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煤泥浮选过程模型仿真及其运行状态评价

煤泥浮选过程模型仿真及其运行状态评价

作者：王佩中国矿业大学

学位级别：硕士

煤泥浮选过程是一个复杂的长流程连续生产工业过程,粗犷的生产方式使得过程的运行状态具有不稳定性,导致煤炭的洗选效果并不理想。为了提高煤泥浮选过程自动化与智能化水平,使煤泥浮选过程尽可能保持在最优运行状态,进而提升煤企生产效... 详细信息

煤泥浮选过程是一个复杂的长流程连续生产工业过程,粗犷的生产方式使得过程的运行状态具有不稳定性,导致煤炭的洗选效果并不理想。为了提高煤泥浮选过程自动化与智能化水平,使煤泥浮选过程尽可能保持在最优运行状态,进而提升煤企生产效率和综合经济效益。本文围绕煤泥浮选过程的机理建模及其运行状态评价问题开展研究工作,提出了基于物料守恒的煤泥浮选过程全流程动态数学模型以及基于孪生长短期记忆网络的煤泥浮选过程运行状态评价方法,主要研究内容如下:(1)针对现有煤泥浮选过程控制模型大多仅关注泡沫浮选过程本身,难以反映实际煤泥浮选过程全流程运行动态特性的问题。本文提出了一种面向过程控制的煤泥浮选过程全流程动态数学模型,并基于此模型开发了煤泥浮选过程全流程仿真平台。首先,深入分析了煤泥浮选各环节关键设备的工作特性,分别建立了相应工艺过程的动态数学模型,并在MATLAB/Simulink环境下进行模块的编写和封装。其次,为了模拟实际选煤厂从原料投入到精煤产出的完整洗选过程,将各模块依照工艺要求前后联结并进行了参数辨识,构建了完整的煤泥浮选流程模型。最后,通过仿真实验说明了所建模型能够反映实际选煤过程变量耦合、慢时变、过程时滞等特征,为煤泥浮选过程先进控制方法与优化策略的研究提供了仿真验证平台。(2)针对传统数据驱动方法在面对煤泥浮选过程中存在的数据非线性、动态时序性等复杂特性时无法建立稳定可靠的运行状态评价模型问题,本文提出了一种基于孪生长短期记忆网络的运行状态评价方法,该方法充分利用了孪生网络同时处理两个时刻样本的结构优势,提取煤泥浮选过程数据中潜在的动态特征信息,通过在孪生网络结构中引入LSTM层提升模型处理非线性特征的能力并提取有价值的过程时序信息,通过在目标函数中引入慢特征约束项和综合经济指标约束项,迫使模型学习到与综合经济指标相关的慢特征信息,从而定向规范了网络的训练过程。此外,针对非优运行状态,提出了一种基于孪生长短期记忆网络贡献图的非优因素识别方法,通过计算过程变量对非优状态的贡献率识别导致过程非优的原因变量。最后,在开发的煤泥浮选过程全流程仿真平台上验证了所提方法的有效性。

关键词：煤泥浮选机理建模运行状态评价孪生神经网络长短期记忆网络

煤泥浮选过程中气泡与煤及矿物质粘附几率的研究

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煤泥浮选过程中气泡与煤及矿物质粘附几率的研究

作者：郭明明太原理工大学

学位级别：硕士

实现煤泥高效浮选的关键是使煤颗粒能够地与煤浆中的气泡发生稳定的矿化作用,同时尽可能阻止无机矿物质因为夹带作用进入精煤产品中。为了更好地解决精煤被矿物质污染的问题,本论文将七种煤化程度不同的煤样及四种不同入料粒级的煤样作... 详细信息

