選礦大數(shù)據(jù)挖掘與自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用淺析

陳 軍，衛(wèi)亞儒

(1.陜西黃金集團(tuán)股份有限公司，陜西 西安 710054)(2. 西北有色地質(zhì)礦業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710054)

0 引 言

在選礦生產(chǎn)中，為更好掌握生產(chǎn)指標(biāo)變化規(guī)律和進(jìn)行技術(shù)參數(shù)調(diào)整優(yōu)化，需要對(duì)相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集加工。選礦常采集的主要數(shù)據(jù)來源有破碎、磨礦、分級(jí)、選別、濃縮、尾礦及回水處理等生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析獲得生產(chǎn)變化規(guī)律，進(jìn)而得出有價(jià)值數(shù)據(jù)并用于指導(dǎo)優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)，更好地控制和管理生產(chǎn)。傳統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)踐中的數(shù)據(jù)來源于分析測(cè)試，比如破碎粒度、入選品位、磨礦細(xì)度、精礦品位、回收率、互含率等，其指標(biāo)相對(duì)靜態(tài)簡(jiǎn)單，不能系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)地對(duì)工藝做出評(píng)價(jià)，因此不能高效地指導(dǎo)工藝調(diào)整。在數(shù)字化技術(shù)時(shí)代，為了達(dá)到精細(xì)化管理、降低成本和環(huán)保節(jié)能等各方面要求，需要對(duì)選礦工藝流程中每個(gè)環(huán)節(jié)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘采集，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析和評(píng)估生產(chǎn)狀態(tài)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平，進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)使生產(chǎn)效益最大化，這就是大數(shù)據(jù)技術(shù)在選礦工藝中應(yīng)用的出發(fā)點(diǎn)。

1 選礦大數(shù)據(jù)采集與挖掘

選礦廠不間斷的生產(chǎn)過程就是數(shù)據(jù)的不間斷生產(chǎn)過程，獲取選礦大數(shù)據(jù)是利用大數(shù)據(jù)的前提。目前我國很多選廠數(shù)據(jù)來源主要是有經(jīng)驗(yàn)的工人掌握的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和技術(shù)人員生產(chǎn)取樣數(shù)據(jù)，其中有的數(shù)據(jù)量化難度大，可靠性不強(qiáng)，受制于個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)差別很大。而在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，由于入選礦石品位波動(dòng)，礦石性質(zhì)變化，藥劑用量等發(fā)生變化，導(dǎo)致生產(chǎn)數(shù)據(jù)規(guī)律不斷波動(dòng)。利用現(xiàn)代感知技術(shù)和人工智能設(shè)備可以挖掘積累大量有效數(shù)據(jù)，將其用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析獲得的結(jié)果用于分析指導(dǎo)生產(chǎn)和評(píng)估技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有重大意義。

常見的選礦數(shù)據(jù)類型有工作數(shù)據(jù)參數(shù)和技術(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)，工作數(shù)據(jù)參數(shù)包括機(jī)器和設(shè)備的工作負(fù)荷、能耗、物耗、作業(yè)效率、維修效率等；技術(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)包括粒度組成、破碎比、粉礦倉運(yùn)轉(zhuǎn)率、磨礦效率、分級(jí)效率、細(xì)度、礦漿濃度、浮選藥劑的添加量、補(bǔ)給水量、品位、礦漿流量、浮選時(shí)間、選別指標(biāo)、過濾參數(shù)等。

選礦大數(shù)據(jù)的挖掘環(huán)節(jié)包括：破碎篩分系統(tǒng)、磨礦分級(jí)系統(tǒng)、選別系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)、尾礦輸送、尾礦庫監(jiān)測(cè)等。每個(gè)環(huán)節(jié)又包含了相應(yīng)的設(shè)施設(shè)備，設(shè)備作業(yè)中對(duì)應(yīng)的就是易耗材料、工作能耗、維修頻率、作業(yè)效率以及具體的技術(shù)工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)。因此，對(duì)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)挖掘越深入，數(shù)據(jù)越全面詳細(xì)；而借助現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)對(duì)信息捕捉越多，數(shù)據(jù)量就越大，規(guī)律性越明顯，對(duì)于生產(chǎn)的分析掌握就越準(zhǔn)確可靠。

大量的數(shù)據(jù)不僅客觀反映了設(shè)備的工作狀態(tài)，而且在不同系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的易耗材料、能耗、維修率、工作效率之間也存在密切的聯(lián)系，它們?cè)诠ぷ鬟^程中表現(xiàn)出來的是物耗和能耗的消耗數(shù)量，實(shí)際是間接地反應(yīng)到維修率和工作效率高低上，最終體現(xiàn)出產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)劣差異。不僅如此，不同系統(tǒng)之間的關(guān)系也是環(huán)環(huán)相扣，破碎系統(tǒng)的產(chǎn)品和技術(shù)指標(biāo)對(duì)篩分系統(tǒng)的產(chǎn)品和技術(shù)指標(biāo)有著決定性的影響，篩分系統(tǒng)的產(chǎn)品又決定著磨礦分級(jí)系統(tǒng)的產(chǎn)品和技術(shù)指標(biāo)，以此類推，直接關(guān)系到最終出廠產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效益。因此，一個(gè)最佳的工作參數(shù)決定著優(yōu)秀的技術(shù)參數(shù)，決定著最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，也決定著生產(chǎn)效益的最大化。反之亦然。

