單條皮帶機堆取組合作業工藝研究

吳位民，李 術，趙志武

（1.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220；2.唐山曹妃甸實業港務有限公司，河北唐山 063200）

引言

國內礦石碼頭料場起初設計大多是基于汽車運輸模式，隨著鐵礦石鐵路運力的加大，一些礦石碼頭料場工藝設計時候要求預留火車運輸的接口條件。汽運是在料場內靠裝載機裝車，可以多點同時作業，所以汽運能力非常大，但是會造成礦石裝卸和運輸環節的資源浪費和環境污染。2018 年4 月2 日，中央財經委員會第一次明確提出要調整運輸結構，減少公路運輸量，增加鐵路運輸量（簡稱“公轉鐵”）。鑒于此，鐵路部門在加大鐵路線建設的同時，各地礦石碼頭也在對原有料場進行升級改造，改造后的工藝設備不僅能促使“公轉鐵”運輸模式轉變，而且還可以減少當地環境污染，促進礦石碼頭向著“安全、環保、綠色、智能”方向發展。

1 礦石碼頭料場改造方案

1.1 料場工藝流程

在曹妃甸礦石碼頭二期料場中，礦石在料場緩存之后對外運輸方式為汽運，所以原料場工藝設備布置時，料場皮帶機BDQ1 上面僅有堆料機D1，能力為9 000 TPH。抓斗卸船機把物料轉運至卸船漏斗中，通過皮帶機輸送系統和堆料機懸臂皮帶機把物料堆放至料場，再通過裝載機裝車實現汽車外運，在此基礎之上還需要實現火車裝車功能。料場場地資源面積不可能擴大，料場長度在1 500 m 左右，根據條形料場的特點，選擇在同一條皮帶機上面新增一臺斗輪取料機Q1，能力為6 000 TPH，實現堆料、取料組合作業的工藝流程。斗輪取料機轉運至懸臂皮帶機上面，再通過料場皮帶機BDQ1 轉運至可逆皮帶機VBC 上面，通過切換流程實現不同BZ 皮帶機線的作業控制，最終把物料送達裝車緩沖倉內，實現火車裝車功能。通過料場皮帶機在礦石碼頭卸船和裝車流程中起到承前啟后的作用，實現卸船、裝車和卸船裝車同時作業的功能，并可以在不同的作業模式下進行隨機切換，該工藝流程為國內首次實踐。圖1 為料場工藝流程示意圖。

圖1 料場工藝流程示意圖

1.2 堆、取料機方案布置

堆料機的軌距8 m，臂長43 m。由于堆料機在皮帶機來料方向牽引一個尾車，尾車上面的改向滾筒纏繞在料場皮帶機BDQ1 上面，料場皮帶機單向運行，同時，取料機盡量布置靠近裝車方向，所以取料機選擇布置在料場出料一端。堆料機軌距8 m，臂長43 m，堆料額定能力9 000 TPH，回轉角度±170°；取料機軌距保證8 m 不變，臂長59 m，回轉角度±175°，取料額定能力6 000 TPH。為了實現裝車功能，料場皮帶機BDQ1 頭部需要抬起一定高度并延伸至轉接塔里面，與移動皮帶機轉接，這樣根據現場土地資源情況盡可能保證料場的使用面積。堆料機尾部車檔后移至料場極限位置，大機檢修錨固頂升設備和基礎重新安裝施工，臂架防風支架從頭部移動至尾部，臂架回轉至最大角度時進行錨固。取料機位置根據臂架水平回轉零度時高度和皮帶機起弧段位置進行確定，大機檢修錨固頂升設備和基礎重新安裝施工。為了使料場利用率最大化，堆料機臂架防風支架移動至料場皮帶機BDQ1尾部且臂架回轉至170°位置時進行臂架錨定；取料機在不工作時需要移動至料場皮帶機BDQ1 頭部進行臂架固定，臂架防風支架選擇20°-30°回轉角度時進行臂架固定。

2 取料裝車流程研究

礦石碼頭典型的工藝流程如下：進口礦石船在深水碼頭經過卸船機轉運至皮帶輸送線，經過連續的皮帶轉運，把物料運達料場，再經過堆料機實現堆料，根據不同的貨代和買方把物料分區域、分垛位堆存。堆料設備有堆料機或者堆取料機。礦石一般會卸至料場堆存后再進行裝車。裝車流程從料場開始，通過堆、取料機或者裝載機等具有取料功能的設備進行取料，并把物料運送至皮帶機上面，通過轉接和連續運輸，物料運送至裝車樓緩沖倉內進行定量裝車。如果卸船、裝車不同時進行，目前工藝流程成熟；但是如果卸船和裝車共用一條料場皮帶機，則涉及到復雜的工況邏輯控制。

3 堆、取作業控制原則

3.1 工藝流程控制原則

料場皮帶機BDQ1 上既有堆料機，為了實現原有料場物料通過鐵路運輸，在原有皮帶機上新增了取料機。要實現堆取共線模式，料場皮帶機必須要既滿足堆料工藝，又要滿足取料工藝。堆料工藝流程中，BDQ1 皮帶機下游設備（堆料機懸臂皮帶機）必須先運行，BDQ1 皮帶機及其上游設備才能依次運行。BDQ1 皮帶機下游設備（堆料機懸臂皮帶機）只要停機，則BDQ1 皮帶機及其上游設備必須全部停機 (否則堵料) 。取料工藝中，BDQ1 皮帶機下游設備（VBC 與BZ 皮帶機）必須先運行，BDQ1皮帶機及其上游設備（取料機懸臂皮帶機）才能運行。BDQ1 皮帶機下游設備（VBC 與BZ 皮帶機）停機，則BDQ1 皮帶機及其上游設備（取料機懸臂皮帶機）必須停機(否則堵料)。

