吳位民，李 術(shù)，趙志武

（1.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300220；2.唐山曹妃甸實(shí)業(yè)港務(wù)有限公司，河北唐山 063200）

引言

國(guó)內(nèi)礦石碼頭料場(chǎng)起初設(shè)計(jì)大多是基于汽車運(yùn)輸模式，隨著鐵礦石鐵路運(yùn)力的加大，一些礦石碼頭料場(chǎng)工藝設(shè)計(jì)時(shí)候要求預(yù)留火車運(yùn)輸?shù)慕涌跅l件。汽運(yùn)是在料場(chǎng)內(nèi)靠裝載機(jī)裝車，可以多點(diǎn)同時(shí)作業(yè)，所以汽運(yùn)能力非常大，但是會(huì)造成礦石裝卸和運(yùn)輸環(huán)節(jié)的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。2018 年4 月2 日，中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第一次明確提出要調(diào)整運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，減少公路運(yùn)輸量，增加鐵路運(yùn)輸量（簡(jiǎn)稱“公轉(zhuǎn)鐵”）。鑒于此，鐵路部門在加大鐵路線建設(shè)的同時(shí)，各地礦石碼頭也在對(duì)原有料場(chǎng)進(jìn)行升級(jí)改造，改造后的工藝設(shè)備不僅能促使“公轉(zhuǎn)鐵”運(yùn)輸模式轉(zhuǎn)變，而且還可以減少當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染，促進(jìn)礦石碼頭向著“安全、環(huán)保、綠色、智能”方向發(fā)展。

1 礦石碼頭料場(chǎng)改造方案

1.1 料場(chǎng)工藝流程

在曹妃甸礦石碼頭二期料場(chǎng)中，礦石在料場(chǎng)緩存之后對(duì)外運(yùn)輸方式為汽運(yùn)，所以原料場(chǎng)工藝設(shè)備布置時(shí)，料場(chǎng)皮帶機(jī)BDQ1 上面僅有堆料機(jī)D1，能力為9 000 TPH。抓斗卸船機(jī)把物料轉(zhuǎn)運(yùn)至卸船漏斗中，通過(guò)皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)和堆料機(jī)懸臂皮帶機(jī)把物料堆放至料場(chǎng)，再通過(guò)裝載機(jī)裝車實(shí)現(xiàn)汽車外運(yùn)，在此基礎(chǔ)之上還需要實(shí)現(xiàn)火車裝車功能。料場(chǎng)場(chǎng)地資源面積不可能擴(kuò)大，料場(chǎng)長(zhǎng)度在1 500 m 左右，根據(jù)條形料場(chǎng)的特點(diǎn)，選擇在同一條皮帶機(jī)上面新增一臺(tái)斗輪取料機(jī)Q1，能力為6 000 TPH，實(shí)現(xiàn)堆料、取料組合作業(yè)的工藝流程。斗輪取料機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至懸臂皮帶機(jī)上面，再通過(guò)料場(chǎng)皮帶機(jī)BDQ1 轉(zhuǎn)運(yùn)至可逆皮帶機(jī)VBC 上面，通過(guò)切換流程實(shí)現(xiàn)不同BZ 皮帶機(jī)線的作業(yè)控制，最終把物料送達(dá)裝車緩沖倉(cāng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)火車裝車功能。通過(guò)料場(chǎng)皮帶機(jī)在礦石碼頭卸船和裝車流程中起到承前啟后的作用，實(shí)現(xiàn)卸船、裝車和卸船裝車同時(shí)作業(yè)的功能，并可以在不同的作業(yè)模式下進(jìn)行隨機(jī)切換，該工藝流程為國(guó)內(nèi)首次實(shí)踐。圖1 為料場(chǎng)工藝流程示意圖。

