矿石粒度图像检测系统在焦家金矿的应用

赵 友

（山东黄金矿业（莱州）有限公司焦家金矿，山东 烟台 264000）

1 研究背景

焦家金矿是山东黄金集团下属三级企业，选矿厂处理能力为8000t/d。焦家金矿选矿厂的主工艺流程包括碎矿、磨矿、浮选、浓缩脱水、尾矿充填等工序。碎矿由三段破碎和洗矿筛分组成，磨矿是由一段磨矿和旋流器组成闭路磨矿流程；浮选由一段优选、一段粗选、二段扫选、一段精选组成。精矿通过浓密机浓缩后送板框压滤机过滤脱水后进入精矿池。尾矿经浓密机后分为尾矿充填、尾矿再选、尾矿压滤三个部分[1]。矿石粒度图像检测系统主要应用在焦家金矿选矿厂碎矿工段。

矿石粒度是选矿厂碎矿作业的重要指标，碎矿粒度的大小直接影响到磨机的工作效率，从而影响到磨浮的工艺指标。因此，必须对碎矿作业完成后的矿石粒度进行检测，然后根据检测结果，调整圆锥破碎机的工艺参数[2]。

目前，选厂常常采用筛分的方法来确定矿石的粒度分布，这种检测方法耗时长、效率低，不能及时根据粒度分布结果对碎矿作业进行调整。随着科技的发展与进步，计算机的处理能力和摄影器件的分辨率有了很大的提高，图像处理技术也得到了充分的发展。以往，选矿厂通常采用筛分法来判断碎矿产品粒度情况，这种方法的缺点是工作效率低其检测时间长，且只能大概获知矿石粒度的范围，操作工不能根据检测的粒度分布情况来及时调整碎矿设备的工艺参数。当前，基于图像处理的粒度检测技术已逐渐成熟，这种检测技术不仅测量准确，而且十分快速高效。该技术目前已经在选矿领域得到良好的运用。利用该技术对碎矿矿石粒度进行检测，并根据检测结果及时调整产品粒度，可有效提高碎磨工作效率。

在本项目实施前，焦家金矿破碎筛分流程缺少有效的筛网状态监测手段，一旦筛网出现破损，大块矿石直接进入磨矿流程，影响磨矿效率。与此同时，在选矿厂破碎作业的正常生产中，皮带传送带上的矿石总是包含木质或铁质的异物，这些异物的存在给破碎设备的安全运行带来了隐患，情况严重时会割破皮带、堵塞下料口或者损伤破碎机等，给选矿厂带来较大的经济损失。

2 矿石粒度图像分析系统介绍

2.1 矿石粒度图像检测系统组成

焦家金矿运用的是北京矿业研究总院研制的BOSA-Ⅱ矿石粒度图像分析一。它可以准确快速的获取皮带运输机上的矿石粒度信息，形成彩色图像，并根据预先建模，形成矿石粒度图像的准确分布信息。矿石粒度图像检测系统有以下部分组成，分别是CCD摄像机部分、光源及其挡板、现场计算机、以及现场矿石皮带运输机运输机。

图1 矿石粒度检测系统架构

图2 矿石粒度图像检测系统现场图

拍摄图像的大小可以通过移动CCD摄像机的位置和焦距来实现，照明的作用是为了使得矿石颗粒表面的光源均匀一致，挡板的作用是削弱外接光源对图像效果的影响。在矿石粒度图像检测系统中，CCD摄像机与现场计算机直接连接，图像采集程序可以直接触发到CCD摄像机的快门，这样就可以实现了矿石粒度图像的实时采集。

图像采集工具是通过Matlab来进行的，该工具箱自带数据函数模型imaqhwinfo，可自动取得与工作站连接的摄像头的硬件信息。图像采集系统首先需要利用Videoinput函数软件来创建监控视频的输入对象，然后再用PREVIEW汗水来实现视频图像的预览功能，还需要运用getsnapshot函数来实现矿石粒度图像的捕捉功能，为了实现图像实时采集，还要加上定时程序。摄像机捕捉的图像，需要通过函数写进计算机工作站，由现场工作站进行图像分析处理，并将最后的矿石粒度信息反馈给用户。

2.2 矿石粒度图像检测技术

矿石粒度在线检测技术利用图像分析方法实现破碎的原料和产品的粒度分析。矿石粒度图像分析方法的核心技术包括基于数学形态学的图像梯度化方法、矿石种子区域提取方法、基于标记的分水岭图像分割方法、基于链码的矿石粒度统计等技术。通过图像拉伸、图像边缘检测、图像自适应二值化、图像开运算等算法对矿石原始图像进行预处理后得到二值化的图像，然后利用搜索算法寻找矿石图像的轮廓和边界，利用分水岭算法进行分割，对分割后的矿石进行面积、周长、粒径、位置等信息的统计计算，得到矿石体积信息、粒级信息以及百分比组成。

2.3 故障检测系统

应用矿石粒度图像分析技术的基础上，焦家金矿选矿厂建立了筛分环节筛网异常侦测及块度联动报警系统。该系统具有故障诊断功能，能够完成以下任务：故障检测：系统输出偏离了预期的目标范围，或者影响系统输出的过程参数，过程状态或特征量发生变化并超出预定的范围时，诊断系统应能及时检测出来。故障分离：根据检测到的故障信息，寻找故障源，确定故障类型及大小。故障源可能是元件、组件，也可以是子系统。故障评价：将故障对系统性能指标，功能的影响等做出判断和估计，给出故障的程度、大小及故障发生的时间等参数。故障决策：根据故障检测的信息和故障评价的等级，针对不同的工况，对系统作出报警、修改操作或控制，甚至停机进行维修等决定。

3 结论

焦家金矿选矿厂在破碎段至粉矿仓输送皮带上安装一套矿石粒度图像分析系统，该系统投入运用后，利用机器视觉技术识别包括“皮带异物”、“筛网破损”、“破碎产品粒度跑粗”等异常工况，并第一时间给出报警提示信息。

在实际生产过程中，碎矿作业根据该系统检测结果，对碎矿工段圆锥破碎机的各运行参数进行及时调整，有效将碎矿产品粒度控制在合格范围内，不仅大幅降低了磨机的负荷，节约了生产能耗，延长的磨机的使用寿命，还进一步提升了生产效率，有助于体制增效工作的开展。