3.2 堆、取料機運行安全控制

由于堆、取料機共軌作業，特別是同時作業時候，兩臺設備存在回轉作業范圍交叉現象。為了滿足安全操作的要求，對堆、取料機兩臺設備配備GPS 位置定位系統和RFID 自動識別定位系統，安全控制措施不僅有雙保險定位系統，同時，在軌道兩端設置大車車擋，在距離車擋安全距離位置設置限位開關，確保大車在運行至端部時安全停車。RFID 自動識別定位系統顯示和報警裝置設置在堆、取料機司機室內，在堆料機或者取料機回轉作業時臂架與大機間的最小安全距離達到設定值時觸發報警并能夠及時停車。

4 運行模式及控制邏輯

4.1 運行模式

根據實際工藝要求，BD 皮帶機啟動設計分為三個模式：堆料模式、取料模式和堆取模式。三個模式在中控上位機中選擇，三個模式的選擇信號要傳給堆料機和取料機。堆料機和取料機大機司機室內要能顯示三個模式狀態，同時要修改取料機懸皮啟動程序。取料機在堆料模式下，懸皮不能啟動；取料模式下，有BDQ1 皮帶運行信號后，懸臂皮帶機才可以啟動；在堆取模式下，同時有BDQ1 皮帶、VBC 皮帶運行信號、VBC 遠程控制信號時，懸臂皮帶機才可以啟動。堆料機在任何模式下，堆料機懸臂皮帶機都可以啟動。根據以上原則，BDQ1 皮帶機和堆、取料機之間建立聯鎖關系。

4.2 模式轉換及控制邏輯

根據流程控制邏輯，現對各種運行模式下的皮帶機啟、停控制進行分析：

1）堆料模式作業

堆料機停機，BDQ1 皮帶及相關堆料流程皮帶停機，取料機不能運行。

堆料流程作業中，可啟動取料流程BDQ1 線下游皮帶機，但取料機不能運行。

2）取料模式作業

BZ1-n BZ2-n 停機，裝車線所有設備停機。堆料機可不停機。

取料模式作業,BDQ1 皮帶已啟動，如果選擇堆料流程BDQ1 上游皮帶啟動（危險操作），需要限制堆料流程上游JL 皮帶不能啟動，則堆料流程不能啟動。

3）堆料模式作業下選擇取料模式

堆料機不停機，取料流程沒有運行，BDQ1 皮帶停機，堆料流程停機。

4）取料模式作業下選擇堆料模式

取料機停機，取料模式下堆料機沒有運行，BDQ1 皮帶停機，取料裝車流程BDQ1 下游皮帶不停機。

5）堆料模式作業下選擇堆取料模式

堆料流程不停機，裝車流程BDQ1 下游皮帶全啟后，取料機再啟動（VBC 皮帶運行為前提條件）。

6）取料模式作業下選擇堆取料模式

取料流程不停機，此時BDQ1 皮帶已經啟動，先啟動堆料機，堆料流程BDQ1 上游皮帶方可啟動。

7）堆取料模式作業下選擇堆料模式

取料機停機，堆料流程不停機，取料裝車流程皮帶不停機。VBC 及下游皮帶機上物料全部進入裝車緩沖倉后按順序停機。

8）堆取料模式作業下選擇取料模式

堆料流程從皮帶機JLn 及上游皮帶機按順序停機，再停堆料機，BDQ1 不停機，取料流程不停機。

9）堆取料模式作業下裝車線緊停。

裝車樓緊停，BDQ1 不停機，其后流程涉及的皮帶機全停機，堆料機不停機，卸船流程繼續運行。

取料機緊停，取料機停機，其余堆料流程，裝車線流程不停機。

10）堆取料模式作業下堆料線緊停。

堆料機停機，程序中堆取料模式作業下堆料機運行停止信號輸出，BDQ1 皮帶停機，堆料流程BDQ1 上游皮帶全停機。取料機停機。裝車流程BDQ1 下游皮帶不停機。

堆料流程BDQ1 上游皮帶緊停，BDQ1 皮帶不停機，堆料機不停機，裝車流程設備不停機。

11）堆取料模式作業下BDQ1 皮帶停機。

堆料流程BDQ1 皮帶機上游設備全停機，堆料機不停機。裝車流程取料機停機，取料流程BDQ1皮帶機下游設備不停機。

5 結語

通過對礦石碼頭料場皮帶機在堆料機與取料機共軌作業布置及工藝控制的研究，總結出以下結論：

1）通過對同一條料場皮帶與堆料機、取料機共軌組合作業的研究，發現對傳統料場進行改造升級的方法，對礦石碼頭料場實現高效利用和綠色生產具有借鑒意義。

2）以料場皮帶機為突破口，拆分組合卸船和裝車固有的流程，分析各種可能出現的運行模式及控制邏輯，最終達到卸船和裝車作業的安全、高效和穩定。

3）通過PLC 控制技術，把所有參與卸船、裝車作業的設備串聯起來進行全流程控制，為將來實現礦石碼頭料場堆取工藝自動化作業奠定基礎。