某鐵礦充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化與技術(shù)改造

文/解利俊 河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司石人溝鐵礦 河北遵化 064200

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、一個(gè)水泥倉。砂倉直徑10m，主體部分高度10m，錐底角30°，總高22m，砂倉容積850m3，倉體設(shè)置有人行檢查孔，砂倉頂部裝有重錘料位計(jì)。礦渣微粉倉主體部分高10m，直徑5.0m，總高21m，有效容積230m3，倉頂設(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)最大給定頻率50Hz，最大給料量16t/h；攪拌桶直徑2m，高2.1m，桶體頂部設(shè)平臺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。砂倉內(nèi)的尾砂經(jīng)過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，然后通過管道充填到井下采空區(qū)。

1、充填系統(tǒng)存在的問題

1.1 攪拌桶內(nèi)的液位無法精確測量。攪拌桶內(nèi)的液位測量通過安裝在攪拌桶頂部的超聲波液位計(jì)來實(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)會造成液面大幅波動，復(fù)雜的環(huán)境造成超聲波液位計(jì)無法準(zhǔn)確測量，進(jìn)而造成攪拌桶料漿制備時(shí)不是不足就是外溢，料漿制備無法正常進(jìn)行。

1.2 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)無數(shù)徽小顆粒夾帶在高速流體中流動，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)，造成無法精確控制放砂流量。

1.3 充填造漿系統(tǒng)性能差。充填砂倉內(nèi)造漿系統(tǒng)壓氣管道過細(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)間過長，砂倉底部尾砂板結(jié)情況不能有效解決，無法形成連續(xù)放砂。

1.4 充填作業(yè)時(shí)現(xiàn)場設(shè)備均為手動控制，無法根據(jù)充填工藝要求實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動控制。主要表現(xiàn)在放砂流量無法精確控制、水泥流量無法精確控制、攪拌桶內(nèi)液位無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 攪拌桶內(nèi)液位無法測量的主要原因是攪拌桶內(nèi)液位波動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。針對此問題，采用U型連通器原理，在攪拌桶底部側(cè)壁開一小孔，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)過改造后，引出管道內(nèi)的液位波動幅度遠(yuǎn)小于攪拌桶內(nèi)的液位波動幅度，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)正常測量工作。

2.2 針對普通閘板閥存在的磨損問題，經(jīng)過多方研究選型，最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，簡單方便，降低了工人的勞動強(qiáng)度。

2.3 針對充填砂倉內(nèi)造漿系統(tǒng)壓氣管道管徑過細(xì)問題，對原來的管道進(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)過改造后，可有效消除砂倉底部尾砂板結(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 針對現(xiàn)場設(shè)備只能單體手動控制的情況，新增一套DCS自動化控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)采用PID算法可實(shí)現(xiàn)對被控對象的閉環(huán)控制及數(shù)據(jù)處理，該系統(tǒng)控制功能強(qiáng)、可靠性高。通過采集現(xiàn)場安裝的各類儀表及控制設(shè)備的反饋信號，可實(shí)現(xiàn)對整個(gè)充填系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)測及控制。通過改造，充填系統(tǒng)中所有的電動閥門、攪拌桶、螺旋給料機(jī)等均實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制。最根本的是，充填工藝的三個(gè)主要控制對象：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。

2.4.1 放砂流量的閉環(huán)控制

通過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，并把該流量信號傳送至DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)算，根據(jù)放砂流量設(shè)定值，可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)放砂管道上的電動閥門的開啟度，實(shí)現(xiàn)對流量的精確控制。

2.4.2 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，并把該重量信號傳送道DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)經(jīng)過運(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)對水泥給料量的精確控制。

2.4.3 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，并把該液位信號傳送至DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)經(jīng)過運(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閥門的開啟度，實(shí)現(xiàn)對攪拌桶內(nèi)液位的精確控制。

3、改造后的效果

經(jīng)過對充填系統(tǒng)的一系列改造，石人溝鐵礦最終實(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)大大降低了職工的勞動強(qiáng)度，并且節(jié)省了人力成本，改造后充填現(xiàn)場由5-6人降低到目前的1-2人。

結(jié)語：

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)。