礦山充填自動化控制技術的研究與應用

周 剛

（山東黃金礦業股份有限公司新城金礦，山東 萊州 261430）

在礦山選礦工作過程中尾礦是其中主要的廢棄產物，傳統的尾礦處理工作方法，主要是將礦產資源開采之后的尾礦直接排出堆放在周圍區域，但是尾礦在地表面存放不但會影響到原有的地質地貌條件，同時還會造成不同程度的環境污染問題。對此，現階段我國國家對于礦山尾礦的排放與監管工作越來越嚴格，并且正在大力提倡礦山填充工作模式，建立起綠色礦山環境。另一方面礦山開采工作過程中，通過將尾礦砂在采空區域當中進行充填處理，具有礦床結構的穩定性更強、開采工作安全性更高，可以有效控制采供區域周圍巖體結構產生脫落以及出現地表下沉等情況，可以實現對礦石資源的合理回收與應用，提高礦山開采工作的整體質量和效果。

1 影響礦山充填生產工作的相關影響因素

通過使用尾砂充填系統相關生產工藝流程，對于整個選礦工藝而言，盡管操作流程相對比較簡單，但是礦山充填系統在工作過程中的反應過程相對較短，很容易產生工藝波動情況。主要是因為骨料和膠結材料配比之間出現比較嚴重的波動情況，影響到材料充填質量和穩定性，甚至由于礦山充填生產工作過程中的連續性和穩定性不足，會造成管道出現堵塞情況。正常情況下，選礦工藝流程主要是一種連續性滯后的工作流程，對于充填工藝當中所產生的問題可以對其進行針對性調整，保證整個充填工藝恢復正常狀態。而尾礦充填生產工藝流程時間相對較短，不符合材料充填工作要求，隨著工藝條件的波動，被充填到井下采空區域使得充填的膠體結構材料的強度受到比較嚴重的影響[1]。

礦山充填工藝波動影響充填膠結體強度，和整個礦山安全生產影響因素主要分為以下幾個方面：

第一，尾砂分級填充對整個采礦區域填充工作質量和穩定性的所產生的影響。通過實踐工作分析可以看出，礦山尾砂的級配和膠結強度之間有著直接的關聯，因此如果使用尾砂分級膠結填充處理、尾砂分級控制工作不合理，會造成填充工藝設計存在誤差，對整個膠結材料填充強度產生不良影響。

第二，造漿濃度對填充質量所產生的影響。通過大量實踐工作分析得出，填充材料的濃度大小直接關系到填充體的成型強度以及礦山結構的穩定性，對于材料濃度控制是前期階段造漿工作構成的重要工作要點。如果造漿濃度大小不足會直接影響到填充漿料的最終凝結強度，對整個采空區域的穩定性產生直接性影響[2]。

第三，填充材料配比參數對采空區域填充質量產生的影響。在膠結材料填充工作過程中，不管使用任何類型的凝結材料和尾砂材料的不同配比參數，會得出不同的填充體材料強度。經過相關研究工作分析可以看出，如果凝結材料使用水泥材料，則水泥材料的質量會影響到填充體材料的結構穩定性，同樣在選定合適的水泥原材料之后，水泥材料的配比量也會直接影響到整個填充體材料的強度和穩定性。

第四，材料斷流對材料輸送安全所產生的影響。在膠結材料填充工作過程中，填充料漿對于井下輸送是一個非常重要的工作過程。在填充料漿過程中對于井下材料的輸送工作，需要盡可能保證在填充材料可以實現連續平穩的向井下進行材料運輸。通過采用滯留的材料運輸工作方法，避免在材料運輸當中產生中斷情況，防止出現井下管道堵塞問題。

2 礦山充填自動化控制技術應用分析

為了有效保證膠結填充材料的成型質量，以及整個材料填充工作的安全性，需要有效控制材料填充生產工作過程中的相關工作要點。與此同時，因為充填生產工作時間相對較短，如果單純依靠人工操作來實現高質量的材料填充，整個工作難度相對較大，或者不可能完全實現。因此，在進行材料填充工作過程中，通過自動化控制技術的有效應用，可以有效保證礦山充填工作的整體質量和效果[3]。

