朱祥德

(貴州遵義匯興鐵合金有限責任公司，貴州 遵義 563000)

隨著國家經(jīng)濟和社會的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，企業(yè)職工安全健康的防護要求越來越高，已經(jīng)成為當前國家及各企業(yè)關注的重點，各礦山均陸續(xù)建設了作業(yè)場所和車場的防火防塵設施，如井下礦井廢水處理設施和井下消火栓系統(tǒng)。但各企業(yè)作業(yè)場的防塵設施及消火栓防火設施均用水泵在井下水倉或某中段溝渠匯流集水倉后取水供水，供水壓力靠水泵或匯流在一定標高的水倉高差提供，動力消耗大，不但運行成本高，水質不穩(wěn)定且無法保障及時連續(xù)供水，缺乏系統(tǒng)化、自動化考慮。研究將經(jīng)過礦井廢水處理系統(tǒng)處理后的達標外排廢水，利用于井下各用水點的技術方案，以及PLC和智能傳感器在井下防塵防火設施設備中的升級改造及未來礦山發(fā)展，并就其可行性進行探討具有重要的現(xiàn)實意義。

1 某礦山及相關廢水設施設備概況

1.1 企業(yè)概況

某錳礦共3個礦段、4個采區(qū)，有2個運輸大巷，各采區(qū)采掘作業(yè)面標高為570.8～675 m，各采區(qū)排水通過采掘點建立臨時水倉，通過由液位開關或人工定時啟動排污水泵，將水倉水提升至784 m大巷，再通過東西方向約高于中間的中央水倉進行收集，污水因通過排水溝渠收集，未完全封閉，自流至784 m中央水倉后水源將再次受到污染，最后利用775 m中央水泵房系統(tǒng)，通過值班人員或簡單液位控制開關啟停泵將水抽到井外的850 m處集中進行井下污水處理，其污水處理系統(tǒng)根據(jù)轄區(qū)政府職能部門要求已經(jīng)建設完成并實現(xiàn)排放在線監(jiān)測達標驗收。其排水口至滅火防塵作業(yè)面高差約200 m。

1.2 井下水處理概況

因原污水收集和排放都是通過井下采掘通道的溝渠和水倉分區(qū)分點位進行水倉簡易收集后，再通過排水泵提升到一定高度的開放式排放，水中顆粒和懸浮物、重金屬等嚴重超標，井下廢水必須進行處理并達標后才能排放。國家專家組就轄區(qū)同類企業(yè)的井下設施設備、防塵防火安全隱患進行了指導和幫扶，針對《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》(GB 16423—2020)[1]中設施設備和重大安全隱患相關條款，以修改后的新標準對井下設施設備和安全進行了重點檢查，并對井下電纜要求使用低煙、低鹵型阻燃電纜等，提出了系列整改意見。企業(yè)綜合未來的發(fā)展和目前實際，及時進行了選址和建設運行水處理系統(tǒng)，其處理量超1 000 m3/d，經(jīng)在線監(jiān)測，各水質排放指標均達到國家《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)[2]Ⅲ類標準。排水中Fe濃度≤1.0 mg/L，達到《貴州省環(huán)境污染物排放標準》(DB 52/864—2013)[3]標準并直接對外排放，為后續(xù)水源的利用和創(chuàng)建一個井下防塵防火的常高壓給水源創(chuàng)造了條件。水處理采用當前同類系統(tǒng)中比較成熟而可行的設施設備，主要工藝為曝氣調(diào)節(jié)+隔油+混凝沉淀+錳砂過濾+紫外線消毒，工藝流程見圖1。

圖1 水處理工藝流程

1.3 井下防塵防火設施設備

企業(yè)現(xiàn)有井下防塵防火僅采取簡單的中段或一定高度的就地集水倉直接取水，或就地應用水泵提升采區(qū)水倉水，通過就地手動控制啟停泵來給防塵防火系統(tǒng)給水。系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，水中有懸浮物和重金屬，其控制簡單，無法保證除塵滅火時第一時間提供穩(wěn)定的水源，且所用水是未處理的污水廢水，不能滿足防塵防火設施設備和人員作業(yè)場所的要求，部分重金屬在霧化使用后易使人中毒或排出井外造成二次環(huán)境污染。同時存在井下集水井排水因自動化程度不高，無法完全實現(xiàn)自動化和無人化控制，無法實時顯示和監(jiān)測現(xiàn)場情況等問題，存在排水、井下作業(yè)人員及設施設備的重大安全隱患，這也為利用PLC、智能傳感器的升級改造和5G物聯(lián)網(wǎng)在井下礦山的應用留下了空間。

