矿山充填自动化控制技术的研究与应用

周 刚

（山东黄金矿业股份有限公司新城金矿，山东 莱州 261430）

在矿山选矿工作过程中尾矿是其中主要的废弃产物，传统的尾矿处理工作方法，主要是将矿产资源开采之后的尾矿直接排出堆放在周围区域，但是尾矿在地表面存放不但会影响到原有的地质地貌条件，同时还会造成不同程度的环境污染问题。对此，现阶段我国国家对于矿山尾矿的排放与监管工作越来越严格，并且正在大力提倡矿山填充工作模式，建立起绿色矿山环境。另一方面矿山开采工作过程中，通过将尾矿砂在采空区域当中进行充填处理，具有矿床结构的稳定性更强、开采工作安全性更高，可以有效控制采供区域周围岩体结构产生脱落以及出现地表下沉等情况，可以实现对矿石资源的合理回收与应用，提高矿山开采工作的整体质量和效果。

1 影响矿山充填生产工作的相关影响因素

通过使用尾砂充填系统相关生产工艺流程，对于整个选矿工艺而言，尽管操作流程相对比较简单，但是矿山充填系统在工作过程中的反应过程相对较短，很容易产生工艺波动情况。主要是因为骨料和胶结材料配比之间出现比较严重的波动情况，影响到材料充填质量和稳定性，甚至由于矿山充填生产工作过程中的连续性和稳定性不足，会造成管道出现堵塞情况。正常情况下，选矿工艺流程主要是一种连续性滞后的工作流程，对于充填工艺当中所产生的问题可以对其进行针对性调整，保证整个充填工艺恢复正常状态。而尾矿充填生产工艺流程时间相对较短，不符合材料充填工作要求，随着工艺条件的波动，被充填到井下采空区域使得充填的胶体结构材料的强度受到比较严重的影响[1]。

矿山充填工艺波动影响充填胶结体强度，和整个矿山安全生产影响因素主要分为以下几个方面：

第一，尾砂分级填充对整个采矿区域填充工作质量和稳定性的所产生的影响。通过实践工作分析可以看出，矿山尾砂的级配和胶结强度之间有着直接的关联，因此如果使用尾砂分级胶结填充处理、尾砂分级控制工作不合理，会造成填充工艺设计存在误差，对整个胶结材料填充强度产生不良影响。

第二，造浆浓度对填充质量所产生的影响。通过大量实践工作分析得出，填充材料的浓度大小直接关系到填充体的成型强度以及矿山结构的稳定性，对于材料浓度控制是前期阶段造浆工作构成的重要工作要点。如果造浆浓度大小不足会直接影响到填充浆料的最终凝结强度，对整个采空区域的稳定性产生直接性影响[2]。

第三，填充材料配比参数对采空区域填充质量产生的影响。在胶结材料填充工作过程中，不管使用任何类型的凝结材料和尾砂材料的不同配比参数，会得出不同的填充体材料强度。经过相关研究工作分析可以看出，如果凝结材料使用水泥材料，则水泥材料的质量会影响到填充体材料的结构稳定性，同样在选定合适的水泥原材料之后，水泥材料的配比量也会直接影响到整个填充体材料的强度和稳定性。

第四，材料断流对材料输送安全所产生的影响。在胶结材料填充工作过程中，填充料浆对于井下输送是一个非常重要的工作过程。在填充料浆过程中对于井下材料的输送工作，需要尽可能保证在填充材料可以实现连续平稳的向井下进行材料运输。通过采用滞留的材料运输工作方法，避免在材料运输当中产生中断情况，防止出现井下管道堵塞问题。

2 矿山充填自动化控制技术应用分析

为了有效保证胶结填充材料的成型质量，以及整个材料填充工作的安全性，需要有效控制材料填充生产工作过程中的相关工作要点。与此同时，因为充填生产工作时间相对较短，如果单纯依靠人工操作来实现高质量的材料填充，整个工作难度相对较大，或者不可能完全实现。因此，在进行材料填充工作过程中，通过自动化控制技术的有效应用，可以有效保证矿山充填工作的整体质量和效果[3]。

