ＳｅｒｉａｌＮｏ．６１９Ｎｏｖｅｍｂｅｒ．２０２０
现 代 矿 业
ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ
总第６１９期
２０２０年１１月第１１期
陈 顺（１９９０—），男，工程师，２３７４００安徽省六安市霍邱县周集镇。
陈 顺 吴 红 李保健 齐美超 陶荣华
（安徽马钢张庄矿业有限责任公司）
摘 要 张庄矿选矿厂为了稳定精粉质量，提高球磨机产能，并达到降本增效的目的，针对磨选系统工艺参数较多、调整频繁、产能受限、精粉质量波动的问题，进行了选矿磨选智能化系统建设研究。通过对磨选智能化系统的建设，对传感器和仪器仪表采集参数的大数据分析，系统可得出优化控制给矿、给 水的方法并指导生产，实现了选矿调节的无人化、智能化，得到了４台球磨机精矿铁品位高于６６％，且日产量提升１０％的效果。
关键词 降本增效 智能化 选矿
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４ ６０８２．２０２０．１１．０４３
近年，
我国矿山行业大力推动数字化、智能化建设，逐步实现了对生产、经营决策、安全环保管理和设备控制的信息化。通过对现场数据的分析，建立数字化资源储量模型与经济模型，从采选充３个环节，井下到井上再到井下的过程，构建了工作面、采区、选矿厂和尾矿库等的实时监管数据链。矿山智能化在多个领域得到推广，包含采矿、选矿、自动化监测、管理、
物流等多个方面［１ ３］
。通过对智能化系统的建设，极
大地提高了矿山生产效率，保障了矿山安全生产，减少了生命和财产损失，从而推动我国矿业在安全、高效、经济、绿与可持续发展方面取得长足的进展，一改传统行业的人工多、干预生产的局面。
但目前矿山系统控制的现状仅局限于ＤＣＳ系统，只有远程启停设备的基础功能和部分优化控制，为进一步保质提产，对智能磨选技术进行研究显得至关重要。
１ 磨选系统概况
（１）工艺现状。张庄选矿厂采用三段一闭路破碎干磁抛尾—高压辊磨—预选—阶段磨选工艺。其中磨选一段由两台ＭＱＳ４０６０格子型球磨机与水力旋流器形成闭路，二段由两台ＭＱＹ４０６０溢流型球磨机与水力旋流器组成二次闭路。原矿硬度在１４左右，原设计溢流细度一段为０．０７４ｍｍ５０％，二段为０．０７４ｍｍ８５％。由于张庄精矿品牌定位和市场需求，近几年的生产张庄精粉品位由原设计６５％提高到６
６％以上，为保证品位，球磨一段溢流细度－０．０７４ｍｍ含量由原设计５０％提高到５８％，二段－０．０７４ｍｍ含量由８５％提高约１％。磨矿细度的增加，导致球磨机处理量偏低， ２０１８年实际精粉日产平均约为设计值的８７．４％，产能受到限制，急需进一步挖掘系统潜力。
（２）选厂自动化现状。虽然现阶段张庄铁矿自动化具备远程操作、连锁报警、参数检测、监控视频等功能，但仍缺乏及时有效的生产数据监测及控制手段，主要由人工控制，根据经验选择相对稳定的参数组织生产。现急需磨选智能技术来指导生产工艺，通过设备状态、数据收集分析、工艺参数优化
实现选矿流程的自学习、自判断、自优化、自控制，稳定产品质量，减少人为干预。因此，张庄铁矿进行了磨选智能技术研究。
２ 磨选智能化实施
２．１ 磨选系统智能化研发原理及架构２．１．１ 硬件架构带式输送机传动滚筒
磨矿过程控制专家系统由一级控制系统（信号采集单元）和二级控制系统（智能化系统）组成。一级控制系统由底层硬件生产设备、各种检测传感器与执行仪表等组成；二级控制系统由智能化系统服务器、专家系统组成。总体结构可分为４层：
（
１）第１层生产设备，包括Ｚ１给料皮带、圆通打散机、打散震动筛、精矿筛、尾矿筛、球磨给料皮带、球磨机、旋流器给矿浆池、渣浆泵、旋流器、磁选机等主要生产设备。
（
２）第２层现场检测、执行仪表以及控制装置。系统运用了多种传感器和仪器仪表，传感器包括给矿皮带秤、功率变送器、信号隔离器、电流变送器、给矿控制变频器。仪器仪表包括浓度计、冲击波、矿浆池液位计、补加水电磁流量计、压力传感器、补加水电动调节阀等。
定量滤纸
（３）第３层智能化系统服务器。现场控制箱中
的信号采集单元将收集的设备的运行参数进行初步运算和分析，最后汇总汇入智能化系统服务器进行深度学习。
