基于NSGA−Ⅱ算法的尾砂动态浓密半工业实验及其多目标优化

杨莹, 王国立, 董立波, 解志远, 刘伟涛. 基于NSGA−Ⅱ算法的尾砂动态浓密半工业实验及其多目标优化[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(2): 39-45. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.02.005
引用本文: 杨莹, 王国立, 董立波, 解志远, 刘伟涛. 基于NSGA−Ⅱ算法的尾砂动态浓密半工业实验及其多目标优化[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(2): 39-45. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.02.005
YANG Ying, WANG Guoli, DONG Libo, XIE Zhiyuan, LIU Weitao. Semi−industrial Experiment of Dynamic Thickening of Tailings Based on NSGA−II Algorithm and Its Multi−objective Optimization[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(2): 39-45. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.02.005
Citation: YANG Ying, WANG Guoli, DONG Libo, XIE Zhiyuan, LIU Weitao. Semi−industrial Experiment of Dynamic Thickening of Tailings Based on NSGA−II Algorithm and Its Multi−objective Optimization[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(2): 39-45. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.02.005

基于NSGA−Ⅱ算法的尾砂动态浓密半工业实验及其多目标优化

  • 基金项目: 中国博士后科学基金资助项目(2021M701516)
详细信息
    作者简介: 杨莹(1992—),女,辽宁沈阳人,博士后,高级工程师,主要从事膏体充填,智能矿山等研究工作,E−mail:18810607452@163.com
    通讯作者: 王国立(1963—),男,北京人,正高级工程师,从事膏体充填、工程爆破等研究工作,E−mail:wangguoli@jchxmc.com
  • 中图分类号: TD853.34;TD926.2

Semi−industrial Experiment of Dynamic Thickening of Tailings Based on NSGA−II Algorithm and Its Multi−objective Optimization

More Information
  • 尾砂浓密工艺是一种多输入、多输出、高时滞的复杂系统,探究不同因素影响下尾砂浓密多目标优化问题具有重要意义,为推进尾砂浓密工艺的精准控制和智能化发展提供参考。研制了一套尾砂动态浓密半工业智能实验装置,开展了尾砂动态浓密正交实验,考察泥层高度、进料流量和耙架转速对尾砂浓密多目标的影响;结合尾砂动态浓密半工业正交实验结果,建立了底流质量浓度、溢流浊度和耙架扭矩的多元回归模型,利用MATLAB 软件的通讯模块,实现了对尾砂动态浓密半工业实验效果的实时预测;结合矿山对尾砂浓密的实际需求,构建了基于NSGA−Ⅱ算法的尾砂动态浓密多目标优化模型,获得了优化后的尾砂动态浓密参数和浓密效果。研究结果表明:泥层高度和进料流量对尾砂浓密效果具有显著影响,泥层高度是影响浓密效果的最主要因素;尾砂浓密多元回归模型的预测差异在4.53%以内,模型拟合效果良好;多目标优化后的尾砂动态浓密参数为泥层高度0.30 m、进料流量0.91 m3/h、耙架转速3.80 r/min,优化后的尾砂浓密效果为底流质量浓度69.57%,溢流浊度40.41 NTU、耙架扭矩11.53 N·m。

  • 加载中
  • 图 1  实验尾砂样品粒度分布曲线

    Figure 1. 

    图 2  实验装置示意图

    Figure 2. 

    图 3  不同浓密效果的敏感因素分析

    Figure 3. 

    图 4  连续动态浓密底流质量分数的监测与预测

    Figure 4. 

    图 5  连续动态浓密溢流浊度的监测与预测

    Figure 5. 

    图 6  连续动态浓密耙架扭矩的监测与预测

    Figure 6. 

    图 7  基于NSGA−Ⅱ算法的尾砂动态浓密多目标优化步骤

    Figure 7. 

    表 1  正交实验因素水平

    Table 1.  Factor levels of orthogonal experiments

    水平因素
    A泥层高度/mB进料流量/(m3·h−1)C耙架转速/(r·min−1)
    10.150.971.50
    20.201.082.00
    30.301.192.50
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    表 2  尾砂动态浓密半工业正交实验结果

    Table 2.  Results of semi−industrial orthogonal test for dynamic thickening of tailings

