張莊鐵礦智能磨選技術(shù)研究及應(yīng)用

2024年3月17日發(fā)(作者：丹霞山旅游)

ＳｅｒｉａｌＮｏ．６１９

Ｎｏｖｅｍｂｅｒ．２０２０

現(xiàn)　代　礦　業(yè)

ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ

總第６１９期

２０２０年１１月第１１期

張莊鐵礦智能磨選技術(shù)研究及應(yīng)用

陳　順　吳　紅　李保健　齊美超　陶榮華

（安徽馬鋼張莊礦業(yè)有限責任公司）

　　摘　要　張莊礦選礦廠為了穩(wěn)定精粉質(zhì)量，提高球磨機產(chǎn)能，并達到降本增效的目的，針對磨選

系統(tǒng)工藝參數(shù)較多、調(diào)整頻繁、產(chǎn)能受限、精粉質(zhì)量波動的問題，進行了選礦磨選智能化系統(tǒng)建設(shè)研

究。通過對磨選智能化系統(tǒng)的建設(shè)，對傳感器和儀器儀表采集參數(shù)的大數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)可得出優(yōu)化控

制給礦、給水的方法并指導生產(chǎn)，實現(xiàn)了選礦調(diào)節(jié)的無人化、智能化，得到了４臺球磨機精礦鐵品位高

于６６％，且日產(chǎn)量提升１０％的效果。

關(guān)鍵詞　降本增效　智能化　選礦

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４６０８２．２０２０．１１．０４３

我國礦山行業(yè)大力推動數(shù)字化、智能化建　　近年，

設(shè)，逐步實現(xiàn)了對生產(chǎn)、經(jīng)營決策、安全環(huán)保管理和設(shè)

備控制的信息化。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析，建立數(shù)字

化資源儲量模型與經(jīng)濟模型，從采選充３個環(huán)節(jié)，井

下到井上再到井下的過程，構(gòu)建了工作面、采區(qū)、選礦

廠和尾礦庫等的實時監(jiān)管數(shù)據(jù)鏈。礦山智能化在多

個領(lǐng)域得到推廣，包含采礦、選礦、自動化監(jiān)測、管理、

１３］

物流等多個方面

［

。通過對智能化系統(tǒng)的建設(shè)，極

７．４％，產(chǎn)能受到限制，急需進一步均約為設(shè)計值的８

挖掘系統(tǒng)潛力。

（２）選廠自動化現(xiàn)狀。雖然現(xiàn)階段張莊鐵礦自

動化具備遠程操作、連鎖報警、參數(shù)檢測、監(jiān)控視頻等

功能，但仍缺乏及時有效的生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測及控制手

段，主要由人工控制，根據(jù)經(jīng)驗選擇相對穩(wěn)定的參數(shù)

組織生產(chǎn)。現(xiàn)急需磨選智能技術(shù)來指導生產(chǎn)工藝，通

過設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)收集分析、工藝參數(shù)優(yōu)化實現(xiàn)選礦

流程的自學習、自判斷、自優(yōu)化、自控制，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)

量，減少人為干預。因此，張莊鐵礦進行了磨選智能

技術(shù)研究。

大地提高了礦山生產(chǎn)效率，保障了礦山安全生產(chǎn)，減

少了生命和財產(chǎn)損失，從而推動我國礦業(yè)在安全、高

效、經(jīng)濟、綠色與可持續(xù)發(fā)展方面取得長足的進展，一

改傳統(tǒng)行業(yè)的人工多、干預生產(chǎn)的局面。但目前礦山

系統(tǒng)控制的現(xiàn)狀僅局限于ＤＣＳ系統(tǒng)，只有遠程啟停

設(shè)備的基礎(chǔ)功能和部分優(yōu)化控制，為進一步保質(zhì)提

產(chǎn)，對智能磨選技術(shù)進行研究顯得至關(guān)重要。

２　磨選智能化實施

２．１　磨選系統(tǒng)智能化研發(fā)原理及架構(gòu)

