浅谈某矿山充填工艺及自动化控制系统

李儒华

(湖北三鑫金铜股份有限公司)



浅谈某矿山充填工艺及自动化控制系统

李儒华

(湖北三鑫金铜股份有限公司)

摘要湖北三鑫公司下属矿山采用充填采矿法开采大冶湖区下岩金矿床，经过3次改扩建工程建设，充填工艺由卧式砂仓充填改为立式砂仓充填，充填材料也由普通水泥胶结料改为全尾砂、分级尾砂。2003年开始采用基于高炉废渣的新型胶结材料与分级尾砂胶结充填工艺，矿山生产规模也提高到3 000 t/d。原充填工艺一直采用人工手动操作，自动化程度低，质量管理与数据采集、传输不能满足公司建设数字化矿山的需要。2012年开始对充填工艺进行自动化控制技术改造，并对存在问题进行分析，有效提升了充填能力和质量，提高了自动化水平，降低了充填生产成本，具有可观的经济效益和社会效益。

关键词岩金矿山充填工艺自动化控制

我国是世界上最早开发与使用黄金的国家之一，最初以开发砂金为主，后逐步转为以开发利用岩金为主。2007年我国生产黄金270.49 t，成为世界第一产金大国，并连续9年独占世界鳌头。

我国岩金开采以地采为主，露采为辅。由于黄金价值高、充填采矿法的采矿损失率与贫化率非常低，因此充填采矿法在地采中占有重要地位。但对应的充填工艺则发展较慢，20世纪60年代才出现干式充填，70年代末利用尾砂进行充填，80年代中期开始应用胶结充填。尽管90年代初期黄金开采在我国率先应用了高水充填材料，但岩金矿山充填工艺与有色矿山相比，在充填规模、充填材料、充填工艺、技术设备、工程管理等方面均存在较大差距。目前我国岩金矿山规模较小，矿山企业很少对充填新工艺、新技术和新材料进行研究。黄金矿山充填工艺主要分为干式充填与分级尾砂充填两种类型，流程大多采用人工操作与监控。充填工艺的自动控制具有数据自动采集与调节功能，可实现充填料批量与连续生产，但自动控制技术的应用仍有待完善。对湖北三鑫金铜股份有限公司(简称三鑫公司)充填工艺自动化系统进行介绍，以期为其他黄金矿山提供借鉴。

1矿山背景

三鑫公司始建于1987年，初称鸡冠嘴金矿，现为中金集团下属主力矿山，开发的鸡冠嘴、桃花嘴两个矿床均位于大冶湖区下，采用下盘主副竖井联合开拓，中段高度50 m。目前主要进行深部矿体开采，矿岩稳固性好于上部。采矿方法以分段中深孔落矿嗣后充填采矿法为主，矿井通风采用主竖井进风专用回风井出风的对角式，井下设有水仓，集中接力排水[1]。

矿山初期进行上部开采时采用斜井开拓，通过水泥—分级尾砂上向分层充填采矿。矿山两次大规模改扩建后，拥有工作人员约1 800人，主要产品是金铜精矿、铁精矿与硫精矿。历年生产情况见表1。

表1　三鑫公司历年生产情况

2充填工艺的发展

矿山一期充填站建于1989年，初期使用外购河砂及普通水泥胶结料进行小规模充填。储存于容积500 m3卧式砂仓的尾砂经5 t抓斗及皮带机转运入φ1.5 m单级搅拌桶，容积50 t的水泥仓中的水泥经螺旋给料机加入。充填料加水搅拌后，经充填钻孔接井下管路输送至各充填点，充填能力为 54 m3/h。

1997年矿山二期改扩建时，新建了二期充填站，改用矿山选矿厂产出的全尾砂或分级尾砂进行充填。充填站拥有两座φ8 m、容积640 m3的钢筋混凝土底半球立式砂仓，一座φ6 m、300 t的水泥仓，由φ2 m立式搅拌桶及高速搅拌机进行两级搅拌，制备质量分数60%～75%的料浆，通过井下三种不同结构的充填管路自流输送至空区，充填能力达到64 m3/h。

2009年，三期工程的实施需进一步提升充填能力。在二期充填站基础上，新建2座容积500 m3的钢结构砂仓及一座容积400 t的灰仓，并对分级系统、造浆系统及放砂系统等进行了改造和完善。目前充填能力提高到90～100 m3/h[2]。