    编号 因素 指标
    泥层
    高度/m
    进料
    流量
    /(m3·h−1)
    耙架
    转速
    /(r·min−1)
    底流
    质量
    浓度/%
    溢流
    浊度
    /NTU
    耙架
    扭矩
    /(N·m)
    1 0.15 0.97 1.50 62.95 100.71 16.19
    2 0.15 1.08 2.00 62.73 102.24 17.18
    3 0.15 1.19 2.50 60.58 110.91 18.66
    4 0.20 0.97 2.00 63.79 99.57 18.74
    5 0.20 1.08 2.50 63.24 99.93 18.94
    6 0.20 1.19 1.50 61.65 103.75 20.41
    7 0.30 0.97 2.50 65.66 90.52 20.72
    8 0.30 1.08 1.50 65.33 94.93 21.12
    9 0.30 1.19 2.00 64.65 96.62 22.21
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    表 3  正交实验的方差分析

    Table 3.  Analysis of variance in orthogonal experiments

    指标 方差来源 离差平方和 自由度 均方 F P
    底流质量浓度 A 15.81 2 7.90 69.23 0.01
    B 5.69 2 2.85 24.92 0.04
    C 0.51 2 0.26 2.24 0.31
    D空白 0.23 2 0.11
    溢流浊度 A 174.64 2 87.32 10.75 0.08
    B 73.35 2 36.68 4.52 0.18
    C 1.49 2 0.74 0.09 0.92
    D空白 16.24 2 8.12
    耙架扭矩 A 24.08 2 12.04 91.16 0.01
    B 5.62 2 2.81 21.26 0.04
    C 0.06 2 0.03 0.24 0.81
    D空白 0.26 2 0.13
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  • [1]

    CAI M, LI P, TAN W, et al. Key engineering technologies to achieve green, intelligent, and sustainable development of deep metal mines in China[J]. Engineering, 2021, 7(11): 1513−1517. doi: 10.1016/j.eng.2021.07.010

    [2]

    吴爱祥, 杨莹, 程海勇, 等. 中国膏体技术发展现状与趋势[J]. 工程科学学报, 2018, 40(5): 517−525.

    WU A X, YANG Y, CHENG H Y, et al. Status and prospects of paste technology in China[J]. Chinese Journal of Engineering, 2018, 40(5): 517−525.

    [3]

    吴爱祥, 张晋军, 王贻明, 等. 膏体充填: 金属矿绿色开采的变革性技术[J/OL]. 中国有色金属学报, 1−19[2024−02−05]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/43.1238.TG.20240123.1128.001.html.

    WU A X, ZHANG J J, WANG Y M, et al. Cemented paste backfill: a transformative technology for green mining in metal mines[J/OL]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 1−19[2024−02−05]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/43.1238.TG.20240123.1128.001.html.

    [4]

    QI C, FOURIE A. Cemented paste backfill for mineral tailings management: review and future perspectives[J]. Minerals Engineering, 2019, 144(9): 106025.

    [5]

    阮竹恩, 吴爱祥, 焦华喆, 等. 我国全尾砂料浆浓密研究进展与发展趋势[J]. 中国有色金属学报, 2022, 32(1): 286−301.

    RUAN Z E, WU A X, JIAO H Z, et al. Advances and trends on thickening of full−tailings slurry in China[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2022, 32(1): 286−301.

    [6]

    王洪江, 彭青松, 杨莹, 等. 金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望[J]. 工程科学学报, 2022, 44(6): 971−980.

    WANG H J, PENG Q S, YANG Y, et al. Research status and prospect of thickening technology for metal tailings[J]. Chinese Journal of Engineering, 2022, 44(6): 971−980.

    [7]

    王辉镜. 基于静动态浓密试验的全尾砂絮凝沉降规律研究[J]. 现代矿业, 2023, 39(2): 84−87+91.

    WANG H J. Study on flocculation and sedimentation law of unclassified tailings based on static and dynamic thickening test[J]. Modern Mining, 2023, 39(2): 84−87+91.

    [8]

    肖崇春. 基于全尾砂深度浓密演绎机理的智能预测模型研究[D]. 长沙: 中南大学, 2022.

    XIAO C C. Research on intelligent prediction model based on depth thickening deductive mechanism of unclassed tailings[D]. Changsha: Central South University, 2022.

    [9]

    诸利一, 杨鹏, 吕文生. 全尾砂絮凝沉降与浓密影响因素试验研究[J]. 矿业研究与开发, 2021, 41(8): 59−64.

    ZHU L Y, YANG P, LYU W S. Experimental study on influencing factors of flocculation sedimentation and thickening of unclassified tailings[J]. Mining Research and Development, 2021, 41(8): 59−64.

