司家营铁矿超大产能充填采矿关键技术与装备终稿

本质安全无事故
从本质安全理念出发，开展开采工艺的 本质安全设计，突出开采工艺本质安全， 新建矿山研究实施井下安全监测监控技术 、无人值守技术及智能管控技术，加强安 全防护和提高开采和作业场所的自动化、 数字化、智能化水平，尽可能减少井下人 员数量，提高矿山的本质安全水平，实现 安全高效。
自主创新和核心竞争能力
2、超大产能新型现代化建设理念理念
司家营铁矿区按照超大产能新型现代化理念进行规划建设。以 安全、绿色、智能、高效为目标，计划引进国外先进技术与装备，并 进行消化-吸收-再创新，攻关研究集成技术和协同技术，引进技术本 土化后实现高效协同；进行工业化和信息化融合，研究应用数字化、 信息化、网络化、智能化等现代化技术手段，实现劳动生产率和各项 技术经济指标大幅提高，生产成本大幅降低，打造矿山企业的持续盈 利能力和长久竞争能力，参与国际竞争。
谢谢大家!
河北钢铁集团矿业有限公司 南世卿
司家营铁矿超大产能充填采矿关键技 术与装备
2014年7月9日
❖ 1 司家营铁矿简介
❖ 2 超大产能新型现代化建设理念
提 纲
❖ 3 矿产资源三维可视化模型研究 ❖ 4 超大产能新型现代化矿山技术装备 ❖ 5 超大产能连续采矿协同关键技术
❖ 6 超大产能全尾砂充填技术与装备
❖ 7 超大产能矿山自动化与信息化
6、超大产能全尾砂充填技术与装备
选矿 尾砂 20%
深锥浓密机
新型
清水池
胶结
调速螺旋输 送机
螺旋称 重给料 机
水泵
高浓度 搅拌桶
充填工业泵
采场
6、超大产能全尾砂充填技术与装备
尾砂絮凝沉降试验研究
6、超大产能全尾砂充填技术与装备
井下输送管道动态仿真模拟研究
6、超大产能全尾砂充填技术与装备
该系统采用集散型计算机控制系统，由中央控制室系统、 地表充填站自动控制系统P管理系统 一套先进的管理系统，由我院自主研发， 功能用途涵盖充填各个工作环节,B/S架构体系，Internet支 持，Web浏览器阅览，能够跨越时间、空间限制，通过网络 连接随时了解站内运行情况，对决策进行有力支持，提供生 产效率，降低生产成本，使产能最大化释放。
系统开发服务器
充填ERP管理系统
超大产能连续开采工艺与采矿结构参数协 同技术，在矿山矿岩力学参数与工艺协同的基 础上，开发一步骤房式深孔落矿的超大产能连 续采矿方法，优化采场结构参数与工艺系统， 实现工艺与参数的协同，保障矿山的安全高效 开采。
超大规模连续开采资源配置规划技术 通过系统优化原理、智能仿真、过程 模拟和多尺度力学响应等多种方法，优化分析资源开发的区域规划，合理配置 矿山的资源，实现连续采矿的阶段、矿段工艺协同优化，构建开采系统目标产 能、生产安全与管理协同目标结构化模型，实现基于矿山多源信息系统资源配 置优化决策。
新建大型地下矿山新型现代化模式优化设计
❖
在司家营矿区新建的4座大型地下矿山，进行新型现代化矿山模式优化设计，以数字
矿山规划和顶层设计为技术指导，优化设计并建设地下开采各工序、各系统的高效协同管
控系统，最终建成“安全、高效、智能、绿色”的新型现代化矿山，其主要优化设计内容
如下：
❖
（1）矿体三维可视化模型建立与高效开采技术系统研发
中央监控工作站
交换机 絮凝剂制备PLC
`
交换机
以太网环型 网络
交换机
交换机
冲锤料位计 砂浆密度计 渣浆泵
搅拌桶 流量计
充填DCS自动控制系统1
调节阀
`
1
3
2
5
4
7
6
8
防爆交换机
（压力传感器）
1
3
2
5
4
7
6
8
防爆交换机
以太网环型 网络
（风速传感器） （IP防爆摄像头）
井下充填监测点2
1
3
2
5
4
7
6
8
(监测点3、4、5……)
建设超大产能新型现代化矿山，无论是在井下还是在地表，全面实现自动化、信 息化、网络化、可视化技术。井下变电所、水泵房、通风设备设施实现无人值守。在 地表控制中心，工人可以时时掌握井下变电所所有设备及外部周边环境的图像、数据 、参量等信息，及时掌握变电所供电系统运行情况，快速处理问题；井下排水系统能 够依据水仓液位高低，结合“避峰填谷”用电措施，完全无人干预条件下实现自动启 停水泵；溜井格筛上出现的大块，工人可以在地表办公楼内遥控液压锤进行破碎；井 下通风系统和井下照明灯能够按需智能调控和自动启停，竖井提升自动化控制； 这些自动化、信息化技术的应用，能够实现矿山生产高效，减少劳动定员，降本增效 。
1、司家营铁矿简介
司家营铁矿是我国近几年开发建设的特大型铁矿床， 铁矿资源总储量达30多亿吨。目前司家营铁矿一期、二期 采选工程已建成投产，主要是露天开采，设计采矿规模为 2100万吨。司家营南区的三期、四期资源储量12.5亿吨， 设计采矿规模合计达2500万吨；马城铁矿资源储量达15亿 吨，设计采矿规模为2500万吨，正在进行工程建设，均为 地下充填开采。司家营铁矿区建设地下充填开采总规模达 5500万吨。因此，司家营铁矿区地下工程建设可以称之为 超大产能充填采矿地下铁矿山建设。
