引言

石人溝鐵礦充填站共有４套充填料漿制備系統(tǒng)，每 套充填系統(tǒng)設(shè)兩個(gè)砂倉(cāng)、一 個(gè) 水 泥 倉(cāng)。砂 倉(cāng) 直 徑１０ｍ，主體部分高度１０ｍ，錐底 角３０°，總高２２ｍ，砂倉(cāng) 容 積 ８５０ｍ３，倉(cāng)體設(shè)置有人行檢查孔，砂倉(cāng)頂部裝有重錘料位計(jì)。礦 渣微粉倉(cāng)主體部分高１０ｍ，直徑５．０ｍ，總高２１ｍ，有效容積２３０ｍ３，倉(cāng)頂設(shè)置重錘料位計(jì)及袋式除塵器，底 部 配 有 螺旋給料機(jī)及螺旋秤，螺旋給料機(jī)zui大給定頻率５０Ｈｚ，zui大給料量１６ｔ／ｈ；攪拌桶直徑２ｍ，高２．１ｍ，桶體頂部設(shè)平臺(tái)并安裝有超聲波液位計(jì)及４５ｋＷ 攪拌 電 機(jī)，采 用 雙 葉 輪 攪拌形 式。充填骨料為選廠的全尾砂， 砂 漿 濃 度 ３０％ ～４０％，經(jīng)泵送至充填站 砂 倉(cāng)。砂倉(cāng)內(nèi)的尾砂經(jīng)過(guò)沉淀后和水泥按一定配比在攪 拌桶內(nèi)進(jìn)行混合攪拌，制 成 濃 度 為６８％～７２％的充填料漿，然后通過(guò)管道充填到井下采空區(qū)。

 

１ 充填系統(tǒng)存在的問(wèn)題

———攪拌桶內(nèi)的液位無(wú)法精確測(cè)量。攪拌桶內(nèi)的液位測(cè)量通過(guò)安裝在攪拌桶頂部的超聲波液位計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，由 于攪拌桶在工作時(shí)是密封的，內(nèi)部既有尾砂，又有水泥粉塵，并且攪拌時(shí)會(huì)造成液面大幅波動(dòng)，復(fù)雜的環(huán)境造成超聲波液位計(jì)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量，進(jìn)而造成攪拌桶料漿制備時(shí)不是不

足就是外溢，料漿制備無(wú)法正常進(jìn)行。

 

———閘板調(diào)節(jié)閥閥芯及閥體磨損嚴(yán)重。閘 板 調(diào) 節(jié) 閥 是流量控制系統(tǒng)中的活動(dòng)部件，不斷地節(jié)流和經(jīng)常地切斷流量，由于控制的介質(zhì)是尾砂，放砂時(shí)無(wú)數(shù)微小顆粒夾帶在高速流體中流動(dòng)，撞擊并沖刷掉閥內(nèi)件的金屬，使 閥 芯 和閥座接合面由于嚴(yán)重磨損而關(guān)不嚴(yán)，造成無(wú)法精確控制放砂流量。

 

———充填造漿系統(tǒng)性 能 差。充填砂倉(cāng)內(nèi)造漿系統(tǒng)壓氣管道過(guò)細(xì)，管徑僅 為 ２５ｍｍ，高壓風(fēng)流量不夠，不易 將 尾礦料漿均化和流態(tài)化，造 漿 時(shí) 間 過(guò) 長(zhǎng)，砂倉(cāng)底部尾砂板結(jié)情況不能有效解決，無(wú)法形成連續(xù)放砂。

 

———現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備均為手 動(dòng) 控 制。充填作業(yè)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備均為手動(dòng)控制，無(wú)法根據(jù)充填工藝要求實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，主要表現(xiàn)在放砂流量無(wú)法精確控制、水泥流量無(wú)法精確控制、攪拌桶內(nèi)液位無(wú)法控制在合理的范圍內(nèi)等。

 

２ 充填系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造

２．１ 攪拌桶液位實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量

攪拌桶內(nèi)液位無(wú)法測(cè)量的主要原因是攪拌桶內(nèi)液位波動(dòng)幅度大以及含有大量水泥粉塵，影響超聲波液位計(jì)正常工作。針對(duì)此問(wèn)題，采用 Ｕ 型連通器原 理，在 攪 拌 桶 底 部側(cè)壁開(kāi)一小孔，引出并垂直安裝一根直徑３７７ｍｍ 管道，該管道頂部高于攪拌桶頂部，超聲波液位計(jì)安裝在管道頂部位置。經(jīng)過(guò)改造后，引出管道內(nèi)的液位波動(dòng)幅度遠(yuǎn)小于攪拌桶內(nèi)的液位波動(dòng)幅度，同時(shí)也隔絕了攪拌桶內(nèi)的水泥粉塵，超聲波液位計(jì)可以實(shí)現(xiàn)正常測(cè)量工作。

 