圖1 料場(chǎng)工藝流程示意圖

1.2 堆、取料機(jī)方案布置

堆料機(jī)的軌距8 m，臂長(zhǎng)43 m。由于堆料機(jī)在皮帶機(jī)來(lái)料方向牽引一個(gè)尾車，尾車上面的改向滾筒纏繞在料場(chǎng)皮帶機(jī)BDQ1 上面，料場(chǎng)皮帶機(jī)單向運(yùn)行，同時(shí)，取料機(jī)盡量布置靠近裝車方向，所以取料機(jī)選擇布置在料場(chǎng)出料一端。堆料機(jī)軌距8 m，臂長(zhǎng)43 m，堆料額定能力9 000 TPH，回轉(zhuǎn)角度±170°；取料機(jī)軌距保證8 m 不變，臂長(zhǎng)59 m，回轉(zhuǎn)角度±175°，取料額定能力6 000 TPH。為了實(shí)現(xiàn)裝車功能，料場(chǎng)皮帶機(jī)BDQ1 頭部需要抬起一定高度并延伸至轉(zhuǎn)接塔里面，與移動(dòng)皮帶機(jī)轉(zhuǎn)接，這樣根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土地資源情況盡可能保證料場(chǎng)的使用面積。堆料機(jī)尾部車檔后移至料場(chǎng)極限位置，大機(jī)檢修錨固頂升設(shè)備和基礎(chǔ)重新安裝施工，臂架防風(fēng)支架從頭部移動(dòng)至尾部，臂架回轉(zhuǎn)至最大角度時(shí)進(jìn)行錨固。取料機(jī)位置根據(jù)臂架水平回轉(zhuǎn)零度時(shí)高度和皮帶機(jī)起弧段位置進(jìn)行確定，大機(jī)檢修錨固頂升設(shè)備和基礎(chǔ)重新安裝施工。為了使料場(chǎng)利用率最大化，堆料機(jī)臂架防風(fēng)支架移動(dòng)至料場(chǎng)皮帶機(jī)BDQ1尾部且臂架回轉(zhuǎn)至170°位置時(shí)進(jìn)行臂架錨定；取料機(jī)在不工作時(shí)需要移動(dòng)至料場(chǎng)皮帶機(jī)BDQ1 頭部進(jìn)行臂架固定，臂架防風(fēng)支架選擇20°-30°回轉(zhuǎn)角度時(shí)進(jìn)行臂架固定。

2 取料裝車流程研究

礦石碼頭典型的工藝流程如下：進(jìn)口礦石船在深水碼頭經(jīng)過(guò)卸船機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至皮帶輸送線，經(jīng)過(guò)連續(xù)的皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)，把物料運(yùn)達(dá)料場(chǎng)，再經(jīng)過(guò)堆料機(jī)實(shí)現(xiàn)堆料，根據(jù)不同的貨代和買方把物料分區(qū)域、分垛位堆存。堆料設(shè)備有堆料機(jī)或者堆取料機(jī)。礦石一般會(huì)卸至料場(chǎng)堆存后再進(jìn)行裝車。裝車流程從料場(chǎng)開(kāi)始，通過(guò)堆、取料機(jī)或者裝載機(jī)等具有取料功能的設(shè)備進(jìn)行取料，并把物料運(yùn)送至皮帶機(jī)上面，通過(guò)轉(zhuǎn)接和連續(xù)運(yùn)輸，物料運(yùn)送至裝車樓緩沖倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行定量裝車。如果卸船、裝車不同時(shí)進(jìn)行，目前工藝流程成熟；但是如果卸船和裝車共用一條料場(chǎng)皮帶機(jī)，則涉及到復(fù)雜的工況邏輯控制。

3 堆、取作業(yè)控制原則

3.1 工藝流程控制原則

料場(chǎng)皮帶機(jī)BDQ1 上既有堆料機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)原有料場(chǎng)物料通過(guò)鐵路運(yùn)輸，在原有皮帶機(jī)上新增了取料機(jī)。要實(shí)現(xiàn)堆取共線模式，料場(chǎng)皮帶機(jī)必須要既滿足堆料工藝，又要滿足取料工藝。堆料工藝流程中，BDQ1 皮帶機(jī)下游設(shè)備（堆料機(jī)懸臂皮帶機(jī)）必須先運(yùn)行，BDQ1 皮帶機(jī)及其上游設(shè)備才能依次運(yùn)行。BDQ1 皮帶機(jī)下游設(shè)備（堆料機(jī)懸臂皮帶機(jī)）只要停機(jī)，則BDQ1 皮帶機(jī)及其上游設(shè)備必須全部停機(jī) (否則堵料) 。取料工藝中，BDQ1 皮帶機(jī)下游設(shè)備（VBC 與BZ 皮帶機(jī)）必須先運(yùn)行，BDQ1皮帶機(jī)及其上游設(shè)備（取料機(jī)懸臂皮帶機(jī)）才能運(yùn)行。BDQ1 皮帶機(jī)下游設(shè)備（VBC 與BZ 皮帶機(jī)）停機(jī)，則BDQ1 皮帶機(jī)及其上游設(shè)備（取料機(jī)懸臂皮帶機(jī)）必須停機(jī)(否則堵料)。

