自動化控制在礦山膠結充填站的應用研究

冉 濤，姜貴川

（1.貴州化工建設有限責任公司，貴州 貴陽 550001；2.貴州息烽磷礦有限責任公司，貴州 貴陽 550001）

充填的過程，為礦山生產的重要環節之一。充填體的強度，一定程度上反映著充填效果。礦山膠結充填站的常規控制方法，以人工控制為主，工作強度大，枯燥性強，控制參數誤差大，效果差。

1 礦山膠結充填站自動化控制系統的構成及功能

礦山膠結充填站自動化控制系統，由電源、監控器、打印機、測控儀表等部分構成[1]。其中，電源共包括兩種，分別為UPS電源，及DC電源。礦山膠結充填站運行的過程中，自動化系統可經操作網絡M-NET，實現對生產參數的實時采集。且可將采集數據與數據庫中的標準參數進行對比，判斷兩者有無差異，以及時發現生產過程中存在的異常。

具體而言，礦山膠結充填站自動化控制系統的功能涵蓋以下幾方面：第一，倉內物料的檢測，自動化控制系統可以進行緩沖砂倉和水泥倉料位的連續檢測，在緩沖砂倉或者水泥倉的料位過低時，為操作人員提供報警，操作人員可以及時開啟送料系統，提升倉內物料的含量；第二，水泥量和水量的控制，在礦山膠結充填站運行期間，自動化控制系統可以通過控制給料機的速度，控制水泥的添加量，并通過調節閥的控制，控制攪拌桶的水添加量，確保水泥和水混合而成的水泥漿濃度符合施工要求；第三，充填料攪拌桶的控制，自動化控制系統可以實現充填料攪拌桶中棒磨砂、水量、料位和充填料濃度等參數的控制，確保攪拌桶內的物料的減少量和棒磨砂、水泥漿及水添加量相同，真正實現自動化生產，提升礦山膠結充填站的運行效率和工作質量。

2 自動化控制在礦山膠結充填站的應用方法

2.1 選擇儀表

為確保礦山膠結充填站能夠良好運行，應在應用自動化控制系統的同時，合理選擇儀表，改善控制效果[2]。通常情況下，對儀表的選擇，應堅持“可靠”、“實用”兩大原則。礦山膠結充填站工作流程復雜，不同流程所用儀表不同。以水泥料位的確定為例：為確保水泥量無誤差，應保證料位合理。將雷達物位計應用到自動化控制系統中后，該儀表可實時監測水泥料位的變化情況，反饋料位信息，供工作人員判斷料位有無異常。再如：水泥進入礦山膠結充填站后，需通過攪拌保證質量。自動化控制系統中，用于攪拌水泥的儀器，以氣動滑板閥為主。自動化控制系統運行后，可立即向氣動滑板閥發送指令，提醒氣動滑板閥隨即運行。當水泥流至氣動滑板閥附近后，便可自動進行攪拌。大部分氣動滑板閥都按照刀鋒式設計制造而成，具備較強的密封性，具有一定的調節作用，在礦山膠結充填站中的高磨損物料或者高濃度物料運輸中具有顯著優勢。

2.2 設置參數

有色金屬礦山膠結充填站，充填體上方需添加物料，爆破的過程，同樣會對充填體造成沖擊。受物料重量、自身重量以及爆破過程的影響，充填體的強度必須達標，方可避免出現事故。將自動化系統應用到充填體強度的測量以及控制過程中，可有效解決上述問題。例如：某礦山充填體，不同時間段的抗壓強度應存在差異。第1d，抗壓強度需保證＞1.5MPa。第7d及第28d，強度應逐漸提升至2.5MPa以及5.0MPa以上，方可滿足采礦需求。為確保抗壓強度達標，該礦山采用自動化系統，對充填料的強度進行了監測。結果顯示，第1d、7d及28d，抗壓強度指標分別為1.8MPa、2.9MPa以及6.0MPa。故未對充填料進行處理，且未見事故發生。

2.3 控制工藝

礦山膠結充填站運行的過程中，棒磨砂可經火車運送至廠房，并被置于倉庫內。棒磨砂進入倉庫后，工作人員將采用抓斗，將其轉運至中間砂倉部位，篩除大塊，使其他部分進入運輸機。當棒磨砂進入運輸機后，自動化控制系統可立即感知，并向運輸機發送啟動信號，使其運行，帶動棒磨砂進入至緩沖區域。礦山膠結充填站中，緩沖區域下部分通常設有圓盤。

經圓盤的帶動，棒磨砂將進入直徑為2.5m的充填料攪拌桶內。處理棒磨砂的同時，散裝水泥也將自運輸罐車區域被運輸至水泥倉旁。

2.4 測量控制

（1）水泥料位與水量控制。礦山膠結充填站中所應用的自動化控制系統，可實現對水泥料位與水量的控制，方法如下：①料位：水泥被運輸至倉庫后，自動化系統可立即對其參數進行測量，根據測量結果，判斷水泥量是否達標。當水泥量達標時，系統將發出提醒，指示工作人員開啟送料系統，將水泥料送至攪拌桶內攪拌。②水量：水泥攪拌的過程，需加入一定量的水。如水量控制不合理，水泥漿的質量及填充效果，均會受到影響。礦山膠結充填站中，自動化系統可對給料機內的水泥量進行測量。

（2）水泥料位的控制。在水泥和水拌合為水泥料后，自動化控制系統會對攪拌桶內的水泥料位開展連續檢測，確保水泥料位始終處于標準高度范圍，有助于水泥攪拌桶運行效率的提升，和水泥質量的保障。在水泥料位的自動化控制下，攪拌桶內的水泥排料和加入的水泥、水量相均衡，保障水泥濃度的一致性。

（3）棒磨砂和水量控制。在自動化控制系統中，緩沖倉底部及水管部位均安裝了計量裝置，分別負責下料量與水量的控制，確保棒磨砂和水可以按照標準比例進入到攪拌桶中，保障充填料的質量。其中，緩沖倉底部安裝的計量裝置負責給料機調節圓盤的控制，以此實現下料量的有效控制；水管中安裝的流量計負責水管內的水量計量，自動化控制系統會根據計量的水量進行調節閥開度的控制，實現攪拌桶內水添加量的精準控制。

（4）充填料料位控制。自動化控制系統主要通過料位計實現充填料料位的精準計量，并根據計量的結果調節放料閥門的開度，以此實現攪拌桶內充填料料位的穩定性，確保充填料料位始終保持在規定的范圍內，確保充填料的排出量和加入的棒磨砂、水泥漿和水添加量向均衡，保障充填料的質量和濃度。

（5）充填料濃度與流量控制。礦山膠結充填站中，自動化控制系統對充填料濃度與流量的控制方法如下：①充填料濃度：充填料數量不變的情況下，自動化控制系統可通過測量攪拌桶內充填料料位的方式，對其濃度進行判斷。在此基礎上，對當前的濃度指標，與標準配比的濃度指標進行對比，判斷兩者有無差異。②流量控制：充填料的流量，受存放環境溫度、濕度等因素的影響較大。自動化控制系統運行過程中，可對存放環境的各項指標進行監測，并對溫度、濕度等因素進行調節，確保充填料流量無明顯變化，使生產效果得以改善。

3 結論

綜上所述，對自動化控制系統在礦山膠結充填站中應用問題的研究，為礦山的發展及改革提供了思路，為其生產效率的提高奠定了基礎。未來，礦山應積極應用自動化系統，合理選擇儀表，詳細設置參數，主動調整生產工藝，并加強對水泥、充填料的測量控制，全面改善生產效果，促進礦山膠結充填站的可持續發展。