自動化控制技術(shù)在選礦中的應(yīng)用探討

劉紫鵬

（長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000）

根據(jù)礦物的不同化學(xué)性質(zhì)特征，采用具有智能化或自適應(yīng)效果的技術(shù)，對不同區(qū)域的礦山掩藏區(qū)域進(jìn)行找礦分析，得到高精度的礦物材料所在位置。在選礦過程中，最關(guān)鍵的步驟就是將脈石礦物與礦物隔離開，分離具有共生關(guān)系的礦物，實現(xiàn)對開采位置的精準(zhǔn)定位。通過選礦工藝獲得高品位礦石，為各項工作與領(lǐng)域提供豐富的能源和資源[1]。針對常規(guī)的選礦方案，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)方案通過研磨打碎礦石、人工處理模式分離選礦中的雜質(zhì)。但這些常規(guī)選礦方案的實際應(yīng)用效果，并沒有達(dá)到理想化標(biāo)準(zhǔn)，此次研究引入自動化控制技術(shù)，解決實際應(yīng)用過程中，常規(guī)方案選擇位置不佳、礦產(chǎn)資源相對貧乏的問題。自動化控制技術(shù)以現(xiàn)有的計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，以智能化、自適應(yīng)化、自動化的模式采集與處理各項來源不同的數(shù)據(jù)，是一種十分先進(jìn)的信息處理與管理技術(shù)，為選礦工作提高其工作效率的同時，加強選礦結(jié)果的合理性[2]。本此研究通過自動化控制技術(shù)，設(shè)計一種新型選礦方案，從根本上提高方案應(yīng)用下的選礦產(chǎn)率，為日后開展選礦工作提供幫助。

1 基于自動化控制技術(shù)的選礦方案

1.1 構(gòu)建模糊化控制數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫中包含與礦石破碎和磨碎程度相關(guān)的參數(shù)，要求構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫滿足模糊化控制功能。設(shè)置模糊集合的論域在(-m,-m- 1 ,… ,0 ,… ,m- 1,m)之間，用M來表示，其中m表示連續(xù)變化過程中，不同的數(shù)據(jù)劃分級數(shù)。設(shè)置數(shù)據(jù)庫的允許偏差在[-e,e]內(nèi)，則在允許偏差不為零的情況下，量化因子可通過下列公式計算獲得

選定量化因子、確定數(shù)據(jù)庫的允許偏差，當(dāng)數(shù)據(jù)庫的約束規(guī)則發(fā)生變化時，則偏差基本論域變?yōu)閇-ae,ae]，則量化因子在參數(shù)a的影響下轉(zhuǎn)化為：

當(dāng)量化因子λe通過上述公式（2）計算獲得時，說明量化因子λae與λe之間特性相同。則綜合上述計算得到輸出比例因子，公式為：

公式中：λs表示控制量的變動系數(shù)為s時，得到的輸出比例因子[3]。綜合上述三組計算公式，構(gòu)建模糊化控制數(shù)據(jù)庫的信息輸入與輸出模塊，為自動控制選礦工作，提供基礎(chǔ)信息存儲。

1.2 設(shè)計模糊控制算法控制規(guī)則

模糊控制是自動化控制技術(shù)中的一項核心，通過新型計算方法，控制模糊邏輯的運行。結(jié)合模糊化控制數(shù)據(jù)庫計算控制變量，模糊化處理得到的計算結(jié)果，并設(shè)置具有映射關(guān)系的模糊控制規(guī)則，通過不同模糊決策模塊求得模糊控制解。根據(jù)上述設(shè)計原理，模糊化處理數(shù)據(jù)庫的輸入變量。在模糊控制算法中，數(shù)據(jù)庫接受模糊語言或者模糊數(shù)據(jù)段的輸入，此時需要變換真實論域，在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部討論事物變量的語言特征，根據(jù)實際選礦控制要求，生成不同的描述詞匯。下列公式為模糊控制算法的一般控制規(guī)則：

按照公式（4）顯示的模糊控制一般規(guī)則，約束模糊控制算法對于數(shù)據(jù)庫的信息處理工作，通過得到的不同的模糊子集，求得不同選礦參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為礦石破碎和磨碎程度的控制，提供約束性數(shù)據(jù)[4]。

1.3 自動化控制礦石破碎和磨碎程度

將上述數(shù)據(jù)庫和算法上傳到破碎設(shè)備和磨碎設(shè)備中，自動化控制礦石破碎和磨碎程度。選擇的破碎機為圓錐形，通過自動化控制技術(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)排礦口，調(diào)整與確定礦品粒度。同時針對廢礦量的大小，自動調(diào)節(jié)主機的礦石破碎和磨碎進(jìn)度，為后期的礦石篩分提供更為符合標(biāo)準(zhǔn)的破碎礦石。礦石破碎后需要磨碎破碎的礦石，這一過程共包含四個步驟，計算磨礦處理量、確定分級粒度、設(shè)置磨礦周期以及控制碎礦石的溢流濃度。由于礦石流量、返砂水量及充填率等指標(biāo)，會影響上述四個步驟中的數(shù)據(jù)計算，因此自動化控制技術(shù)通過模糊控制算法，從數(shù)據(jù)庫中選擇滿足要求的數(shù)據(jù)，控制礦石破碎和磨碎程度[5]。