实现煤泥高效浮选的关键是使煤颗粒能够地与煤浆中的气泡发生稳定的矿化作用,同时尽可能阻止无机矿物质因为夹带作用进入精煤产品中。为了更好地解决精煤被矿物质污染的问题,本论文将七种煤化程度不同的煤样及四种不同入料粒级的煤样作为试验对象,在分析其煤质特性的基础上,通过设定浮选条件,在煤浆中添加不同药剂用量、对煤浆使用表面活性剂进行预处理后,进行浮选速度试验。首先使用X-射线荧光光谱仪进行元素分析、使用X-射线衍射仪进行矿物质定性及半定量分析,然后利用煤样烧灰前后发生的化学反应等式,计算出原煤样及各阶段精煤产品中无机矿物质的实际含量,最终计算出气泡-颗粒粘附几率。研究煤泥浮选过程中气泡与精煤颗粒、无机矿物质的粘附几率变化规律,为进一步降低无机矿物质污染精煤提供理论依据。本论文使用XRF、XRD、FT-IR等仪器设备,对煤样中无机矿物质及表面官能团进行了表征。结果表明:七种煤化程度不同的煤样中含有的无机矿物质主要为高岭石及石英,其次为方解石、硫铁矿,及少量的蒙脱石、石膏。贫瘦煤及褐煤中石英含量大于高岭石含量,其余五种煤样中高岭石含量大于石英含量。褐煤中存在的羰基、羧基、羟基等官能团及弱粘煤中成灰物质的吸收峰最强,剩余煤样的官能团拥有相似的变化趋势。四种不同粒级弱粘煤煤样中主要含有的无机矿物质为高岭石及石英,且各粒级中含量最高的是高岭石,其次是石英;-0.074 mm弱粘煤煤样中成灰物质(高岭石)吸收峰最强,其余三个粒级煤样的红外图谱总体变化趋势一致。基于表征结果,分析计算出气泡-精煤颗粒、无机矿物质(高岭石、石英、方解石、硫铁矿)颗粒的粘附几率。在气泡-精煤颗粒粘附几率中,不同变质程度煤样浮选时,贫瘦煤的气泡-精煤颗粒粘附几率随浮选时间逐渐减小,最后平稳,最大可达68.31%,而褐煤的气泡-精煤颗粒粘附几率随浮选时间维持在5.00%左右,且仅发生很小的波动;不同粒度煤样浮选时,入料粒级为0.250-0.125 mm,气泡-精煤颗粒粘附几率最大。对焦煤未做任何处理时,气泡-精煤颗粒粘附几率最大为60.59%,对焦煤使用表面活性剂进行预处理后最大为66.33%,在气泡-高岭石、石英粘附几率中,不同煤化程度煤泥浮选时,贫瘦煤、焦煤的气泡-高岭石、石英粘附几率远远大于其余变质程度煤泥的;不同入料粒级煤泥浮选时,入料粒级为0.250-0.125mm时气泡-高岭石、石英粘附几率波动最大;焦煤经表面活性剂预处理后,气泡-高岭石粘附几率最大为32.73%,不同煤化程度煤样浮选时,气泡-方解石、硫铁矿粘附几率基本保持在0-1.00%;不同粒度浮选时,气泡-硫铁矿粘附几率波动区间为0-0.80%、气泡-方解石粘附几率的波动区间为0-1.70%;添加不同药剂用量时,气泡-方解石粘附几率波动区间为0-3.50%、气泡-硫铁矿粘附几率波动区间为0-1.6%。对焦煤使用表面活性剂进行预处理后,气泡-方解石粘附几率波动区间为0-3.00%、气泡-硫铁矿粘附几率变化范围为0-2.50%。煤化度、入料粒度、药剂用量、表面活性剂预处理对高岭石的夹带影响较大,而对其余无机矿物质夹带影响很小,当使用表面活性剂预处理煤浆后会使高岭石夹带更严重,煤化程度对浮选中石英夹带效应影响很大;捕收剂、起泡剂用量及阴离子表面活性剂的选择对气泡-方解石、硫铁矿粘附几率影响较大。

关键词：煤泥浮选无机矿物质粘附碰撞

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煤泥浮选过程药剂添加量控制优化研究

矿业安全与环保 2016年第3期43卷 77-80,85页

作者：朱晓重庆工程职业技术学院重庆402260

针对煤泥浮选过程中药剂添加量控制问题,提出基于主元分析、支持向量机、遗传算法的数学算法,比较分析了浮选入料流量、入料灰分、入料浓度与起泡剂和捕收剂添加量的关系,得到较为准确的煤泥浮选药剂添加量控制数学模型,仿真结果表明,... 详细信息