（４）第４层专家系统。智能化系统服务器对深度学习后的数据加以分析，其中数据库用来采集数据，知识库结合数据库产生模型，和模型库进行比较，最后由专家系统进行纠偏、试错，最终得到适合的方法传送给第三层智能化系统服务器，通过执行机构控制第１层的生产设备。磨选系统控制原理见图１
。
图１ 磨选系统控制原理
２．１．２ 软件架构
该项目在原有磨选自动化系统的基础上进行智能化研究开发，构建磨选工艺生产智能化系统，提升磨选系统生产的智能化与信息化技术水平。
（１）磨前预选给料控制智能化子系统。明确Ｚ１皮带给矿量与湿抛入磁量及球磨给矿量的作用关系，通过跟踪球磨给矿Ｚ４量的变化，自动寻Ｚ１给料皮带给料量，从而建立磨前预选给料控制智能化子系统。
（２）一段磨矿分级控制智能化子系统。明确磨机给矿量、磨矿排矿浓度与磨机负荷状态的作用关系，建立一段磨矿分级的控制专家子系统，自动寻和跟踪一段磨机的最佳工作点，保持一段磨矿分级系统高效运行。
（３）二段磨矿分级控制智能化子系统。明确渣浆泵给矿频率、旋流器压力、浓度、泵池液位与溢流浓细度的关系，一段磨矿分级效果与二段球磨机负荷状态的关系，建立二段磨矿分级控制智能化子系统，自动跟踪二段球磨机的最佳工作点，确保溢流浓细度。２．１．３ 协同控制子系统架构
协同控制结构根据磨选现场设备的相关强度和控制的需要，磨选智能化系统主要分为磨前预选给料控制子系统、一段磨矿分级控制子系统、二段磨矿分级控制子系统以及对子系统进行协同作用的控制子
标本缸系统。磨前预选给料控制子系统主要负责球磨给矿量的及时调整，同时为了自身安全和高效运行向一段磨矿分级控制子系统提出要求；一段磨矿分级控制子系统主要负责一段磨矿分级的控制，同时为了自身安全和高效运行向二段磨矿分级控制子系统提出要求；二段磨矿分级控制子系统主要负责二段磨矿分级的控制，同时为了自身安全和高效运行向一段磨矿分级控制子系统提出要求；协同控制子系统不仅协同好两段控制子系统提出的要求，还要对整个控制系统的主要参数的调节进行协同处理，以实现稳定高效运行。２．２ 项目实施
（１）在一段球磨机侧加装冲击波检测器，收集球磨机内钢球冲击形成的波强，用波强反映球磨机负荷大小（图２）
。
卷纸筒图２ 安装冲击波照片
（２）采集磨选工艺所有设备的电流信号，判断运行状态，实现区域化动态可控。信号采集单元收集运行状态、输出调节控制信号，并与电脑界面相连接（图３）
。
图３ 安装信号分配器照片
（３）在中控室加装服务器，并提供操作调试界面。
（４）在原自动化的基础上，通过系统的自学习能力，进行大量数据采集分析后和专家系统进行互通，预判出系统变化趋势，并发出控制命令，使系统平衡运行。
（５）通过专家系统的数据分析后，为了满足全系统的高效运行，及时释放合格粒级、减少过磨，再通过钢球填充量、级配调整旋流器溢流的粒级组成等。
３ 项目调试
（１）硬件部署检查。①对所有智能终端进行排查，确认接线牢固，与图纸相符；②对所有供电系统进行检查，确认接线牢固，电压及电流满足系统需求；③检查机柜外壳及交直流接地系统，确认连接是否正确，接地电阻是否满足要求。
（２）通信测试检查。①智能终端供电，确认各信
总第６１９期现代矿业２０２０年１１月第１１期
号指示灯状态正常；②信号源检测，用万用表测量各数据点，确认得到数据在正常范围；③通信正确检测，通过电脑端显示的设备数据与现场设备的实际值对比，确认整体部署信号及通信正常。
（３）控制系统调试。①启停控制检查，脱机状态下挨个设备发出启动、停止命令，确保现场的保持继电器动作与真实设备相符；②调速及校准，改变参数将各数值校准，确保电脑端显示与实际相同，发出频率调节命令，确保变频器受控；③控制逻辑检查，在设备空载状态下，发出联锁启停命令，确保启动和停止顺序按预定逻辑执行。
