Автоматический комплекс для мониторинга качества и количества потока руды в процессах подготовки к обогащению

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ блок цифровой кластерной расшифровки маркеров поставщика руды, включающий в свой состав блок регистрации или запоминания химического состава руды и блок регистрации количества поступающей руды не менее одного рентгеноспектрального анализатора химико - минералогического состава руды, блок автоматической оценки характера сростков и подсчета (расчета) среднего количества целевых минералов, (например-е), вкрапленных в дробленую частицу и расчета по ним процентного содержания целевой компоненты в потоке руды, не менее восьми элементов сравнения одноименных мониторируемых параметров, формируемых на выходе перечисленных средств непрерывного и тестирующего мониторинга количественных и качественных характеристик подготовляемой руды. Кроме того, введенный в состав системы рентгеноспектральный анализатор химического состава руды выполнен с возможностью периодического перемещения для контрольного тестирования других датчиков (блоков) контроля мониторинга качественных показателей или химического состава руды на других участках рудоподготовки. Описание работы системы сопровождается фигурами 1 и 2.(72) Топоров Виктор ИвановичАксельрод Валерий Юрьевич Салихов Зуфар Гарифуллович(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА И КОЛИЧЕСТВА ПОТОКА РУДЫ В ПРОЦЕССАХ ПОДГОТОВКИ К ОБОГАЩЕНИЮ(57) Предполагаемое изобретение Автоматический комплекс для мониторинга качества и количества потока руды в процессах подготовки к обогащению. Отличительным признаком предлагаемой системы является то, что она содержит сканер маркировки средств доставки руды, считывающий показатели качественного и количественного состав доставленной руды по транспортной накладной или паспорту продукции для подготовки к обогащению,заранее введенные в комплексный блок знаний или Изобретение относится к автоматическому непрерывному мониторингу качественных и количественных характеристик потока руды в процессе подготовки ее к обогащению. Известно, что сами процессы обогащения руд со стационарными характеристиками изучены и практически реализованы достаточно хорошо. Для таких условий обогащения руд имеются довольно подробно разработанные технологические регламенты, обеспечивающие извлечение целевых компонентов до 99 и гарантирующие заданную кондицию (с требуемой концентрацией целевого компонента) в получаемом рудном концентрате. Однако, проблема минимизации себестоимости готового концентрата, особенно за счет сокращения энергозатрат и расхода реагентов в процессах подготовки руд и обогащения остается не решенной. В настоящее время необходимость решения этой проблемы еще более обострилась в связи с вовлечением в процесс обогащения покупных руд,из разных источников с различным содержанием и физико-морфологических свойств полезных компонентов в них, варьирующихся в очень больших интервалах. Особенно это проявляется при вовлечении бедных или вторичных (отвальных) видов сырья. Поэтому технические решения,обеспечивающие опережающий непрерывный мониторинг качественных показателей поступающих на обогащение руд или типизация рудопотока под заранее заданный состав целевого компонента и производительность работы оборудования, является одним из эффективных приемов снижения актуальности отмеченной проблемы. Известны технические решения Патент РФ 210844 от 27.12.1997 А.с. СССР 577534, кл. 01 15/50, 1977 750531, кл. 07 5/10, 1980 758212, кл. 07 5/10, 1980 1133400, кл. Е 21 С 41/26, 1986 1631175, 1991 , а также способ оперативного мониторинга и управления. Авторы способа Галиев С.Ж., Боядинова А. и др., Научнотехническое обеспечение горного производства Сб. научных трудов ИГД им. Д. Кунаева, т.22,Алматы, 2006, с.138-143. Известны также технические решения для контроля локальных качественных показателей обогащаемой руды. Например, в патенте 2133031, кл. 01 27/72,опубл. 1999, приводится описание способа определения ферромагнетика в пульпе и устройство для его осуществления. Известна также работа проф. Морозова В.В. (МГГКУ) и к.т.н. Панасенко И.П. Имитационное моделирование организации рудопотока и управление затратами горнорудного предприятия. (диссертация, 2011 г) В перечисленных технических решениях рассмотрены локальные задачи, т.