在矿山设备状态监测与智能传感技术领域，马钢矿业南山矿凹山选矿厂一项取得国家发明专利和实用新型专利的新技术——渣浆泵气蚀与磨损数智化监测预警关键技术，成功得到应用和推广。这项创新技术自2024年3月实施后，三年以来，累计为凹选厂创经济效益488.4万元。日前，在河北石家庄落幕的第三十届全国发明博览会“一带一路”暨金砖国家技能发展与技术创新大赛上，该创新技术再获银奖。
两大痛点期待“破局”
渣浆泵是黑金属矿山选矿系统矿浆输送的“心脏”设备。过去，这台“心脏”一直面临两大痛点：一是过流件磨损“看不见”。矿浆中的硬质矿粒对渣浆泵过流部件护套、叶轮、前护板、后护板等产生高速冲刷、切削摩擦和腐蚀磨损，运行一段时间即磨穿报废。但磨损发生在泵体内部，外部完全不可见。矿山企业只能依靠固定周期更换的“盲维”模式，一次停机更换即损失数百吨精矿产量；二是气蚀信号“听不清”。气蚀产生的振动信号多为高频宽带（300～2000Hz，严重时达600～25000Hz）。由于传统振动传感器自身存在结构缺陷，在目标频段极易产生谐振，生成与真实气蚀高度相似的“伪信号”，早期微弱征兆被完全淹没，监测系统只能在叶轮打出窟窿后才报警。传统方案虽然依赖软件滤波补救，但治标不治本，根本达不到矿山企业的节能降耗要求。
感知源头寻求“破局”
为彻底改变这一状况，凹山选矿厂依靠自身技术力量，从感知源头寻求“破局”。一是在硬件层面，首创传感器结构模态前置优化设计，重新设计壳体几何构型与尺寸配比，将传感器固有频率主动偏移出600～20000Hz监测频段，从物理层面根除谐振“伪信号”，首次让监测系统清晰识别早期气蚀微弱征兆，预警时间大幅提前。二是在智能层面，将高保真振动感知与现场PLC控制系统（电参数）深度融合，在工业边缘端直接完成FFT频谱分析，创建“冲刷磨损指数”量化模型，依托转速、流量等多维参数大数据学习，实现过流件磨损程度在线量化评估、劣化趋势预判与剩余更换周期预测，让内部磨损从“看不见”变为“数字化可见”。
四个维度同时“破局”
以南山矿电气设备专家、凹山选矿厂高级技师张锦鹏领衔的技术团队，通过反复测算、分析和实践，分别从传感器硬件源头、可量产设计体系、全频段监测能力、工控边缘智能诊断等四个维度实现全方位突破。他们摒弃传统思维，放弃多数矿山企业普遍采取的后端软件滤波降噪的补救式方案，“剑走偏锋”，另辟蹊径。
一是通过精准的壳体几何构型与梯度尺寸配比，将传感器固有频率主动偏移出60020000Hz气蚀核心监测频段。ANSYS仿真与工业现场实测验证表明，目标工作频段谐振峰数为0，大大低于国内同类传感器35处的谐振峰水平线，从物理感知根源解决共振噪声掩盖早期气蚀微弱信号的行业顽疾。
二是构建可量化可量产的传感器结构参数体系，打通实验室到产业化壁垒建立标准化可量产结构设计准则，严格限定传感器总高度、各部位高度占比、多段外径梯度关系，实现模态控制精准、零部件加工的高一致性，解决了实验室样机难以批量复制的难点，为该传感硬件规模化推广奠定标准化技术基础。
三是实现全频段保真采集，达成气蚀从事后告警向事前预警跨越。优化后传感器60020000Hz全频段频响曲线平坦无谐振峰值，可以完整、准确地捕获渣浆泵气蚀从萌生、发展至恶化全过程冲击脉冲特征，并且能够识别极易被噪声淹没的早期微弱气蚀征兆。气蚀预警准确率较之国内同类技术，提升15个百分点以上，彻底改变以往存在的被动运维现状。
四是创新工控端机电融合智能诊断技术，破解过流件磨损不可视行业难题。创新性地将高保真振动感知与现场PLC控制系统深度耦合，在工业边缘端直接完成FFT频谱运，可在部件发生通洞故障前主动预警，结束了盲维检修模式，从而实现气蚀、冲刷磨损两类故障一体化监测。在硬件抗谐振能力、全频段保真感知、边缘端智能量化磨损诊断和一体化故障监测等综合能力上，该项目技术水准在国内遥遥领先。
经济效益显著攀升
渣浆泵气蚀与磨损数智化监测预警关键技术以其可靠性和实用性，在南山矿凹山选矿厂推广和使用后，已经覆盖大功率给矿泵24台（套）及14个泵站，使得监测诊断更加精准化，设备综合诊断准确率由69%提升至86%，真实还原渣浆泵气蚀、冲刷磨损两类设备故障特征。可以有效遏制突发停产事故，依托冲刷磨损指数在线监测，多次提前预警过流件严重磨损风险，设备年故障台时降低26%。运维成本持续压降，既规避部件过早更换造成备件浪费，又防止部件失效损毁，过流件使用寿命延长约27%。
据专家介绍，该技术也可向冶金、化工、煤炭行业固、液输送装备复制推广，推动数字技术赋能传统工业和矿山设备的转型升级，实现数字经济和工矿实体经济的深度融合，对提高和发展工矿企业新质生产力具有极好的应用价值。（王华）
