智能橇裝系統在礦井下的應用

林振烈　尹超　羅澤華　金韌鋒　蔣煒

橇裝是集地面防火儲油罐、加油機和自動滅火器、視頻監控于一體，可以整體遷移的一種新型地面加油設施。通過將阻隔防爆材料填充在儲油罐中，當遇到明火、靜電、撞擊、雷擊、槍擊、焊接、意外猛烈撞擊事故時都不會發生爆炸事故。

凡口鉛鋅礦位于廣東省韶關市仁化縣境內，是亞洲最大的鉛鋅銀礦種生產基地之一。凡口鉛鋅礦采用井下充填采礦法，已開采至海拔-800米，年開采量200多萬噸，采用大型機械化采礦作業，有井下工程車輛100多臺，年用柴油2000多噸、抗磨液壓油250多噸、其他潤滑油數量不等。基于井下6個自制儲油罐，無溫度報警、壓力報警、油氣報警、緊急切斷、自動滅火等裝置，存在嚴重的安全隱患。為此，對凡口鉛鋅礦實際情況和存在的問題，開展井下智能供油系統的研究和應用，目前已取得了明顯的效益。

實施方案

建立地面橇裝加油站。在凡口鉛鋅礦采礦井口附近地面上，設置1個50立方米的柴油橇裝加油裝置（含2臺雙油品雙槍加油機）、1個25立方米的抗磨液壓油橇裝油罐、1座22平方米的控制室，1套藍牙道閘及視頻監控組成的無人值守自助橇裝加油站，代替凡口鉛鋅礦在礦區邊沿的油庫。

改造井下供油點。按《金屬非金屬礦山安全規程》要求，分別改造在井下-200米、-360米、-550米中段的三個供油點。將2個舊的單層鐵皮油罐更換成1套15立方米的雙層橇罐，橇罐中間隔艙，10立方米儲存柴油，5立方米儲存抗磨液壓油；將2臺舊的加油機更換成1臺智能雙油品雙槍加油機，一個加油槍通過自吸泵加柴油，一個加油槍通過齒輪泵加抗磨液壓油，前期用人臉識別自助加油，后期用機器人加油。

敷設輸油管道。打鉆孔敷設輸油管道，在符合規程要求、不影響井下開采、地面橇裝油罐位置的情況下，打兩個鉆孔加套管，向井下供油點敷設2條輸油管道，一條輸送柴油，一條輸送抗磨液壓油，以此代替油罐車從斜坡向井下運輸油品。

技術方案

井下智能供油系統，包括地面橇裝加油裝置、井下輸油工藝管道、井下儲油加注裝置、PLC集成控制系統、加油信息管理系統五大部分。

地面橇裝加油裝置。地面橇裝加油裝置為阻隔防爆橇裝加油裝置，主要用途為地面儲油、加油裝置，可取代原地面油庫。該設備具有防火防爆、安全環保、占地面積小、便于遷移等特點，可廣泛應用于物流企業、產業園區、運輸企業、大型工礦企業等單位內部自用油。

井下輸油工藝管道。井下輸油工藝管道是本系統設計實施的技術難點，內容包括六個環節。

一是輸油流程設計說明。輸油流程設計包括進站卸油、桶裝液壓油卸車、防溢流、井下輸油、氮氣緩沖、自動控制。

二是輸油管道敷設線路設計。要從地表（海拔+126米）至-550米中段，通過打鉆孔布設輸油管，貫穿深度大，地質情況復雜，中間有溶洞、采場、巷道、倉庫、機房等。針對凡口鉛鋅礦井下實際情況，輸油管布設相應線路設計。

三是使用井下陀螺儀貫通測量上下輸油管鉆孔方位。陀螺儀，是一種用來感測與維持方向的裝置。在貫通測量中，導線是巷道中控制測量的基本方式。巷道中的導線隨巷道的掘進而布設，在貫通前無法閉合。隨著巷道的延伸，導線的長度、測站數也隨之增加。導線測角誤差，將隨導線的延長而不斷累積。限制巷道內導線方位誤差，是提高貫通橫向精度的主要方式。陀螺定向的基本特點是獨立定向。定向位置可選取在任何需要的位置，定向不受導線測量的影響。巷道內的導線在加測陀螺定向邊后，限制了導線方位誤差的累積，從而提高了貫通導線的方位精度，使貫通橫向誤差減少、橫向精度產生增益。在貫通測量上下輸油管鉆孔方位時，對地面及井下采用相同的坐標系及高程基準，井下測量輸油管鉆孔控制點經過陀螺定向改正及平差，保證了上下輸油管鉆孔的精準貫通。