е. улучшение диспетчеризации за счет мониторинга качественных и количественных характеристик на стадии выемки и транспортировки руды до промежуточного склада приема руды для подготовки ее на ввод в производство концентратов путем обогащения. По функциональному назначению и составу технических средств наиболее близким аналогом 2 предлагаемого технического решения является известная система автоматического контроля качества (содержание магнетитового железа) железнорудного сырья в конвейерных потоках,разработанной инновационным предприятием ООО Урал РудоАвтоматика. (г. Екатеринбург,). Это техническое решение выбирается в качестве прототипа. Безусловно, контроль содержания магнетитового железа с использованием зонда и по взаимо корреляционным функциям,определение вероятностных значений общего содержания железа в потоке исходной руды, поступающей, как на стадию сухого обогащения, так и на мокрую, играют важную роль в снижении себестоимости готового концентрата, а также способствует оптимизации обогатительного производства. Недостатком прототипа является то, что система по прототипу не может идентифицировать контролируемые качественные показатели без использования периодического химического анализа с частотой не менее 1-2 раза за смену, т.е. не может обеспечить требуемую точность и оперативность контроля или мониторинга. Это объясняется тем,что частота колебаний качественных и количественных контролируемых параметров в десятки раз больше, чем возможная частота химических анализов. Кроме того,обогатителям известно,что для выбора рационального или оптимального технологического процесса обогащения необходимо с опережением получить информацию о всех остальных компонентах поступающей руды, включая степень их окисленности, грансостава и др. В прототипе отсутствуют безинерционные элементы оптико-видео - систем безинерционного непрерывного контроля, как показала практика их использования,они не требуют высоких эксплуатационных затрат по их обслуживанию и имеют высокую надежность в работе ( Шапиро Л Стокман Дж Компьютерное зрение М.Бином. Лаборатория знаний, 2006. - с.752) Прототип не может определить с достаточной точностью разницу в показателях качества руд по данным поставщика и его получателя. Один из основных недостатков прототипа - большая погрешность и дискретность контроля, приводящий к увеличению дисперсии показателей качества исходной руды, что, в свою очередь, снижает среднее значение качества получаемого концентрата. Отмеченные недостатки контроля качества исходных рудопотоков могут настолько увеличить дисперсию, что качество концентрата снизится ниже уровня допустимого значения и поток концентрата будет все время иметь значительные колебания показателей содержания железа. В результате,шихтовкой невозможно будет повысить качество исходной руды. В свою очередь, контроль(мониторинг) и управление качеством исходной руды является обязательным условием стабильной и эффективной работы обогатительного производства Днепропетровский Национальный горный университет,Украина Анализ методологии контроля показателей прогресса, обогащения на обогатительной фабриках железорудного горно обогатительного комбината, 2012 г. 2. Козин В.З. Опробование и контроль процессов обогащения, М. Недра, 1986.- с.476 3. Чантурия В.А.,Башлыкова Т.В. Технологическая оценка минерального сырья с помощью автоматического анализа изображений. Горный вестник, 1998, 1,с.37-52). Предлагаемый автоматический комплекс для мониторинга качества и количества потока руды в процессах подготовки к обогащению предназначен для решения 2-х проблем- учетно-экономического характера, связанного с взаиморасчетами предприятий за поставляемую руду-типизация исходных (перерабатываемых) руд с целью повышения эффективности на стадии подготовки руд к обогащению и опережающего выбора рациональных (экономичных) технологий их обогащения до конкурентоспособных железорудных концентратов. В рамках предлагаемого изобретения по данной заявке решаются следующие целевые задачи- внедрение прогрессивных принципов и технических средств непрерывного контроля достоверных качественных и количественных параметров исходных руд, непрерывно подаваемой конвейерными потоками в технологические процессы,предшествующие обогатительным процессам восстановление реальной картины характеристик рудопотоков и типизации руд для опережающего и обоснованного выбора рациональных схем и технологий