邵國(guó)君，吳定洪，賈文琪，宋小勇，游明忠，張劍業(yè)

(1.國(guó)家電投集團(tuán)貴州遵義產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司， 貴州 遵義市 564300；2.天地(常州)自動(dòng)化股份有限公司， 江蘇 常州市 213015)

0 引 言

國(guó)家電投集團(tuán)務(wù)川鋁礦分公司針對(duì)鋁土礦開(kāi)采首創(chuàng)了長(zhǎng)壁綜采方法。針對(duì)鋁土礦復(fù)雜的地質(zhì)條件與氧化鋁廠對(duì)礦石品位要求嚴(yán)格的矛盾現(xiàn)狀，務(wù)川鋁礦分公司研創(chuàng)了對(duì)不同品位礦石分段開(kāi)采工藝，使鋁土礦盡最大限度保持了原始特性和降低礦石貧化率，提高了鋁土礦的高效開(kāi)采水平[1-3]。

鋁土礦運(yùn)輸系統(tǒng)是由多條膠帶機(jī)直接搭接而成的連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)。工作面開(kāi)采出的不同品位礦石運(yùn)輸至地面后分裝入不同的中轉(zhuǎn)倉(cāng)中，等待運(yùn)輸至氧化鋁冶煉廠。由于無(wú)礦石品位快速檢驗(yàn)儀器，無(wú)法通過(guò)在礦倉(cāng)上口安裝相應(yīng)儀器實(shí)現(xiàn)不同品位礦石分倉(cāng)控制功能。與其相似生產(chǎn)工藝的煤礦通過(guò)設(shè)定中轉(zhuǎn)礦倉(cāng)實(shí)現(xiàn)煤矸分開(kāi)運(yùn)輸。在煤礦井下設(shè)置中轉(zhuǎn)倉(cāng)臨時(shí)存儲(chǔ)掘進(jìn)矸石，當(dāng)煤炭開(kāi)采間隙時(shí)運(yùn)輸矸石[4-5]。由于鋁土礦礦石品位變化頻繁，此工藝不適合鋁土礦運(yùn)輸。本文針對(duì)鋁土礦的生產(chǎn)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)礦石品位識(shí)別跟蹤系統(tǒng)，使多種品位礦石在運(yùn)輸系統(tǒng)中能連續(xù)運(yùn)輸，礦石運(yùn)至地面后能根據(jù)礦石品位準(zhǔn)確裝載至對(duì)應(yīng)中轉(zhuǎn)倉(cāng)。

1 鋁土礦工作面按礦石品位分段開(kāi)采

國(guó)家電投集團(tuán)務(wù)川鋁礦分公司瓦廠坪鋁土礦礦區(qū)面積10.13 km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力100 萬(wàn)t/a，采用平硐+盲斜井開(kāi)拓，全礦井劃分為東、西兩翼開(kāi)采。礦井設(shè)計(jì)首采東翼一采區(qū)的1102 工作面，運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為770 m，該采面可采儲(chǔ)量約43萬(wàn)t。1102工作面范圍內(nèi)礦體厚度總體較穩(wěn)定，真厚度大部分在2 m左右，最小真厚0.5 m，最大真厚超過(guò)3 m，礦體平均真厚1.97 m。礦體厚度變化規(guī)律不明顯，局部礦體厚度變化較大，但厚薄變化的過(guò)渡較為平穩(wěn)。通過(guò)對(duì)不同位置的礦石成分采樣化驗(yàn)，鋁硅比最大值69.67，最小值4.88，平均31.20。當(dāng)采高設(shè)定為2 m時(shí)，礦石鋁硅比最大值53.4，最小值4.01，平均20.22。