针对煤泥浮选过程中药剂添加量控制问题,提出基于主元分析、支持向量机、遗传算法的数学算法,比较分析了浮选入料流量、入料灰分、入料浓度与起泡剂和捕收剂添加量的关系,得到较为准确的煤泥浮选药剂添加量控制数学模型,仿真结果表明,该数学模型具有较高的准确性。

关键词：煤泥浮选起泡剂捕收剂添加量控制主元分析支持向量机遗传算法

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煤泥浮选设备的工艺性能分析

选煤技术 2001年第6期29卷 23-25页

作者：王续良华北矿业高等专科学校河北省三河市065201

文章结合浮选完善指标,分析了型、型浮选机和型浮选柱的工艺性能, XJM-SXPMFCMC-3/4I并探讨了各种指标存在差异的原因。

关键词：煤泥浮选浮选机浮选柱浮选完善指标浮选效果

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煤泥浮选泡沫图像滤波方法的选取

选煤技术 2011年第6期39卷 57-59,79页

作者：田慕玲杨洁明杨津灵太原理工大学机械电子工程研究所山西太原030024 太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030024

煤泥浮选泡沫图像的去噪对于后续的图像准确处理与识别有着不可忽视的影响。鉴于各传统去噪方法在去噪和保留高频信息之间的矛盾,文章将煤泥浮选泡沫图像常规滤波方法中的中值滤波和小波滤波与基于面积重构开闭滤波与交替顺序滤波结合... 详细信息

煤泥浮选泡沫图像的去噪对于后续的图像准确处理与识别有着不可忽视的影响。鉴于各传统去噪方法在去噪和保留高频信息之间的矛盾,文章将煤泥浮选泡沫图像常规滤波方法中的中值滤波和小波滤波与基于面积重构开闭滤波与交替顺序滤波结合形态学滤波进行了比较,通过对煤泥浮选泡沫去噪后的图像进行分析,得出形态学滤波方法可最大限度地压制噪声的影响,同时使图像的原貌得到了保护,取得了良好的图像降噪效果,对煤泥浮选泡沫图像而言是一种较好的图像滤波方法。

关键词：煤泥浮选小波滤波形态学开闭滤波面积重构交替顺序滤波

煤泥浮选泡沫图像特征提取与精煤灰分预测研究

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煤泥浮选泡沫图像特征提取与精煤灰分预测研究

作者：郭中天太原理工大学

学位级别：硕士

煤泥浮选工艺过程作为煤泥分选的重要环节,浮选过程智能化建设对整个煤炭产业智能化有着重要意义。目前浮选过程控制主要依据人工经验对浮选工况进行控制,导致了浮选控制稳定性不足和滞后性较强。随着过程检测技术及计算机视觉的快速发... 详细信息