2.1 填充生产自动化系统架构

通过对矿山尾矿充填自动化控制技术的研究分析之后，可以看出要想保证自动化充填控制系统实现整个材料充填工艺流程的自动化控制，需要建立起自动化系统架构，同时要对相关检测设备和控制设备进行合理选择，必须要充分满足矿山采空区域的工作条件。与此同时，需要有效结合矿山开采工作内容展开信息化建设工作，全面实现充填自动化系统和信息系统之间的有效衔接，提高矿山充填工作的自动化控制工作效果。通过建立起大型的填充站配置自动化控制系统，相关工作人员可以直接通过组态界面对该系统展开人机对话与控制，同时对矿山充填生产工作流程展开实时性监控和操作。与此同时，需要将填充系统直接通过选矿场网络，将充填生产信息及时传输到选矿厂的主控室，以及矿山信息中心控制系统当中。矿部信息中心对于整个煤矿充填工作流程展开实时性监控，为整个生产管理工作提供出必要的安全控制信息[4]。

2.2 矿山充填生产工作中的工艺流程控制

因为分级尾砂相比于全尾砂具有更好的沉降、渗透以及脱排水等各种效果，因此分级尾砂填充在我国很多矿山当中得到了非常广泛的应用。在充填工艺流程方面主要分为尾砂分级、料仓存放、仓底气水造浆、放砂和水泥材料配比、搅拌浆料浆料输送以及送达填充区域。

2.2.1 分级充填站来砂控制工作模型

通常情况下，选矿厂的尾矿是含有该厂选别过程的全系列颗粒矿山材料，根据材料分级填充工的要求去除其中不符合标准的尾砂材料，分级细颗粒尾砂额外进行处理，分选出来的粗颗粒尾砂材料进入砂仓内部，作为其中的主要填充骨料。在控制工作过程中的主要控制工作要点，包含符合填充工艺颗粒直径标准的尾矿材料需要尽可能进行保留，通过增加填充尾矿砂骨料可以减少尾矿库容量的压力大小。在具体控制工作过程中需要对选矿厂内部经过浓缩处理之后的尾矿进行二次处理，同时在充填站内部通过输送泵，对特定浓度的材料进行泵送处理，对矿体压力大小进行检测和控制，有效保证溢流分离出来的细颗粒材料符合充填骨量的控制控制要求[5]。

2.2.2 尾砂充填对造浆的控制工作模型

对于立式砂仓而言，充填系统当中通常情况下使用的是风水联合造浆工作方法来进行造浆工作，其中水量调节造浆工作浓度，通过风量调节整个造浆工作质量和效果，保证造浆工作结果充分符合充填料浆的使用条件基础，同时保证和粘结材料搅拌之后的活化能符合填充材料的浓度大小。造浆主要使砂仓产生并且形成和释放砂浓度，而填充将体浓度大小主要取决于造浆材料的浓度大小，造浆浓度过高可以通过对搅拌筒新增加的水量进行调节，有效保证符合材料充填工艺浓度要求。造浆浓度较低不管采用何种处理方法，都无法获取标准的材料填充浓度，对此对造浆浓度的控制工作，是整个自动化控制系统当中非常重要的工作环节之一。这种情况下通过合理调节造胶用水量大小，可以实现对整个浆液材料等浓度进行有效控制，但是在实际工作过程中，由于砂仓出现材料板结等问题，会造成放砂浓度相对偏低，此时即使造浆用水量调到最小，也无法达到理想的造浆工作浓度，进而会直接影响到整个材料的填充质量和效果。对此，在经过反复的探索和试验之后，最终有效开发出解决该问题的控制工作模型，根据放砂浓度、流量大小、砂仓料位置以及其他工作条件检测工作，有效控制和调节对应风水送能量，其实来全面激活和活化仓的矿砂。