２．１．１　硬件架構(gòu)

磨礦過程控制專家系統(tǒng)由一級控制系統(tǒng)（信號

采集單元）和二級控制系統(tǒng)（智能化系統(tǒng)）組成。一

級控制系統(tǒng)由底層硬件生產(chǎn)設(shè)備、各種檢測傳感器與

執(zhí)行儀表等組成；二級控制系統(tǒng)由智能化系統(tǒng)服務(wù)

器、專家系統(tǒng)組成。總體結(jié)構(gòu)可分為４層：

１）第１層生產(chǎn)設(shè)備，包括Ｚ１給料皮帶、圓通打（

散機、打散震動篩、精礦篩、尾礦篩、球磨給料皮帶、球

磨機、旋流器給礦漿池、渣漿泵、旋流器、磁選機等主

要生產(chǎn)設(shè)備。

２）第２層現(xiàn)場檢測、執(zhí)行儀表以及控制裝置。（

系統(tǒng)運用了多種傳感器和儀器儀表，傳感器包括給礦

皮帶秤、功率變送器、信號隔離器、電流變送器、給礦

控制變頻器。儀器儀表包括濃度計、沖擊波、礦漿池

液位計、補加水電磁流量計、壓力傳感器、補加水電動

調(diào)節(jié)閥等。

（３）第３層智能化系統(tǒng)服務(wù)器。現(xiàn)場控制箱中

１　磨選系統(tǒng)概況

（１）工藝現(xiàn)狀。張莊選礦廠采用三段一閉路破

碎干磁拋尾—高壓輥磨—預選—階段磨選工藝。其

中磨選一段由兩臺ＭＱＳ４０６０格子型球磨機與水力旋

流器形成閉路，二段由兩臺ＭＱＹ４０６０溢流型球磨機

與水力旋流器組成二次閉路。原礦硬度在１４左右，

原設(shè)計溢流細度一段為０．０７４ｍｍ５０％，二段為

０．０７４ｍｍ８５％。由于張莊精礦品牌定位和市場需

求，近幾年的生產(chǎn)張莊精粉品位由原設(shè)計６５％提高

６％以上，為保證品位，球磨一段溢流細度到６

－０．０７４ｍｍ含量由原設(shè)計５０％提高到５８％，二段

－０．０７４ｍｍ含量由８５％提高約１％。磨礦細度的增

２０１８年實際精粉日產(chǎn)平加，導致球磨機處理量偏低，

　　陳　順（１９９０—），男，工程師，２３７４００安徽省六安市霍邱縣周集

鎮(zhèn)。

總第６１９期現(xiàn)代礦業(yè)２０２０年１１月第１１期

的信號采集單元將收集的設(shè)備的運行參數(shù)進行初步

運算和分析，最后匯總匯入智能化系統(tǒng)服務(wù)器進行深

度學習。

（４）第４層專家系統(tǒng)。智能化系統(tǒng)服務(wù)器對深

度學習后的數(shù)據(jù)加以分析，其中數(shù)據(jù)庫用來采集數(shù)

據(jù)，知識庫結(jié)合數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生模型，和模型庫進行比較，

最后由專家系統(tǒng)進行糾偏、試錯，最終得到適合的方

法傳送給第三層智能化系統(tǒng)服務(wù)器，通過執(zhí)行機構(gòu)控

制第１層的生產(chǎn)設(shè)備。磨選系統(tǒng)控制原理見圖１。

二段磨礦分級控制子系統(tǒng)主要負責二段磨礦分級的

控制，同時為了自身安全和高效運行向一段磨礦分級

控制子系統(tǒng)提出要求；協(xié)同控制子系統(tǒng)不僅協(xié)同好兩

段控制子系統(tǒng)提出的要求，還要對整個控制系統(tǒng)的主

要參數(shù)的調(diào)節(jié)進行協(xié)同處理，以實現(xiàn)穩(wěn)定高效運行。

２．２　項目實施

（１）在一段球磨機側(cè)加裝沖擊波檢測器，收集球

磨機內(nèi)鋼球沖擊形成的波強，用波強反映球磨機負荷

）。大小（圖２

圖１　磨選系統(tǒng)控制原理

２．１．２　軟件架構(gòu)

