后存在充填體易松散開裂、風化不穩固、沉降大、泥塑性強、充填成本高等缺點。2003年，公司與山東淄博海易固結材料廠利用本地眾多鐵冶煉廠排放的高爐廢渣，通過烘干、外加石膏和復合激發劑等，粉磨、混勻，制成了一種適用于井下充填的新型膠結材料，其中礦渣質量分數在80%左右。它能充分利用選廠尾砂中的有效成分，膠結材料與尾砂的相互作用能產生比普通水泥更好的膠結充填效果。以該材料為膠結劑的充填工藝一直使用至今[3]。

3充填工藝自動化控制系統

2010年之前，三鑫公司充填工藝一直采用人工操作，2011年完成自動化控制系統改造。目前自動化控制系統包括雞冠嘴礦區尾礦處理系統的電控系統，控制設備、儀表集成，設計、供貨、安裝、調試等計算機控制系統的集成。充填工藝自動化控制系統改造后，充填能力達到1 000 m3/d以上，大于三期改擴建工程要求的900 m3/d，滿足礦山生產[4]。

礦山充填站電氣控制系統可實現充填站生產的自動控制和生產記錄的監視，操作人員只需在控制室操作監控計算機即可控制充填料漿濃度和灰的供給計量，掌握充填料漿的制備過程，并記錄過程數據方便后期查看。

雞冠嘴礦區尾礦充填工藝自動化控制系統按可靠性、先進性、易維護性、可擴展性、開放性、高性價比等集成設計原則，采用西門子公司的S7-400組成一套DCS 控制系統以滿足生產需要。系統在主控室設置4臺工程師站與操作員站，上位機系統與控制器通過CP1613網卡、工業交換機進行連接。PLC機柜按就近原則布置于低壓配電室內。同時，電氣控制系統具有遠程自動控制、遠程手動控制和就地控制三種控制方式。其中遠程自動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充，另外可根據運行要求提供必要的聯鎖裝置。

尾礦充填工藝自動化控制系統流程見圖1。

圖1　尾礦充填工藝自動化控制系統流程

4存在問題

三鑫公司充填工藝自動化控制系統改造后，在近年生產實踐中仍存在以下幾個方面的問題。

(1)可視化綜合管理不足。自動化控制系統采用網絡WEB頁面進行數據監測，信息數據由生產端單項傳送到管理端，公司生產任務無法通過網絡下達充填任務、質量要求及抽檢通知等，仍采用紙質化管理的方式。針對該狀況，將對可視化綜合管理進行進一步的提升和完善，做到充填信息的雙向傳遞。

(2)參數自動調控存在滯后性。充填工藝參數出現波動后，自動化控制系統調控反應時間長，反應速度時有滯后，對充填工藝正常生產產生不利影響。因此，自動化控制系統再次改造時，著重完善工藝參數的自動化調控，降低滯后性。

(3)質量管理存在缺陷。為保證充填質量，目前充填工藝流程用到的各種閥、泵、流量計、濃度計及膠結計量等裝置采用電子控制。要有效控制這些因素，就需要稱重裝置、流量及濃度監測裝置的精確測定。但目前監測點不夠，儀表測定結果誤差大，經常需人工校對，加大了質量管理的難度與工作量，需進一步進行儀表自動化校對的改造、完善工作。

(4)充填車間的生產報表目前仍由人工在電腦上輸入電子表格再發送到生產調度部門，自動化程度低，人力成本大，需進行自動報表發送的技術改造。

5結論

三鑫公司自2009年完成三期改擴建工程后，生產能力擴大到3 000 t/d，充填工藝自動化控制系統也于2011年末完成集中控制改造。該系統控制方式靈活，既可以遠程控制，又可以根據現場實際情況現場控制調節；同時節約人力成本，在原有生產人員不變時可提高充填生產效率和能力，并減少了維修成本，降低了充填工藝的整體能耗，具有可觀的經濟效益和社會效益。盡管目前充填工藝自動化控制系統仍存在一些問題，但經過不斷改進后，將進一步提高充填能力和質量，并為礦山辦公無紙化和數字化、自動化建設提供技術支撐。

參考文獻

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

[2]饒從云，劉成平.充填系統技術改造若干經驗[J].金屬礦山，2004 (S)：471-474.

[3]成希弼，吳兆琦.特種水泥的生產及應用[M].北京：中國建筑工業出版社，1994.

[4]張海波，宋衛東.評述國內外充填系統技術發展現狀[J].中國礦業，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。