礦山充填自動(dòng)化控制技術(shù)的研究與應(yīng)用

周 剛

（山東黃金礦業(yè)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(chǎn)物，傳統(tǒng)的尾礦處理工作方法，主要是將礦產(chǎn)資源開采之后的尾礦直接排出堆放在周圍區(qū)域，但是尾礦在地表面存放不但會(huì)影響到原有的地質(zhì)地貌條件，同時(shí)還會(huì)造成不同程度的環(huán)境污染問題。對(duì)此，現(xiàn)階段我國(guó)國(guó)家對(duì)于礦山尾礦的排放與監(jiān)管工作越來(lái)越嚴(yán)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(huán)境。另一方面礦山開采工作過程中，通過將尾礦砂在采空區(qū)域當(dāng)中進(jìn)行充填處理，具有礦床結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更強(qiáng)、開采工作安全性更高，可以有效控制采供區(qū)域周圍巖體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脫落以及出現(xiàn)地表下沉等情況，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦石資源的合理回收與應(yīng)用，提高礦山開采工作的整體質(zhì)量和效果。

1 影響礦山充填生產(chǎn)工作的相關(guān)影響因素

通過使用尾砂充填系統(tǒng)相關(guān)生產(chǎn)工藝流程，對(duì)于整個(gè)選礦工藝而言，盡管操作流程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是礦山充填系統(tǒng)在工作過程中的反應(yīng)過程相對(duì)較短，很容易產(chǎn)生工藝波動(dòng)情況。主要是因?yàn)楣橇虾湍z結(jié)材料配比之間出現(xiàn)比較嚴(yán)重的波動(dòng)情況，影響到材料充填質(zhì)量和穩(wěn)定性，甚至由于礦山充填生產(chǎn)工作過程中的連續(xù)性和穩(wěn)定性不足，會(huì)造成管道出現(xiàn)堵塞情況。正常情況下，選礦工藝流程主要是一種連續(xù)性滯后的工作流程，對(duì)于充填工藝當(dāng)中所產(chǎn)生的問題可以對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，保證整個(gè)充填工藝恢復(fù)正常狀態(tài)。而尾礦充填生產(chǎn)工藝流程時(shí)間相對(duì)較短，不符合材料充填工作要求，隨著工藝條件的波動(dòng)，被充填到井下采空區(qū)域使得充填的膠體結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度受到比較嚴(yán)重的影響[1]。

礦山充填工藝波動(dòng)影響充填膠結(jié)體強(qiáng)度，和整個(gè)礦山安全生產(chǎn)影響因素主要分為以下幾個(gè)方面：

第一，尾砂分級(jí)填充對(duì)整個(gè)采礦區(qū)域填充工作質(zhì)量和穩(wěn)定性的所產(chǎn)生的影響。通過實(shí)踐工作分析可以看出，礦山尾砂的級(jí)配和膠結(jié)強(qiáng)度之間有著直接的關(guān)聯(lián)，因此如果使用尾砂分級(jí)膠結(jié)填充處理、尾砂分級(jí)控制工作不合理，會(huì)造成填充工藝設(shè)計(jì)存在誤差，對(duì)整個(gè)膠結(jié)材料填充強(qiáng)度產(chǎn)生不良影響。

第二，造漿濃度對(duì)填充質(zhì)量所產(chǎn)生的影響。通過大量實(shí)踐工作分析得出，填充材料的濃度大小直接關(guān)系到填充體的成型強(qiáng)度以及礦山結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)于材料濃度控制是前期階段造漿工作構(gòu)成的重要工作要點(diǎn)。如果造漿濃度大小不足會(huì)直接影響到填充漿料的最終凝結(jié)強(qiáng)度，對(duì)整個(gè)采空區(qū)域的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接性影響[2]。

第三，填充材料配比參數(shù)對(duì)采空區(qū)域填充質(zhì)量產(chǎn)生的影響。在膠結(jié)材料填充工作過程中，不管使用任何類型的凝結(jié)材料和尾砂材料的不同配比參數(shù)，會(huì)得出不同的填充體材料強(qiáng)度。經(jīng)過相關(guān)研究工作分析可以看出，如果凝結(jié)材料使用水泥材料，則水泥材料的質(zhì)量會(huì)影響到填充體材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(huì)直接影響到整個(gè)填充體材料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

第四，材料斷流對(duì)材料輸送安全所產(chǎn)生的影響。在膠結(jié)材料填充工作過程中，填充料漿對(duì)于井下輸送是一個(gè)非常重要的工作過程。在填充料漿過程中對(duì)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(shí)現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)的向井下進(jìn)行材料運(yùn)輸。通過采用滯留的材料運(yùn)輸工作方法，避免在材料運(yùn)輸當(dāng)中產(chǎn)生中斷情況，防止出現(xiàn)井下管道堵塞問題。