3.2 堆、取料機(jī)運(yùn)行安全控制

由于堆、取料機(jī)共軌作業(yè)，特別是同時(shí)作業(yè)時(shí)候，兩臺(tái)設(shè)備存在回轉(zhuǎn)作業(yè)范圍交叉現(xiàn)象。為了滿足安全操作的要求，對(duì)堆、取料機(jī)兩臺(tái)設(shè)備配備GPS 位置定位系統(tǒng)和RFID 自動(dòng)識(shí)別定位系統(tǒng)，安全控制措施不僅有雙保險(xiǎn)定位系統(tǒng)，同時(shí)，在軌道兩端設(shè)置大車車擋，在距離車擋安全距離位置設(shè)置限位開(kāi)關(guān)，確保大車在運(yùn)行至端部時(shí)安全停車。RFID 自動(dòng)識(shí)別定位系統(tǒng)顯示和報(bào)警裝置設(shè)置在堆、取料機(jī)司機(jī)室內(nèi)，在堆料機(jī)或者取料機(jī)回轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)臂架與大機(jī)間的最小安全距離達(dá)到設(shè)定值時(shí)觸發(fā)報(bào)警并能夠及時(shí)停車。

4 運(yùn)行模式及控制邏輯

4.1 運(yùn)行模式

根據(jù)實(shí)際工藝要求，BD 皮帶機(jī)啟動(dòng)設(shè)計(jì)分為三個(gè)模式：堆料模式、取料模式和堆取模式。三個(gè)模式在中控上位機(jī)中選擇，三個(gè)模式的選擇信號(hào)要傳給堆料機(jī)和取料機(jī)。堆料機(jī)和取料機(jī)大機(jī)司機(jī)室內(nèi)要能顯示三個(gè)模式狀態(tài)，同時(shí)要修改取料機(jī)懸皮啟動(dòng)程序。取料機(jī)在堆料模式下，懸皮不能啟動(dòng)；取料模式下，有BDQ1 皮帶運(yùn)行信號(hào)后，懸臂皮帶機(jī)才可以啟動(dòng)；在堆取模式下，同時(shí)有BDQ1 皮帶、VBC 皮帶運(yùn)行信號(hào)、VBC 遠(yuǎn)程控制信號(hào)時(shí)，懸臂皮帶機(jī)才可以啟動(dòng)。堆料機(jī)在任何模式下，堆料機(jī)懸臂皮帶機(jī)都可以啟動(dòng)。根據(jù)以上原則，BDQ1 皮帶機(jī)和堆、取料機(jī)之間建立聯(lián)鎖關(guān)系。

4.2 模式轉(zhuǎn)換及控制邏輯

根據(jù)流程控制邏輯，現(xiàn)對(duì)各種運(yùn)行模式下的皮帶機(jī)啟、?？刂七M(jìn)行分析：

1）堆料模式作業(yè)

堆料機(jī)停機(jī)，BDQ1 皮帶及相關(guān)堆料流程皮帶停機(jī)，取料機(jī)不能運(yùn)行。

堆料流程作業(yè)中，可啟動(dòng)取料流程BDQ1 線下游皮帶機(jī)，但取料機(jī)不能運(yùn)行。

2）取料模式作業(yè)

BZ1-n BZ2-n 停機(jī)，裝車線所有設(shè)備停機(jī)。堆料機(jī)可不停機(jī)。

取料模式作業(yè),BDQ1 皮帶已啟動(dòng)，如果選擇堆料流程BDQ1 上游皮帶啟動(dòng)（危險(xiǎn)操作），需要限制堆料流程上游JL 皮帶不能啟動(dòng)，則堆料流程不能啟動(dòng)。