2 選礦大數(shù)據(jù)的分析

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐中采集的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析才能獲得其生產(chǎn)特征，進(jìn)而將設(shè)備工作狀態(tài)直觀地展示給用戶，與用戶互動(dòng)，對(duì)選礦大數(shù)據(jù)的分析是處理大數(shù)據(jù)流程的核心。

大數(shù)據(jù)常用的數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)包括云計(jì)算和Mapreduce系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、可視化技術(shù)等。云計(jì)算是大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)的核心原理，也是大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺(tái)。Mapreduce系統(tǒng)提出簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)的計(jì)算過程，避免了大量數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)庫則是為用戶提供了各種數(shù)據(jù)以及獲取數(shù)據(jù)的方式，可視化技術(shù)即運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將分析出來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形或圖像形式，與用戶進(jìn)行交互處理。這一技術(shù)極大地方便了通過數(shù)據(jù)及時(shí)掌握生產(chǎn)的內(nèi)在變化[1]。隨著數(shù)據(jù)處理軟件的不斷更新升級(jí)，越來越多的多樣化功能軟件將被應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的大數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析中，自動(dòng)為用戶展現(xiàn)最直觀的結(jié)果。

常用的選礦工藝指標(biāo)有：破碎循環(huán)負(fù)荷及破碎效率、篩分效率、磨機(jī)生產(chǎn)能力和磨礦效率、分級(jí)效率、返砂比、浮選效率、數(shù)質(zhì)量流程圖等，以及主要易耗材料的數(shù)據(jù)變化分析，如襯板損耗、鋼耗、藥劑單耗等。通常根據(jù)單個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)的變化，直接對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)使其達(dá)到最佳參數(shù)即可。但是每個(gè)選廠實(shí)際情況不同，需要從整個(gè)流程的多個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)來分析，經(jīng)過綜合對(duì)比，達(dá)到整體效益的最優(yōu)化。因此，除了對(duì)單個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析，還需要對(duì)不同流程之間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)關(guān)系分析，就此，文章分析幾組重要的參數(shù)關(guān)系如下：

(1)破碎比、生產(chǎn)量與襯板損耗之間關(guān)系。某鉛鋅礦選廠為兩段一閉路破碎流程，如果提高顎式破碎機(jī)的破碎比，襯板損耗就會(huì)增加，產(chǎn)能降低；反之，導(dǎo)致圓錐破碎機(jī)工作量增加，襯板損耗、篩分量、篩面損耗也就增加。因此，優(yōu)化破碎與篩分參數(shù)就尤為重要，既能提高產(chǎn)能，還能降低能耗物耗。

(2)給礦粒度、篩網(wǎng)磨損與能耗之間關(guān)系。增大破碎粒度尺寸，篩網(wǎng)損耗和皮帶的負(fù)荷就相應(yīng)的增加；反之，二者均會(huì)降低。根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)合適的給礦粒度有利于物耗能耗的最大化。

(3)球磨機(jī)的入磨粒度、襯板損耗及后續(xù)作業(yè)關(guān)系。分析入磨粒度組成、排礦粒度組成、補(bǔ)加水量、鋼球配比、磨礦濃度、襯板損耗及磨礦效率等參數(shù)，結(jié)合后續(xù)選別作業(yè)需求，優(yōu)化磨礦參數(shù)，提高磨機(jī)產(chǎn)能。目前，自動(dòng)化磨機(jī)技術(shù)開始廣泛應(yīng)用，但優(yōu)化磨機(jī)效能仍在不斷研究中。

(4)分級(jí)機(jī)分級(jí)效率與磨礦細(xì)度之間關(guān)系。分級(jí)機(jī)的分級(jí)效率越高，磨機(jī)產(chǎn)量和效率也越高；反之，出現(xiàn)過磨現(xiàn)象，導(dǎo)致磨機(jī)產(chǎn)量和效率降低，對(duì)后續(xù)工藝流程影響也很大。

(5)浮選細(xì)度與葉輪蓋板、藥劑消耗之間關(guān)系。浮選細(xì)度越粗，對(duì)攪拌機(jī)葉輪蓋板的摩擦損耗也就越大，維修更換越頻繁；反之，可以節(jié)省葉輪蓋板的磨損，降低維修頻次?？梢?，借助生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)相應(yīng)規(guī)律，優(yōu)化生產(chǎn)指標(biāo)。

綜上可見，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)和相關(guān)軟件的分析，將生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給用戶，可以有效地對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行分析與控制，利用現(xiàn)代軟件的集成技術(shù)，可進(jìn)一步對(duì)不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)分析，最后在專家系統(tǒng)的指導(dǎo)下為用戶提供最佳指導(dǎo)方案。