2 礦山充填自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用分析

為了有效保證膠結(jié)填充材料的成型質(zhì)量，以及整個(gè)材料填充工作的安全性，需要有效控制材料填充生產(chǎn)工作過程中的相關(guān)工作要點(diǎn)。與此同時(shí)，因?yàn)槌涮钌a(chǎn)工作時(shí)間相對(duì)較短，如果單純依靠人工操作來(lái)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的材料填充，整個(gè)工作難度相對(duì)較大，或者不可能完全實(shí)現(xiàn)。因此，在進(jìn)行材料填充工作過程中，通過自動(dòng)化控制技術(shù)的有效應(yīng)用，可以有效保證礦山充填工作的整體質(zhì)量和效果[3]。

2.1 填充生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)

通過對(duì)礦山尾礦充填自動(dòng)化控制技術(shù)的研究分析之后，可以看出要想保證自動(dòng)化充填控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)材料充填工藝流程的自動(dòng)化控制，需要建立起自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)，同時(shí)要對(duì)相關(guān)檢測(cè)設(shè)備和控制設(shè)備進(jìn)行合理選擇，必須要充分滿足礦山采空區(qū)域的工作條件。與此同時(shí)，需要有效結(jié)合礦山開采工作內(nèi)容展開信息化建設(shè)工作，全面實(shí)現(xiàn)充填自動(dòng)化系統(tǒng)和信息系統(tǒng)之間的有效銜接，提高礦山充填工作的自動(dòng)化控制工作效果。通過建立起大型的填充站配置自動(dòng)化控制系統(tǒng)，相關(guān)工作人員可以直接通過組態(tài)界面對(duì)該系統(tǒng)展開人機(jī)對(duì)話與控制，同時(shí)對(duì)礦山充填生產(chǎn)工作流程展開實(shí)時(shí)性監(jiān)控和操作。與此同時(shí)，需要將填充系統(tǒng)直接通過選礦場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，將充填生產(chǎn)信息及時(shí)傳輸?shù)竭x礦廠的主控室，以及礦山信息中心控制系統(tǒng)當(dāng)中。礦部信息中心對(duì)于整個(gè)煤礦充填工作流程展開實(shí)時(shí)性監(jiān)控，為整個(gè)生產(chǎn)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(chǎn)工作中的工藝流程控制

因?yàn)榉旨?jí)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(jí)尾砂填充在我國(guó)很多礦山當(dāng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。在充填工藝流程方面主要分為尾砂分級(jí)、料倉(cāng)存放、倉(cāng)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(dá)填充區(qū)域。

2.2.1 分級(jí)充填站來(lái)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(jù)材料分級(jí)填充工的要求去除其中不符合標(biāo)準(zhǔn)的尾砂材料，分級(jí)細(xì)顆粒尾砂額外進(jìn)行處理，分選出來(lái)的粗顆粒尾砂材料進(jìn)入砂倉(cāng)內(nèi)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(diǎn)，包含符合填充工藝顆粒直徑標(biāo)準(zhǔn)的尾礦材料需要盡可能進(jìn)行保留，通過增加填充尾礦砂骨料可以減少尾礦庫(kù)容量的壓力大小。在具體控制工作過程中需要對(duì)選礦廠內(nèi)部經(jīng)過濃縮處理之后的尾礦進(jìn)行二次處理，同時(shí)在充填站內(nèi)部通過輸送泵，對(duì)特定濃度的材料進(jìn)行泵送處理，對(duì)礦體壓力大小進(jìn)行檢測(cè)和控制，有效保證溢流分離出來(lái)的細(xì)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(duì)造漿的控制工作模型

對(duì)于立式砂倉(cāng)而言，充填系統(tǒng)當(dāng)中通常情況下使用的是風(fēng)水聯(lián)合造漿工作方法來(lái)進(jìn)行造漿工作，其中水量調(diào)節(jié)造漿工作濃度，通過風(fēng)量調(diào)節(jié)整個(gè)造漿工作質(zhì)量和效果，保證造漿工作結(jié)果充分符合充填料漿的使用條件基礎(chǔ)，同時(shí)保證和粘結(jié)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(cāng)產(chǎn)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(duì)攪拌筒新增加的水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，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(wú)法獲取標(biāo)準(zhǔn)的材料填充濃度，對(duì)此對(duì)造漿濃度的控制工作，是整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中非常重要的工作環(huán)節(jié)之一。這種情況下通過合理調(diào)節(jié)造膠用水量大小，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)漿液材料等濃度進(jìn)行有效控制，但是在實(shí)際工作過程中，由于砂倉(cāng)出現(xiàn)材料板結(jié)等問題，會(huì)造成放砂濃度相對(duì)偏低，此時(shí)即使造漿用水量調(diào)到最小，也無(wú)法達(dá)到理想的造漿工作濃度，進(jìn)而會(huì)直接影響到整個(gè)材料的填充質(zhì)量和效果。對(duì)此，在經(jīng)過反復(fù)的探索和試驗(yàn)之后，最終有效開發(fā)出解決該問題的控制工作模型，根據(jù)放砂濃度、流量大小、砂倉(cāng)料位置以及其他工作條件檢測(cè)工作，有效控制和調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)風(fēng)水送能量，其實(shí)來(lái)全面激活和活化倉(cāng)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(tǒng)當(dāng)中主要是通過水泥槽、雙管螺旋給料機(jī)等相關(guān)設(shè)備所構(gòu)成，水泥主要是通過水泥倉(cāng)底部的漏斗直接進(jìn)行排放，在經(jīng)過雙管螺旋給料機(jī)的均勻攪拌處理之后，經(jīng)過充板流量計(jì)對(duì)整個(gè)水泥材料的計(jì)量總數(shù)進(jìn)行分析，然后將材料直接輸送到攪拌筒內(nèi)部。如果對(duì)造漿放砂工藝流程的檢測(cè)和分析之后，通過雙管螺旋給料機(jī)根據(jù)特定的水泥和材料對(duì)比，使用變頻器控制工作方法，對(duì)雙管螺旋給料機(jī)設(shè)備進(jìn)行水泥材料供應(yīng)，有效保證充填材料當(dāng)中水泥材料的配比參數(shù)符合填充工藝要求和標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)保證礦山采礦區(qū)域的填充強(qiáng)度大小[6]。