обогащения- экономия энергоносителей и реагентов за счет непрерывного и более точного учета изменения качественных и количественных показателей обогащаемых руд по ходу перемещения их по технологической линии подготовки к обогащению- повышение надежности и надежности функционирования и упрощения обслуживания систем автоматического мониторинга параметров описываемых процессов получение всесторонней достоверной информации о составе и морфо-структурных особенностях исходной руды, физических свойствах руды во время движения исходного рудного потока,поступающего на обогащение- обеспечение способности мониторинговой системы к получению достоверных результатов идентификации измерительной информации от оптико-видео-систем и магнито-систем с максимальным приближением к реальным контролируемым параметрам за счет минимизации влияния или исключения человеческого фактора в системе мониторинга. Далее приведем, без жесткой привязки к конкретному объекту(горно-обогатительному комбинату), описание предполагаемого изобретения и достижение положительных технических результатов, т.к. оно может быть адаптировано к любым условиям практически любого горнорудного предприятия. Процесс оперативного мониторинга рудопотоков осуществляется по всей технологической цепочке от добычи и доставки руды из различных рудников и складов в железнодорожных вагонах (и других рудовозах) и на конвейерах до выхода продукта из дробильно - разделительного отделения. Уточнение моделей обогащения перерабатываемых руд осуществляется на базе мониторинга технологической и иной информации, собираемой по всем процессам ее переработки и обогащения. На фиг.1 точками А, Б, В и Г обозначены условно разделенные участки общей технологической схемы для реализации мониторинга количества, крупности и физикоминералогического состава руды, а также других технологических характеристик руды в данной схеме. В точке А осуществляется входной контроль крупности и состава руды с целью выбора рациональных режимов загрузки дробилок для снижения энергозатрат при дроблении. В точках Б и В осуществляется основной этап анализа минералогического состава руды и точке Г по результатам мониторинга производится известные специалистам рудо-разделительные операции и определяется предварительный баланс целевых компонентов в конце подготовительного процесса поступающего исходного сырья на обогащение. Точка Б находится после грохота на оборотном потоке, а точка В - на основном. Такое условное размещение позволяет максимально использовать преимущества механического разделения руды по классам крупности, что позволяет специализировать алгоритмы анализа изображений при использовании оптико- видео - систем в точке Б - для крупных фрагментов, а в точке В - для мелких. Предлагаемая специализация позволяет существенно повысить точность и быстродействие алгоритмов распознавания,т.к. на отдельных видеоизображениях не будет смешения крупных и мелких фрагментов и исключается накладывание тени изображений различной крупности. Дадим описание подсистем для условно разделенных участков, совокупность которых представляет интеллектуальную систему предлагаемого автоматического мониторинга. В связи с этим, учитывая, что все результаты мониторинга передаются в общий (можно-цеховой) вычислительный комплекс, в котором содержаться алгоритмы и программы обработки их для достижения различных производственных целей(расчеты с поставщиками сырья, типизация и кластеризация поступающей руды шихтовкой,изменения технологической схемы подготовки и т.д.). Подсистема мониторинга для 1-го участка технологической схемы содержит (общая схема системы на фиг.2) 11 - камеру и видеодрайер для фиксации изображения руды в стационарном и движущемся 3(автомашине,транспортерной ленте ит.