王亚东

摘要：本文根据矿山工程现场实地工作情况，采用先进创新技术，并充将PLC控制技术、网络通讯技术、视频监控技术应用技术等运用其中。通过搭建以太网控制网络，将各分散系统接入到智能化矿山水循环处理数据中心工控系统交换机，该系统利用PLC控制实现了地表水系统范围内设备的远程集中控制，矿山工程的大型设备需要水循环系统，同时通过视频监控系统，做到矿山工作区范围内视频信号的全覆盖，在数据中心统一平台下，利用后台监控画面的融合功能，历史曲线查询等功能，由专业的调度操作人员进行远程集中管控。矿山水循环系统主要功能包括工艺设备的远程启停控制，生产数据的曲线显示，生产参数的远程设定，历史曲线查询等功能。

关键词：矿山;PLC技术;水循环系统

矿山工程开采需要利用诸多大型固定设备，其中需要水循环系统，并为其提供可靠的运行保证。同时，对矿山水循环有着特殊要求。如何有效获取并利用矿山地质水以及对水源做好必要的水处理措施，对矿山节约生产用水及为设备提供良好的安全运行条件具有非常重要的现实意义。

一、水循环系统结构与功能

由于PLC机编程简单、可靠性高、使用方便，系统的设计、调试工作量小，维修简单，对于环境复杂的地下矿山具备很好的适应性，拥有计算机联网能力，操作室内值班人员可实时监控排水系统，进行远程排水作业，便于全矿的自动化生产。

1.系统结构

PLC系统框架主要有上位工业计算机集控平台、工业光纤以太网通讯系统、现场信号采集及控制系统、数据采集传感器系统、PLC电控柜组成。

（1）系统信号采集有水仓水位，开泵时间，电机电压、电流，出水口压力，吸水口真空度，排水流量，各阀门开闭状态。

（2）系统控制信号有电机开关控制，各闸阀开关控制。

（3）地面监测站为最主要的人机交换平台，利用软件系统可视界面设计为3D效果，具有操作简单且富有人性化的特点，对收集的数据进行汇总、报表，执行监测、报警以及维护、命令等任务，对各水泵控制电控柜分站进行遥控操作。

2.保护功能

按照设计，井下排水水泵与排水管路至少要留出1台备用设备，如何按照设定程序自动运行是自动化生产的趋势。水泵在运行时，若检测系统检查到过大或过小的排水流量或电流电压，PLC机会自动判定水泵故障，停止问题水泵运行，启动另一台备用水泵，并发出报警。

为了确保水仓水位安全，水仓中使用超声式液位计与投入式液位计两种检测仪器，两种水位监测计反馈信息相差较大时进行报警提醒，巡视人员需根据具体情况检查现场状况。

监测系统同时会采集和记录水泵使用情况信息形成历史数据，为工作人员提供排水系统状况，同时为PLC系统提供数据，使各水泵、管路得到均匀磨损的使用状况。使每台水泵或管路使用时间相近，防止某个设备磨损严重或受潮损坏。

3.控制功能系统

自动控制系统启动方式分为自动、手动、检修3种模式。

（1）自动模式。在此模式下，PLC系统根据监测到的水位信息，根据避峰就谷原则，尽量避免用电高峰期启动水泵，同时在高峰期来临前，尽量降低水位。开启水泵时，排水管路中电磁阀打开，对离心泵充水，在吸水口处真空度达到要求后，接通水泵电机，开始排水。在水位降至安全水位以下后，关停水泵，并关上逆止阀，停止水泵电机工作。此状态可在无人值守情况下进行。

（2）手动模式。通过井上的上位计算机软件控制，监管人员根据检测到的水位、电流、电压、压力、流量等传输回来的信息，人工选择水泵的开启，以及开启数量，PLC系统自动完成水泵启动过程。

（3）检修模式。对某一水泵进行维修时，现场选择进入检修模式，现场控制的优先级大于远程控制，远程机上只能对该水泵的数据进行监视，无法进行操控。由现场人员控制水泵电机以及各闸阀门，保证检修人员的安全。