在具體的水泥配比量控制工作當(dāng)中，通過對(duì)給用攪拌筒的砂漿濃度、砂漿流量大小進(jìn)行檢測(cè)，可以有效獲取進(jìn)入料漿攪拌筒的尾砂量大小。根據(jù)不同填充工藝要求，對(duì)水泥材料的配比關(guān)系進(jìn)行確認(rèn)，以此來(lái)控制水泥材料隨著尾砂量進(jìn)行跟蹤和配比，對(duì)此可以有效獲取不同材料的填充工藝條件，進(jìn)行不同的水泥配比參數(shù)控制，保證不同填充區(qū)域?qū)Σ煌畛洳牧辖Y(jié)構(gòu)體強(qiáng)度的控制的要求和標(biāo)準(zhǔn)。

3 礦山填充工藝控制技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 填充工藝控制技術(shù)開發(fā)

相關(guān)礦山開采工作單位，通過多年對(duì)礦山采礦區(qū)域充填工作自動(dòng)化控制技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和實(shí)踐，現(xiàn)階段已經(jīng)成功研發(fā)出關(guān)于造漿分層給水以及給風(fēng)的活化砂漿應(yīng)用自動(dòng)控制的模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)砂漿材料的總量進(jìn)行計(jì)算，對(duì)水泥材料配比參數(shù)進(jìn)行分析的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(duì)充填料輸送工作過程中的狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材料輸送異常情況進(jìn)行有效處理。在上述控制工作模型和控制工作方法當(dāng)中，通常情況下是在多做充填站內(nèi)部進(jìn)行自動(dòng)化控制和使用，并且發(fā)揮出的作用非常明顯，不但可以全面提高礦山充填工作質(zhì)量，同時(shí)在充填管道產(chǎn)生堵塞之前可以發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警工作信號(hào)，通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行處理，以此來(lái)有效解決管道可能產(chǎn)生的堵塞問題影響。

3.2 對(duì)銅輝膏體充填控制應(yīng)用

在我國(guó)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(jí)尾砂沖填工的方法，或者是使用分級(jí)和全尾砂，根據(jù)采空區(qū)與大小以及周圍的地質(zhì)條件情況展開區(qū)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(diǎn)，并且降低膠結(jié)填充材料的成本。在全尾砂填充料當(dāng)中可以向其中加入一定量的粗骨料和泵送劑材料，因?yàn)榇止橇系募尤氤涮畈牧现g進(jìn)行粗細(xì)搭配充填，料漿的濃度明顯提升。對(duì)于整個(gè)膏體充填工藝流程而言，最主要的工藝控制要點(diǎn)主要包含全尾礦高濃度材料、濃縮料材料配比以及對(duì)水泥和泵送劑材料進(jìn)行配比。通過使用膏體填充自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)膏體材料填充工作的自動(dòng)化控制，保證材料填充工作的穩(wěn)定性并出現(xiàn)材料填充停滯，降低填充料漿水灰比大小，提高礦山采礦區(qū)域填充體材料的強(qiáng)度，因此來(lái)保證整個(gè)礦山開采結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在近幾年的發(fā)展過程中，我國(guó)很多礦山針對(duì)采礦區(qū)域的充填工作展開了自動(dòng)化改造，但是在整個(gè)工作效果上卻沒有達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)，主要原因表現(xiàn)在礦山充填工作，沒有有效結(jié)合自動(dòng)化控制技術(shù)，因此需要針對(duì)礦山充填自動(dòng)化控制技術(shù)進(jìn)行深入研究和分析，保證在礦山充填工作當(dāng)中發(fā)揮出應(yīng)有的作用和使用優(yōu)勢(shì)。