д.). Здесь и далее,преимущественно используется камера интегрированного видеоизображения 21 блок обработки изображений с использованием классических алгоритмов и программ 31 - блок оценки крупности кусков и частиц поступающей на подготовку руды. 4-ВК - вычислительный комплекс для обработки результатов мониторинга при решении различных производственных задач 5 - сканер маркировки грузодоставки (вагонов,автомашин и др.) - для определения номера партии и данных в паспорте характеристик руды,поступившей от поставщика руды) 6 - комплексный блок знаний или блок цифровой кластерной расшифровки маркеров по качественному и количественному составу поставляемой руды по паспорту, соответствующей расшифровке маркера поставщика 6 - блок регистрации химического состава поступающей руды, 1,2,36 - блок регистрации количества поступающей руды 1,2,37 - элемент сравнения сигналов 8 -элемент сравнения сигналов 91 - первые весы для измерения количества руды 101 - первый магнитозондирующий датчик магнитного железа (типовой). Соединения элементов подсистемы мониторинга характеристик, (параметров) 1-го участка. Выход камеры 11 с видеодрайвером через блок 21 обработки изображений последовательно через блок -31 -оценки крупности кусков и частиц руды соединен с одним входом вычислительного комплекса 4, далее ВК-4. Выход сканера 5 маркировки поступающей руды соединен с входом Блока знаний - 6 - цифровой кластерной расшифровки маркеров по качественному (химическому) и количественному(весовому) составу поставляемой руды по паспорту,соответствующей расшифрованному маркеру поставщика. Один выход блока 6 через блок-6 регистрации количества поступающей руды одновременно соединен с первым входом элемента сравнения-7 и одним входом ВК-4. Другой выход блока 6 через блок 6 химического состава поступившей руды соединен с первым входом элемента сравнения-8 и с одним входом ВК 4. Выход весов-91 одновременно соединен со вторым входом элемента сравнения - 7 и одним из входов ВК-4. Выход первого магнитозондируещего датчика-101 одновременно соединен с одним из входов ВК-4 и вторым входом элемента сравнения 8. Выходы элементов сравнения 7 и 8 (каждый отдельно) соединены с одним из входов ВК-4. Работа подсистемы мониторинга характеристик условно 1-го участка подготовки руды к обогащению. 4 Камера и видеодрайвер-11 выдачей интегрированного цифрового видеоизображения фиксирует изображение руды в потоке или в стационарном транспортном средстве. Затем это изображение передается в блок 21 -для дальнейшей обработки изображений с использованием классических алгоритмов и программ для машинного зрения. После этого полученный цифровой сигнал передается в блок- 31- оценки крупности, например, в блок, реализующий патенты на изобретения 2261432 от 06 мая 2022 г. Выходной сигнал блока- 31 поступает в один из входов ВК-4 (т.к. именные сигналы, то цифровые обозначения входов и выходов ВК-4 здесь не приводятся). Одновременно,сканер-5 маркировки поступающей руды, установленный на входе в условно первый участок, считывает маркировку на транспортном средстве. Его цифровой выходной сигнал подается на один из входов в базу знаний блока-6 цифровой кластерной расшифровки маркеров, находящихся в информационной части блока-6, кластеризованные заранее по возможным качественным и количественным показателям поступающих руд по паспортам или договорам поставщиков руды. Кластерные цифры,соответствующие выходному сигналу сканера-5, по качественному (химическому) составу поступают на вход блока -6 -химсостава, 1,2,3 а по количеству (весу)- на вход 6 (блок - регистрации количества поступающей руды на каждый условный участок подготовки,2,3,). Выходной цифровой сигнал весов-91 автоматически передается для подсчета (по известным зависимостям) непосредственно количества поступающей руды,одновременно поступает на один из входов ВК-4 и на второй вход элемента 7-сравнения, на первый вход которого подан выходной сигнал блока 6,одновременно поданный и на один из входов ВК-4. Сигнал на выходе 6, поданный на один из вводов элемента сравнения 7 сопоставляется с сигналом на выходе первого весоизмерителя 91, а формирующаяся разница 1 обозначает разницу между количеством поставляемой руды и результатом мониторинга количества поступающей руды. Магнитозондирующий датчик -101 магнитного железа формирует цифровой сигнал о процентном содержании минералов железа, а выходной сигнал его одновременно подается на второй вход элемента сравнения 8 и на один из входов ВК-4. При этом на первый вход элемента 8 подается выходной сигнал блока 6 входов ВК-4. Таким образом, на выходе элемента сравнения 8 формируется сигнал 2,обозначающий разницу в химсоставах руды по данным (паспортным) поставщика и системы мониторинга получателя. Значения 1 и 2 тоже подаются в разные входы ВК-4 и используются по мере необходимости в процессе производства конкурентоспособного концентрата. Однако, рассматриваемая часть системы по 1-ому участку может работать и на подготовке к обогащению руды из собственных рудников и шахт. Поэтому необходимо контролировать (хотя бы периодически),точность первого магнитозондирующего датчика магнитного железа-101. В связи с этим, постоянно или периодически над транспортерной лентой подачи руды на повторное дробление (1-го участка) устанавливают рентгеноспектральный анализатор -111 минералогического состава руды. работающий в видимой части спектра (здесь и далее принцип работы анализатора 111 не приводиться,т.