一种基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统及方法

1.本发明涉及煤泥浮选技术领域，尤其涉及一种基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统及方法。


背景技术：

2.煤炭作为我国主体能源的重要支柱，在未来相当长的时期内其主体地位不会动摇。随着机械化采煤和重介质选煤技术的快速发展，煤泥含量越来越高，且我国煤泥呈现出微细化、高灰、连生体含量大等特点，导致煤泥的难选性加大。浮选是处理细粒煤最有效的方法之一，然而随着煤质条件的变化以及用户对精煤产品的要求的提高，浮选过程回收率与精煤质量之间的矛盾更加突出。但由于分选过程复杂，煤泥分选仍存在诸多技术瓶颈亟需解决。
3.随着高灰难选煤泥比例的增大，煤泥分选过程对煤泥分选设备提出了更高的要求。然而，我国部分煤泥分选设备过程效率偏低，往往通过牺牲处理能力来保证精煤可燃体回收率，难以适应目前我国煤泥分选大体量的要求，导致设备效率低、能耗高、运行费用高。目前，在我国细粒矿物分选设备中浮选机仍占主导地位，浮选机在矿物高效回收方面优势明显。由于在实际浮选过程中，矿粒的可浮性随浮选过程呈现越来越差的特点，而浮选机的分选方式是单一、重复的槽式分选，各槽几乎相同的分选条件，是一个线性分选过程，仅靠增加槽体的数量来达到提高分选指标的目的，整个浮选过程的浮选功率输入维持在同一水平，难以适配煤泥的可浮性随着槽数的增加逐渐变差的物性特征，造成了能耗和资源的浪费。
4.近年来，科研人员已经意识到物料可浮性随浮选进行逐渐变差这一共性规律，而且发现浮选机的多槽搅拌对于粗颗粒的回收效果较好，但较高的搅拌强度对于微细物料的选择性回收效果却不佳。合理的煤泥分选过程应该是一个能够实现与煤泥分选可浮性变化相适配的分选过程，即选择合适的矿化反应流体环境，去适配物料的性质变化，并达到较完善的分选过程。因此，急需通过技术创新，强化煤泥分选过程，提高分选设备的过程适应性与分选效率。
5.随着人工智能、5g、工业物联网、云计算等科学技术的快速发展，选煤方法也将会发生颠覆性的变化，智能化选煤厂将成为今后煤炭洗选行业的主流。通过科技进步实现煤炭安全、高效、智能、绿色开采和清洁高效利用将是我国煤炭工业高质量发展的方向。将浮选过程的能量输配与煤泥在浮选过程中的可浮性变化特征结合起来，并且将智能化与煤泥分选过程相结合，实现各个监测装置的互联互通，这对煤炭高效浮选具有重要意义。因此，开发一种基于能量精准适配的智能浮选系统与方法极其必要。


技术实现要素：

6.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统及方法，用以解决现有煤泥分选过程中能量适配不准确的问题。
7.一方面，本发明提供了一种基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统包括浮选机组、监测装置和中央控制系统，所述浮选机组包括多个浮选机，每个所述浮选机上设有一个所述监测装置，所述浮选机和所述监测装置均与所述中央控制系统电连接。
8.进一步地，所述浮选机包括浮选槽和搅拌轴，所述搅拌轴竖直设于所述浮选槽的上端，且所述搅拌轴的下端延伸至所述浮选槽内的中下部。
9.进一步地，所述浮选机还包括位于浮选槽外部的进气管，所述进气管和所述搅拌轴的顶部连接。
10.进一步地，所述浮选槽包括进料口和尾矿排料口，所述进料口和所述尾矿排料口分别设于所述浮选槽的两侧。
11.进一步地，所述浮选槽还包括泡沫溢流堰，所述泡沫溢流堰设于所述浮选槽的上端，并与所述尾矿排料口位于同一侧。
12.进一步地，所述搅拌轴为中空结构，所述搅拌轴的下端设有搅拌叶片和排气孔。
13.进一步地，所述监测装置包括颗粒碰撞传感器和压力传感器，所述颗粒碰撞传感器设于所述浮选槽内的中部位置，所述压力传感器设于所述浮选槽内的中上部位置，并靠近所述泡沫溢流堰。
14.进一步地，所述监测装置还包括空气流量计和摄像头，所述空气流量计设于所述进气管上，所述摄像头设于所述浮选槽的上方。
15.进一步地，所述中央控制系统包括plc控制器和计算机，所述plc控制器包括信号输出端和信号输入端，所述信号输入端与所述颗粒碰撞传感器、压力传感器、空气流量计和摄像头连接，所述信号输出端与所述计算机和驱动所述搅拌轴的电机连接。