2 礦井達標水在井下防塵防火的利用

2.1 在消防常高壓給水系統(tǒng)中的利用

在水處理系統(tǒng)達標水排放口修建一個一定容量的儲水池(通過設置溢流管對原水處理系統(tǒng)進行正常的排放，原有水處理系統(tǒng)功能不受任何影響)，與井下防火等應用點形成一個常高壓給水源。在新建水池上安裝智能液位控制儀器儀表，可實時顯示水池液位和儲水情況，安裝水流量開關或智能壓力表，可實時動態(tài)顯示井下各用水情況，與各采區(qū)用水點安裝的感煙、感溫及防塵傳感器聯(lián)網(wǎng)，便可精準地知道是哪個區(qū)及末端用水的情況。利用比例調(diào)節(jié)電動閥，可根據(jù)末端用水量需要設置水倉大小并及時通過調(diào)節(jié)電動閥對水倉進行自動補水，確保水倉儲備的水量在滅火、除塵或其他應用中的需要。這樣通過智能傳感器和儀器儀表，根據(jù)各液位、流量和電動閥的設置，形成一個自動給水的閉環(huán)控制系統(tǒng)，以達到未端系統(tǒng)穩(wěn)定的壓力和一定容量的水，同時利用原有排水管道井進行鋪設管網(wǎng)，即方便安裝又給應用創(chuàng)造了條件，這樣形成的常高壓給水系統(tǒng)，始終能滿足井下防塵防火水系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量。無須增設消防水泵和給水控制系統(tǒng)，形成的常高壓給水系統(tǒng)可向任何井下水滅火、除塵或其他礦山用水的系統(tǒng)供水。解決了原簡單防火防塵系統(tǒng)中給水的應用成本高和有污染的問題，確保了井下用水安全和設施設備安全，且因使用了清潔、無污染的達標的水，使得系統(tǒng)設備和管網(wǎng)運行安全，運行維護成本大大降低，設施設備使用壽命延長。

2.2 管網(wǎng)和水倉的改造

在原有管道井或巷道向各采區(qū)末端鋪設給水管道，利用前述設置的中間水倉，形成一個以采區(qū)末端用水的設施設備為主的穩(wěn)定給水系統(tǒng)，這樣按礦山井下應用水的設置分成若干獨立采區(qū)。利用前述液位控制比例調(diào)節(jié)電動閥自動控制補水，或在各采區(qū)利用一定標高設置的多級中間水倉和浮球閥控制其水倉的補水，從而達到控制不同標高差間的工作壓力，確保各采區(qū)末端設施設備用水的壓力在設計規(guī)范內(nèi)。同時可利用在末端管網(wǎng)設置一套泄壓裝置，確保管網(wǎng)安全和壓力穩(wěn)定。

2.3 末端防塵防火設施設備的自動控制

在各采區(qū)作業(yè)面或車場，安裝防火防塵的消火栓或噴淋噴霧等設施設備進行滅火和除塵，根據(jù)各防塵防火和其他用水特點，按不同的分區(qū)和應用，在各分區(qū)支管上安裝電磁閥、流量開關或壓力傳感器，通過安裝的智能煙感、溫感或復合型傳感器、粉塵傳感器等進行報警和控制其電磁閥，以達到準確、快速、自動滅火除塵的目的。