煤泥浮选工艺过程作为煤泥分选的重要环节,浮选过程智能化建设对整个煤炭产业智能化有着重要意义。目前浮选过程控制主要依据人工经验对浮选工况进行控制,导致了浮选控制稳定性不足和滞后性较强。随着过程检测技术及计算机视觉的快速发展,通过对煤泥浮选过程关键过程变量及泡沫视觉信息进行分析来对最终的精煤灰分进行软测量是浮选智能化的一个热门方向。针对煤泥浮选精煤灰分实时检测的问题,本文提出了一种基于过程变量和泡沫图像特征的精煤灰分预测方法,实现对精煤灰分实时准确的检测。为了分析浮选泡沫特征、过程变量与精煤灰分之间的关系,本文首先针对工业现场泡沫图像的特点,设计了一种适用于煤泥浮选泡沫图像采集的装置,获得了高质量的泡沫图像。并进行了浮选流程的透明化设计,对一些对便于检测的浮选过程变量进行检测,取浮选入浮流量、入料浓度、药剂添加量、充气量等进行在线检测。最后进行了不同工况下的煤泥浮选连续实验,对采集到的泡沫图像和过程变量进行了分析。本文对浮选泡沫的图像特征提取算法进行了研究。对泡沫图像进行预处理,采用限制对比度的自适应直方图均衡化(CLAHE)和三维块匹配滤波(BM3D)对浮选泡沫图像进行预处理,以提高图像的质量,突出图像的边缘细节特征。分别采用五种颜色模型对泡沫图像进行了多颜色空间特征提取;在传统分水岭算法分割效果不佳的情况下,搭建了基于Deeplabv3+深度网络的泡沫图像分割模型,并基于分割结果提取了泡沫数目、面积和周长的泡沫形态特征。在灰度共生矩阵的基础上,提取了不同方向上的能量(E)、熵(H)、对比度(C)、相关性(R)等纹理特征。针对煤泥浮选泡沫速度提取方法准确性、实时性和稳定性不足的问题,提出了一种基于图像特征匹配和卡尔曼运动估计的煤泥浮选泡沫速度特征提取方法。采用非线性尺度空间中的加速特征的快速显式扩散(AKAZE)算法对浮选泡沫特征进行特征点检测。在暴力匹配(BF)对泡沫图像特征进行粗匹配的基础上,采用基于运动统计的快速鲁棒特征匹配过滤(GMS)算法优化特征匹配结果。并根据优化特征匹配结果计算煤泥泡沫速度,经过卡尔曼运动预测修正后得到更稳定的煤泥泡沫速度,速度标准差仅为1.1882。能更好地为浮选过程中泡沫监测提供指示参量本文提取了多维泡沫图像特征和浮选过程变量,首先通过主成分分析的方法对建模输入参数进行特征降维,避免特征冗余可能带来的模型精度下降。其次,通过与其他三种基准模型的预测效果比较,选择出了符合浮选泡沫图像特征参数时间序列特性的基准模型GRU来搭建初步模型。针对初步模型预测性能较低的情况,本文通过麻雀搜索算法(SSA)来优化基准模型建立预测模型,提高精煤灰分预测模型的预测性能。最后,用七种方法对三种工况下的浮选精煤灰分进行预测,并将SSA-GRU与其他模型的预测结果进行对比分析。实验结果显示,SSA-GRU优化模型相较于GRU基准模型在三种工况下的MAE分别降低0.0165%、0.0128%、0.0115%,RMSE分别降低0.0301%、0.0281%、0.1430%,MAPE分别降低0.0499%、0.1750%、0.0371%,决定系数R也最高,且算法运行时间较短,证明基于SSA-GRU的浮选精煤灰分预测模型预测性能最好。最后基于以上研究,考虑煤泥浮选现场实际条件与核心需求,设计了浮选泡沫与精煤灰分监测系统。分别进行了系统的硬件选型配置和预测软件设计,实现了浮选泡沫与精煤灰分实时监测、数据交互和可视化等功能。

关键词：煤泥浮选泡沫图像浮选过程变量精煤灰分实时预测系统设计

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煤泥浮选泡沫图像识别系统研究

煤泥浮选泡沫图像识别系统研究

作者：马逸文中国矿业大学

学位级别：硕士

浮选是利用矿物颗粒表面润湿性的不同来实现矿物分选的一门技术,其泡沫的表面视觉特征直接反映浮选生产工况。目前,国内大多数选厂对浮选状态的判别仍然停留在人工观测的基础上,极大地限制了浮选技术的推广和发展。将图像识别技术引入... 详细信息