2.1 填充生產自動化系統架構

通過對礦山尾礦充填自動化控制技術的研究分析之后，可以看出要想保證自動化充填控制系統實現整個材料充填工藝流程的自動化控制，需要建立起自動化系統架構，同時要對相關檢測設備和控制設備進行合理選擇，必須要充分滿足礦山采空區域的工作條件。與此同時，需要有效結合礦山開采工作內容展開信息化建設工作，全面實現充填自動化系統和信息系統之間的有效銜接，提高礦山充填工作的自動化控制工作效果。通過建立起大型的填充站配置自動化控制系統，相關工作人員可以直接通過組態界面對該系統展開人機對話與控制，同時對礦山充填生產工作流程展開實時性監控和操作。與此同時，需要將填充系統直接通過選礦場網絡，將充填生產信息及時傳輸到選礦廠的主控室，以及礦山信息中心控制系統當中。礦部信息中心對于整個煤礦充填工作流程展開實時性監控，為整個生產管理工作提供出必要的安全控制信息[4]。

2.2 礦山充填生產工作中的工藝流程控制

因為分級尾砂相比于全尾砂具有更好的沉降、滲透以及脫排水等各種效果，因此分級尾砂填充在我國很多礦山當中得到了非常廣泛的應用。在充填工藝流程方面主要分為尾砂分級、料倉存放、倉底氣水造漿、放砂和水泥材料配比、攪拌漿料漿料輸送以及送達填充區域。

2.2.1 分級充填站來砂控制工作模型

通常情況下，選礦廠的尾礦是含有該廠選別過程的全系列顆粒礦山材料，根據材料分級填充工的要求去除其中不符合標準的尾砂材料，分級細顆粒尾砂額外進行處理，分選出來的粗顆粒尾砂材料進入砂倉內部，作為其中的主要填充骨料。在控制工作過程中的主要控制工作要點，包含符合填充工藝顆粒直徑標準的尾礦材料需要盡可能進行保留，通過增加填充尾礦砂骨料可以減少尾礦庫容量的壓力大小。在具體控制工作過程中需要對選礦廠內部經過濃縮處理之后的尾礦進行二次處理，同時在充填站內部通過輸送泵，對特定濃度的材料進行泵送處理，對礦體壓力大小進行檢測和控制，有效保證溢流分離出來的細顆粒材料符合充填骨量的控制控制要求[5]。

2.2.2 尾砂充填對造漿的控制工作模型

對于立式砂倉而言，充填系統當中通常情況下使用的是風水聯合造漿工作方法來進行造漿工作，其中水量調節造漿工作濃度，通過風量調節整個造漿工作質量和效果，保證造漿工作結果充分符合充填料漿的使用條件基礎，同時保證和粘結材料攪拌之后的活化能符合填充材料的濃度大小。造漿主要使砂倉產生并且形成和釋放砂濃度，而填充將體濃度大小主要取決于造漿材料的濃度大小，造漿濃度過高可以通過對攪拌筒新增加的水量進行調節，有效保證符合材料充填工藝濃度要求。造漿濃度較低不管采用何種處理方法，都無法獲取標準的材料填充濃度，對此對造漿濃度的控制工作，是整個自動化控制系統當中非常重要的工作環節之一。這種情況下通過合理調節造膠用水量大小，可以實現對整個漿液材料等濃度進行有效控制，但是在實際工作過程中，由于砂倉出現材料板結等問題，會造成放砂濃度相對偏低，此時即使造漿用水量調到最小，也無法達到理想的造漿工作濃度，進而會直接影響到整個材料的填充質量和效果。對此，在經過反復的探索和試驗之后，最終有效開發出解決該問題的控制工作模型，根據放砂濃度、流量大小、砂倉料位置以及其他工作條件檢測工作，有效控制和調節對應風水送能量，其實來全面激活和活化倉的礦砂。

