矿山充填料浆制备站自动化浅析

矿山充填料浆制备站自动化浅析

邓鹏浩方俊杰

山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿山东烟台261400

摘要：充填是采用充填类采矿法的生产工序。煤矿充填是复杂的系统工程，涉及充填材料选择、充填混合料配比优化、充填料浆制备及输送、充填工艺、充填质量保证等诸多环节。如果任一个环节发生问题，都会造成严重后果，造成资源浪费，而且可能产生重大安全事故，影响煤矿可持续发展。本文主要阐述了矿山采矿的充填工艺、充填材料、基本参数等问题。

关键词：采矿；充填工艺；充填材料

1、前言

充填是采用充填类采矿法矿山的生产工序。煤矿充填是复杂的系统工程，涉及充填材料选择、充填混合料配比优化、充填料浆制备及输送、充填工艺、充填质量保证等诸多环节。如果任一个环节发生问题，都会造成严重后果，造成资源浪费，而且可能产生重大安全事故，影响煤矿可持续发展。

2、矿山充填中的自动化控制系统

2.1控制系统设计原则

作为井下生产的一个重要组成部分[1]，矿山充填质量的优劣对矿山的安全生产具有重要意义。以前的充填系统都是通过仪表来控制料浆的浓度的，存在较多的人为因素，工人拥有繁重的工作，严重影响着充填的质量。近些年来，计算机技术得到飞速发展，在工业方面的应用也逐渐被普及，为矿山充填技术的改进提供了坚实的后盾。因此，在控制系统设计时，应该充分考虑到可靠、安全、简易等因素，确保设计出来的系统能够使充填工艺得到发展。

2.2控制系统的数据传输、保存及控制模式

控制室监控着整个运作系统，将现场工作的每一台机器的工作状况和工作参数传输给PLC，它再与监控站交换数据，使每一台机器的工作情况显示出来。操作人员就可以依据这些数据来对现场工作的机器发布命令，这些指令首先经过PLC，跟输入信号进行结合，按照已经编好的程序对其翻译，并将翻译结果传给输出端，通过各个输出端信号就可以完成对现场机器的控制。

PCL的CPU当中存储着所有的系统控制程序，控制着程序的运行，运行参数会被储存在CPU当中，监控站利用工业网络从CPU当中读取数据，监控其运行情况。当网络出现故障时，只是会导致监控站的无法继续监控，并不会影响控制程序的正常运行，而且，系统的运行数据也不会丢失，当电脑恢复正常的时候，监控站又可马上获得监控数据。

上位监控站能够通过和PLC交换数据来显示控制系统的运行情况，包含各个测试点的数据变化、机器的运作情况，并且能够发出实时警报而且对其报警情况作详细的记录，以方便在控制室的工作人员对现场情况能够清晰的掌握。不需要再到现场去查看、操作，使得工作人员的负担减少，实现了控制室的集中监控。

3、控制系统中被控对象的控制设计

3.1充填料浆浓度控制设计

在对矿山进行填充时，因为料浆的浓度会受到很多因素的影响，导致料浆的浓度不是呈线性的变化，出现纯滞后的现象，常用的PID算法不能够很好的控制料浆的浓度，严重影响着料浆的传输与填充的质量。所以，人们通常会改善控制的方式或者是建立二级搅拌以弥补出现的问题。在改善控制的方式上，一般利用专家PID算法来实现控制的优化。

3.2充填料浆配比控制设计

填充时使用的材料主要为水、水泥、尾砂、砂砾。刚开始填充时，把尾砂当作骨料，当能够从废石料中提取出砂砾之后，就把沙砾当作骨料，以实现保护环境、降低成本的目的。在充填过程中需要准确的灰砂配比，而想要根据周围环境计算出其比例也不是很容易。因此，还要考虑环境的湿度和温度等因素。对于间隙的自动化控制，根据实际需要，可以将控制系统设定为双闭环比值的控制，进而满足灰砂比的自动化需求。

3.3水仓液位、水泥仓料位及搅拌槽料位控制设计

要想调节料浆的浓度，需要利用到给水阀，调浆的水是利用水泵从水库中的水抽出，通过水仓传输到管道中的，需要对水仓中水的高度严格控制，在这，可以把控制水位的系统设定为单闭环控制的，同时利用PID控制器实行控制，不但能够避免水泵的频繁动作，而且能够避免因频繁动作而产生的震荡。