16.另一方面，本发明提供了一种基于能量精准适配的煤泥智能浮选方法，采用上述的基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统，包括如下步骤：
17.步骤1：建立数据库；
18.探索矿浆浓度和工况参数变化与搅拌轴的转速之间的关系，并存入中央控制系统的样本数据库；
19.步骤2：开始浮选；
20.入浮物料输送至浮选机，开启电机，浮选作业开始；
21.步骤3：信号输入；
22.浮选过程中，监测装置监测浮选机运行过程中的不同工况参数变化，然后将信号传输给中央控制系统；
23.步骤4：信号预判断；
24.中央控制系统自行判断工况参数所对应的搅拌轴的转速是否在预设范围内，若不在预设范围内，则进行步骤5；
25.步骤5：信号输出；
26.中央控制系统将工况参数所对应的搅拌轴的转速最优值传递至执行机构；
27.步骤6：调整转速；
28.执行机构接收信号后作用于被控对象电机，通过调节电机实现搅拌轴转速的最优化设置；
29.步骤7：能量适配煤泥浮选；
30.在整个浮选作业中，各浮选机重复步骤3～步骤6，完成能量精准适配的煤泥智能浮选过程。
31.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
32.(1)本发明通过在原有浮选机上设置与浮选过程密切相关的监测装置，以plc中央控制系统控制浮选机在不同矿浆物料物性条件下的能量输入，将传感器检测技术和pcl控制系统应用于煤泥浮选领域，从而实现能量输配与物料物性的过程耦合，来实现对煤泥浮选过程中物料物性的实时、精准监测，并及时调整能量输入，达到浮选作业能量的精准适配。
33.(2)相较于传统的单一、重复的槽式浮选系统和方法，本发明的浮选机以及监测控制方法可综合考虑浮选机在浮选过程中的不同矿浆物料物性，通过适时、适量地调节电机功率来改变能量输入，达到了能量输配与煤泥物性的适配耦合。
34.(3)本发明利用传感器监测浮选作业实时工况参数，可以精准获得浮选过程中的不同物性参数，从监测颗粒碰撞频率和泡沫黏稠程度反馈任一分选过程的矿浆浓度和颗粒的可浮性。本发明的技术效果实现了浮选过程初期在低转速条件下能获得较低的精煤灰分，在一定程度上保证了精煤质量。后期作业通过高能量输入，将难浮物料回收，保证了总体精煤可燃体回收率，提高了浮选效果。
35.(4)本发明通过设置监测装置和中央控制系统，实现对浮选作业的实时监测和控制，使浮选过程趋向自动化和智能化。
36.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
37.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
38.图1为具体实施例的基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统示意图；
39.图2为具体实施例的基于能量精准适配的煤泥智能浮选方法流程图。
40.附图标记：
41.1-浮选机；11-浮选槽；111-进料口；112-尾矿排料口；113-泡沫溢流堰；12-搅拌轴；13-进气管；14-电机；2-监测装置；21-颗粒碰撞传感器；22-压力传感器；23-气体流量计；24-摄像头；3-中央控制系统；31-plc控制器；311-信号输出端；312-信号输入端；32-计算机。
具体实施方式
42.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
43.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机
械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
45.实施例1
46.本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统(以下简称煤泥智能浮选系统)，包括浮选机组、监测装置2和中央控制系统3，监测装置2设于浮选机组上，中央控制系统3分别与浮选机组和监测装置2电连接。