2.3 料將活化配比水泥控制工作模型

通常情況下，配灰系統當中主要是通過水泥槽、雙管螺旋給料機等相關設備所構成，水泥主要是通過水泥倉底部的漏斗直接進行排放，在經過雙管螺旋給料機的均勻攪拌處理之后，經過充板流量計對整個水泥材料的計量總數進行分析，然后將材料直接輸送到攪拌筒內部。如果對造漿放砂工藝流程的檢測和分析之后，通過雙管螺旋給料機根據特定的水泥和材料對比，使用變頻器控制工作方法，對雙管螺旋給料機設備進行水泥材料供應，有效保證充填材料當中水泥材料的配比參數符合填充工藝要求和標準，以此來保證礦山采礦區域的填充強度大小[6]。

在具體的水泥配比量控制工作當中，通過對給用攪拌筒的砂漿濃度、砂漿流量大小進行檢測，可以有效獲取進入料漿攪拌筒的尾砂量大小。根據不同填充工藝要求，對水泥材料的配比關系進行確認，以此來控制水泥材料隨著尾砂量進行跟蹤和配比，對此可以有效獲取不同材料的填充工藝條件，進行不同的水泥配比參數控制，保證不同填充區域對不同填充材料結構體強度的控制的要求和標準。

3 礦山填充工藝控制技術應用分析

3.1 填充工藝控制技術開發

相關礦山開采工作單位，通過多年對礦山采礦區域充填工作自動化控制技術進行總結和實踐，現階段已經成功研發出關于造漿分層給水以及給風的活化砂漿應用自動控制的模型，可以實現對砂漿材料的總量進行計算，對水泥材料配比參數進行分析的系統結構模型。充填料漿濃度大小控制和攪拌筒料位置控制工作模型，可以對充填料輸送工作過程中的狀態進行識別，同時實現對各種材料輸送異常情況進行有效處理。在上述控制工作模型和控制工作方法當中，通常情況下是在多做充填站內部進行自動化控制和使用，并且發揮出的作用非常明顯，不但可以全面提高礦山充填工作質量，同時在充填管道產生堵塞之前可以發出相應的預警工作信號，通過自動化控制系統及時進行處理，以此來有效解決管道可能產生的堵塞問題影響。

3.2 對銅輝膏體充填控制應用

在我國很多礦山充填工作過程中，通常情況下大部分的礦山采用的是分級尾砂沖填工的方法，或者是使用分級和全尾砂，根據采空區與大小以及周圍的地質條件情況展開區分填充，而直接使用尾砂或者碎石子骨料形成膏體填充礦山則并不是非常常見。為了全面改善全尾砂高濃度料漿的可控性以及材料的流變性能特點，并且降低膠結填充材料的成本。在全尾砂填充料當中可以向其中加入一定量的粗骨料和泵送劑材料，因為粗骨料的加入充填材料之間進行粗細搭配充填，料漿的濃度明顯提升。對于整個膏體充填工藝流程而言，最主要的工藝控制要點主要包含全尾礦高濃度材料、濃縮料材料配比以及對水泥和泵送劑材料進行配比。通過使用膏體填充自動化控制系統，可以實現對整個膏體材料填充工作的自動化控制，保證材料填充工作的穩定性并出現材料填充停滯，降低填充料漿水灰比大小，提高礦山采礦區域填充體材料的強度，因此來保證整個礦山開采結構的安全性和穩定性[7]。

4 結語

綜上所述，在近幾年的發展過程中，我國很多礦山針對采礦區域的充填工作展開了自動化改造，但是在整個工作效果上卻沒有達到理想標準，主要原因表現在礦山充填工作，沒有有效結合自動化控制技術，因此需要針對礦山充填自動化控制技術進行深入研究和分析，保證在礦山充填工作當中發揮出應有的作用和使用優勢。