王亞東

摘要：本文根據(jù)礦山工程現(xiàn)場實地工作情況，采用先進創(chuàng)新技術(shù)，并充將PLC控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用技術(shù)等運用其中。通過搭建以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)，將各分散系統(tǒng)接入到智能化礦山水循環(huán)處理數(shù)據(jù)中心工控系統(tǒng)交換機，該系統(tǒng)利用PLC控制實現(xiàn)了地表水系統(tǒng)范圍內(nèi)設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制，礦山工程的大型設(shè)備需要水循環(huán)系統(tǒng)，同時通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，做到礦山工作區(qū)范圍內(nèi)視頻信號的全覆蓋，在數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一平臺下，利用后臺監(jiān)控畫面的融合功能，歷史曲線查詢等功能，由專業(yè)的調(diào)度操作人員進行遠(yuǎn)程集中管控。礦山水循環(huán)系統(tǒng)主要功能包括工藝設(shè)備的遠(yuǎn)程啟?？刂?，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的曲線顯示，生產(chǎn)參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)定，歷史曲線查詢等功能。

關(guān)鍵詞：礦山;PLC技術(shù);水循環(huán)系統(tǒng)

礦山工程開采需要利用諸多大型固定設(shè)備，其中需要水循環(huán)系統(tǒng)，并為其提供可靠的運行保證。同時，對礦山水循環(huán)有著特殊要求。如何有效獲取并利用礦山地質(zhì)水以及對水源做好必要的水處理措施，對礦山節(jié)約生產(chǎn)用水及為設(shè)備提供良好的安全運行條件具有非常重要的現(xiàn)實意義。

一、水循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

由于PLC機編程簡單、可靠性高、使用方便，系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試工作量小，維修簡單，對于環(huán)境復(fù)雜的地下礦山具備很好的適應(yīng)性，擁有計算機聯(lián)網(wǎng)能力，操作室內(nèi)值班人員可實時監(jiān)控排水系統(tǒng)，進行遠(yuǎn)程排水作業(yè)，便于全礦的自動化生產(chǎn)。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PLC系統(tǒng)框架主要有上位工業(yè)計算機集控平臺、工業(yè)光纖以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)、現(xiàn)場信號采集及控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集傳感器系統(tǒng)、PLC電控柜組成。

（1）系統(tǒng)信號采集有水倉水位，開泵時間，電機電壓、電流，出水口壓力，吸水口真空度，排水流量，各閥門開閉狀態(tài)。

（2）系統(tǒng)控制信號有電機開關(guān)控制，各閘閥開關(guān)控制。

（3）地面監(jiān)測站為最主要的人機交換平臺，利用軟件系統(tǒng)可視界面設(shè)計為3D效果，具有操作簡單且富有人性化的特點，對收集的數(shù)據(jù)進行匯總、報表，執(zhí)行監(jiān)測、報警以及維護、命令等任務(wù)，對各水泵控制電控柜分站進行遙控操作。

2.保護功能

按照設(shè)計，井下排水水泵與排水管路至少要留出1臺備用設(shè)備，如何按照設(shè)定程序自動運行是自動化生產(chǎn)的趨勢。水泵在運行時，若檢測系統(tǒng)檢查到過大或過小的排水流量或電流電壓，PLC機會自動判定水泵故障，停止問題水泵運行，啟動另一臺備用水泵，并發(fā)出報警。

為了確保水倉水位安全，水倉中使用超聲式液位計與投入式液位計兩種檢測儀器，兩種水位監(jiān)測計反饋信息相差較大時進行報警提醒，巡視人員需根據(jù)具體情況檢查現(xiàn)場狀況。

監(jiān)測系統(tǒng)同時會采集和記錄水泵使用情況信息形成歷史數(shù)據(jù)，為工作人員提供排水系統(tǒng)狀況，同時為PLC系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，使各水泵、管路得到均勻磨損的使用狀況。使每臺水泵或管路使用時間相近，防止某個設(shè)備磨損嚴(yán)重或受潮損壞。