47.浮选机组包括多个浮选机1，监测装置2设有多个，每个监测装置2对应一个浮选机1，监测装置2设于浮选机1上，并通过导线与中央控制系统3连接。需要说明的是，浮选机1的台数可根据产品要求设定，本实施例中，设有四台浮选机1。
48.浮选机1包括浮选槽11，进料口111设于浮选槽11一侧的中上部位置，并与浮选槽11连通，尾矿排料口112设于浮选槽11一侧的下部位置，并与浮选槽11连通。相邻浮选机1之间通过管路连接，具体地，前一浮选机1的尾矿排料口112通过管道与后一浮选机1的进料口111连通。
49.本实施例中，进料口111与尾矿排料口112分别位于浮选槽11相对的两侧，进料口111和尾矿排料口112均用于连接物料运输管道。
50.浮选槽11还设有泡沫溢流堰113，泡沫溢流堰113设于浮选槽11的上端，泡沫溢流堰113与尾矿排料口112位于浮选槽11的同一侧。
51.浮选机1还包括搅拌轴12和进气管13，搅拌轴12竖直设于浮选槽11上端，且搅拌轴12的下端延伸至浮选槽11的中下部，进气管13与搅拌轴12的顶部连接，且位于浮选槽11的外部。
52.为了使气体能进入浮选槽11内并在矿浆中弥散小气泡，搅拌轴12为中空结构，通过联轴器与电机14连接，由动力装置电机14驱动运行，搅拌轴12的下端设有搅拌叶片以及排气孔，气体从排气孔喷出并与矿浆充分混合。
53.为了能够实时、精准的获取浮选工况参数，本实施例的煤泥智能浮选系统设置了监测装置2，监控装置2包括颗粒碰撞传感器21、压力传感器22、空气流量计23和摄像头24，颗粒碰撞传感器21设于浮选槽11内的中部位置，用于监测颗粒碰撞的频率，压力传感器22设于浮选槽11内的中上部位置，具体地，压力传感器22设于接近泡沫溢流堰113的位置，用于监测泡沫层的黏稠程度，空气流量计23设在进气管13上，用于监测进气量，摄像头24设于浮选槽11的上方，用于监控浮选机1的运行状态。
54.中央控制系统3包括plc控制器31和计算机32，plc控制器31包括信号输出端311和信号输入端312，信号输入端312与颗粒碰撞传感器21、压力传感器22、空气流量计23和摄像头24均连接，用于浮选工况参数信号的输入，信号输出端311与计算机32和驱动搅拌轴12运行的电解14连接，用于读取监测装置2所获取的浮选工况以及调整能量输入。
55.与现有技术相比，本实施例提供的煤泥智能浮选系统，将传感器检测技术和pcl控制系统应用于煤泥浮选系统中，综合考虑了浮选过程中的不同矿浆物料物性，可以精准获得浮选过程中的不同物性参数，从监测颗粒碰撞频率和泡沫黏稠程度反馈任一分选过程的
矿浆浓度和颗粒的可浮性；实现了浮选过程初期在低转速条件下能获得较低的精煤灰分，在一定程度上保证了精煤质量。后期作业通过高能量输入，将难浮物料回收，保证了总体精煤可燃体回收率，提高了浮选效果，对浮选作业的实时监测和控制，使浮选过程趋向自动化和智能化。
56.实施例2
57.本发明的一个具体实施例，如图2所示，公开了一种基于能量精准适配的煤泥智能浮选方法，采用实施例1的煤泥智能浮选系统实施，步骤包括：
58.步骤1：建立数据库。探索矿浆浓度和可浮性等工况参数变化与搅拌轴12转速之间的关系，并存入中央控制系统3的样本数据库。
59.具体地，前期试验探索矿浆浓度和可浮性等工况参数变化与搅拌轴12转速之间的关系，记录工况参数对应的最佳搅拌轴12转速范围，并存入中央控制系统3的样本数据库。
60.需要说明的是，因为浮选机1的逐槽分选，使得后一槽的浓度总是低于前一槽的浓度。且随着浮选的进行，矿浆中的煤粒的可浮性越来越差，单位质量煤粒上浮所需要的能量越来越大。在浮选初期，矿浆浓度高可浮性相对较好，颗粒碰撞传感器21所监测到的颗粒碰撞频率较大，且压力传感器22所监测到的泡沫黏稠度高，物料的浮选速度较快，较小的能量输入即可获得较大的精煤可燃体回收率，过高的转速会造成一定程度上的能量浪费。随着浮选的进一步进行，矿浆浓度逐渐变低，入料可浮性逐渐变差，难浮煤粒需要高能量才能浮出，此时需要逐渐增加能量输入才能获得一定的回收率，但是浮选过程的能量输入并不是越大越好，要根据具体的试验指标要求来制定合理的浮选过程。在整个浮选作业中，逐渐增加浮选机1的轴转速，以达到能量输配与物料物性的过程耦合。
61.步骤2：开始浮选。入浮物料输送至浮选机1，开启电机14，浮选作业开始。