中央控制室系统 由监控计算机和通讯系统组成，对充填 系统实行集中管理；
地表充填站自动控制系统 由自动化控制器(DCS)及自动化 仪表、视频组成的,对充填制备各过程进行分散控制。
井下充填监测监控系统 由自动化控制器(DCS)、自动化 仪表和视频组成,实时监测充填巷道环境及管道参数，并及 时对异常进行报警和处置，实现井下充填管道无人值守目标， 同时，利用该技术提高井下充填能力，改善充填巡视工工作 环境。
交换机 交换机
浓密机PLC
集 成 系 统
网
络
充填DCS自动控制系统2、3（后期）
地表充填站自动控制集成系统
拓 扑 图
井下充填监测监控系统
防爆交换机
1
3
2
5
4
7
6
8
井下充填监测点1
（压力传感器） （CO传感器）
（视频摄像头） （压力传感器）
集 成 系 统
网 络 拓 扑 图
7、超大产能矿山自动化与信息化
❖
（2）地下安全避险信息系统优化、强化研发设计
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（3）地下通风系统按需智能调控节能技术系统研发设计
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（4）地下采场与巷道地压监测与安全预警系统优化设计
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（5）地下供电、照明与自动排水系统优化设计
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（6）地下电机车无人驾驶、地面智能控制技术研发设计
❖
（7）地下采、运、提、充智能高效协同系统研发设计
❖
（8）选矿自动化系统研发设计与协同技术
7、超大产能矿山自动化与信息化
超大产能矿山信息化随物联网技术、云计算技术快速发展，将融合井下 凿岩、装药、运输、破碎提升、充填、安全六大系统、通风和排水等各个环 节，集成一套信息高效协同智能化平台。该平台能够解决矿山数据海量、异 构问题和信息孤岛现象，同时，也能通过自身数据挖掘功能智能分析与高效 协调井下矿山生产。矿山工作人员无论是在井下还是地表，甚至地球任何地 方，均可使用智能设备（如手机、台式机和平板电脑）联网实时查看具有三 维虚拟仿真效果的矿山生产运行信息，并及时做出科学决策。
超大产能采矿工艺及生产系统的协同管控技术 连续采矿的核心在于落矿、出矿、运矿和充填工艺的协同，在平行化、高效化的基础上 ，提出耦合矿山各生产系统的多源信息协同、资源协同、设备协同、工艺流程协同等四大方面来构建超大产能矿山的采矿生产作业工艺及其 生产系统的协同管控，识别系统资源和工艺间协同机会、层级和模式，优化评估要素的协同价值，改善采、充各工艺系统运行瓶颈和制约环 节，促进协同要素价值最大化。
❖
（9）矿山智能管控信息物理融合系统（CPS）的研发设计
资源高效开发利用
以资源高效开发利用为主线，建立矿山三维可视化矿体 与地质信息模型，研发建立矿业顶层矿产资源管理平台；研究 以矿产资源高效开发利用为中心的矿山高效协同技术，发挥资 源效益的最大潜能，降低损失贫化率，提高铁矿资源回收率， 实现资源效益最大化。
安监局专家在黑山铁矿井下避 灾硐室验收监测系统
司家营铁矿井下安装 的监测设备
结束语
以司家营铁矿超大产能新型现代化理念为指导，围绕矿产资源 高效开发利用这条主线，开展超大产能新型现代化矿山技术装备研究 、超大产能连续采矿协同技术研究、超大产能全尾砂充填技术与装备 研究、超大产能矿山自动化与信息化等一系列关键技术的研究，研发 和集成一整套安全高效、智能协同的采充关键技术与装备。该技术将 对实现大型铁矿矿床安全高效开采，提高我国大型铁矿床开采技术水 平、生产效率和经济效益，实现企业的可持续发展具有重大战略意义 。
井下配电所无人值守监控画面
井下水泵房无人值守监控画面
工人在控制室内遥控液压锤破碎大块
井下安全避险信息系统
司家营铁矿调度指挥中心
依托自主研发的监测监控系统、人员定位、 无线通讯系统及光纤冗余通讯相关产品及专利技 术，并根据矿山井下现场实际情况，建设了黑山 铁矿、司家营铁矿井下安全避险信息系统。
3、矿山资源三维可视化模型研究
在司家营矿区，为满足超大规模采矿生 产要求，首先研究大型矿山铁矿资源三维 可视化模型，对矿石资源进行优化配置和 协同配置，实现资源效益最大化。
马城三维可视化建模
4、超大产能矿山技术装备
在司家营铁矿区的田兴铁矿、马城铁矿2座2000万吨以上建设超大产能新型现代化矿山，公司在充分考察了国外大型现代化铁矿山应用新技术、新装备，计划引进一系列大型高效技术整备。 掘进台车：遥控掘进凿岩台车; 回采凿岩：遥控中深孔潜孔钻机； 出矿设备：采用8m3遥控电动铲运机； 有轨运输：智能控制40t电机车双机牵引20 m³底侧卸矿车。 天井钻机：天井和溜井施工选用天井钻机，一次成井。