浮选是利用矿物颗粒表面润湿性的不同来实现矿物分选的一门技术,其泡沫的表面视觉特征直接反映浮选生产工况。目前,国内大多数选厂对浮选状态的判别仍然停留在人工观测的基础上,极大地限制了浮选技术的推广和发展。将图像识别技术引入浮选不但可以有助于浮选作业的稳定优化运行,而且可以解放出大量的人力和物力,对其的后续发展具有十分重要的意义。本文以“赵楼煤矿浮选加药自动控制系统”项目为背景,对煤泥浮选泡沫图像识别系统进行了深入的研究,有效地克服了传统浮选工艺所固有的弊病,其研究内容主要可概括为如下几个方面:1)针对煤泥浮选泡沫图像易受到混合噪声,特别是高斯-椒盐混合噪声,干扰的情况,提出了一种新型滤波算法,其不仅在去除泡沫图像的混合噪声上要明显优于传统滤波算法,而且可以满足一定的实时性需求。2)对煤泥浮选泡沫图像的特征提取算法进行了研究,并选择纹理、尺寸和速度特征参数作为系统的输入。其中,本文分析和总结了传统分水岭算法的不足之处,并对其进行了相关改进,基本实现了煤泥浮选泡沫图像的精准分割。3)通过经验公式和相关实验,确定了BP神经网络隐含层神经元的最优数目,并在相同网络参数下,对比了BP神经网络和遗传BP神经网络的性能。进一步确定了遗传BP神经网络作为本系统的识别算法。4)出于对浮选车间工作环境等方面的考虑,对工业相机进行了合理的选型,并根据系统需求,对其后台数据库和前台界面进行了设计和介绍。

关键词：煤泥浮选泡沫图像高斯-椒盐混合噪声特征提取遗传BP神经网络

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低温等离子体改性技术对煤泥浮选效果的影响

煤炭科学技术 2019年第9期47卷 256-261页

作者：李琛光王大鹏胥萌周济中国矿业大学化工学院

煤泥浮选是利用矿物表面性质差异实现有用矿物与脉石的分离,低温等离子体改性技术可以在保持材料基体性能的前提下显著改变材料的表面性能,目前在煤炭浮选领域的应用还处于起步阶段。从低温等离子体改性处理固体煤泥及液体药剂2个方面... 详细信息

煤泥浮选是利用矿物表面性质差异实现有用矿物与脉石的分离,低温等离子体改性技术可以在保持材料基体性能的前提下显著改变材料的表面性能,目前在煤炭浮选领域的应用还处于起步阶段。从低温等离子体改性处理固体煤泥及液体药剂2个方面对其在煤炭浮选方面的应用进行探索。采用低温等离子体改性固体煤泥进行反浮选脱硫,结果表明:低温等离子体对煤和硫化矿物表面直接改性,可以有效扩大硫化矿物和煤的可浮性差异,替代药剂抑制煤上浮,强化反浮选脱硫率,低温等离子体处理5min时对煤的抑制效果最好;采用低温等离子体改性捕收剂进行浮选试验并与未改性药剂进行对比,结果表明:等离子体处理后的药剂对中煤阶煤泥的回收性能增强,提高煤浮选精煤产率,通过红外光谱分析可知,在等离子体预处理过程中引入了种类丰富的极性基团,提高了捕收剂的捕收性能。

关键词：低温等离子体反浮选脱硫煤泥浮选捕收剂

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药剂磁化处理对煤泥浮选效果影响的研究

中国矿业大学学报 2004年第3期33卷 343-346页

作者：边炳鑫陈清如韦鲁滨同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室中国矿业大学化学与环境工程学院北京100083

研究了磁化处理对浮选药剂性能和浮选效果的影响.结果表明:经磁化处理后轻柴油的表面张力和黏度分别降低了7.91%和13.66%,仲辛醇的表面张力和黏度分别降低了3.73%和7.87%,磁化处理后轻柴油在煤表面吸附量增加幅度约为在煤矸石和黄铁矿... 详细信息

研究了磁化处理对浮选药剂性能和浮选效果的影响.结果表明:经磁化处理后轻柴油的表面张力和黏度分别降低了7.91%和13.66%,仲辛醇的表面张力和黏度分别降低了3.73%和7.87%,磁化处理后轻柴油在煤表面吸附量增加幅度约为在煤矸石和黄铁矿表面吸附量增加幅度的1倍.磁化处理捕收剂、起泡剂对煤和煤矸石的可浮性均有影响,对煤的影响尤为显著.磁化处理后水玻璃对煤矸石、黄铁矿的抑制效果增强,而对煤无明显影响.

关键词：磁化处理浮选药剂表面张力黏度煤泥浮选