62.具体地，入浮物料通过进料管道由浮选槽11一侧的进料口111输送至浮选机槽11内，开启电机14驱动搅拌轴12运行，同时气体通过排气孔喷入浮选槽11，并与浮选槽11内的矿浆充分混合形成矿化气泡，矿化气泡逐渐在浮选槽11顶部。
63.步骤3：信号输入。浮选过程中，监测装置2监测浮选机1运行过程中的不同工况参数变化，然后将信号传输给中央控制系统3。
64.具体地，浮选过程中，颗粒碰撞传感器21、压力传感器22、气体流量计23和摄像头24实时监测浮选过程中不同工况条件下的参数变化，然后将信号通过导线由plc控制器31的信号输入端312传输给中央控制系统3。
65.其中，颗粒碰撞传感器21通过矿浆中颗粒碰撞的频率来实时监测矿浆浓度；压力传感器22通过泡沫层的黏稠度来实时监测浮选作业物料的可浮性，泡沫层中所携带的颗粒越多，泡沫层的黏稠度越高，压力传感器22受到的作用力越大，物料的可浮性越好，反之则越小；气体流量计23可以实时监测进气量；摄像头24可以监测浮选机1整体运行状况以及浮选现象。
66.步骤4：信号预判断。中央控制系统3自行判断工况参数所对应的搅拌轴12的转速是否在预设范围内，若不在预设范围内，则进行步骤5。
67.具体地，中央控制系统3自行判断输入工况参数所对应的搅拌轴12的转速是否在预设范围内，该预设范围为步骤1操作人员存入样本数据库中的最佳搅拌轴12转速范围，若不在预设范围内，则进行步骤5。
68.步骤5：信号输出。
69.中央控制系统3将输入工况参数所对应的搅拌轴12的转速最优值传递给执行机构。
70.步骤6：调整转速。执行机构接收信号后作用于被控对象电机14，通过调节电机14进而实现搅拌轴12转速的最优化设置；
71.具体地，执行机构接收信号后通过plc控制器31的信号输出端311作用于被控对象电机14，通过调节电机14进而实现搅拌轴12转速的最优化设置；同时plc控制器31的信号输出端311与计算机32连接，在计算机32上可以直接读取和记录工况参数相关数据以及观察浮选机1运行情况和浮选现象。
72.步骤7：能量适配煤泥浮选。在整个浮选作业中，各浮选机重复步骤3～步骤6过程，完成能量精准适配的煤泥智能浮选过程。
73.具体地，在整个浮选作业中，前一浮选槽11的尾矿由尾矿排料口112排出，通过物料运输管道由进料口111进入下一浮选槽11，作为该浮选槽11的浮选入料。各浮选机1重复步骤3～步骤6过程，依次进行浮选作业的实时监测与控制，完成能量精准适配的煤泥智能浮选过程。
74.本发明与传统的单一、重复的槽式浮选系统和方法相比，利用传感器监测浮选作业实时工况参数，可以精准获得浮选过程中的不同物性参数，从监测颗粒碰撞频率和泡沫黏稠程度反馈任一分选过程的矿浆浓度和颗粒的可浮性。
75.本发明的技术效果实现了浮选过程初期在低转速条件下能获得较低的精煤灰分，在一定程度上保证了精煤质量。后期作业通过高能量输入，将难浮物料回收，保证了总体精煤可燃体回收率，提高了浮选效果。
76.相较于传统的煤泥浮选系统和方法，本发明可综合考虑浮选机在浮选过程中的不同矿浆物料物性，根据物料随分选过程可浮性逐步变差的特性设计了与之相匹配的分选过程，通过设置监测装置和中央控制系统，能适时、适量地调节电机功率来改变能量输入，达到了能量输配与煤泥物性的适配耦合，实现对浮选作业的实时监测和控制，使浮选过程趋向自动化和智能化。
77.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统，其特征在于，包括浮选机组、监测装置(2)和中央控制系统(3)，所述浮选机组包括多个浮选机(1)，每个所述浮选机(1)上设有一个所述监测装置，所述浮选机(1)和所述监测装置(2)均与所述中央控制系统(3)电连接。2.根据权利要求1所述的基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统，其特征在于，所述浮选机(1)包括浮选槽(11)和搅拌轴(12)，所述搅拌轴(11)竖直设于所述浮选槽(11)的上端，且所述搅拌轴(11)的下端延伸至所述浮选槽(11)内的中下部。3.根据权利要求2所述的基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统，其特征在于，所述浮选机(1)还包括位于浮选槽(11)外部的进气管(13)，所述进气管(13)和所述搅拌轴(12)的顶部连接。