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矿山充填自动化控制技术的研究与应用

吕海清

山东华宜同创自动化科技有限公司,山东烟台,261400

摘要: 在工业快速大规模发展的时代,对矿产资源的开发利用也超过了以前的要求。因此,矿产资源的开采面临许多困难,而且开采深度加大,开采对象的地质环境更加复杂,开采难度逐渐加大。由于经济和科技的发展,人们的环保意识越来越强,于是采矿技术出现了。自动充填控制技术是根据现代采矿理念解决矿山废弃物排放的重要技术,也是一种绿色采矿,在采矿中具有诸多优势。
关键词: 矿;填充;自动控制;技术研究;应用
DOI:10.12721/ccn.2022.157193
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矿山充填自动控制技术在中国有着悠久的历史。它是采矿工业中一项先进的加工技术,在采矿中具有重要的价值和作用。但是在实际操作中会出现一些实质性的问题。为了使我国矿业健康发展,有必要促进采矿技术在采矿应用中的有效应用。

1.矿山充填自动控制系统

1.1控制系统的设计原则

矿山充填作为地下生产的重要组成部分,其质量对矿山生产的安全具有重要意义。以前的充填系统都是用仪器控制料浆浓度,人为因素很多。工人工作繁重,严重影响了灌装质量。近年来,计算机技术发展迅速,在工业中的应用逐渐普及,为矿山充填技术的提高提供了坚实的后盾。因此,在控制系统的设计中,应充分考虑可靠性、安全性和简单性等因素,以确保所设计的系统能够发展灌装技术。

1.2控制系统的数据传输、存储和控制方式

控制室对整个操作系统进行监控,将现场每台机器的工作状态和工作参数传送给PLC,PLC再与监控站进行数据交换,显示每台机器的工作状态。操作员可以根据这些数据向现场工作的机器发出命令。这些命令首先通过PLC与输入信号结合,按照编程的程序进行翻译,翻译后的结果传送到输出终端,可以完成对现场机器的控制。

所有的系统控制程序都存储在PCL的CPU中,控制程序的运行,运行参数将存储在CPU中。监控站通过工业网络从CPU读取数据并监控其运行。当网络出现故障时,只会导致监控站停止监控,不会影响控制程序的正常运行。而且系统的运行数据不会丢失。当计算机恢复正常后,监测站可以立即获取监测数据。

上位监控站通过与PLC交换数据,显示控制系统的运行情况,包括各测试点的数据变化和机器的运行情况,并能发出实时报警,对报警进行详细记录,方便控制室的工作人员对现场情况有清晰的掌握。无需到现场检查操作,减轻了工作人员的负担,实现了控制室集中监控。

2、充填采矿技术应用重要意义

通过充填采矿技术的应用,可以起到保护低贫矿产资源的作用。该充填技术适用性强,可用于各种复杂矿产资源的开发。在厚大矿体开采中采用充填采矿技术,可有效保证矿石回收率,并在一定程度上提高金属矿物质量。除此之外,还可以保护那些目前无法开采的矿产,为这些矿产资源的后续开采打下良好的基础。如利用全尾砂作为充填材料,在满足充填体各项功能的条件下,进一步保护矿产资源,避免矿产资源开发中对环境的严重污染。它具有良好的采矿经济效益,而且不必对全尾砂进行脱水,减少了充填污染。实际应用范围越来越广泛。

避免严重的地表下沉和变形。通过充填开采技术的合理运用,可以合理充填采空区,支撑围岩,避免岩石严重沉陷,降低采空区的位移难度,合理调整采空区,从而建立新的工作层,为后续开采作业创造有利条件。

3、充填采矿技术的特点

充填技术在矿产开采中应用广泛,主要是指在落矿、运输及相关作业的各个环节,用相应的充填材料同时充填采空区,以保证采矿作业的稳定性和持续性。在一些开采难度大、岩石结构不够稳定的矿山,应用充填技术可以保护生态环境,安全稳定运行。充填技术在黄金矿山开采中的应用具有以下特点:一是能有效减少顶板冒落和片帮带来的后续问题,有效提高工作面和围岩的结构稳定性,提高采矿作业的安全水平。其次,采切作业量小,作业过程灵活性强,作业过程中矿石的风险概率能够得到很好的控制,将绿色矿山环保的理念落实到采矿作业中。三是成本控制优势明显。在实际操作过程中,可以根据情况选择现有的自然资源作为充填材料的组成部分,有效地控制了整体成本。

