露天礦開(kāi)采半連續(xù)卸料系統(tǒng)研發(fā)

蔡昌偉

摘 要：近30余年來(lái)，露天礦開(kāi)采運(yùn)輸設(shè)備主要依靠礦用汽車(chē)。為了降低露天礦山的運(yùn)輸成本，在現(xiàn)有運(yùn)輸設(shè)備的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出運(yùn)用經(jīng)濟(jì)高效、能夠適應(yīng)大規(guī)模礦山開(kāi)采的工藝，半連續(xù)卸料系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本文對(duì)露天礦開(kāi)采半連續(xù)卸料系統(tǒng)的組成、工藝、工作方式、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)技術(shù)難點(diǎn)等方面做了簡(jiǎn)要介紹。

關(guān)鍵詞：半連續(xù)卸料系統(tǒng)；控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)；技術(shù)難點(diǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

近30余年來(lái)，露天礦坑內(nèi)主要運(yùn)輸設(shè)備是礦用汽車(chē)，其載重量一般在20～300余噸。露天開(kāi)采的除了開(kāi)采有用礦石之外，還要?jiǎng)冸x覆蓋在礦石之上的大量廢棄巖石。根據(jù)礦石賦存狀態(tài)的不同，每開(kāi)采一噸有用礦石，平均要?jiǎng)冸x2m3～6m3或更多的巖石。一個(gè)年產(chǎn)礦石千萬(wàn)噸級(jí)的露天礦，每年采剝礦巖總量就會(huì)達(dá)到20.0～60.0Mm3，運(yùn)輸費(fèi)用約占礦石總成本的1/2～2/3左右。為了降低露天礦山的運(yùn)輸成本，在現(xiàn)有運(yùn)輸設(shè)備的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出運(yùn)用經(jīng)濟(jì)高效的、能夠適應(yīng)大規(guī)模礦山開(kāi)采的工藝，半連續(xù)卸料工藝應(yīng)運(yùn)而生。

下面以依托項(xiàng)目中煤平朔東露天礦為例，簡(jiǎn)單介紹露天礦開(kāi)采半連續(xù)卸料系統(tǒng)。

1.系統(tǒng)組成及工藝

半連續(xù)卸料系統(tǒng)設(shè)備包括：電鏟、全移動(dòng)破碎站、皮帶橋、漏斗與電纜車(chē)、工作面皮帶機(jī)、排土機(jī)等設(shè)備。

半連續(xù)卸料控制系統(tǒng)主要包括：中控系統(tǒng)（皮帶機(jī)及系統(tǒng)中所有設(shè)備聯(lián)鎖控制）、電鏟控制系統(tǒng)、全移動(dòng)式破碎機(jī)控制系統(tǒng)、皮帶連接橋控制系統(tǒng)、漏斗電纜車(chē)控制系統(tǒng)和排土機(jī)控制系統(tǒng)等。

工藝介紹：電鏟向全移動(dòng)破碎站裝填物料，全移動(dòng)破碎站接受物料并將其破碎成皮帶機(jī)容易運(yùn)輸?shù)牧６龋缓笸ㄟ^(guò)自身懸臂皮帶將物料并排入皮帶連接橋的受料溜槽，皮帶橋?qū)⑵扑楹蟮奈锪陷斔偷娇缭诠ぷ髅婺z帶機(jī)上的漏斗電纜車(chē)的漏斗中，物料經(jīng)過(guò)漏斗落到工作面，皮帶機(jī)最終送往排土機(jī)。

2.控制系統(tǒng)操作方式

（1）電鏟、全移動(dòng)式破碎機(jī)、皮帶連接橋，漏斗電纜車(chē)和排土機(jī)正常操作均在司機(jī)室，操作人員通過(guò)主令控制器，觸摸屏畫(huà)面以及工業(yè)電視對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)視。

操作分為兩種操作模式：維修操作模式、司機(jī)室操作模式。

司機(jī)室操作模式又分為手動(dòng)操作模式和聯(lián)動(dòng)操作模式。

（2）工作面皮帶機(jī)控制及全場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控在中控室進(jìn)行，操作人員通過(guò)中控系統(tǒng)上位機(jī)畫(huà)面對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行順序啟?？刂苹騿螜C(jī)啟?？刂啤Ｖ锌叵到y(tǒng)與各個(gè)主機(jī)設(shè)備實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和工藝聯(lián)鎖。中控系統(tǒng)畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示各電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息。中控室內(nèi)的工業(yè)電視系統(tǒng)可以隨時(shí)切換并調(diào)用全場(chǎng)各主機(jī)設(shè)備及皮帶沿線(xiàn)區(qū)域的監(jiān)控畫(huà)面。