3 大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

利用大數(shù)據(jù)就是利用感知設(shè)備采集的數(shù)據(jù)規(guī)律的研究結(jié)果，根據(jù)選礦學(xué)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)知識(shí)等優(yōu)化各部分的參數(shù)，制定相應(yīng)的降本增效措施，調(diào)整各環(huán)節(jié)技術(shù)參數(shù)，最終使整個(gè)生產(chǎn)處于可監(jiān)控、可調(diào)控的最佳工作狀態(tài)。除此之外，還可以為生產(chǎn)帶來極大的便利，為管理提供更有效的解決方案，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的分析，生產(chǎn)狀態(tài)被相關(guān)終端設(shè)備直觀展現(xiàn)出來，使選礦工作者對(duì)選礦生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)指標(biāo)變化規(guī)律一目了然，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，由選礦專家系統(tǒng)提供解決方案，避免了傳統(tǒng)方法通過最終產(chǎn)品指標(biāo)來分析生產(chǎn)狀態(tài)的嚴(yán)重滯后性，為選廠的成本降低提供了極為有效的數(shù)據(jù)支撐。

當(dāng)前，大數(shù)據(jù)技術(shù)剛剛興起，礦業(yè)生產(chǎn)逐漸對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)概念引起重視，未來，隨著現(xiàn)代化感知設(shè)備的不斷開發(fā)，新的礦業(yè)軟件引入，智能時(shí)代的開啟，對(duì)數(shù)據(jù)的分析將會(huì)被智能設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)、分析、調(diào)整等，這一系列流程操作將變得更加容易，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值也將會(huì)在工業(yè)生產(chǎn)中得到充分發(fā)掘。

4 選礦大數(shù)據(jù)與選礦智能化

選礦大數(shù)據(jù)技術(shù)是通過大數(shù)據(jù)技術(shù)判斷其是否達(dá)到物耗、能耗的最佳點(diǎn)。選礦自動(dòng)化是通過自動(dòng)控制設(shè)備來實(shí)現(xiàn)捕捉采集數(shù)據(jù)信息，以及通過自動(dòng)化設(shè)備操作來降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及自動(dòng)調(diào)整。大數(shù)據(jù)技術(shù)不僅對(duì)單個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)備參數(shù)的優(yōu)化，還包括整個(gè)流程的相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化，某個(gè)環(huán)節(jié)指標(biāo)最優(yōu)不代表整體最優(yōu)化，它是整體效益最大化的一個(gè)結(jié)果。將大數(shù)據(jù)技術(shù)與自動(dòng)化智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)有機(jī)銜接，就構(gòu)成了智能化選礦過程，即實(shí)現(xiàn)了選礦智能化。

智能化、信息化技術(shù)提高了選礦廠的識(shí)別能力和應(yīng)變能力。未來，智能選礦廠是礦業(yè)發(fā)展的一個(gè)明晰方向，其目標(biāo)是“去人化”、“輕資產(chǎn)”、“高效率”。智能選礦廠的建設(shè)將緊緊圍繞著裝備智能化、業(yè)務(wù)流程智能化和知識(shí)自動(dòng)化循序漸進(jìn)[2]。

通過對(duì)選礦廠大數(shù)據(jù)的分析和挖掘，傳統(tǒng)的管理和運(yùn)營模式會(huì)被數(shù)據(jù)時(shí)代的精細(xì)化管理所改變，有效提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的反應(yīng)能力并降低企業(yè)的管理成本。大數(shù)據(jù)技術(shù)將給企業(yè)帶來革命性的影響，顛覆傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)思路[3]。

5 結(jié) 論

挖掘和利用好大數(shù)據(jù)，是透過生產(chǎn)看數(shù)據(jù)，拋開結(jié)果看過程的現(xiàn)代化生產(chǎn)思維，選礦廠生產(chǎn)的不是產(chǎn)品而是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)質(zhì)量決定產(chǎn)品質(zhì)量，因此，好的生產(chǎn)數(shù)據(jù)決定了性價(jià)比最高的生產(chǎn)產(chǎn)品，才能在未來的市場(chǎng)中具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。綜上所述，可以有以下幾點(diǎn)認(rèn)知：

(1)選礦廠管理的精細(xì)化來源于對(duì)大量數(shù)據(jù)的挖掘與分析，是實(shí)現(xiàn)成本管理的核心與基礎(chǔ)。

(2)數(shù)據(jù)時(shí)代要求生產(chǎn)信息的數(shù)據(jù)化，因此用數(shù)據(jù)化思維來考慮生產(chǎn)成本的最優(yōu)化是未來生產(chǎn)的首要方法。

(3)大數(shù)據(jù)技術(shù)是核心，現(xiàn)代化感知設(shè)備是基礎(chǔ)，大數(shù)據(jù)技術(shù)與現(xiàn)代化感知設(shè)備的有機(jī)組合，才能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的智能化，智能化選礦廠是未來的發(fā)展方向。