提高半自磨機介質(zhì)充填率人工測量精度研究

史福潮，趙麗紅

(伊春鹿鳴礦業(yè)有限公司，黑龍江 伊春 153000)

0 引 言

隨著科技水平的進步和生產(chǎn)需求的增長，半自磨系統(tǒng)逐步取代常規(guī)的碎磨系統(tǒng)，并且半自磨機日益大型化[1]。礦石性質(zhì)變化對半自磨機磨礦效果的影響十分顯著，是造成“漲肚”、襯板壽命短和處理能力低的主要影響因素。應(yīng)對此種情況，通常采用調(diào)整介質(zhì)充填率、入料濃度、半自磨轉(zhuǎn)速或入料粒度等手段，其中調(diào)整介質(zhì)充填率是最快速有效的措施，因此精確的測量介質(zhì)充填率十分重要[2-6]。

測量介質(zhì)充填率一般有自動和人工兩種方式。自動測量通常為在線實時檢測，一般通過檢測磨音、壓力等參數(shù)側(cè)面推算出介質(zhì)充填率，影響因素多，易受干擾，且普遍用于檢測綜合充填率，不能真實反映介質(zhì)充填率[7-8]。人工檢測是在半自磨機停止運行后，待內(nèi)部物料排空，介質(zhì)處于水平狀態(tài)時工作人員進入內(nèi)部進行測量計算，能夠真實反映介質(zhì)充填情況。但由于測量工具的局限和在限制空間內(nèi)作業(yè)人員方向感等判斷力下降等因素，易造成較大測量誤差，尤其是在半自磨機大型化后，人工測量誤差會進一步加劇，從而誤導(dǎo)工作人員對半自磨機運行情況的判斷。因此本文對如何精確測量半自磨機介質(zhì)充填率進行研究。

1 介質(zhì)充填率的計算方法

目前常用的介質(zhì)充填率計算方法是根據(jù)幾何原理計算法變換優(yōu)化而來[9-10]。大部分經(jīng)驗公式為了計算簡便均進行不同程度的簡化，因此造成適用范圍受限或誤差過大。隨著科技的進步，大量多元復(fù)雜的算法已能在便攜電子設(shè)備上實現(xiàn)，因此筆者認為當(dāng)下可用最基本的幾何原理算法計算介質(zhì)充填率，后期可根據(jù)各礦山半自磨機襯板磨損周期、襯板厚度等參數(shù)的不同添加自身適用的修正系數(shù)。幾何原理算法如下：

圖1 半自磨機筒體斷面圖

陰影部分為介質(zhì)充填區(qū)，介質(zhì)充填率為陰影部分面積與筒體斷面面積比值的百分數(shù)。筒體斷面半徑為R，筒體斷面中心至介質(zhì)水平面距離為OC既h+H，弦長AB為L，因此可通過幾何原理進行推導(dǎo)。

S筒體=π×R2

(1)

(2)

(3)

由(2)(3)可得，

(4)

由(1)(4)可得，

(5)

由式(5)可知，要計算介質(zhì)充填率需要確定h、H、R的數(shù)值或確定R、L的數(shù)值，其中R為筒體半徑，一般根據(jù)襯板的磨損情況在一個固定的范圍內(nèi)規(guī)律性變化，可通過襯板周期計算，也可以通過實測襯板厚度取值。h為筒體圓心至入料中心筒底部的距離，為定值。H為入料中心筒底部至介質(zhì)水平面的距離，須實測。L為介質(zhì)水平面的斷面弦長，須實測。

2 測量誤差分析

根據(jù)半自磨機介質(zhì)充填率的計算公式可知，測量誤差來源主要有筒體半徑R的誤差、入料中心筒底部至介質(zhì)水平面距離H的誤差或介質(zhì)水平面的斷面弦長L的誤差組成。