1.4 選礦方案智能化應(yīng)用

將生成的選礦方案應(yīng)用到運輸帶設(shè)備中，借助網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控實時觀察各項選礦工具的運作狀態(tài)。將選礦方案應(yīng)用到提升機的工作過程當(dāng)中，自動化控制深度指示器和監(jiān)控硬件，測試選礦時的工具所在位置，通過控制井筒位置開關(guān)約束工作的運行速度。將選礦方案應(yīng)用到排水設(shè)備當(dāng)中，利用選礦方案的智能化自動控制技術(shù)，控制泵站自動排水，實現(xiàn)排水泵的排真空、開關(guān)出水閥、設(shè)備狀態(tài)等方面的邏輯控制。將選礦方案應(yīng)用到通風(fēng)設(shè)備中，明確主扇、局扇的使用標(biāo)準(zhǔn)，實時監(jiān)測通風(fēng)設(shè)備的風(fēng)量、風(fēng)速、氣體等各項參數(shù)。將選礦方案應(yīng)用到采掘設(shè)備中，控制采掘機械設(shè)備的電力和液壓驅(qū)動運轉(zhuǎn)效果，通過數(shù)據(jù)采集與變化分析，完成整個礦山選礦工作[6]。至此，實現(xiàn)基于自動化控制技術(shù)的選礦方案。

2 應(yīng)用測試與分析

2.1 實驗準(zhǔn)備

將此次提出的選礦方案作為實驗組，將常規(guī)設(shè)計下的選礦方案A作為對照組，以實地應(yīng)用測試的方式，測試不同方案應(yīng)用下的選礦效果。以R市中的某一礦山為實際測試地點，已知該測試區(qū)域的整體范圍，被控制在5km范圍內(nèi)，選礦區(qū)域土層較厚，土體中多含碎石，當(dāng)開采深度達(dá)到25.8m米時，土體中包含質(zhì)軟的細(xì)致土壤。已知該礦山中包含8種主要的化學(xué)成分，調(diào)查結(jié)果如下表1所示。

表1 礦山包含的主要化學(xué)成分（%）

根據(jù)上表統(tǒng)計得到的主要化學(xué)成分可知，該應(yīng)用測試區(qū)域中，礦山中包含的SiO2成分最高。因此以該成分的礦物學(xué)屬性為參考，確定兩組方案的礦石選擇條件。

2.2 方案應(yīng)用效果測試

分別利用兩組不同的應(yīng)用方案，在表1的數(shù)據(jù)前提下，選擇應(yīng)用測試范圍內(nèi)的最優(yōu)礦產(chǎn)資源的所在位置，結(jié)果如下圖1所示。

圖1 不同方案的選礦位置

為了保證測試結(jié)果具有一定程度說服性，兩組方案在第一輪測試應(yīng)用中，均選擇5個選礦位置。根據(jù)圖1顯示的測試結(jié)果可知，在同樣的測試條件下，5組礦藏區(qū)域中，實驗組得到的選礦位置，非常貼合礦藏區(qū)域，可以說通過5次選礦定位，可以獲得較為準(zhǔn)確的選礦結(jié)果。盡管對照組有若干次選礦位置非常接近礦藏區(qū)域，但綜合下來得到的選礦位置，還是存在較大的偏移量。進(jìn)一步論證實驗測試結(jié)果，第二輪測試共進(jìn)行10次，整理實驗測試結(jié)果，計算兩組選礦方案應(yīng)用下，不同選礦位置的礦產(chǎn)率預(yù)測結(jié)果均值，如下表2所示。

表2 礦產(chǎn)率預(yù)測值%

表2中實驗組選礦方案的平均選礦產(chǎn)率，明顯高于對照組。為了便于比較分析，計算10輪測試下不同選礦方案的平均礦產(chǎn)率預(yù)測值，分別為83.53%和50.74%。可見文中提出的選礦方案，能夠得到更好的選礦結(jié)果。

3 結(jié)語

本文通過實例分析的方式，證明了設(shè)計選礦方法在實際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次優(yōu)化設(shè)計的必要性。因此，有理由相信通過本文設(shè)計，能夠解決傳統(tǒng)選礦中存在的效率低的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對本次選礦產(chǎn)率測定結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗，進(jìn)一步提高選礦產(chǎn)率測定結(jié)果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。與此同時，還需要對選礦方法的優(yōu)化設(shè)計提出深入研究，以此為提高選礦質(zhì)量提供建議。