其自動控制簡述如下：當各采區(qū)防塵防火應用點發(fā)生初期火災或需進行除塵時，為防止誤報警，可按設置的智能傳感器在兩個以上報警時則認可為發(fā)生了火災或需除塵，便根據(jù)系統(tǒng)設置的允許/禁止狀態(tài)控制其分區(qū)電磁閥的打開與關閉，現(xiàn)場也可設置聲光報警裝置進行現(xiàn)場報警，同時上傳報警信號。當末端電磁閥允許動作時，末端中間水倉不斷向分區(qū)供水，當水倉液位下降到設置的低液位時，智能液位控制器向系統(tǒng)設置為允許/禁止狀態(tài)的比例調(diào)節(jié)電動閥進行控制向中間水倉進行自動補水，并上傳液位信號(或通過中間水倉浮球開關動作，逐級向中間水倉進行自動補水，根據(jù)系統(tǒng)設置和需要安裝智能傳感器)。當補水到設置的上限時，智能液位傳感器動作，電動閥或浮球開關關閉，停止向水倉補水。通過中間水倉液位的變化和分區(qū)探頭傳感器的動作情況，可綜合分析現(xiàn)場是否發(fā)生了火災或粉塵爆炸或管道爆裂等故障情況。通過常高壓系統(tǒng)水池出口處安裝的流量計或開關、壓力開關和液位顯示儀，可根據(jù)設置需要進行報警和用水量的統(tǒng)計。

3 PLC控制和智能傳感器在礦山的應用

此次井下達標外排水在井下防塵防火的應用，形成了一套獨立的常高壓自動滅火除塵系統(tǒng)，可利用其他輔助聲光或遠程報警控制，可利用PLC對原有排水泵進行就地、遠程控制(水泵房可設獨立控制柜，每臺水泵都有一臺現(xiàn)場控制箱，設置就地/遠程PLC轉換功能，設置一套手動聯(lián)鎖控制回路，保障緊急情況下使用)通過與傳感器的有機結合，可新增設振動傳感器、電量傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、設備開停傳感器或電觸點信號、閥門開閉傳感器和水池液位傳感器，可實現(xiàn)水泵的電壓、電流、實時功率、電機前后軸溫度、水泵前后軸溫度、排水流量、實時水池水位高度等的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。利用5G物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)水泵房及未來設施設備、生產(chǎn)調(diào)度、安全環(huán)保等的數(shù)據(jù)與設備控制的零延時對接與操作。可實時采集現(xiàn)場傳來的檢測數(shù)據(jù)，利用互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)運算平臺，實時進行本地顯示、報警和分析處理等，同時將機房或上級的控制命令下達到現(xiàn)場，實現(xiàn)遠程無人操作與控制。

4 應用成果

主要成果是利用水處理后的達標排放水作為井下的防塵防火等的水源應用，解決了原有礦山簡單再利用中的水不達標問題。部分礦區(qū)存在嚴重的重金屬二次環(huán)境污染和作業(yè)人員身體中毒傷害的問題，同時應用中的管道和設施設備存在嚴重的腐蝕問題，這些問題不但增加了設施設備的運行維護成本，而且還縮短了設施設備的正常使用壽命。其次利用出水口與井下應用點自然形成的高差，形成了一個常高壓給水系統(tǒng)，不再消耗其他能源和增加給水水泵設備，便能滿足一定壓力的足夠給水源。利用比例調(diào)節(jié)電動閥或中間水倉和減壓閥，便可根據(jù)末端所需的壓力情況，滿足其一定的穩(wěn)定壓力，減少了穩(wěn)壓系統(tǒng)的投入和電能消耗，同時便于系統(tǒng)的自動化改造與升級。最后通過原有噴淋滅火裝置的升級，并應用智能傳感器和電磁閥，實現(xiàn)實時報警和控制滅火除塵等功能，不但能精準控制，減少了現(xiàn)場操作人員及誤操作的發(fā)生，大大地降低了火災處理不及時而繼續(xù)發(fā)展的可能。

5 結 語

通過系列井下礦山設施設備的整改和水資源的處理與利用，與未來智慧礦山頂層設計，利用更多的工控機和PLC在礦山設施設備、消防安全、生產(chǎn)調(diào)度的應用，利用5G物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)運算、分析與傳輸、各種程序的開發(fā)與應用，使得達標廢水合理再利用，減少了錳礦山的消防安全隱患，提高了消防降塵設備作業(yè)效率，降低了設施設備的運行維護成本，為礦山減排有重要意義。