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智慧矿山,开启矿业开发新时代

──湖北三宁矿业公司新矿山建设纪实

2017-12-29 10:15:23 来源:中国矿业报社 本报记者:周建华

湖北三宁矿业的挑水河磷矿是目前我国建成的绿色智慧矿山的标杆——一家集机械化、自动化、信息化、数字化为一体的高新技术矿山企业。在湖北,它是领先矿山;在全国,它是先进矿山,其诞生具有非同一般的深刻的开创性意义,把矿业开发带进了新时代!

湖北三宁矿业有限公司在新建矿山中干成了一件大事,领军矿业开发走进新时代!

中国工程院院士、采矿专家古德生认为:上下几千年,人类采矿方式虽不断改进,但没有发生革命性、颠覆性改变。步入工业4.0时期,三宁矿业的挑水河磷矿是我国目前建成的绿色智慧矿山的标杆,是一家集机械化、自动化、信息化、数字化为一体的高新技术矿山企业,它的诞生具有非同一般的深刻的开创性意义。

绿色矿区公园化

走进三宁矿区,如果你不经意,还以为走进了哪个城市的公园。

三宁矿业董事长王光明告诉记者,这里就是春秋战国时期“西塞国”所在地,现在已经是3A西塞国森林公园,三宁矿业按照国家AAA工业旅游示范点的标准,对矿区环境进行了规划改造和塑造,目前已经投入8000多万元。

记者到过的矿山无数,矿区环境优美的比较少,大多是“晴天一身灰,下雨两脚泥”。今年6月,记者到了三宁矿业,正赶上下雨,皮鞋上只有水,没有泥;9月份再次到三宁矿业,大晴天,衣服上没有灰。记者在公司矿区看到的是绿树成荫,花团锦簇,小桥流水,山山相对,路径曲曲,暗香幽幽,一派山水田园风光!穿过矿区的文望公路已经硬化;经过园区的沙土路变成了水泥路并黑化;流过矿区800多米的挑水河,经过优化改道和整治,潺潺清澈;矿工宿舍和食堂进行了旅馆化改造,远方的客人不约而同地认为这是宾馆和酒店;矿区景点建设已具雏型,花坛的草是从日本购进的品种,其特点是能四季开花;道路两边栽种的是大桂花树,办公室主任张荣告诉记者,不知咋的,今年桂花树已是二度开花,不仅室外桂花飘香,芬芳的味道还挤进了室内;职工健身房、篮球场、网球场、羽毛球场也相继建成……

古德生院士(左一)、中南大学王李管教授(右一)等下井指导充填采矿法的实施。

但他们追求的不仅仅是让矿区地面花园化、绿色化,而是下大力气在井下打造绿色智慧矿山。以挑水河磷矿为研究、推广和应用对象,公司成立了宜昌市磷矿采选一体化工程技术研究中心等产学研用平台,采用先进的生产工艺和技术,实现本质生态绿色开采。

危险性岗位实行远程遥控控制

挑水河磷矿矿长李勇介绍称,公司应用采选充一体化智能管控集成工艺技术,使整体生产经营组织协调得到优化,现场风险管控能力得到提升;为降低开采对环境的影响,井下投资5000多万元建设自动破碎放矿溜井2个以及全长4100米的皮带廊,选用无极绳猴车运送人员,地面装矿采用自动计量装车技术,最大限度保证了井下空气质量;选矿厂选用国内最先进的选矿工艺和设备,对重介质选矿生产工艺与控制实现高度集成,实行闭路循环,实现了无废排放;研究开发出尾矿胶结充填生态采矿技术,用充填法采矿代替了传统的房柱法采矿,实行采条带矿、充空条带,用尾矿充填体置换矿体,实现了矿石不落地、废石不出井、尾矿返回空区充填,有效解决矿山选矿粗尾矿难利用、矿山环境保护治理费用多等难题,有效地控制了地表的变形破坏,保护了地表河流、建筑物和公路,避免矿山开采后形成次生地质灾害,实现了生产经营全过程的生态绿色。