к. это широко известно специалистам по описанию Патента 2373527, Бюлл. 32 от 20.11.2009 г.). Выходной сигнал анализатора 111, обработанный известным способом спектрального анализа частот,является информацией в реальном времени о минералогическом составе руды. На элементе сравнения 12 с выходным сигналом первого магнитозондирующего датчика 101 формирует реальную ошибку 3 датчика 101 что может быть достаточно просто учтено в показаниях датчика 101,за счет корректировки в ВК-4. Подсистема мониторинга условно 2-го участка технологической схемы подготовки руды к обогащению Нижний поток дробленой руды после грохота(фиг.1) поступает на раздаточные конвейеры руды по бункерам дробленой руды. Эта часть технологической схемы подготовки руды назовем условно 2-им участком. Подсистема мониторинга(фиг.2) количественных и качественных характеристик этого участка содержит 12- камеру и видеодрайвер для фиксации изображения потока руды на раздаточном конвейере 22- блок обработки изображений 32- блок оценки крупности руды на 2-ем участке 13 - блок автоматической оценки характера сростков и подсчета среднего количества,вкрапленных рудных минералов, как, например,железа на измеренной или заданной крупности частиц и вычисление процентного содержания железа в руде заданной крупности (в этом блоке) 92- весоизмеритель потока руды на раздаточном конвейере 102- магнитозондирующий датчик магнитного железа в контролируемом потоке дробленой руды на раздаточном конвейере 112- рентгеноспектральный датчик химсостава контролируемой руды на раздаточном конвейере 12, 14 и 15- элементы сравнения. Соединение элементов схемы мониторинга параметров потока руды на раздаточном конвейере дробленой руды. Камера 12 с видеодрайвером установлена над измельченной рудой на раздаточном конвейере и последовательно через блоки обработки изображений 22 и оценки крупности руды 32, выход которого одновременно соединен со входом ВК-4 и входом блока 13 автоматической оценки характера сростков и подсчета среднего количества сростков минералов железа. Выход блока 13 одновременно соединен с одним из входов ВК-4 и элемента сравнения 14. Рентгеноспектральный датчик-112 расположен над потоком дробленой руды над раздаточным конвейером и выход его одновременно соединен с одним из входов ВК-4, входами элементов сравнения 14 и 15. Выход магнитозондирующего датчика 102 магнитного железа соединен с другим входом элемента сравнения 15 и с одним входом ВК-4. Выход весоизмерителя 92, установленного под раздаточным конвейером, соединен с одним из входов ВК-4. Работа подсистемы мониторинга (элементы этой подсистемы обозначены индексом 2) параметров(вещественного, морфологического и минерального состава) руды, поступающей на раздаточную конвейерную ленту. Считывающая цифровая видеокамера -12 с видеодрайвером и блок обработки изображений выдают изображение на вход блока оценки крупности руды 32. Получаемый сигнал на выходе блока 32 как самостоятельно ценный параметр, подается непосредственно на один из свободных входов ВК-4 и одновременно подается на вход блока 13, который посредством своего программного обеспечения рассчитывает с высокой точностью процентное содержание целевого компонента, например, железа в реальном времени,затем подает результат на входы ВК-4 и элемента сравнения 14, где происходит сравнение с сигналом о концентрации железа в том же потоке руды,поступающим с рентгеноспектрального датчика концентрации железа в руде-112 на раздаточном конвейере. Одновременно, датчик 112 подачей выходного сигнала на один из входов элемента сравнения 16 производит,по сути,тестирование магнитозондирующего датчика 102 магнитного железа в том же потоке руды на раздаточном конвейере. Весоизмеритель 92 потока руды на раздаточном конвейере непрерывно фиксирует вес,т.