3.控制功能系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)啟動方式分為自動、手動、檢修3種模式。

（1）自動模式。在此模式下，PLC系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的水位信息，根據(jù)避峰就谷原則，盡量避免用電高峰期啟動水泵，同時在高峰期來臨前，盡量降低水位。開啟水泵時，排水管路中電磁閥打開，對離心泵充水，在吸水口處真空度達到要求后，接通水泵電機，開始排水。在水位降至安全水位以下后，關(guān)停水泵，并關(guān)上逆止閥，停止水泵電機工作。此狀態(tài)可在無人值守情況下進行。

（2）手動模式。通過井上的上位計算機軟件控制，監(jiān)管人員根據(jù)檢測到的水位、電流、電壓、壓力、流量等傳輸回來的信息，人工選擇水泵的開啟，以及開啟數(shù)量，PLC系統(tǒng)自動完成水泵啟動過程。

（3）檢修模式。對某一水泵進行維修時，現(xiàn)場選擇進入檢修模式，現(xiàn)場控制的優(yōu)先級大于遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程機上只能對該水泵的數(shù)據(jù)進行監(jiān)視，無法進行操控。由現(xiàn)場人員控制水泵電機以及各閘閥門，保證檢修人員的安全。

二、礦山污水的主要來源

1.礦山污水的主要來源

（1）在礦床開采過程中大量地下水滲流到采礦工作面，形成礦坑涌水，排至地表后，形成了主要的礦山污水。

（2）露天堆放大量含有硫化礦物的廢石，由于與水或水汽接觸，從而形成含有金屬離子和硫酸根離子的酸性污水。

（3）在選礦過程中產(chǎn)生的廢水，廢水量大，污染嚴(yán)重，廢水的污染物質(zhì)主要是泥土、礦物粉末等為主體的混懸物質(zhì)以及浮選藥劑。

2.礦山污水主要污染物

（1）懸浮物。包括有機及無機懸浮物，如微細(xì)的礦石粉末、泥沙、浮渣、煤粒、填料以及尾礦庫內(nèi)沒有充分沉淀的物質(zhì)、車間及設(shè)備場所跑冒的浮油等。

（2）有機有毒物。選礦藥劑、煤炭顆粒、油脂、生物代謝產(chǎn)物、木材以及其他物質(zhì)的氧化分解產(chǎn)物等。

（3）無機有毒物。在采選過程中產(chǎn)生的各種金屬離子如汞、鎘、鉛、鉻、砷、銅、鋅、鈷、硒等，以及氰化物、氟化物和其他溶解性鹽。

（4）酸堿性廢水。含硫礦物在開采、選別過程中，礦石氧化、水解生成的各種酸性廢水、堿性廢水。

（5）油類。石油的開采，礦山開采設(shè)備、車間用油，油庫等地管理不善造成跑冒漏滴的油污類。

（6）放射性。核燃料金屬礦在采選過程中產(chǎn)生的粉末、廢水中含有鈾、釷、鐳等放射性污染物。

三、系統(tǒng)實施

1.礦山用水源熱泵自動化完善

礦山用水源熱泵系統(tǒng)主要包括五個機組，一套礦山用水控制系統(tǒng)，一臺上位機系統(tǒng)，主要功能是供給整個礦山用水系統(tǒng)，其中一號和二號機組負(fù)責(zé)礦山用水系統(tǒng)，每個機組包括一套和利時LM系列CPU系統(tǒng);三到五號機組負(fù)責(zé)礦山工程用水系統(tǒng)，每個機組包括兩套和利時LM系列CPU系統(tǒng)，每個機組包含一個觸摸屏，操作模式為現(xiàn)場操作，工作數(shù)據(jù)在觸摸屏上進行顯示，機組外的其他泵由礦山用水控制系統(tǒng)進行控制，并且已經(jīng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制操作功能，現(xiàn)根據(jù)智慧礦山的建設(shè)要求，需要將現(xiàn)場每個機組的數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)水源熱泵所有設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制，利用機組本身自帶的通訊接口，采用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)采集，并從硬件和軟件方面入手，最終實現(xiàn)的機組數(shù)據(jù)采集和水源熱泵系統(tǒng)的集中控制，最終達到系統(tǒng)無人值守的目的。