在井下生产污水处理系统,记者看到实行的是二级沉淀,排放监测自动化控制,通过在线对井下排出的水质实施监测和自动添加絮凝剂,使井下污水排放合格率达100%;为坚固这道闸门,公司在井下建设一个1400立方米、在坑口建设一个2000立方米的水排放沉淀处理池,排放水可达地表水Ⅱ类标准;选矿厂建设污水处理系统,用水循环使用,无废水排放,并建有一个4000立方米的事故沉淀池;工业场地建设一个600立方米的初期雨水收集池,实现清污分类;生活污水由专业环保技术公司设计,自行建设的200吨/天的生活用水处理装置集中处理,处理后达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级A类标准排放。与此同时,公司对空气质量和粉尘含量等设置监控装置,严格控制相关指标。由于实行了智能监控,一旦某项指标超标,智能调度中心大厅的“新型数字矿山综合信息化平台”马上就有警示,调度人员就给除尘和通风智能设备下达指令,启动相关装置,消除超标状况。

采矿装备机械化

在井下,记者看到,挑水河磷矿井下的大部分采掘工程实现了机械化作业,凿岩、破碎大块、装运、支护采矿全流程都是现代化装备。该公司实行采矿装备现代化,结束了人工凿岩采矿方式的历史。

其主要采矿作业面已没有风钻工、支护工、撬毛工,取而代之的是全液压的凿岩台车打眼,以及锚杆台车跟进支护、作业面撬毛机撬掉松动的毛石。

机采队长卞锋雷十分高兴地说,现在依靠凿岩台车一分钟就能打成一个深度为3.5米的眼,一个人、一台凿岩台车的采矿量,以一个班8小时计算,现在一个人的采矿量超过过去60个风钻工的采矿量,效率是风钻工的60多倍,轻松又没有危险。在人工凿岩时代,一个作业面的工作量需要12~18个矿工才能配合完成,今天人工凿岩被凿岩台车替代,以前工作人员穿着全身胶皮雨衣,双手撑住沉重的风钻,埋在风水雾汽中,劳动量大,体力消耗大,危害性、危险性都大。

为了把事实搞准确,记者希望到井下采矿作业面实地看看。从井口到采矿区,一般少不了要穿筒子比较深的胶靴,可记者在井口只戴了顶安全帽,坐着小汽车,穿着皮鞋就进入井下巷道。车子停下来,下车后巷道中没有水,地面虽然有一点点湿润,但不碍事,皮鞋踩在上面没有灰尘,更舒适,下车走了五六步就到了采矿作业面。作业面很宽敞,照明光线充足,一台凿岩机尚未启动,负责凿岩机的一名矿工紧挨着机器,正在给凿岩机输入工作指令,输完指令就开始打眼。打完一个眼,再换打下一个眼,基本都是电脑控制。记者看到作业面顶板和井壁很坚固,一问才得知,开动凿岩机前,顶板和井壁上的毛石已经经过撬毛机处理,需要经过护顶的顶板会用锚杆台车进行护顶处理,只有确认安全后才能进行凿岩机作业。

三宁矿业工业园区

该矿工程技术研究中心依据先进的采掘机械,取得了《竖井的施工方法和施工结构》的研究成果,这项成果还获得了专利,投入应用,收到显著效果。例如,该矿1019风井长227米,断面面积为17.25平方米,垂直高差150米,平均坡度47度。这是个大工程,由于装备先进,仅80天就完成了任务,节约成本200多万元。此成果又被应用于大断面中深溜井施工,有效地完成了高度为43米、断面面积为36.16平方米的溜井工程任务。更为重要的收获是,从钻孔、装药爆破、通风到装岩的各个工序的工作任务都由机器完成,从开始打井到打井结束,不用人员下溜井,全部任务依靠机械完成,有效地避免了人身安全事故的发生。

如今,采掘机器的现代化,实现了“机械化减人”的目标,离井下无人采矿只剩下“最后一公里”!