中控系統(tǒng)操作分為：中控室順序操作和中控室單機(jī)手動(dòng)操作。

3.控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)介紹

半連續(xù)卸料系統(tǒng)的中控系統(tǒng)及所有工藝設(shè)備的控制系統(tǒng)均采用西門(mén)子品牌PLC系統(tǒng)。控制系統(tǒng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)和廠(chǎng)際控制網(wǎng)。

現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，能夠長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有在線(xiàn)編程和離線(xiàn)編程的功能。主要用于中控系統(tǒng)PLC主站與I/O從站之間的快速數(shù)據(jù)交換。各I/O站通過(guò)PROFIBUS-DP總線(xiàn)轉(zhuǎn)以太網(wǎng)接入PLC系統(tǒng)，形成通信網(wǎng)絡(luò)，通信介質(zhì)為光纜。

廠(chǎng)際控制網(wǎng)為工業(yè)以太網(wǎng)，主要完成數(shù)據(jù)傳送、監(jiān)控、操作、報(bào)表輸出、數(shù)據(jù)處理、信息查詢(xún)以及圖形拷貝等功能。廠(chǎng)際控制網(wǎng)絡(luò)預(yù)留電鏟、自動(dòng)式破碎站、皮帶連接橋、排土機(jī)等設(shè)備控制系統(tǒng)及各變電所計(jì)量?jī)x表的以太網(wǎng)通信接口。另外，移動(dòng)式破碎站與皮帶連接橋、漏斗電纜車(chē)3個(gè)全移動(dòng)設(shè)備之間采用硬線(xiàn)以太網(wǎng)光纜和以太網(wǎng)無(wú)線(xiàn)互為備用的冗余通信方式?？刂葡到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1所示。。

4.技術(shù)難點(diǎn)

半連續(xù)卸料系統(tǒng)具有以下技術(shù)難點(diǎn)：

（1）多設(shè)備多履帶走行同步控制和調(diào)偏技術(shù)

皮帶橋主履帶側(cè)騎跨在1.5km的地面膠帶上，與地面膠帶上的漏斗/電纜車(chē)同步行走，副履帶側(cè)與全移動(dòng)破碎站相連。地面縱向坡度1∶25，橫向坡度1∶40，走行時(shí)所有設(shè)備的履帶裝置要時(shí)刻與地面膠帶的中心線(xiàn)保持水平。每條履帶獨(dú)立變頻驅(qū)動(dòng)，通過(guò)一系列的超聲波等檢測(cè)元件及時(shí)反饋信號(hào)，令履帶變速調(diào)整，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)克服地面坡度及地面膠帶蛇形等工況。

（2）系統(tǒng)內(nèi)多轉(zhuǎn)載點(diǎn)自動(dòng)對(duì)中控制技術(shù)

皮帶連接橋及漏斗-電纜車(chē)在工作過(guò)程中，要在承接上游設(shè)備排出物料的同時(shí)沿地面膠帶移動(dòng)布料。由于輸送能力大，一旦轉(zhuǎn)載點(diǎn)對(duì)中出現(xiàn)問(wèn)題，每秒將有2.5t的物料溢出，后果嚴(yán)重，因此確保設(shè)備與上游設(shè)備轉(zhuǎn)載點(diǎn)對(duì)中尤為重要。需要在每個(gè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)處設(shè)置X、Y、Z三個(gè)方向的距離檢測(cè)元件，并確定適合的檢測(cè)距離，確保物料始終保持在允許的卸料范圍內(nèi)。

（3）多主機(jī)間遠(yuǎn)程通信及實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)交換技術(shù)

漏斗/電纜車(chē)、皮帶連接橋及移動(dòng)式破碎站組成整套半連續(xù)工藝系統(tǒng)。在工作過(guò)程中，三設(shè)備相互配合，聯(lián)鎖作業(yè)，并實(shí)時(shí)的將作業(yè)情況通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街锌叵到y(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。因此為確保設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定、實(shí)時(shí)、高效，在半連續(xù)破碎卸料系統(tǒng)中配置光纖冗余環(huán)網(wǎng)來(lái)滿(mǎn)足要求尤為必要。

結(jié)語(yǔ)

半連續(xù)開(kāi)采工藝的主要特點(diǎn)是為使物料適合連續(xù)運(yùn)輸?shù)膸捷斔蜋C(jī)而增加了破碎環(huán)節(jié)，不再需要汽車(chē)倒運(yùn)，大大降低現(xiàn)有陸地運(yùn)輸成本，提高運(yùn)輸效率，而且更加安全穩(wěn)定，在未來(lái)若干年內(nèi)我國(guó)露天礦開(kāi)采中，將勢(shì)必推行采用半連續(xù)開(kāi)采這種先進(jìn)的工藝方式。

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