2.1 筒體半徑R的誤差

實際生產(chǎn)中半自磨機筒體的半徑隨著襯板的磨損不斷變化，若視為固定不變或用設(shè)備尺寸作為半徑計算介質(zhì)充填率會產(chǎn)生較大誤差。表1為黑龍江省伊春市某大型鉬礦選礦廠φ10.97 m×7.16 m半自磨機誤差測算結(jié)果。

表1 不同襯板情況介質(zhì)充填率

由表1可知，不考慮襯板時測得介質(zhì)充填率與新襯板狀態(tài)下介質(zhì)充填率相差0.858%，襯板不同時期時介質(zhì)充填率差值達到0.632%，因此襯板尺寸在介質(zhì)充填率測量過程中十分關(guān)鍵，是介質(zhì)充填率產(chǎn)生誤差的一大原因。

2.2 介質(zhì)水平面斷面弦長L的誤差

在半自磨機大型化后介質(zhì)水平面很難達到平齊，在物料流向的縱向和橫向均難達到平齊。一是給確定代表性區(qū)域造成困難；二是工作人員常用塔尺或皮卷尺測量L，測量時在水平方向和垂直方向易因傾斜造成測量值偏大，且水平和垂直方向的誤差易相互疊加造成誤差擴大。半自磨機的介質(zhì)充填率一般在12%～14%左右，仍以上述半自磨機為例，L一般在8 m以上，在新襯板條件下測算誤差，結(jié)果見表2。

表2 不同傾角時介質(zhì)充填率

在限制空間內(nèi)且距離較長時，10°左右的傾斜難以避免。由表2可知，當(dāng)水平或垂直方向任意傾角達10°時，介質(zhì)充填率差值達0.660%。當(dāng)水平和垂直方向5°傾角疊加時，介質(zhì)充填率差值達0.380%。

2.3 入料中心筒底部至介質(zhì)水平面距離H的誤差

入料中心筒底部至介質(zhì)水平面距離H是介質(zhì)充填率測量中的關(guān)鍵參數(shù)，也是易產(chǎn)生誤差的地方。H的測量值一般在2 m以上,傳統(tǒng)上一般采用塔尺或者圓柱尺作為測量H的工具，采用標(biāo)桿、激光燈等作為輔助工具。誤差產(chǎn)生的主要原因一是難以找到具有代表性的介質(zhì)水平面區(qū)域，會因取點無代表性產(chǎn)生誤差；二是難以將塔尺或者圓柱尺與介質(zhì)水平面放置呈垂直關(guān)系，容易因傾斜造成測量值偏大；三是易因標(biāo)桿由入料中心筒底部伸出過長，標(biāo)桿傾斜或下沉導(dǎo)致塔尺或者圓柱尺上與入料中心筒底部等高點的測量產(chǎn)生誤差。當(dāng)用激光燈代替標(biāo)桿后能夠避免標(biāo)桿下沉的問題，不能避免傾斜問題。以上述半自磨機為例，在新襯板條件下測算塔尺或者圓柱尺傾斜時的誤差，結(jié)果見表3。

表3 不同傾斜度時介質(zhì)充填率

由表3可知，當(dāng)存在10°傾角時，介質(zhì)充填率差值達0.316%。綜合其他可能對H值測量產(chǎn)生誤差的因素會使誤差進一步擴大。但與測量L值可能產(chǎn)生的誤差相比會小一些，因此生產(chǎn)中多數(shù)礦山會采用測量H值計算介質(zhì)充填率。

3 提高測量精度的措施

3.1 降低筒體半徑R的誤差

筒體半徑R值隨襯板厚度的變化而變化，可通過每次測量介質(zhì)充填率時測量襯板厚度，修正筒體半徑R。但實際生產(chǎn)中為了提高測量速度和簡化測量步驟，可以在多次測量后編制R值與處理量關(guān)系表，通過查表獲取R值。黑龍江省伊春市某大型鉬礦選礦廠根據(jù)實際生產(chǎn)情況將R值與處理量的關(guān)系分為3個階段，既襯板磨損的前期、中期、末期3個階段。

