礦石粒度圖像檢測系統在焦家金礦的應用

趙 友

（山東黃金礦業（萊州）有限公司焦家金礦，山東 煙臺 264000）

1 研究背景

焦家金礦是山東黃金集團下屬三級企業，選礦廠處理能力為8000t/d。焦家金礦選礦廠的主工藝流程包括碎礦、磨礦、浮選、濃縮脫水、尾礦充填等工序。碎礦由三段破碎和洗礦篩分組成，磨礦是由一段磨礦和旋流器組成閉路磨礦流程；浮選由一段優選、一段粗選、二段掃選、一段精選組成。精礦通過濃密機濃縮后送板框壓濾機過濾脫水后進入精礦池。尾礦經濃密機后分為尾礦充填、尾礦再選、尾礦壓濾三個部分[1]。礦石粒度圖像檢測系統主要應用在焦家金礦選礦廠碎礦工段。

礦石粒度是選礦廠碎礦作業的重要指標，碎礦粒度的大小直接影響到磨機的工作效率，從而影響到磨浮的工藝指標。因此，必須對碎礦作業完成后的礦石粒度進行檢測，然后根據檢測結果，調整圓錐破碎機的工藝參數[2]。

目前，選廠常常采用篩分的方法來確定礦石的粒度分布，這種檢測方法耗時長、效率低，不能及時根據粒度分布結果對碎礦作業進行調整。隨著科技的發展與進步，計算機的處理能力和攝影器件的分辨率有了很大的提高，圖像處理技術也得到了充分的發展。以往，選礦廠通常采用篩分法來判斷碎礦產品粒度情況，這種方法的缺點是工作效率低其檢測時間長，且只能大概獲知礦石粒度的范圍，操作工不能根據檢測的粒度分布情況來及時調整碎礦設備的工藝參數。當前，基于圖像處理的粒度檢測技術已逐漸成熟，這種檢測技術不僅測量準確，而且十分快速高效。該技術目前已經在選礦領域得到良好的運用。利用該技術對碎礦礦石粒度進行檢測，并根據檢測結果及時調整產品粒度，可有效提高碎磨工作效率。

在本項目實施前，焦家金礦破碎篩分流程缺少有效的篩網狀態監測手段，一旦篩網出現破損，大塊礦石直接進入磨礦流程，影響磨礦效率。與此同時，在選礦廠破碎作業的正常生產中，皮帶傳送帶上的礦石總是包含木質或鐵質的異物，這些異物的存在給破碎設備的安全運行帶來了隱患，情況嚴重時會割破皮帶、堵塞下料口或者損傷破碎機等，給選礦廠帶來較大的經濟損失。

2 礦石粒度圖像分析系統介紹

2.1 礦石粒度圖像檢測系統組成

焦家金礦運用的是北京礦業研究總院研制的BOSA-Ⅱ礦石粒度圖像分析一。它可以準確快速的獲取皮帶運輸機上的礦石粒度信息，形成彩色圖像，并根據預先建模，形成礦石粒度圖像的準確分布信息。礦石粒度圖像檢測系統有以下部分組成，分別是CCD攝像機部分、光源及其擋板、現場計算機、以及現場礦石皮帶運輸機運輸機。

圖1 礦石粒度檢測系統架構

圖2 礦石粒度圖像檢測系統現場圖

拍攝圖像的大小可以通過移動CCD攝像機的位置和焦距來實現，照明的作用是為了使得礦石顆粒表面的光源均勻一致，擋板的作用是削弱外接光源對圖像效果的影響。在礦石粒度圖像檢測系統中，CCD攝像機與現場計算機直接連接，圖像采集程序可以直接觸發到CCD攝像機的快門，這樣就可以實現了礦石粒度圖像的實時采集。

圖像采集工具是通過Matlab來進行的，該工具箱自帶數據函數模型imaqhwinfo，可自動取得與工作站連接的攝像頭的硬件信息。圖像采集系統首先需要利用Videoinput函數軟件來創建監控視頻的輸入對象，然后再用PREVIEW汗水來實現視頻圖像的預覽功能，還需要運用getsnapshot函數來實現礦石粒度圖像的捕捉功能，為了實現圖像實時采集，還要加上定時程序。攝像機捕捉的圖像，需要通過函數寫進計算機工作站，由現場工作站進行圖像分析處理，并將最后的礦石粒度信息反饋給用戶。

2.2 礦石粒度圖像檢測技術

礦石粒度在線檢測技術利用圖像分析方法實現破碎的原料和產品的粒度分析。礦石粒度圖像分析方法的核心技術包括基于數學形態學的圖像梯度化方法、礦石種子區域提取方法、基于標記的分水嶺圖像分割方法、基于鏈碼的礦石粒度統計等技術。通過圖像拉伸、圖像邊緣檢測、圖像自適應二值化、圖像開運算等算法對礦石原始圖像進行預處理后得到二值化的圖像，然后利用搜索算法尋找礦石圖像的輪廓和邊界，利用分水嶺算法進行分割，對分割后的礦石進行面積、周長、粒徑、位置等信息的統計計算，得到礦石體積信息、粒級信息以及百分比組成。

2.3 故障檢測系統

應用礦石粒度圖像分析技術的基礎上，焦家金礦選礦廠建立了篩分環節篩網異常偵測及塊度聯動報警系統。該系統具有故障診斷功能，能夠完成以下任務：故障檢測：系統輸出偏離了預期的目標范圍，或者影響系統輸出的過程參數，過程狀態或特征量發生變化并超出預定的范圍時，診斷系統應能及時檢測出來。故障分離：根據檢測到的故障信息，尋找故障源，確定故障類型及大小。故障源可能是元件、組件，也可以是子系統。故障評價：將故障對系統性能指標，功能的影響等做出判斷和估計，給出故障的程度、大小及故障發生的時間等參數。故障決策：根據故障檢測的信息和故障評價的等級，針對不同的工況，對系統作出報警、修改操作或控制，甚至停機進行維修等決定。

3 結論

焦家金礦選礦廠在破碎段至粉礦倉輸送皮帶上安裝一套礦石粒度圖像分析系統，該系統投入運用后，利用機器視覺技術識別包括“皮帶異物”、“篩網破損”、“破碎產品粒度跑粗”等異常工況，并第一時間給出報警提示信息。

在實際生產過程中，碎礦作業根據該系統檢測結果，對碎礦工段圓錐破碎機的各運行參數進行及時調整，有效將碎礦產品粒度控制在合格范圍內，不僅大幅降低了磨機的負荷，節約了生產能耗，延長的磨機的使用壽命，還進一步提升了生產效率，有助于體制增效工作的開展。