該項目在原有磨選自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行智

能化研究開發(fā)，構(gòu)建磨選工藝生產(chǎn)智能化系統(tǒng)，提升

磨選系統(tǒng)生產(chǎn)的智能化與信息化技術(shù)水平。

（１）磨前預選給料控制智能化子系統(tǒng)。明確Ｚ１

皮帶給礦量與濕拋入磁量及球磨給礦量的作用關(guān)系，

通過跟蹤球磨給礦Ｚ４量的變化，自動尋找Ｚ１給料皮

帶給料量，從而建立磨前預選給料控制智能化子系

統(tǒng)。

（２）一段磨礦分級控制智能化子系統(tǒng)。明確磨

機給礦量、磨礦排礦濃度與磨機負荷狀態(tài)的作用關(guān)

系，建立一段磨礦分級的控制專家子系統(tǒng)，自動尋找

和跟蹤一段磨機的最佳工作點，保持一段磨礦分級系

統(tǒng)高效運行。

（

３）二段磨礦分級控制智能化子系統(tǒng)。明確渣

漿泵給礦頻率、旋流器壓力、濃度、泵池液位與溢流濃

細度的關(guān)系，一段磨礦分級效果與二段球磨機負荷狀

態(tài)的關(guān)系，建立二段磨礦分級控制智能化子系統(tǒng)，自

動跟蹤二段球磨機的最佳工作點，確保溢流濃細度。

２．１．３　協(xié)同控制子系統(tǒng)架構(gòu)