充填工艺创新化

“在确定采矿方法问题上,我们慎之又慎,既不想走房柱法开采的老路,又对其它采矿方法反复比较,努力争取寻找到最好、最优的采矿方法。”三宁矿业总经理王学梁告诉记者。

充填法在金属矿山中早已经有人应用,但用于磷矿开采的条带充填采矿法在湖北省境内,三宁矿业走在了前列。

自2012年起,三宁矿业利用自已的技术研发团队,联合中国地质大学(武汉)、长沙矿山研究院、中南财经政法大学等科研院所及设备研发单位,联合成立了挑水河磷矿充填法采矿科技攻关组,展开了“尾矿胶结条带充填的生态绿色开采模式的研究与应用”的攻关大战。经过近千批次的试验与实践,他们取得了“可泵送粗尾矿胶结材料的选择与合理配比”、“缓倾斜长距离粗尾矿胶结充填料浆输送新工艺”、“缓倾斜中直磷矿层粗尾矿胶结充填与回采新工艺”、“缓倾斜中厚磷矿层垮落型采场顶板控制技术”、“缓倾斜中厚磷矿胶结充填开采自动化控制技术”等磷矿充填体生态开采的关键技术。

这批创新成果的应用效果显著,磷矿资源利用率达到86%以上,比房柱法采矿净增了20个百分点;重介质选矿尾矿渣、废弃固体物利用率达到99%;磷矿石品级提升到28%以上的富矿等级;制造技术绿色化率由65%提升到92%以上;制造过程绿色化率由67%,提升至97%;绿色制造资源环境影响度由97%下降至75%。同时,该技术成果还有效解决了重介质选矿粗尾矿存放的重大难题,不用投入巨额资金买地建尾砂库、筑尾砂坝了。另外,粗骨料高浓度胶结充填料浆输送新技术、超埋深中厚磷矿层开采等新技术的应用,促使矿山环境保护等棘手问题也迎刃而解。

选矿分级精准化

三宁矿业研发的“微密度差下难选磷矿的精准分级技术”,为解决长期困扰湖北省中低品位磷矿资源难以开发利用的问题,开辟了新路子、找到了新途径。

资料显示,湖北省宜昌地区的磷矿是胶质磷矿,属难选矿,这是第一个特点。第二个特点是,宜昌有数十亿吨磷矿资源,总量很大,而高品位磷矿只占10%左右,也就是说中低品位的磷矿占80%以上。如果选矿技术过关,宜昌的磷矿资源开采时间可延长100年,如果选矿技术不过关,只采富矿,把中低品位的磷矿石丢掉,宜昌磷矿资源开采的时间就相应缩减100年。三宁矿业公司座落在宜昌樟村坪镇,已探明的储量为2亿吨,其中高品位矿石约6000万吨,有1.4亿吨是中低品位矿石。第三个特点,磷矿是战略资源,与国家粮食安全息息相关,对磷矿的开发必须是全层开采、贫富兼采,不允许采富弃贫,损失浪费磷矿资源。

三宁矿业认为,磷矿资源开发遇到的三个特点,也就是三道坎,其中关键节点是选矿技术,攻克了选矿技术,这坎再高都能过去。信心比黄金更重要。董事长和总经理的信心激励着三宁矿业工程技术人员兵分两路,一是公司的院士工作站率领自己的技术研发团队,启动“低品位磷矿高效分级及废弃资源处理绿色关键工艺系统集成项目研究。”二是购买经研究中心改进的大型重介质旋流器和选矿自动化控制系统。在两路人马的努力下,公司集中突破了微密度差下难选磷矿石“精准分选”的技术问题,让大于0.1克/立方米的分选密度的磷矿石都可以入选。这个突破,使中低品位的磷矿石全层开采、贫富兼采,由不可能办到的事情变为完全可能办到的事情。同时,政府最担心矿山企业图眼前利益,“采富弃贫”损失浪费国家资源的问题,也一并找到了科学解决的方法。因为,微密度差下难选磷矿的精准分级技术,使中低品位的磷矿石能够全部入选,选后的精矿品位可以达到28%以上,进入到富矿级别,可以直接萃取高浓度磷酸,用于制作化肥和其它化工原料。

磷矿精准分级技术这个全新的低成本、无害化、废弃磷资源再利用的绿色生产的新工艺,从源头上实现了对磷化工废弃物的处理和综合利用。数据显示,公司研发的磷矿重介质旋流器大型化选矿技术、高效低品位磷矿精准分级技术、废弃磷矿资源综合利用技术,使资源综合利用率由57%左右提高到89%以上。总经理王学梁表示,经初步估算,通过这项技术突破,仅湖北省可以多利用的资源量就会超过18亿吨之多!