3）堆料模式作業(yè)下選擇取料模式

堆料機(jī)不停機(jī)，取料流程沒(méi)有運(yùn)行，BDQ1 皮帶停機(jī)，堆料流程停機(jī)。

4）取料模式作業(yè)下選擇堆料模式

取料機(jī)停機(jī)，取料模式下堆料機(jī)沒(méi)有運(yùn)行，BDQ1 皮帶停機(jī)，取料裝車流程BDQ1 下游皮帶不停機(jī)。

5）堆料模式作業(yè)下選擇堆取料模式

堆料流程不停機(jī)，裝車流程BDQ1 下游皮帶全啟后，取料機(jī)再啟動(dòng)（VBC 皮帶運(yùn)行為前提條件）。

6）取料模式作業(yè)下選擇堆取料模式

取料流程不停機(jī)，此時(shí)BDQ1 皮帶已經(jīng)啟動(dòng)，先啟動(dòng)堆料機(jī)，堆料流程BDQ1 上游皮帶方可啟動(dòng)。

7）堆取料模式作業(yè)下選擇堆料模式

取料機(jī)停機(jī)，堆料流程不停機(jī)，取料裝車流程皮帶不停機(jī)。VBC 及下游皮帶機(jī)上物料全部進(jìn)入裝車緩沖倉(cāng)后按順序停機(jī)。

8）堆取料模式作業(yè)下選擇取料模式

堆料流程從皮帶機(jī)JLn 及上游皮帶機(jī)按順序停機(jī)，再停堆料機(jī)，BDQ1 不停機(jī)，取料流程不停機(jī)。

9）堆取料模式作業(yè)下裝車線緊停。

裝車樓緊停，BDQ1 不停機(jī)，其后流程涉及的皮帶機(jī)全停機(jī)，堆料機(jī)不停機(jī)，卸船流程繼續(xù)運(yùn)行。

取料機(jī)緊停，取料機(jī)停機(jī)，其余堆料流程，裝車線流程不停機(jī)。

10）堆取料模式作業(yè)下堆料線緊停。

堆料機(jī)停機(jī)，程序中堆取料模式作業(yè)下堆料機(jī)運(yùn)行停止信號(hào)輸出，BDQ1 皮帶停機(jī)，堆料流程BDQ1 上游皮帶全停機(jī)。取料機(jī)停機(jī)。裝車流程BDQ1 下游皮帶不停機(jī)。

堆料流程BDQ1 上游皮帶緊停，BDQ1 皮帶不停機(jī)，堆料機(jī)不停機(jī)，裝車流程設(shè)備不停機(jī)。

11）堆取料模式作業(yè)下BDQ1 皮帶停機(jī)。

堆料流程BDQ1 皮帶機(jī)上游設(shè)備全停機(jī)，堆料機(jī)不停機(jī)。裝車流程取料機(jī)停機(jī)，取料流程BDQ1皮帶機(jī)下游設(shè)備不停機(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)礦石碼頭料場(chǎng)皮帶機(jī)在堆料機(jī)與取料機(jī)共軌作業(yè)布置及工藝控制的研究，總結(jié)出以下結(jié)論：

1）通過(guò)對(duì)同一條料場(chǎng)皮帶與堆料機(jī)、取料機(jī)共軌組合作業(yè)的研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)料場(chǎng)進(jìn)行改造升級(jí)的方法，對(duì)礦石碼頭料場(chǎng)實(shí)現(xiàn)高效利用和綠色生產(chǎn)具有借鑒意義。

2）以料場(chǎng)皮帶機(jī)為突破口，拆分組合卸船和裝車固有的流程，分析各種可能出現(xiàn)的運(yùn)行模式及控制邏輯，最終達(dá)到卸船和裝車作業(yè)的安全、高效和穩(wěn)定。

3）通過(guò)PLC 控制技術(shù)，把所有參與卸船、裝車作業(yè)的設(shè)備串聯(lián)起來(lái)進(jìn)行全流程控制，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)礦石碼頭料場(chǎng)堆取工藝自動(dòng)化作業(yè)奠定基礎(chǔ)。