（４）磨选智能化系统调试。①结合磨选工艺流程，跟踪主厂房Ｚ１皮带给矿量、湿抛入磁量、Ｚ４皮带球磨给矿量（粗粒部分）、二段磨矿细度、精粉品位等指标变化，确认主次作用关系，设计磨选智能化控制模型。考察发现，在直接调控Ｚ１皮带给矿量时，难以有效控制后续流程作业稳定，现场存在旋流器沉砂堵料、磁选作业漫料等现象，品位波动大，无法作为控制模型；通过二段磨矿细度来调控磨选生产，精粉品位能够保证，但精粉产量无法有效提高；以精粉品位为主要调控指标，并对Ｚ４皮带球磨给矿量适当修正，能够很好的保障精粉品位及产量，Ｚ１皮带量根据Ｚ４量自动调整，故确定采用该种控制模型。②为进一步提高球磨机磨矿效率，对旋流器沉砂口、溢流口直径进行条件试验。试验结果表明，一段旋流器溢流口直径为２２０ｍｍ、沉砂口直径为１１０ｍｍ，二段旋流器溢流口直径为１６０ｍｍ、沉砂口直径为８０ｍｍ时，磨选分级系统运行稳定，磨矿细度能够满足品位要求，泵池液位基本稳定。
４ 结 论
磨选智能化系统运行期间，实现了张庄矿磨选系统智能化控制，确保了铁精粉品位６６％，且日产量提升１０％，可创经济效益达４４８４万元／ａ。智能化系统的应用增加了球磨机处理能力，有利于降低磨矿的单位能耗，推进了矿山“智能化”建设的进程，实现了智能控制并优化了系统，实现了少人干预的智能化目标。
参 考 文 献
二氧化碳保护焊［１］ 僧德文，仲学，顺堂，等．数字矿山系统框架与关键技术研究［Ｊ］．金属矿山，２００５（１２）：４７ ５０．
［２］ 孙豁然，徐帅．论数字矿山［Ｊ］．金属矿山，２００７（２）：１ ５．［３］ 邓慧慧，李模其．地理信息系统在数字矿山信息系统中的应用［Ｊ］．测绘标准化，２０１０，２６（３）：４２ ４４．
（收稿日期２０２０ １０ ２６
櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄
）
（上接第１５２页）
表６ 磨矿３５ｍｉｎ后产品筛分分析结果
粒级／ｍｍ产率／％全铁品位／％全铁分布率／％
＋０．０７４０．９９３１．３０１．０７
－０．０７４＋０．０４５６．４７３１．８０７．０８
－０．０４５＋０．０３７７．２８３３．９０８．４９
－０．０３７＋０．０２５９．９８３３．２０１１．４０
－０．０２５７５．２８２７．８０７１．９６
合计１００．００２９．０７１００．００
由表６可知，给矿磨矿３５ｍｉｎ后－０．０７４ｍｍ粒
级含量达９９．０１％，－０．０２５ｍｍ粒级含量为
７５．２８％。
磨矿３５ｍｉｎ后产品用磁选管进行弱磁选，磁场
threadx系统强度分别为１３５．３２、１９９．００ｋＡ／ｍ，试验结果见表７。
表７ 磨矿３５ｍｉｎ后产品弱磁选试验结果
磁场强度／（ｋＡ／ｍ）产品
产率
／％
全铁品位
／％
全铁回收率
／％
１３５．３２弱磁尾矿６３．９８１０．８０２３．６６弱磁精矿３６．０２６１．９０７６．３４合计１００．００２９．０１１００．００
１９９．００弱磁尾矿６４．８６１０．５０２３．５０弱磁精矿３５．１４６３．１０７６．５０合计１００．００２８．９８１００．００
由表７可知，给矿在磨至－０ ０２５ｍｍ粒级含量７５ ２８％时，在１３５ ３２ｋＡ／ｍ的条件下铁精矿全铁品位即达到６１ ９０％，全铁回收率为７６ ３４％；在１９９ ００ｋＡ／ｍ的条件下铁精矿全铁品位即达到６３ １０％，全铁回收率为７６ ５０％。综合考虑品位及回收率，选择弱磁选磁场强度１９９ ００ｋＡ／ｍ。
４ 结 论
内蒙古某排岩矿原矿全铁品位１４ ８０％，粗碎后粒度０～５０ｍｍ，经过中碎、细碎后得到０～２ｍｍ的产品，在磁场强度２７８ ６０ｋＡ／ｍ的条件下经干选得到全铁品位２９ ００％、回收率２６ ８６％的干选精矿。对干选精矿进行磨矿，磨至－０ ０２５ｍｍ粒级含量７５ ２８％时，在１９９ ００ｋＡ／ｍ的磁场强度下进行弱磁选别，最终可得到全铁品位６３ １０％、全流程回收率２０ ５５％的弱磁选精矿，为该地区排岩矿铁资源的合理利用提供了可行的选矿工艺。
参 考 文 献
［１］ 黄星宇．分析矿山固体废弃物资源化整体利用与无机微晶材料开发［Ｊ］．智能城市，２０１８（９）：１１２ １１３．
［２］ 张瑶．白云铁矿矿山环境治理实践［Ｊ］．包钢科技，２０１７（１）：１１０ １１２．
［３］ 李明碧，赵言勤．歪头山铁矿土场排岩矿选矿工艺试验研究［Ｊ］．本钢技术，２００９（３）：３ ５．
（收稿日期２０２０ ０９ ２９）
陈 顺 吴 红等：张庄铁矿智能磨选技术研究及应用 ２０２０年１１月第１１期
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