由表4可知，在實例中R值最大變量為0.11 m。在使用R值與處理量關(guān)系表的過程中需確定每批次新襯板的厚度、材質(zhì)及形狀有無變化，礦石性質(zhì)是否發(fā)生大的變化，如有上述情況需重新編制R值與處理量關(guān)系表。

表4 R與處理量關(guān)系表

3.2 降低測量弦長L的誤差

在測量L值時，誤差分為水平方向誤差和垂直方向誤差。針對水平方向誤差，可采用固定點測量的方式消除。筒體襯板及螺栓的位置是固定的，相對襯板位置或螺栓間的連線橫切物料走向，可以避免測量L值時產(chǎn)生水平誤差。

針對測量L時垂直介質(zhì)面方向的誤差，則需要借助水準(zhǔn)儀等輔助工具校準(zhǔn)。實際操作中由于介質(zhì)水平面很難達到平齊，通過水準(zhǔn)儀等消除垂直介質(zhì)面方向的誤差繁瑣且耗時長，生產(chǎn)中會影響檢修等其他工作開展，實用性不強，有待進一步深入研究。

3.3 降低筒體圓心至入料中心筒底部距離H的誤差

測量H值的筒體剖面圖見圖2。

圖2 筒體剖面圖

由于直接測量H的方式中，測量儀器與介質(zhì)水平面的垂直關(guān)系和入料中心筒底部與測量儀器的等高點均難以確定，誤差難以消除。因此考慮通過其他方式計算H值(見圖2)，采取測量DE長度和DE與DF夾角α，而H=FE，即可測出H值，只需測量過程中校準(zhǔn)測量儀器位置D點的水平即可，測量過程中的傾斜不影響測量結(jié)果。隨著科技進步，目前部分激光測距儀可以在限制空間內(nèi)使用，測距儀一般綜合測距和測角度及校準(zhǔn)水平的功能，且能夠通過內(nèi)置編程直接輸出H值。還在一定程度上避免進入限制空間作業(yè)，極大改善作業(yè)環(huán)境，保障作業(yè)安全。

3.4 提高測量時取點的代表性

代表性區(qū)域難以選取是測量L值和測量H值時會遇到的共性問題，隨著設(shè)備大型化問題更加突出。通常工作人員會將所選區(qū)域盡量人工調(diào)平或者每次測量時選取固定區(qū)域來提高代表性，但仍存在較大的改善空間。筆者針對此問題引入統(tǒng)計分析的方法，既在整個介質(zhì)水平面上選取多個測量樣本，取均值作為最終介質(zhì)充填率。一般針對測量L值采用3段或6段條帶分區(qū)測量，即在整個介質(zhì)水平面選取3～6組測量點進行測量；針對測量H值采用九宮格或十二宮格分區(qū)測量，即將整個介質(zhì)水平面等分為9～12個區(qū)域進行取點測量，分區(qū)的選取要切合自身實際情況。測量L值和H值均可采用圖案照明燈具作為分區(qū)工具，圖案照明燈具的放置位置及角度需要固定，并保證分區(qū)覆蓋整個介質(zhì)水平面且分區(qū)均勻。

4 結(jié) 論

在介質(zhì)充填率人工測量過程中R值、L值、H值和代表性區(qū)域選取易產(chǎn)生誤差。本文詳細分析了幾類誤差產(chǎn)生的原因，并提出改善措施，對其他礦山同類工作具備一定的參考價值。當(dāng)前降低測量L值時垂直方向的誤差仍較困難，因此在實際生產(chǎn)中可通過測量H值計算介質(zhì)充填率，安全風(fēng)險小，作業(yè)簡便，且誤差小。介質(zhì)充填率的測量計算過程中要充分考慮襯板磨損造成的影響，設(shè)備越大型化影響越大。