２．２ 選用膠管閥替代閘板閥

針對(duì)普通閘板閥存在的磨損問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多方研究選型，zui終選用膠管閥代替閘板閥。膠管閥門采用全通徑設(shè)計(jì)，機(jī)械部分受到保護(hù)，僅 有 橡 膠 管 接 粗 到 介 質(zhì)，驅(qū) 動(dòng) 裝 置 在閥體外不 受 介 質(zhì) 浸 蝕，閥門啟閉方便靈活，密 封 性 能 好，杜絕了跑冒滴漏等現(xiàn)象的發(fā)生，閥門磨損時(shí)只需更換橡膠管，簡(jiǎn)單方便，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

 

２．３ 加粗壓氣管道

針對(duì)充填砂倉(cāng)內(nèi)造漿系統(tǒng)壓氣管道管徑過(guò)細(xì)問(wèn)題，對(duì)原來(lái)的管道 進(jìn) 行 了 拆 除，改 換 成 直 徑 為 １０８ｍｍ 的壓 風(fēng) 管道，并采用了新式噴 嘴，經(jīng) 過(guò) 改 造 后，可有效消除砂倉(cāng)底部尾砂板結(jié)情況，造 漿 時(shí) 間 短，尾礦料漿均化和流態(tài)化程度高，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)放砂。

 

２．４ 自動(dòng)控制系統(tǒng)采用 ＤＣＳ系統(tǒng)

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備只能單體手動(dòng)控制的情況，新 增 一 套ＤＣＳ自動(dòng)化控制系統(tǒng)。ＤＣＳ系統(tǒng)采用ＰＩＤ算法可實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的閉環(huán)控制及數(shù)據(jù)處理，該系統(tǒng)控制功能強(qiáng)、可 靠性高，通過(guò)采集現(xiàn)場(chǎng)安裝的各類儀表及控制設(shè)備的反饋信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)充填系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)及控制。通 過(guò) 改造，充填系統(tǒng)中所有的電動(dòng)閥門、攪拌桶、螺旋給料 機(jī) 等均實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制。充填工藝的三個(gè)主要控制對(duì)象，即 放砂流量、水泥流量、攪拌桶內(nèi)液位均實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，連續(xù)性充填系統(tǒng)改造成功。ＰＩＤ算法控制原理見(jiàn)圖１。

———放砂流量的閉環(huán) 控 制。通過(guò)安裝在放砂管道上的超聲波流量計(jì)，實(shí)時(shí)采集放砂流量，并把該流量信號(hào)傳送至 ＤＣＳ系統(tǒng)，ＤＣＳ系統(tǒng) 經(jīng) 過(guò) 運(yùn) 算，根據(jù)放砂流量設(shè)定值，可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)放砂管道上的電動(dòng)閥門的開(kāi)啟度，實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 流 量的精確控制。

 

———水泥給料量的閉環(huán)控制。根據(jù)充填工藝要求，尾砂和水泥是按照一定的配比進(jìn)行混合，制成一定濃度的料漿充填到井下空區(qū)。通過(guò)安裝在螺旋給料機(jī)出口的水泥稱，實(shí)時(shí)采集 水 泥 給 料 重 量，并把該重量信號(hào)傳送道 ＤＣＳ系統(tǒng)，ＤＣＳ系統(tǒng)經(jīng)過(guò)運(yùn) 算，根據(jù)水泥重量設(shè)定值，實(shí) 時(shí) 調(diào) 節(jié)螺旋給料機(jī)變頻器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥給料量的精確控制。

 

———攪拌 桶 液 位 的 閉 環(huán) 控 制。 由于攪拌桶內(nèi)的液位是 隨 時(shí) 變 化 的，為防止攪拌桶出現(xiàn)溢流或放空情形，需要把攪拌桶內(nèi)的液位控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi) 。通 過(guò) 安裝在攪拌桶上的超聲波液位計(jì)， 實(shí)時(shí)采集攪拌桶內(nèi)液位，并把該液位信號(hào)傳送至 ＤＣＳ系統(tǒng)，ＤＣＳ系統(tǒng) 經(jīng) 過(guò) 運(yùn)算，根據(jù)攪拌桶液位的設(shè)定值，可 實(shí) 時(shí) 調(diào) 節(jié) 攪 拌 桶 出 口放漿管道上電動(dòng)閥門的開(kāi)啟度，實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌桶內(nèi)液位的精 確 控 制。

 

３ 改造后的效果

經(jīng)過(guò)對(duì)充填系統(tǒng)的一系列改造，石人溝鐵礦zui終實(shí)現(xiàn)了充填系統(tǒng)的高濃度連續(xù)放砂、連 續(xù) 充 填 工 藝，單 套 充 填系統(tǒng)日充填能力達(dá)到２５００ｍ３ 以上，同時(shí)大幅降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力成本，改造后充填現(xiàn)場(chǎng)由５～６人降低到目前的１～２人。改造后的石人溝鐵礦充填工藝系統(tǒng)見(jiàn)圖２。

４ 結(jié)語(yǔ)

石人溝鐵礦連續(xù)型充填系統(tǒng)的改造成功，為 該 礦 采 用嗣后充填法采礦，治理井下采空區(qū)創(chuàng)造了必備條件，走 出了一條綠色科學(xué)的發(fā)張之路，同時(shí)為該行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

 

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