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，大量多元復雜的算法已能在便攜電子設備上實現(xiàn)，因此筆者認為當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。

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系，容易因傾斜造成測量值偏大；三是易因標桿由入料中心筒底部伸出過長，標桿傾斜或下沉導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。當用激光燈代替標桿后能夠避免標桿下沉的問題，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值與處理量關系表。

表4 R與處理量關系表

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，則需要借助水準儀等輔助工具校準。實際操作中由于介質(zhì)水平面很難達到平齊，通過水準儀等消除垂直介質(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，設備越大型化影響越大。