通過(guò)對(duì)瓦廠坪兩礦山地質(zhì)資料的詳細(xì)分析，礦石品位分布變化幅度較大，采高范圍變化亦較大，在同一工作面不同塊段的礦石質(zhì)量都有較大差異。如果在同一工作面內(nèi)混采、混運(yùn)，將會(huì)導(dǎo)致礦石質(zhì)量急劇下降，甚至成為廢礦。為此，必須在工作面實(shí)現(xiàn)分段開(kāi)采(見(jiàn)圖1)。在回采前通過(guò)采樣化驗(yàn)對(duì)工作面礦石品位進(jìn)行確認(rèn)，并按照不同的品位區(qū)間在工作面斜長(zhǎng)上劃分為若干開(kāi)采區(qū)段。礦總工程師根據(jù)不同品位區(qū)間的實(shí)際參數(shù)確定采礦機(jī)等設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，制定當(dāng)期工作面開(kāi)采方案，采礦工人回采時(shí)按開(kāi)采方案對(duì)不同品位區(qū)間礦石進(jìn)行分采與控制。

圖1 工作面分采

2 運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

瓦廠坪礦主運(yùn)輸系統(tǒng)由7條膠帶機(jī)直接搭接組成。各膠帶機(jī)搭接關(guān)系如圖2所示。各設(shè)備參數(shù)如表1所示。如果工作面開(kāi)采礦石品位發(fā)生變化時(shí)等待原品位的鋁土礦運(yùn)輸至地面裝倉(cāng)完畢再開(kāi)采新礦石則生產(chǎn)效率將大大降低。瓦廠坪礦整個(gè)運(yùn)輸距離為5165 m，礦石至工作面開(kāi)采出后運(yùn)輸至地面所需時(shí)間為 2066 s，即當(dāng)工作面開(kāi)采品位發(fā)生變化是，工作面需停產(chǎn)等待約34 min，嚴(yán)重降低了鋁土礦的產(chǎn)量。

圖2 瓦廠坪礦運(yùn)輸系統(tǒng)

序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)安裝地點(diǎn)型號(hào)速度/(m/s)長(zhǎng)度/m運(yùn)力/(t/h)1刮板輸送機(jī)工作面SGZ764/2×3751．11252轉(zhuǎn)載機(jī)順槽SZZ764/3751．8503膠帶機(jī)順槽DSJ800/2?752．57806004膠帶機(jī)轉(zhuǎn)載巷DTII(A)100/70/2?552．51257005膠帶機(jī)膠帶下山DTC100/70/2?3152．511607006膠帶機(jī)2號(hào)膠帶巷DTII(A)100/70/752．52207007膠帶機(jī)925主平硐DTII(A)100/70/752．522507008膠帶機(jī)出硐皮帶DTII(A)100/70/1322．53907009膠帶機(jī)礦倉(cāng)上口DTII(A)100/70/552．5240700

3 識(shí)別跟蹤系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)不同品位礦石的連續(xù)運(yùn)輸，需準(zhǔn)確識(shí)別不同品位礦石在運(yùn)輸線(xiàn)上的分布，且不同品位礦石需間隔一段距離，確保運(yùn)輸過(guò)程各種異常工況及分倉(cāng)控制時(shí)不會(huì)發(fā)生混料。