井下系统自动化

三宁矿业井下辅助生产系统实现了自动化,“智能化换人”已经不再是神话!

新建井下一流机电系统。该公司投入巨额资金,购进国内外高水平节能、环保的先进装备50多台,如目前世界上最先进的充填泵是德国生产的装备,各项技术参数和优质的性能都无可挑剔,基本上找不到什么毛病。装备配置的电机全都是能效1级的电机,井下照明采用的是LED照明灯,人在灯亮,人走灯熄,实现了用电就有电,不用电就自动停电,电源自动开关高度灵敏,实现了该公司按需供电的设想。仅此两项,该公司每年可减少电费支出100多万元,直接降低了生产成本。

新建井下矿石破碎装车系统。这个系统担负三个任务:一是将大矿块破碎成小矿块,为下游用户提供便利;二是为放矿漏斗的放矿机创造条件,控制放矿漏斗口堵塞;三是为防止运矿车辆超载做出限制,实行自动计量装车。该公司为此专门研发的《矿石破碎定量装车系统》,获得应用新型专利,在实际应用中运转正常,效率提高,减少了一批破碎大矿块、放矿装车的井下劳动力,也使这几个危险性岗位实现了无人值守的目标。

新建井下PLC胶带运输系统。5000多米长的矿石运输胶带自动运行,把井下全层开采出来的高品位矿石和贫矿石分别运到地面的富矿仓和破碎站,富矿直接销售,贫矿进选厂选成磷精矿再外运,同时利用胶带把选矿产生的废石运送到充填站。从井下到地面,运输皮带纵横交错,十分壮观,虽交叉运行,但每条胶带的任务不同,它们按照分工各司其职,有条不紊地安全运转。在这么庞大的胶带运转系统中,只看到有忙碌的胶带在运转,看不到一个人来协助,矿石运输系统实行无盲区全程监视,发现运输进程的局部偏差,控制系统能够自动修复、纠正,保障皮带正常运转,一旦遇到无法自动修复和纠正的问题,整个采选运输系统就会自动停车,同步自动向维修单位传送需要维修的信息,让维修人员快速进入维修点将故障修复。

新建了智能管控的通风系统。对空压机和井下送风机实行智能化改进,充分利用空压机的余热烧制生活热水,供矿山员工生活使用;井下采矿区和巷道安装智能风门,有人作业,风门自动打开,开始供风;无人作业,风门自动关闭,送风量大小由智能系统计算确定,需要多,就自动多送风,需要少,就少供风,减少了不必要的风耗,达到了按需供风的设想,既节约了能耗,又节约了成本。而这样一个大的系统,却不需要人员值守,全部由智能管控完成。

实现井下无线通信。针对井下信号盲区问题,该公司启动了《矿用便携式无线通信基站》的研发,创新便携式无线通信基站,内置一个与固定通信基站进行通信连接的WIFI模块来连接上面的交换机,交换机上设置有若干通用的工业以太网接口,以供生产终端接入。便携式无线通信基站在矿山范围内自由移动,使无线信号覆盖信号盲区。也就是说,带上便携式无线通信基站,巷道开到哪,采掘进到哪,通信就能跟到哪,消灭了井下信号盲区。此外,三宁矿业还与中国电信合作,敷设了全矿的通信网络,实现了4G全覆盖,在矿山井下拿出手机照样打电话,发微信。矿山通信环境的巨大变化,为矿山安全创造了良好的通信条件。

矿山本质安全靠“五化”

矿山安全是天字第一号的大事。

获得国家级高新技术企业认证的三宁矿业公司,用机械化、数字化、信息化、网络化、智能化“五化联动”的手段,通过高新技术减人、换人。矿山用人少,人员伤亡事故就必然减少,这是促进矿山本质安全和环保的全新举措,为实现矿山安全生产开辟出一条崭新途径。