四是使用全站儀定向測量輸油管鉆孔。全站儀，是集水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測量功能于一體的測繪儀器系統，將人工光學測微讀數代之以自動記錄和顯示讀數，使測角操作簡單化，且可避免讀數誤差的產生。因其一次安置儀器就可完成該測站上全部測量工作，所以稱之為全站儀。凡口鉛鋅礦使用徠卡TZ08全站儀，通過全站儀測量鉆孔定向鉆桿上下兩端的空間位置，計算開孔方位及傾角。采用高精度全站儀對地表輸油管鉆孔開孔方位及傾角進行復核及調整，在操作時增加鉆孔測斜頻次，及時糾偏。鉆孔每施工35米左右即停鉆測斜。測斜時先沖洗孔壁，以2米為間距進行測量，及時糾偏，保證測斜精度。通過使用全站儀定向測量輸油管鉆孔，地表至-40米中段一個鉆孔順利貫穿下部硐室，X軸方向偏差僅0.66米，Y軸方向偏差也在允許范圍；-120米中段至-200米中段兩個鉆孔準確貫穿油庫硐室，偏斜率小于限差允許值；-200米中段至-320米中段一個鉆孔準確貫穿下部硐室，偏斜率小于限差允許值。

五是應用定向鉆探施工技術。輸油管鉆孔的是井下輸油工藝管線最關鍵的環節，是敷設輸油管路安裝的前提條件。根據凡口鉛鋅礦井下地質構造的復雜性，選用XY-2B、XY-4型機械傳動、立軸式回轉巖芯鉆機各一臺，應用定向鉆探施工技術實施輸油管道鉆孔。

六是輸油管道從地面到井下高落差輸油技術設計方案。從地面到井下-550米的相對高度有676米，往井下輸送油品時落差高、流速快、湍流急、壓力大。針對這種特殊情況，我們做出如下技術設計方案：采用“串聯式”連通地面和井下各中段油罐；氮氣緩沖系統。首次輸油時輸油管道為空管，輸油管內油品流速高、沖擊力大、湍流急，我們通過氮氣緩沖系統解決問題，使用限流孔板控制油品流速。當輸油管道內已充滿油品時，流量大、流速快，可使用限流孔板限制油品流速。

井下儲油加注裝置。凡口鉛鋅礦井下儲油加注裝置，由3臺15立方米雙艙雙油品橇罐，3臺雙油雙槍加油機，4臺西門子控制器、8臺液位儀、6臺潛油泵、8根探針、4套視頻監控，還有溫度感應器、壓力感應器、測漏儀、溢流閥等組成。

PLC集成控制系統。PLC集成控制系統是將液位控制系統、液位異常報警系統、測漏報警系統、壓力報警系統、油氣監測報警系統、溢流報警系統等集成聯動、智能控制，實現無人值守自助加油或機器人加油。PLC集成控制系統配置常用以下兩種方式：單罐式和多罐式。單罐式，指一個橇裝油罐帶一臺或多臺加油機。這種控制系統比較簡單。目前，我國出產大多橇裝加油裝置都用這種配置。多罐式，指有多個橇裝油罐，并帶多臺加油機。

加油站信息管理系統。加油信息管理系統，包括橇站管理、用油管理、油品管理、運營管理四個子系統。其中，橇站管理。具有最高權限，其功能模塊包含客戶管理、設備管理、價格管理、罐存管理、設備運營檢測、配送計劃、合作客戶管理、卡業務管理、卡業務流水查詢、加注業務流水查詢、數據統計、系統管理；用油管理。凡口鉛鋅礦作為油品使用單位，能查看罐存數據、設備運營狀態，以及屬于凡口的所有車輛的業務流水和數據統計，其功能模包含罐存管理、設備運營狀態、業務流水查詢、數據統計；油品管理。中國石油廣東韶關銷售分公司是油品供應管理單位，可查看、下載進銷存數據，生成打印中油需用的統計報表，接收最低油位報警，負責油品配送，可以看數據統計，按照合同的結算價進行結算統計，其功能模塊包含罐存管理、設備運營狀態、智能配送分析、數據統計；運營管理。運營方能查看罐存數據、設備運營狀態、對合作客戶的零售價格進行管理、管理合作客戶、對合作客戶進行發卡、查詢合作客戶業務流水和數據統計。其功能包含罐存管理、設備運營狀態、合作客戶價格管理、合作客戶管理、加注業務管理、業務流水查詢、合作客戶數據統計。