工作面生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備如圖3所示，主要由采礦機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、順槽膠帶機(jī)組成?？刂葡到y(tǒng)組成如圖4所示，主要由工作面監(jiān)控系統(tǒng)、運(yùn)輸線(xiàn)礦石品位監(jiān)控系統(tǒng)，地面分倉(cāng)控制系統(tǒng)組成。采礦機(jī)通信控制分站完成采礦機(jī)運(yùn)行監(jiān)控及數(shù)據(jù)通信，工作面運(yùn)輸設(shè)備監(jiān)控分站完成刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等運(yùn)輸設(shè)備監(jiān)控。工作面正常采礦生產(chǎn)時(shí)，采礦機(jī)司機(jī)按制定的開(kāi)采方案控制采礦機(jī)牽引和前后搖臂高度開(kāi)采礦石。當(dāng)開(kāi)采礦石品位發(fā)生變化，刮板機(jī)已將原礦石裝載完時(shí)，采礦機(jī)司機(jī)在遙控器上輸入即將開(kāi)采的礦石品位編號(hào)，采礦機(jī)通信控制分站將礦石品位變化信息傳輸至工作面監(jiān)控主站，工作面監(jiān)控主站發(fā)出采礦機(jī)牽引閉鎖信號(hào)至采礦機(jī)通信控制分站，停止采礦機(jī)牽引。工作面刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，工作面監(jiān)控主站監(jiān)測(cè)刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，在轉(zhuǎn)載點(diǎn)將原品位礦石運(yùn)輸完成且延時(shí)一段時(shí)間T后解除采礦機(jī)牽引閉鎖，工作面可繼續(xù)割礦，使不同品位礦石在運(yùn)輸設(shè)備上留出一段空載距離。同時(shí)工作面監(jiān)控主站將新礦石品位編號(hào)發(fā)送至順槽皮帶物料監(jiān)測(cè)分站。每條膠帶機(jī)配有物料監(jiān)測(cè)裝置，完成不同品位礦石在本條膠帶機(jī)上的分布監(jiān)測(cè)。分倉(cāng)PLC控制柜監(jiān)測(cè)來(lái)料品位，控制犁式卸料器，使不同品位的礦石落入相對(duì)應(yīng)的礦倉(cāng)中。

圖3 工作面設(shè)備布置

4 運(yùn)輸線(xiàn)礦石品位識(shí)別

在各運(yùn)輸膠帶機(jī)機(jī)尾與上游膠帶機(jī)裝載點(diǎn)安裝物料監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)上游膠帶機(jī)來(lái)料情況及本條膠帶機(jī)運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)各條膠帶機(jī)上不同礦石品位分布情況監(jiān)測(cè)。各物料監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)通信，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)輸線(xiàn)礦石品位分布監(jiān)測(cè)。物料

監(jiān)測(cè)裝置由物流傳感器、膠帶位移檢測(cè)傳感器、監(jiān)測(cè)分站等設(shè)備組成。物流傳感器監(jiān)測(cè)與上游膠帶機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)是否有物料。傳感器采用超聲波測(cè)距原理，通過(guò)測(cè)量當(dāng)前膠帶與傳感器之間的距離來(lái)判斷測(cè)量點(diǎn)是否有物料。皮帶位移檢測(cè)傳感器用于檢測(cè)皮帶移動(dòng)距離。傳感器安裝于皮帶的下表面，采用霍爾原理計(jì)數(shù)脈沖，信號(hào)處理板采集處理脈沖信號(hào)，根據(jù)脈沖個(gè)數(shù)可計(jì)算得出膠帶機(jī)所走過(guò)的行程。監(jiān)測(cè)分站采集轉(zhuǎn)載點(diǎn)料流信號(hào)、皮帶移動(dòng)距離信號(hào)，通過(guò)計(jì)算，以分段的形式輸出皮帶上物料分布狀態(tài)。檢測(cè)儀通過(guò)軟件設(shè)置將膠帶機(jī)分為多段，通過(guò)對(duì)每個(gè)點(diǎn)的載荷量和膠帶機(jī)位移積分計(jì)算膠帶機(jī)上每個(gè)段的載荷量，每一段的負(fù)載量用0，1，2，3分別表示為空載、輕載、半載、重載。同時(shí)，監(jiān)測(cè)分站根據(jù)上游來(lái)料類(lèi)型可計(jì)算出本條膠帶機(jī)每一段的物料類(lèi)型，并將相應(yīng)信息傳輸至下游膠帶的監(jiān)測(cè)分站。

圖5 膠帶機(jī)礦石品位分布監(jiān)測(cè)

圖6 膠帶物料分段顯示

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)鋁土礦開(kāi)采出的礦石品位變化頻繁的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了膠帶機(jī)運(yùn)輸?shù)V石品位識(shí)別系統(tǒng)，使運(yùn)輸系統(tǒng)可連續(xù)運(yùn)輸不同品位的礦石，提高了鋁土礦的開(kāi)采效率。在后續(xù)研究中還需針對(duì)多個(gè)工作面同時(shí)生產(chǎn)的現(xiàn)狀，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性。

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