搭建并成功运行了数字矿山VR智能综合管控平台,实现破碎、胶带运输、放矿、转载、通风、供电、选矿厂、充填站等生产过程与危险性岗位的远程操控,井下抽水、地面定量装车等实现自动化运行,矿井通风、运输、排水、供电及安全六大系统运行稳定;井下建成两个千兆环网、主要巷道、重点区域场所安装WIFI及语音广播,有线无线通信无缝对接,有利于井下突发事故的掌控和救援,对促进矿山安全生产具有重要作用。资料显示,该公司用5年时间,累计投资7.5亿元,基本完成了东部矿区、地面选厂、井下充填站的建设,形成采矿100万吨/年、选矿70万吨/年、充填20万方/年的能力。2017年9月28日,挑水河磷矿东部矿段通过了安全“三同时”竣工验收,并于11月17日取得了湖北省安监局颁发的安全生产许可证。

为提高矿井自动化水平,实现自动化减人的目标,在矿井建设过程中,公司经过多方考察和论证,一是将矿井运输系统由运行管理复杂的电机车运输改为皮带机运输,增加投资近2000万元;二是将空场法采矿变更为胶结充填法采矿,增加投资近8000万元,但大幅改善了矿山作业环境,不仅大规模压缩了生产管理人员(仅为传统采选方式人员的1/2,年节约人员费用支出1000多万元),而且实现了矿山生产的本质安全。

同时,公司加大矿山智能化、信息化建设投入。一是为了不让矿井安全“六大系统”成为应付检查、参观的摆设,该公司工程技术人员在传统安全“六大系统”的基础上进行改造和创新,结合井下实际进行改进和改善,形成了实实在在的安全屏障,让系统充分发挥应有的作用;二是运用现代计算机及网络技术,投资1000多万元成功搭建了数字矿山VR智能管控平台,矿井生产基本实现了远程操作、智能管控和无人值守;三是井下生产从溜井口的机械手远程破碎、矿石溜井自动破碎、皮带和主风机运行、主水泵的开停、选矿厂和充填站自动化控制、地面矿仓自动装车等过程和环节,都能在地面生产指挥中心实现远程操作和管控;四是井下风量的调控由传统的人工配风改造为智能按需配风,通过监测监控和人员定位系统确定井下用风量,再通过远程操控主风机运行频率及调节风门开启高度,实现风量、能耗与通风效能的最优匹配。

此外,公司加大先进机械化装备的投入。公司累计投入3000多万元购买节能、环保、自动化水平高的国内外先进机械设备30多台(套),其中4台井下凿岩台车、1台锚杆台车、1台撬毛台车,还有配套的扒渣机、铲运机、坑内卡车等在井下联合作业,组建了60人的机采队,基本实行了井下机械化高强度连续开采,不仅避免了冒顶片帮事故对作业人员的伤害,降低了危险区域掘进施工、排险和支护面临的安全风险机率,也降低了作业现场职业危害因素的浓度和强度,而且单采场日产量达到千吨以上,全员劳动生产率大幅提高,已接近国外同类矿山先进水平。

采、选、充调度智能化

三宁矿业针对“新型数字矿山综合信息化平台”展开攻关,采用集成控制技术,建立起智能调度中心平台,井下生产的全部事情都能在这一平台上轻松搞定。站在“新型数字矿山综合信息化平台”智能调度中心大厅,会看到在平台前只有几把可移动的电脑椅,操作人员也只有3~4个人,人员不多,可是却把井下生产的全部环节、安全生产的全部情况以及井下各系统的运转等诸多方面的信息掌控得无一遗漏。井下巷道、采矿区域、采矿作业面等,您想看到什么,只要轻点鼠标,荧屏上就能清晰地展现出来。记者对王学梁总经理说,想看看井下掘进的工人。王总轻点鼠标,荧屏上显示在基建巷道有5个人在作业,带队的人是赵××。王学梁问我想不想与他们通通话,可以用手机拨号。很快,王总用手机拨通了电话,让记者与赵师傅说了几句,他虽然在井下,信号很强,跟地面一样,声音宏亮,没什么杂音,听得清晰。

三宁矿业的绿色智慧矿山,把矿业开发带进新时代,在湖北它是领先矿山,在全国它是先进矿山!搁笔之际,记者得出了两个字结论:震撼!□

网站编辑:宫莉

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