4、矿山充填自动化控制技术的应用

4.1高度机械化采矿技术

现代采矿技术为能提高效益,降低成本、节约人力和加大安全采矿作业,采矿方法向大参数、大采场、高阶段、连续作业的方向发展。自20世纪80年代以来,各种无轨设备的研制和推广不仅使得凿岩、铲装、运输等主要工序配备了功能齐全的无轨设备,而且几乎所有的辅助作业也逐步实现了机械化。机械化作业效率高、机动性强、产能大,为连续采矿技术的实现创造了条件;同时,机械化必须通过连续化生产才能充分发挥其高效高产的优势,即以整个矿段作为大型采场,在上下连续多个矿段分别平行进行采切、回采、充填工序等,采矿作业分工序在不同的空间和时序上平行进行,整体向前连续推进。此外,要想真正实现采矿的高效高产,除了采场作业的连续生产之外,提升系统、外部运输系统和管理调度系统的优化配套也必不可少。目前这种高度机械化的采矿技术在国内外的发展从工艺技术、设备配套、控制技术等方面均日臻成熟,已开始进入推广使用阶段。机械化采矿技术在今后的应用将会更加广泛。

4.2使用CMS激光系统测量采空区

采矿产业的自动化生产程度直接影响着企业的发展,在发展充填采矿工艺中自动化控制技术占有非常重要的作用,充填采矿技术能进一步完善运用自动化控制技术的优点。3D激光探测技术的新型探测方法的一种就是CMS探测系统。这体系经过实施全面全自动高精度实时扫描三维空间,然后获得完整、全面、持续、关联的全景点三维坐标数据,把目标整体构造和形态特点真实地描述出来。通过目标建立三维模型,要正确地掌握好采空区形状大小,这样可以正确的展开充填工作,提供充填效率。

4.3新设备

目前,在我国,矿山充填作业技术主要是人工进行的,自动化程度和机械化程度较低,对采矿效率有一定的影响。因此,有关公司需要积极开发和升级高度自动化和机械化的灌装设备,例如盘式过滤器、真空过滤器、陶瓷过滤器和高性能增稠剂等,可以通过机械设备增加井下充填量,从而满足采矿和冶金建设的需求。

4.4电气自动化技术

电气自动化技术覆盖面积较大,具有集成性和综合性的特质,广泛应用于技术和仪表等方面,为矿山生产提供了丰富多样的控制系统。矿产属于不可再生资源,在我国,由于矿山地形地貌形态各异,开采方式不统一,勘探和开采难度极大。矿山生产中不同环节操作不同,仅仅依赖于传统开采理念和手段,不能进行合理、安全开采,甚至有可能因为预期探测的不准确造成矿山塌方。在矿山生产中引入电气自动化控制,如使用液压支架、刮板输送机、带式输送机、刨煤机等,可保障挖掘前勘测的精确度,有助于提升矿井生产力,提高工作效率和安全性。此外,矿产资源挖掘后的运输环节,运用电气自动化设备可增加矿产运输和清理环节矿产资源的利用率,进而增加工程度的整体竞争优势。

结束语:为保证我国矿产资源的正常需求,必须发展绿色采矿模式,无废料采矿技术已纳入我国中长期科技发展规划,而矿山固体废料充填采矿工艺是绿色采矿的主体支撑技术,无废、少废采矿工艺技术的创新及其技术的工程化集成配套,将成为我国矿山技术的主要发展方向。

参考文献

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[2] 振华猛.浅析现代采矿理念及充填采矿技术[J].科技创新与应用,2016(06):147.

[3] 许士奎,罗光敏,牛田瑞.探讨充填采矿技术应用发展及存在问题[J].世界有色金属,2018(19):54+56.