2.完成礦山地表水系統(tǒng)的融合，實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制和監(jiān)視

各分系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過礦山地質(zhì)表面外網(wǎng)管線的鋪設(shè)，在保存現(xiàn)場操作電腦的前提下，將控制信號和視頻監(jiān)控信號分別傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，實現(xiàn)了在同一的平臺下對現(xiàn)場設(shè)備的集中控制。

3.增強礦山水系統(tǒng)的柔性

在絕大多數(shù)系統(tǒng)中都存在許多不確定的因素，礦山系統(tǒng)也不例外。把一個系統(tǒng)適應(yīng)不確定條件的能力稱之為柔性。為了在發(fā)生意外的情況下盡可能小地影響周圍環(huán)境，使礦山能夠持續(xù)、健康發(fā)展，必須考慮礦山水系統(tǒng)的柔性問題。增強系統(tǒng)柔性，不但要從本身做好各環(huán)節(jié)的銜接準(zhǔn)備，更要與礦山之外的相關(guān)系統(tǒng)保持和諧的疏通關(guān)系。當(dāng)內(nèi)部有空缺就從外界輸入，相反，當(dāng)有多余則可輸出，通過輸入輸出使礦山水系統(tǒng)具備相當(dāng)?shù)木彌_能力，從而建立起相對穩(wěn)定的水系統(tǒng)，進而促進礦山的可持續(xù)發(fā)展。

4.減少進入礦區(qū)的水量

采取必要的措施，盡可能地減少通過各種途徑進入礦山的水源，是預(yù)防礦山廢水污染的重要途徑。采取的措施通常是在礦山邊界開挖排水溝或引流渠，截斷各種地表水進入礦區(qū)、露天采場、礦石及廢石堆積場，防止通過滲漏進入井下：對廢棄的凹地、與井下相通的塌陷裂隙、廢棄鉆孔、溶洞等，需要進行排水、填堵等復(fù)地工作：對廢石堆積地應(yīng)進行必要的密封，正在使用的堆積場也需要作適當(dāng)防范處理。另外，應(yīng)采取封閉礦坑、排水疏干、預(yù)先灌漿堵水、平整礦區(qū)、植被固土等措施，最大限度地減少進入礦區(qū)的水量。

5.革新生產(chǎn)工藝

地下開采時，選擇能使頂板及上部巖層少產(chǎn)生或不產(chǎn)生裂隙的方法，防止地表水經(jīng)裂隙進入礦井：露天開采時，下邊坡應(yīng)留礦壁，防止地面水流入采場，并注意合理布置采場排水溝。應(yīng)采用不用水或少用水的生產(chǎn)工藝，不用或少用會產(chǎn)生污染的原料、材料、生產(chǎn)工藝或設(shè)備。選礦方面應(yīng)選擇污染程度小的工藝，選用高效、高選擇性的藥劑，減少藥劑投放量。

四、結(jié)論

采用的礦山水循環(huán)處理方法，相對于使用開式給水系統(tǒng)能夠充分改善設(shè)備循環(huán)水水質(zhì)，礦山水循環(huán)系統(tǒng)無人值守系統(tǒng)的實施和運行，標(biāo)志著智慧礦山建設(shè)走了堅實的一部，該系統(tǒng)的順利完成，充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與現(xiàn)場設(shè)備的結(jié)合，最大限度的挖掘人才的潛力，通過合理的人力資源配置，即完成現(xiàn)場循環(huán)工作設(shè)備的遠(yuǎn)程操作，運行狀態(tài)監(jiān)控，基本故障處理和日常的點巡檢工作，通過現(xiàn)場操作模式的改變，提高人員的業(yè)務(wù)水平，擴大業(yè)務(wù)范圍，減輕工人勞動強度，改善工人工作環(huán)境，使一線操作人員由人工崗位操作變?yōu)檠惨曁幚頌橹?，適當(dāng)減少一線人員配置，達到減員增效的目的。