協(xié)同控制結(jié)構(gòu)根據(jù)磨選現(xiàn)場設(shè)備的相關(guān)強度和

控制的需要，磨選智能化系統(tǒng)主要分為磨前預選給料

控制子系統(tǒng)、一段磨礦分級控制子系統(tǒng)、二段磨礦分

級控制子系統(tǒng)以及對子系統(tǒng)進行協(xié)同作用的控制子

系統(tǒng)。磨前預選給料控制子系統(tǒng)主要負責球磨給礦

量的及時調(diào)整，同時為了自身安全和高效運行向一段

磨礦分級控制子系統(tǒng)提出要求；一段磨礦分級控制子

系統(tǒng)主要負責一段磨礦分級的控制，同時為了自身安

全和高效運行向二段磨礦分級控制子系統(tǒng)提出要求；

圖２　安裝沖擊波照片

（２）采集磨選工藝所有設(shè)備的電流信號，判斷運

行狀態(tài)，實現(xiàn)區(qū)域化動態(tài)可控。信號采集單元收集運

行狀態(tài)、輸出調(diào)節(jié)控制信號，并與電腦界面相連接

（圖３）。

圖３　安裝信號分配器照片

（３）在中控室加裝服務(wù)器，并提供操作調(diào)試界

面。

（４）在原自動化的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)的自學習能

力，進行大量數(shù)據(jù)采集分析后和專家系統(tǒng)進行互通，

預判出系統(tǒng)變化趨勢，并發(fā)出控制命令，使系統(tǒng)平衡

運行。

（５）通過專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析后，為了滿足全系

統(tǒng)的高效運行，及時釋放合格粒級、減少過磨，再通過

鋼球填充量、級配調(diào)整旋流器溢流的粒級組成等。

３　項目調(diào)試

（１）硬件部署檢查。

①

對所有智能終端進行排

查，確認接線牢固，與圖紙相符；

②

對所有供電系統(tǒng)進

行檢查，確認接線牢固，電壓及電流滿足系統(tǒng)需求；

③

檢查機柜外殼及交直流接地系統(tǒng)，確認連接是否正

確，接地電阻是否滿足要求。

（２）通信測試檢查。

①

智能終端供電，確認各信

張莊鐵礦智能磨選技術(shù)研究及應(yīng)用　　　　　　　　　　　２０２０年１１月第１１期

陳　順　吳　紅等：

號指示燈狀態(tài)正常；用萬用表測量各

②

信號源檢測，

數(shù)據(jù)點，確認得到數(shù)據(jù)在正常范圍；

③

通信正確檢測，

通過電腦端顯示的設(shè)備數(shù)據(jù)與現(xiàn)場設(shè)備的實際值對

比，確認整體部署信號及通信正常。

３）控制系統(tǒng)調(diào)試。

①

啟停控制檢查，脫機狀態(tài)（

下挨個設(shè)備發(fā)出啟動、停止命令，確保現(xiàn)場的保持繼

電器動作與真實設(shè)備相符；改變參數(shù)

②

調(diào)速及校準，

將各數(shù)值校準，確保電腦端顯示與實際相同，發(fā)出頻

在設(shè)率調(diào)節(jié)命令，確保變頻器受控；

③

控制邏輯檢查，

備空載狀態(tài)下，發(fā)出聯(lián)鎖啟停命令，確保啟動和停止

順序按預定邏輯執(zhí)行。

（４）磨選智能化系統(tǒng)調(diào)試。

①

結(jié)合磨選工藝流

１皮帶給礦量、濕拋入磁量、Ｚ４皮帶程，跟蹤主廠房Ｚ

球磨給礦量（粗粒部分）、二段磨礦細度、精粉品位等

指標變化，確認主次作用關(guān)系，設(shè)計磨選智能化控制

模型。考察發(fā)現(xiàn)，在直接調(diào)控Ｚ１皮帶給礦量時，難以

有效控制后續(xù)流程作業(yè)穩(wěn)定，現(xiàn)場存在旋流器沉砂堵

料、磁選作業(yè)漫料等現(xiàn)象，品位波動大，無法作為控制

模型；通過二段磨礦細度來調(diào)控磨選生產(chǎn)，精粉品位

能夠保證，但精粉產(chǎn)量無法有效提高；以精粉品位為

４皮帶球磨給礦量適當修正，能主要調(diào)控指標，并對Ｚ

夠很好的保障精粉品位及產(chǎn)量，Ｚ１皮帶量根據(jù)Ｚ４量

自動調(diào)整，故確定采用該種控制模型。

②

為進一步提

高球磨機磨礦效率，對旋流器沉砂口、溢流口直徑進

行條件試驗。試驗結(jié)果表明，一段旋流器溢流口直徑

２０ｍｍ、沉砂口直徑為１１０ｍｍ，二段旋流器溢流為２

口直徑為１６０ｍｍ、沉砂口直徑為８０ｍｍ時，磨選分

級系統(tǒng)運行穩(wěn)定，磨礦細度能夠滿足品位要求，泵池

液位基本穩(wěn)定。

４　結(jié)　論

磨選智能化系統(tǒng)運行期間，實現(xiàn)了張莊礦磨選系

統(tǒng)智能化控制，確保了鐵精粉品位６６％，且日產(chǎn)量提

升１０％，可創(chuàng)經(jīng)濟效益達４４８４萬元／ａ。智能化系統(tǒng)

的應(yīng)用增加了球磨機處理能力，有利于降低磨礦的單

位能耗，推進了礦山“智能化”建設(shè)的進程，實現(xiàn)了智

能控制并優(yōu)化了系統(tǒng)，實現(xiàn)了少人干預的智能化目

標。

參　考　文　獻

［１］　僧德文，仲學，順堂，等．數(shù)字礦山系統(tǒng)框架與關(guān)鍵技術(shù)研究

［Ｊ］．金屬礦山，２００５（１２）：４７５０．

［２］　孫豁然，徐帥．論數(shù)字礦山［Ｊ］．金屬礦山，２００７（２）：１５．

［３］　鄧慧慧，李模其．地理信息系統(tǒng)在數(shù)字礦山信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

