某鐵礦充填系統設計優化與超聲波液位計技術改造

 

引言

石人溝鐵礦充填站共有４套充填料漿制備系統，每 套充填系統設兩個砂倉、一 個 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，倉體設置有人行檢查孔，砂倉頂部裝有重錘料位計。礦 渣微粉倉主體部分高１０ｍ，直徑５．０ｍ，總高２１ｍ，有效容積２３０ｍ３，倉頂設置重錘料位計及袋式除塵器，底 部 配 有 螺旋給料機及螺旋秤，螺旋給料機zui大給定頻率５０Ｈｚ，zui大給料量１６ｔ／ｈ；攪拌桶直徑２ｍ，高２．１ｍ，桶體頂部設平臺并安裝有超聲波液位計及４５ｋＷ 攪拌 電 機，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％，經泵送至充填站 砂 倉。砂倉內的尾砂經過沉淀后和水泥按一定配比在攪 拌桶內進行混合攪拌，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。

 

１ 充填系統存在的問題

———攪拌桶內的液位無法精確測量。攪拌桶內的液位測量通過安裝在攪拌桶頂部的超聲波液位計來實現，由 于攪拌桶在工作時是密封的，內部既有尾砂，又有水泥粉塵，并且攪拌時會造成液面大幅波動，復雜的環境造成超聲波液位計無法準確測量，進而造成攪拌桶料漿制備時不是不

足就是外溢，料漿制備無法正常進行。

 

———閘板調節閥閥芯及閥體磨損嚴重。閘 板 調 節 閥 是流量控制系統中的活動部件，不斷地節流和經常地切斷流量，由于控制的介質是尾砂，放砂時無數微小顆粒夾帶在高速流體中流動，撞擊并沖刷掉閥內件的金屬，使 閥 芯 和閥座接合面由于嚴重磨損而關不嚴，造成無法精確控制放砂流量。

 

———充填造漿系統性 能 差。充填砂倉內造漿系統壓氣管道過細，管徑僅 為 ２５ｍｍ，高壓風流量不夠，不易 將 尾礦料漿均化和流態化，造 漿 時 間 過 長，砂倉底部尾砂板結情況不能有效解決，無法形成連續放砂。

 

———現場設備均為手 動 控 制。充填作業時現場設備均為手動控制，無法根據充填工藝要求實現遠程自動控制，主要表現在放砂流量無法精確控制、水泥流量無法精確控制、攪拌桶內液位無法控制在合理的范圍內等。

 

２ 充填系統的優化設計與改造

２．１ 攪拌桶液位實現精確測量

攪拌桶內液位無法測量的主要原因是攪拌桶內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，超聲波液位計安裝在管道頂部位置。經過改造后，引出管道內的液位波動幅度遠小于攪拌桶內的液位波動幅度，同時也隔絕了攪拌桶內的水泥粉塵，超聲波液位計可以實現正常測量工作。

 

２．２ 選用膠管閥替代閘板閥

針對普通閘板閥存在的磨損問題，經過多方研究選型，zui終選用膠管閥代替閘板閥。膠管閥門采用全通徑設計，機械部分受到保護，僅 有 橡 膠 管 接 粗 到 介 質，驅 動 裝 置 在閥體外不 受 介 質 浸 蝕，閥門啟閉方便靈活，密 封 性 能 好，杜絕了跑冒滴漏等現象的發生，閥門磨損時只需更換橡膠管，簡單方便，降低了工人的勞動強度。

 

２．３ 加粗壓氣管道

針對充填砂倉內造漿系統壓氣管道管徑過細問題，對原來的管道 進 行 了 拆 除，改 換 成 直 徑 為 １０８ｍｍ 的壓 風 管道，并采用了新式噴 嘴，經 過 改 造 后，可有效消除砂倉底部尾砂板結情況，造 漿 時 間 短，尾礦料漿均化和流態化程度高，實現了連續放砂。

 

２．４ 自動控制系統采用 ＤＣＳ系統

針對現場設備只能單體手動控制的情況，新 增 一 套ＤＣＳ自動化控制系統。ＤＣＳ系統采用ＰＩＤ算法可實現對被控對象的閉環控制及數據處理，該系統控制功能強、可 靠性高，通過采集現場安裝的各類儀表及控制設備的反饋信號，可實現對整個充填系統的運行監測及控制。通 過 改造，充填系統中所有的電動閥門、攪拌桶、螺旋給料 機 等均實現了遠程控制。充填工藝的三個主要控制對象，即 放砂流量、水泥流量、攪拌桶內液位均實現了閉環控制，連續性充填系統改造成功。ＰＩＤ算法控制原理見圖１。

———放砂流量的閉環 控 制。通過安裝在放砂管道上的超聲波流量計，實時采集放砂流量，并把該流量信號傳送至 ＤＣＳ系統，ＤＣＳ系統 經 過 運 算，根據放砂流量設定值，可實時調節放砂管道上的電動閥門的開啟度，實 現 對 流 量的精確控制。

 

———水泥給料量的閉環控制。根據充填工藝要求，尾砂和水泥是按照一定的配比進行混合，制成一定濃度的料漿充填到井下空區。通過安裝在螺旋給料機出口的水泥稱，實時采集 水 泥 給 料 重 量，并把該重量信號傳送道 ＤＣＳ系統，ＤＣＳ系統經過運 算，根據水泥重量設定值，實 時 調 節螺旋給料機變頻器的輸出頻率，實現對水泥給料量的精確控制。

 

———攪拌 桶 液 位 的 閉 環 控 制。 由于攪拌桶內的液位是 隨 時 變 化 的，為防止攪拌桶出現溢流或放空情形，需要把攪拌桶內的液位控制在一個合適的范圍內 。通 過 安裝在攪拌桶上的超聲波液位計， 實時采集攪拌桶內液位，并把該液位信號傳送至 ＤＣＳ系統，ＤＣＳ系統 經 過 運算，根據攪拌桶液位的設定值，可 實 時 調 節 攪 拌 桶 出 口放漿管道上電動閥門的開啟度，實現對攪拌桶內液位的精 確 控 制。

 

３ 改造后的效果

經過對充填系統的一系列改造，石人溝鐵礦zui終實現了充填系統的高濃度連續放砂、連 續 充 填 工 藝，單 套 充 填系統日充填能力達到２５００ｍ３ 以上，同時大幅降低了職工的勞動強度，節省了人力成本，改造后充填現場由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見圖２。

４ 結語

石人溝鐵礦連續型充填系統的改造成功，為 該 礦 采 用嗣后充填法采礦，治理井下采空區創造了必備條件，走 出了一條綠色科學的發張之路，同時為該行業的創新發展積累了寶貴的經驗。

 

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