PID带死区的控制系统属于一种非线性的系统[3]，当|e（k）|≤|e0|时，数字调节器就会输出零；当|e（k）|>|e0|时，e（k）就会变成正常的值，而且是反馈值和设定值的差值，是PID的输出。e0是一个能够调整的常数，具体的数值要根据实际要求确定。并且需要注意的是，e0不能太大也不能太小，小了就会导致频繁的动作，大了就会导致系统的滞后。

搅拌槽和水泥仓的含量信号都是利用变送器来传达给PLC控制器，在对其液位和料位实行监控时通常会设置保证设备，杜绝料位或液位的过低或过高。

4、煤矿充填采煤技术的必要性

（1）维持了采矿—充填的循环。煤矿的开采和充填二者是相辅相成的，如果没有开采就没有填充，同样如果没有填充也就无法开采，所以，就需要二者相互配合，同时进行。然而，人们的眼光通常只是局限在煤矿的开采上，导致当前煤矿业的开采实现了全面的机械化，这种高产与高效的开采方式更加激励人们以这样的方式持续经营煤矿行业，这样就忽视了填充技术的不断改革创新，所以，只有通过平衡开采—充填这个生产环节，才可以促使煤矿行业更好的实现持续发展。（2）加快了充填设备的创新。随着充填采煤技术的不断发展，一定会推动着充填设备的进一步创新，目前我国采矿业充填设备仍然很难跟上采矿技术是有目共睹的，如果采用充填采煤技术，可以加快推进充填设备的创新，能够促使充填设备和采矿技术健康发展，于此同时，外来充填设备在我国市场前景较好，采用充填技术促进我国充填设备的发展，能够开拓我国充填设备的市场占有率，进而增强我国充填设备的竞争力。（3）保护环境。煤矿充填采煤技术最主要的作用就是可以保护开采后的地形与环境不被损害。而煤矿开采对地表以及地下均会有着不同程度的破坏，诸如植被的破坏与水土流失等破坏的环境问题，充填技术可以把开采后的固体垃圾进行重复利用，与此同时，因为采矿资源的不断减少，涌现出了很多“三下”压煤，而充填采煤技术可以很好的开采这些资源。通过该技术不但能够增加了矿山的经济效益，而且又做到了绿色环保地开采，从根本上促进了采矿的可持续发展。（4）解决了以往充填材料的供需问题。通常煤矿具有很少的工业废弃物，全部填补采空区非常困难，所以，这些不但会给煤矿公司提高充填材料的成本，而且供需也会遇到困难，通过充填采煤技术可以很好的利用固体废弃物，能够填充采空区，降低了充填成本，不断可以确保了安全生产，而且又可以提高经济效益。

5、结语

分级尾砂充填与全尾砂充填相比，具有明显的优点：（1）工艺简单。由于全尾砂含泥量大、容易结块、沉降速度慢、造浆困难、对各工艺环节要求严格，所要求的工序多，工艺复杂；（2）充填成本低。其充填工艺中若采用分级尾砂充填，不必全部采用胶结充填，而采用全尾砂充填时则必须采用胶结充填，充填成本中水泥消耗占成本构成中的大部分，全尾砂充填成本将大大高于分级尾砂充填成本；（3）对井下作业影响小。分级尾砂充填料脱水容易，脱水时间短，而全尾砂充填脱水困难、脱水时间长。若管理不好，充填体中的细颗粒会进入井下的排水系统，既污染井下生产环境，又增加排泥费用。由于全尾砂充填本身所固有的特点，其应用受到限制，只在矿山尾砂产出率低，而其他充填料来源紧张或来源成本高的情况下才采用全尾砂充填。

参考文献

[1]彭康，李夕兵.基于响应面法的海下框架式采场结构优化[J].中南大学学报：自然科学版，2011，（8）.

[2]彭康，李夕兵.海底下框架式分层充填法开采中矿岩稳定性分析[J].中南大学学报：自然科学版，2011，（11）.

[3]李夕兵，刘志祥，彭康.金属矿滨海基岩开采岩石力学理论与实践[J].岩石力学与工程学报，2010，29（10）.

[4]彭康，李夕兵.基于未确知测度模型的尾矿库溃坝风险评价[J].中南大学学报：自然科学版，2012，43（4）.