1994年三鑫公司与西北矿冶研究院联合开发，自产了全水胶固料，但应用后存在充填体易松散开裂、风化不稳固、沉降大、泥塑性强、充填成本高等缺点。2003年，公司与山东淄博海易固结材料厂利用本地众多铁冶炼厂排放的高炉废渣，通过烘干、外加石膏和复合激发剂等，粉磨、混匀，制成了一种适用于井下充填的新型胶结材料，其中矿渣质量分数在80%左右。它能充分利用选厂尾砂中的有效成分，胶结材料与尾砂的相互作用能产生比普通水泥更好的胶结充填效果。以该材料为胶结剂的充填工艺一直使用至今[3]。

3充填工艺自动化控制系统

2010年之前，三鑫公司充填工艺一直采用人工操作，2011年完成自动化控制系统改造。目前自动化控制系统包括鸡冠嘴矿区尾矿处理系统的电控系统，控制设备、仪表集成，设计、供货、安装、调试等计算机控制系统的集成。充填工艺自动化控制系统改造后，充填能力达到1 000 m3/d以上，大于三期改扩建工程要求的900 m3/d，满足矿山生产[4]。

矿山充填站电气控制系统可实现充填站生产的自动控制和生产记录的监视，操作人员只需在控制室操作监控计算机即可控制充填料浆浓度和灰的供给计量，掌握充填料浆的制备过程，并记录过程数据方便后期查看。

鸡冠嘴矿区尾矿充填工艺自动化控制系统按可靠性、先进性、易维护性、可扩展性、开放性、高性价比等集成设计原则，采用西门子公司的S7-400组成一套DCS 控制系统以满足生产需要。系统在主控室设置4台工程师站与操作员站，上位机系统与控制器通过CP1613网卡、工业交换机进行连接。PLC机柜按就近原则布置于低压配电室内。同时，电气控制系统具有远程自动控制、远程手动控制和就地控制三种控制方式。其中远程自动控制是最主要和最基本的控制方式，其它两种控制方式为特定工况下的补充，另外可根据运行要求提供必要的联锁装置。

尾矿充填工艺自动化控制系统流程见图1。

图1　尾矿充填工艺自动化控制系统流程

4存在问题

三鑫公司充填工艺自动化控制系统改造后，在近年生产实践中仍存在以下几个方面的问题。

(1)可视化综合管理不足。自动化控制系统采用网络WEB页面进行数据监测，信息数据由生产端单项传送到管理端，公司生产任务无法通过网络下达充填任务、质量要求及抽检通知等，仍采用纸质化管理的方式。针对该状况，将对可视化综合管理进行进一步的提升和完善，做到充填信息的双向传递。

(2)参数自动调控存在滞后性。充填工艺参数出现波动后，自动化控制系统调控反应时间长，反应速度时有滞后，对充填工艺正常生产产生不利影响。因此，自动化控制系统再次改造时，着重完善工艺参数的自动化调控，降低滞后性。

(3)质量管理存在缺陷。为保证充填质量，目前充填工艺流程用到的各种阀、泵、流量计、浓度计及胶结计量等装置采用电子控制。要有效控制这些因素，就需要称重装置、流量及浓度监测装置的精确测定。但目前监测点不够，仪表测定结果误差大，经常需人工校对，加大了质量管理的难度与工作量，需进一步进行仪表自动化校对的改造、完善工作。

(4)充填车间的生产报表目前仍由人工在电脑上输入电子表格再发送到生产调度部门，自动化程度低，人力成本大，需进行自动报表发送的技术改造。

5结论

三鑫公司自2009年完成三期改扩建工程后，生产能力扩大到3 000 t/d，充填工艺自动化控制系统也于2011年末完成集中控制改造。该系统控制方式灵活，既可以远程控制，又可以根据现场实际情况现场控制调节；同时节约人力成本，在原有生产人员不变时可提高充填生产效率和能力，并减少了维修成本，降低了充填工艺的整体能耗，具有可观的经济效益和社会效益。尽管目前充填工艺自动化控制系统仍存在一些问题，但经过不断改进后，将进一步提高充填能力和质量，并为矿山办公无纸化和数字化、自动化建设提供技术支撑。

参考文献

[1]刘华生，姚香.岩金地下矿山充填采矿若干技术问题的探讨[J]. 黄金，2000 (1)：35-42.

[2]饶从云，刘成平.充填系统技术改造若干经验[J].金属矿山，2004 (S)：471-474.

[3]成希弼，吴兆琦.特种水泥的生产及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，1994.

[4]张海波，宋卫东.评述国内外充填系统技术发展现状[J].中国矿业，2009(12)：15-18.

(收稿日期2015-12-16)

李儒华(1974—)，男，助理工程师，435102 湖北省大冶市金湖街道株林村。