系統創新點

提高用油安全。通過取消油庫、取消用油罐車和運輸車運送油品，杜絕油品庫存、運輸安全風險和隱患。通過按規程要求對井下供油點進行整改，杜絕了井下供油點的安全、環保隱患。按照新規程設置了集油坑、雙層管線、雙層罐、實時監測報警等設施設備，極大地降低了漏油等問題的產生，增加了安全性、環保性。

減少供油環節，提高工作效率。簡化了油品供應模式，提高了井下工程車輛用油的便利性、經濟性和工作效率。該系統通過PLC控制方案，井上橇裝及地下油罐之間輸送油品采取在線全自動控制，根據初始設定閾值，自動調控庫存，自動發出進油需求。井下工人加油時，通過刷臉識別，進行自助加油，提高工作效率。

采取多種減壓方式，解決高落差壓力問題，保障安全。方式一，采用“串聯式”連通地面和井下各中段油罐，在三個不同高度終端將壓力回零。方式二，設置氮氣緩沖系統。通過氮氣緩沖系統解決首次輸油時輸油管道為空管，輸油管內油品流速高、沖擊力大、湍流急的問題。同時向輸油管充入氮氣隔絕空氣，不致產生可燃性氣體，在起緩沖作用的同時確保安全。方式三，使用限流孔板控制油品流速。當輸油管道內已充滿油品時，流量大、流速快，使用限流孔板限制油品流速。

實施效益分析

2022年12月下旬，凡口鉛鋅礦井下智能供油系統經過近兩年的實施，接受了當地應急部門及礦安、危化專家小組的聯合驗收。其相關安全、環保設施按照設計要求完成建設，達到了相關安全規范，滿足了項目要求，并開始投入了使用。通過實施該項目，除了滿足凡口鉛鋅礦井下用油安全管理需求外，而且體現出了項目的經濟性。

項目建設方案中，采取轉孔向井下鋪設輸油管道。該方案較沿斜坡道向井下各供油點敷設輸油管道的方案，節省了3倍鋪設管道的需求。同時，部分區段采取技術難度更高的打斜孔方式，縮短打孔距離，優化各層打孔位置，最終實際鉆孔長度較建設初期預計施工量節約了56%。

減少庫存積壓。由于取消了油庫，又采用用多少結算多少的方式，可減少油品庫存積壓資金200多萬元。

降低了企業成本。凡口鉛鋅礦井下智能供油系統實施后，減少了地面油庫安全保衛人員6人、保管員2人、油罐車司機2人，減少了井下三個供油點的管理人員、值班人員、加油工18人（3班，每供油點每班2人），合計減少28人，每年減少人工費用300多萬元，還可減少2臺油品運輸車的購置養護費用50萬元。

減少供油環節，提高工作效率。簡化了油品供應模式，提高了井下工程車輛用油的便利性、經濟性和工作效率。

開拓油品市場。通過實施本系統，中國石油廣東韶關銷售公司做到了“客戶至上，服務到家”，和客戶建立了長期穩定的良好合作關系，增加了銷售量和市場份額。同時，創造出了新的商業合作模式，為油品市場發展開拓了一條新路。

通過實施本系統，使用地面橇裝加油裝置代替油庫、使用輸油工藝管道代替汽車運送油品，取消了地面油庫和井下供油點的相關管理和操作人員；取消了油品二次中轉運輸車輛和司機；大大降低了生產用油的綜合成本，取得了明顯經濟效益。同時，井下工程車輛達到了安全用油、環保用油的管理要求，實現了井下用油管理的智能化、科學化、標準化，并為凡口鉛鋅礦建設智能化礦山的“無人開采”起到了促進作用。

通過以凡口鉛鋅礦井下智能供油系統技術的應用探索，證明在我國金屬非金屬礦山企業推廣應用智能供油系統是可行的。同時，該系統技術對其他金屬非金屬礦山企業解決安全、環保、高效、低成本用油的需求有借鑒意義。

本文作者單位為凡口鉛鋅礦、中國石油廣東韶關銷售分公司

責任編輯：周志霞