    [10]

    王贤情, 万文, 王刚, 等. 金矿全尾砂浆动静态絮凝沉降规律研究[J]. 地下空间与工程学报, 2023, 19(4): 1358−1366.

    WANG X Q, WAN W, WANG G, et al. Study on flocculation and sedimentation characteristics of unclassified tailings in gold mine[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2023, 19(4): 1358−1366.

    [11]

    杨纪光, 吴再海, 寇云鹏, 等. 某金矿两段分级超细尾砂静态沉降与半工业浓密试验研究[J]. 金属矿山, 2022(9): 37−42.

    YANG J G, WU Z H, KOU Y P, et al. Experimental study on static settlement and semi industrial thickening of two−stage classification ultrafine tailings in a gold mine[J]. Metal Mine, 2022(9): 37−42.

    [12]

    张钦礼, 王石, 王新民. 絮凝剂单耗对全尾砂浆浑液面沉速的影响规律[J]. 中国有色金属学报, 2017, 27(2): 318−324.

    ZHANG Q L, WANG S, WANG X M. Influence rules of unit consumptions of flocculants oninterface sedimentation velocity of unclassified tailings slurry[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2017, 27(2): 318−324.

    [13]

    张钦礼, 刘奇, 赵建文. 全尾砂絮凝沉降参数预测模型研究[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2016, 37(6): 875−879. doi: 10.3969/j.issn.1005-3026.2016.06.024

    ZHANG Q L, LIU Q, ZHAO J W. Study on the parameters prediction model of flocculating sedimentation of crude tailings[J]. Journal of Northeastern University(Natural Science), 2016, 37(6): 875−879. doi: 10.3969/j.issn.1005-3026.2016.06.024

    [14]

    王晓军, 马晓霞, 孙燕飞, 等. 基于RSM−BBD的全尾砂絮凝沉降效果多因素耦合分析[J]. 矿业研究与开发, 2023, 43(6): 62−67.

    WANG X J, MA X X, SUN Y F, et al. Multi−factor coupling analysis on flocculation and sedimentation effect of whole tailings based on RSM−BBD[J]. Mining Research and Development, 2023, 43(6): 62−67.

    [15]

    吴再海. 基于超细尾砂絮凝沉降浓密试验及应用分析[J]. 有色金属工程, 2022, 12(10): 117−125.

    WU Z H. Study and application of flocculation sedimentation thickening experiment based on ultrafine tailings[J]. Nonferrous Metals Engineering, 2022, 12(10): 117−125.

    [16]

    张美道, 饶运章, 徐文峰, 等. 全尾砂膏体充填配比优化正交试验[J]. 黄金科学技术, 2021, 29(5): 740−748.

    ZAHNG M D, RAO Y Z, XUN W F, et al. Orthogonal experiment for optimizing the filling ratio of unclassified tailings paste[J]. Gold Science and Technology, 2021, 29(5): 740−748.

    [17]

    黄仁东, 李哲. 基于正交试验的细尾砂−分级尾砂充填体强度研究[J]. 黄金科学技术, 2021, 29(2): 256−265.

    HUANG R D, LI Z. Research on the strength of fine tailings−graded tailings filling body based on orthogonal experiment[J]. Gold Science and Technology, 2021, 29(2): 256−265.

    [18]

    李志强, 张轩硕, 卜娜蕊, 等. 基于正交实验金尾矿砂再生混凝土实验研究[J]. 矿产综合利用, 2022(6): 73−78+83.

    LI Z Q, ZHANG X S, BU N R, et al. Research on orthogonal test of mixture ratio of gold tailings recycled concrete[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2022(6): 73−78+83.

    [19]

    袁士宝, 白玉, 蒋海岩, 等. 基于遗传算法的割缝衬管防砂多目标优化[J]. 数学的实践与认识, 2021, 51(2): 113−119.

    YUAN S B, BAI Y, JIANG H Y, et al. Multi−objective optimization of sand control for slotted lining pipes based on genetic algorithm[J]. Mathematics in Practice and Theory, 2021, 51(2): 113−119.

    [20]

    高峰, 艾浩泉, 梁耀东, 等. 基于NSGA−Ⅱ算法的废石及尾砂混合充填料配比优化[J]. 黄金科学技术, 2022, 30(1): 46−53.

    GAO F, AI H Q, LIANG Y D, et al. Optimization of proportioning of waste rock and tailings mixed filling materials based on NSGA−Ⅱ algorithm[J]. Gold Science and Technology, 2022, 30(1): 46−53.

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出版历程
收稿日期:  2024-03-06
刊出日期:  2024-04-15

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