2.3 料将活化配比水泥控制工作模型

通常情况下，配灰系统当中主要是通过水泥槽、双管螺旋给料机等相关设备所构成，水泥主要是通过水泥仓底部的漏斗直接进行排放，在经过双管螺旋给料机的均匀搅拌处理之后，经过充板流量计对整个水泥材料的计量总数进行分析，然后将材料直接输送到搅拌筒内部。如果对造浆放砂工艺流程的检测和分析之后，通过双管螺旋给料机根据特定的水泥和材料对比，使用变频器控制工作方法，对双管螺旋给料机设备进行水泥材料供应，有效保证充填材料当中水泥材料的配比参数符合填充工艺要求和标准，以此来保证矿山采矿区域的填充强度大小[6]。

在具体的水泥配比量控制工作当中，通过对给用搅拌筒的砂浆浓度、砂浆流量大小进行检测，可以有效获取进入料浆搅拌筒的尾砂量大小。根据不同填充工艺要求，对水泥材料的配比关系进行确认，以此来控制水泥材料随着尾砂量进行跟踪和配比，对此可以有效获取不同材料的填充工艺条件，进行不同的水泥配比参数控制，保证不同填充区域对不同填充材料结构体强度的控制的要求和标准。

3 矿山填充工艺控制技术应用分析

3.1 填充工艺控制技术开发

相关矿山开采工作单位，通过多年对矿山采矿区域充填工作自动化控制技术进行总结和实践，现阶段已经成功研发出关于造浆分层给水以及给风的活化砂浆应用自动控制的模型，可以实现对砂浆材料的总量进行计算，对水泥材料配比参数进行分析的系统结构模型。充填料浆浓度大小控制和搅拌筒料位置控制工作模型，可以对充填料输送工作过程中的状态进行识别，同时实现对各种材料输送异常情况进行有效处理。在上述控制工作模型和控制工作方法当中，通常情况下是在多做充填站内部进行自动化控制和使用，并且发挥出的作用非常明显，不但可以全面提高矿山充填工作质量，同时在充填管道产生堵塞之前可以发出相应的预警工作信号，通过自动化控制系统及时进行处理，以此来有效解决管道可能产生的堵塞问题影响。

3.2 对铜辉膏体充填控制应用

在我国很多矿山充填工作过程中，通常情况下大部分的矿山采用的是分级尾砂冲填工的方法，或者是使用分级和全尾砂，根据采空区与大小以及周围的地质条件情况展开区分填充，而直接使用尾砂或者碎石子骨料形成膏体填充矿山则并不是非常常见。为了全面改善全尾砂高浓度料浆的可控性以及材料的流变性能特点，并且降低胶结填充材料的成本。在全尾砂填充料当中可以向其中加入一定量的粗骨料和泵送剂材料，因为粗骨料的加入充填材料之间进行粗细搭配充填，料浆的浓度明显提升。对于整个膏体充填工艺流程而言，最主要的工艺控制要点主要包含全尾矿高浓度材料、浓缩料材料配比以及对水泥和泵送剂材料进行配比。通过使用膏体填充自动化控制系统，可以实现对整个膏体材料填充工作的自动化控制，保证材料填充工作的稳定性并出现材料填充停滞，降低填充料浆水灰比大小，提高矿山采矿区域填充体材料的强度，因此来保证整个矿山开采结构的安全性和稳定性[7]。

4 结语

综上所述，在近几年的发展过程中，我国很多矿山针对采矿区域的充填工作展开了自动化改造，但是在整个工作效果上却没有达到理想标准，主要原因表现在矿山充填工作，没有有效结合自动化控制技术，因此需要针对矿山充填自动化控制技术进行深入研究和分析，保证在矿山充填工作当中发挥出应有的作用和使用优势。