4.根据权利要求3所述的基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统，其特征在于，所述浮选槽(11)包括进料口(111)和尾矿排料口(112)，所述进料口(111)和所述尾矿排料口(112)分别设于所述浮选槽(11)的两侧。5.根据权利要求4所述的基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统，其特征在于，所述浮选槽(11)还包括泡沫溢流堰(113)，所述泡沫溢流堰(113)设于所述浮选槽(11)的上端，并与所述尾矿排料口(112)位于同一侧。6.根据权利要求2-5所述的基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统，其特征在于，所述搅拌轴(12)为中空结构，所述搅拌轴(12)的下端设有搅拌叶片和排气孔。7.根据权利要求5所述的基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统，其特征在于，所述监测装置(2)包括颗粒碰撞传感器(21)和压力传感器(22)，所述颗粒碰撞传感器(21)设于所述浮选槽(11)内的中部位置，所述压力传感器(22)设于所述浮选槽(11)内的中上部位置，并靠近所述泡沫溢流堰(113)。8.根据权利要求7所述的基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统，其特征在于，所述监测装置(2)还包括空气流量计(23)和摄像头(24)，所述空气流量计(23)设于所述进气管(13)上，所述摄像头(24)设于所述浮选槽(11)的上方。9.根据权利要求8所述的基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统，其特征在于，所述中央控制系统(3)包括plc控制器(31)和计算机(32)，所述plc控制器(31)包括信号输出端(311)和信号输入端(312)，所述信号输入端(312)与所述颗粒碰撞传感器(21)、压力传感器(22)、空气流量计(23)和摄像头(24)连接，所述信号输出端(311)与所述计算机(31)和驱动所述搅拌轴(12)的电机(14)连接。10.一种基于能量精准适配的煤泥智能浮选方法，其特征在于，采用权利要求1-9所述的基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统，包括如下步骤：步骤1：建立数据库；探索矿浆浓度和工况参数变化与搅拌轴(12)的转速之间的关系，并存入中央控制系统(3)的样本数据库；步骤2：开始浮选；入浮物料输送至浮选机(1)，开启电机(14)，浮选作业开始；步骤3：信号输入；浮选过程中，监测装置(2)监测浮选机(1)运行过程中的不同工况参数变化，然后将信号传输给中央控制系统(3)；
步骤4：信号预判断；中央控制系统(3)自行判断工况参数所对应的搅拌轴(12)的转速是否在预设范围内，若不在预设范围内，则进行步骤5；步骤5：信号输出；中央控制系统(3)将工况参数所对应的搅拌轴(12)的转速最优值传递至执行机构；步骤6：调整转速；执行机构接收信号后作用于被控对象电机(14)，通过调节电机(14)实现搅拌轴(12)转速的最优化设置；步骤7：能量适配煤泥浮选；在整个浮选作业中，各浮选机(1)重复步骤3～步骤6，完成能量精准适配的煤泥智能浮选过程。

技术总结
本发明涉及一种基于能量精准适配的煤泥智能浮选系统及方法，属于煤泥浮选技术领域，解决了现有技术中煤泥分选过程中能量适配不准确的问题。本发明包括浮选机组、监测装置和中央控制系统，所述浮选机组包括多个浮选机，每个所述浮选机上设有一个所述监测装置，所述浮选机和所述监测装置均与所述中央控制系统电连接。本发明对煤泥浮选过程中物料物性的实时、精准监测，并及时调整能量输入，达到浮选作业能量的精准适配。业能量的精准适配。业能量的精准适配。


技术研发人员：桂夏辉 邢耀文 徐梦迪 何琳 曹亦俊 谢明辉 吴亮 王炳信
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2022.03.16
技术公布日：2023/9/23