е. мониторирует количество поступившей(розданной) руды по бункерам за время мониторинга. Как известно, включая прототип, исходная руда подготавливаемая из руд предварительно заполненных раздаточных бункеров(с качественными и количественными характеристиками,мониторированными с опережением) по конвейеру подается на сухое магнитное разделение. Продукты такого разделения исходной руды образуют на 2-х конвейерах поток немагнитного и магнитного продукта. Мониторинг качественных и количественных характеристик конвейерных потоков руд особенно важен для выбора оптимальных режимов обогащения, т.е. точность результатов мониторинга определяет(обеспечивает) высокую эффективность производства концентратов обогащением. Подсистема мониторинга на этом участке содержит а) на участке конвейера подачи руды на сухое магнитное разделение 5 93 - весоизмеритель конвейерного потока потока руды на магнитный разделитель 103 - магнитодозирующий датчик магнитного железа 113 - рентгеноспектральный датчик химсостава исходной руды подаваемой на магнитное разделение б) на конвейерах магнитного и немагнитного рудных продуктов содержатся те же средства мониторинга 94, 104, 114 и 95 105, 115,расположенные также как и для случая а). Соединение и описание работы подсистемы мониторинга для участка сухого магнитного разделения для специалиста легко читаемы и понятны из фиг.2, и поэтому здесь не приводятся. Отметим что из-за высокой цены рентгеноспектрального датчика химического состава(11),его необходимо установить стационарно лишь над конвейером немагнитного продукта. Во всех остальных местах схемы использовать датчик 11 только для тестирования или поверки магнитозондирующих датчиков,имеющих низкую точность (погрешность - до 20),высокую инерционность и нестабильность рабочих характеристик из-за наличия магнитногистерезисной петли. При этом выходы всех элементов сравнения 16, 17 и 18 подаются на входы вычислительного комплекса, что обеспечивает автоматическую корректировку содержания магниточувствительных и немагнитных вещественных составляющих руды,соответственно высокую достоверность результатов мониторинга. Благодаря этому,диапазон применения предлагаемой интеллектуальной системы может быть расширен. Особо следует отметить, что совокупность предлагаемых элементов и их соединение повышает надежность, точность результатов и упрощает обслуживание системы, а также позволяет создать замкнутые по основным технологическим параметрам системы оптимального управления самоорганизующимися интеллектуальными системами. Отличительные признаки предлагаемого технического решения, одновременно исключают отбор проб, их доставку и подготовку для проведения химических анализов, а также обеспечивает поддержание заданной точности результатов мониторинга,накопление статистических данных для совершенствования процессов подготовки руды и ее обогащения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Автоматический комплекс для мониторинга качества и количества потока руды в процессах подготовки к обогащению,содержащий автоматические весоизмерители руды, камеру с видеорайвером, блок обработки изображений,датчик магнитного зондирования концентрации железа в поступающей руде, вычислительный комплекс (ВК), отличающийся тем, что он содержит сканер маркировки средств доставки руды,расшифровывающий качественный и количественный состав доставленной руды по транспортной накладной и паспорту продукции,комплексный блок знаний или блок цифровой кластерной расшифровки маркеров поставщика руды, блок регистрации химического состава руды,блок регистрации количества поступающей руды, не менее одного блока оценки крупности руды, не менее одного рентгеноспектрального анализатора химико - минералогического состава руды, блок автоматической оценки характера сростков и подсчета (расчета) среднего количества целевых минералов(например-е),вкрапленных в дробленую частицу и расчета по ним процентного содержания целевой компоненты в потоке руды, не менее восьми элементов сравнения одноименных параметров,формируемых на выходе перечисленных средств непрерывного и уточняющего или тестирующего мониторинга количественных и качественных характеристик подготовляемой руды. 2. Автоматический комплекс по п.1,отличающийся тем, что рентгеноспектральный анализатор химического состава руды выполнен с возможностью перемещений для контрольного периодического тестирования других датчиков(блоков) контроля качественных показателей или химического состава руды на других участках рудоподготовки.