二、矿山污水的主要来源

1.矿山污水的主要来源

（1）在矿床开采过程中大量地下水渗流到采矿工作面，形成矿坑涌水，排至地表后，形成了主要的矿山污水。

（2）露天堆放大量含有硫化矿物的废石，由于与水或水汽接触，从而形成含有金属离子和硫酸根离子的酸性污水。

（3）在选矿过程中产生的废水，废水量大，污染严重，废水的污染物质主要是泥土、矿物粉末等为主体的混悬物质以及浮选药剂。

2.矿山污水主要污染物

（1）悬浮物。包括有机及无机悬浮物，如微细的矿石粉末、泥沙、浮渣、煤粒、填料以及尾矿库内没有充分沉淀的物质、车间及设备场所跑冒的浮油等。

（2）有机有毒物。选矿药剂、煤炭颗粒、油脂、生物代谢产物、木材以及其他物质的氧化分解产物等。

（3）无机有毒物。在采选过程中产生的各种金属离子如汞、镉、铅、铬、砷、铜、锌、钴、硒等，以及氰化物、氟化物和其他溶解性盐。

（4）酸堿性废水。含硫矿物在开采、选别过程中，矿石氧化、水解生成的各种酸性废水、碱性废水。

（5）油类。石油的开采，矿山开采设备、车间用油，油库等地管理不善造成跑冒漏滴的油污类。

（6）放射性。核燃料金属矿在采选过程中产生的粉末、废水中含有铀、钍、镭等放射性污染物。

三、系统实施

1.矿山用水源热泵自动化完善

矿山用水源热泵系统主要包括五个机组，一套矿山用水控制系统，一台上位机系统，主要功能是供给整个矿山用水系统，其中一号和二号机组负责矿山用水系统，每个机组包括一套和利时LM系列CPU系统;三到五号机组负责矿山工程用水系统，每个机组包括两套和利时LM系列CPU系统，每个机组包含一个触摸屏，操作模式为现场操作，工作数据在触摸屏上进行显示，机组外的其他泵由矿山用水控制系统进行控制，并且已经实现远程控制操作功能，现根据智慧矿山的建设要求，需要将现场每个机组的数据采集到数据中心，实现水源热泵所有设备的远程集中控制，利用机组本身自带的通讯接口，采用标准的通讯协议进行数据采集，并从硬件和软件方面入手，最终实现的机组数据采集和水源热泵系统的集中控制，最终达到系统无人值守的目的。

2.完成矿山地表水系统的融合，实现远程集中控制和监视

各分系统数据通过矿山地质表面外网管线的铺设，在保存现场操作电脑的前提下，将控制信号和视频监控信号分别传输到数据中心，实现了在同一的平台下对现场设备的集中控制。

3.增强矿山水系统的柔性

在绝大多数系统中都存在许多不确定的因素，矿山系统也不例外。把一个系统适应不确定条件的能力称之为柔性。为了在发生意外的情况下尽可能小地影响周围环境，使矿山能够持续、健康发展，必须考虑矿山水系统的柔性问题。增强系统柔性，不但要从本身做好各环节的衔接准备，更要与矿山之外的相关系统保持和谐的疏通关系。当内部有空缺就从外界输入，相反，当有多余则可输出，通过输入输出使矿山水系统具备相当的缓冲能力，从而建立起相对稳定的水系统，进而促进矿山的可持续发展。

4.减少进入矿区的水量

采取必要的措施，尽可能地减少通过各种途径进入矿山的水源，是预防矿山废水污染的重要途径。采取的措施通常是在矿山边界开挖排水沟或引流渠，截断各种地表水进入矿区、露天采场、矿石及废石堆积场，防止通过渗漏进入井下：对废弃的凹地、与井下相通的塌陷裂隙、废弃钻孔、溶洞等，需要进行排水、填堵等复地工作：对废石堆积地应进行必要的密封，正在使用的堆积场也需要作适当防范处理。另外，应采取封闭矿坑、排水疏干、预先灌浆堵水、平整矿区、植被固土等措施，最大限度地减少进入矿区的水量。

5.革新生产工艺

地下开采时，选择能使顶板及上部岩层少产生或不产生裂隙的方法，防止地表水经裂隙进入矿井：露天开采时，下边坡应留矿壁，防止地面水流入采场，并注意合理布置采场排水沟。应采用不用水或少用水的生产工艺，不用或少用会产生污染的原料、材料、生产工艺或设备。选矿方面应选择污染程度小的工艺，选用高效、高选择性的药剂，减少药剂投放量。

四、结论

采用的矿山水循环处理方法，相对于使用开式给水系统能够充分改善设备循环水水质，矿山水循环系統无人值守系统的实施和运行，标志着智慧矿山建设走了坚实的一部，该系统的顺利完成，充分利用网络技术与现场设备的结合，最大限度的挖掘人才的潜力，通过合理的人力资源配置，即完成现场循环工作设备的远程操作，运行状态监控，基本故障处理和日常的点巡检工作，通过现场操作模式的改变，提高人员的业务水平，扩大业务范围，减轻工人劳动强度，改善工人工作环境，使一线操作人员由人工岗位操作变为巡视处理为主，适当减少一线人员配置，达到减员增效的目的。