［Ｊ］．測繪標準化，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頁）７５２８％時，在１３５３２ｋＡ／ｍ的條件下鐵精礦全鐵品

表６　磨礦３５ｍｉｎ后產(chǎn)品篩分分析結(jié)果

粒級／ｍｍ

＋０．０７４

－０．０７４＋０．０４５

－０．０４５＋０．０３７

－０．０３７＋０．０２５

－０．０２５

合計

產(chǎn)率／％

０．９９

６．４７

７．２８

９．９８

７５．２８

１００．００

全鐵品位／％

３１．３０

３１．８０

３３．９０

３３．２０

２７．８０

２９．０７

全鐵分布率／％

１．０７

７．０８

８．４９

１１．４０

７１．９６

１００．００

１９０％，全鐵回收率為７６３４％；在１９９００位即達到６

ｋＡ／ｍ的條件下鐵精礦全鐵品位即達到６３１０％，全

鐵回收率為７６５０％。綜合考慮品位及回收率，選擇

弱磁選磁場強度１９９００ｋＡ／ｍ。

４　結(jié)　論

內(nèi)蒙古某排巖礦原礦全鐵品位１４８０％，粗碎后

粒度０～５０ｍｍ，經(jīng)過中碎、細碎后得到０～２ｍｍ的

產(chǎn)品，在磁場強度２７８６０ｋＡ／ｍ的條件下經(jīng)干選得

９００％、回收率２６８６％的干選精礦。到全鐵品位２

對干選精礦進行磨礦，磨至－００２５ｍｍ粒級含量

７５２８％時，在１９９００ｋＡ／ｍ的磁場強度下進行弱磁

選別，最終可得到全鐵品位６３１０％、全流程回收率

２０５５％的弱磁選精礦，為該地區(qū)排巖礦鐵資源的合

理利用提供了可行的選礦工藝。

參　考　文　獻

［１］　黃星宇．分析礦山固體廢棄物資源化整體利用與無機微晶材料

開發(fā)［Ｊ］．智能城市，２０１８（９）：１１２１１３．

［２］　張瑤．白云鐵礦礦山環(huán)境治理實踐［Ｊ］．包鋼科技，２０１７（１）：

１１０１１２．

［３］　李明碧，趙言勤．歪頭山鐵礦土場排巖礦選礦工藝試驗研究

［Ｊ］．本鋼技術(shù)，２００９（３）：３５．

　　由表６可知，給礦磨礦３５ｍｉｎ后－０．０７４ｍｍ粒

９．０１％，－０．０２５ｍｍ粒級含量為級含量達９

７５．２８％。

磨礦３５ｍｉｎ后產(chǎn)品用磁選管進行弱磁選，磁場

３５．３２、１９９．００ｋＡ／ｍ，試驗結(jié)果見表７。強度分別為１

表７　磨礦３５ｍｉｎ后產(chǎn)品弱磁選試驗結(jié)果

磁場強度

／（ｋＡ／ｍ）

產(chǎn)品

弱磁尾礦

１３５．３２弱磁精礦

合計

弱磁尾礦

１９９．００弱磁精礦

合計

產(chǎn)率

／％

６３．９８

３６．０２

１００．００

６４．８６

３５．１４

１００．００

全鐵品位

／％

１０．８０

６１．９０

２９．０１

１０．５０

６３．１０

２８．９８

全鐵回收率

／％

２３．６６

７６．３４

１００．００

２３．５０

７６．５０

１００．００

　　由表７可知，給礦在磨至－００２５ｍｍ粒級含量

（收稿日期２０２００９２９）