楊金祥

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司檢測(cè)分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開(kāi)采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013)

一套適用于北方煤炭四港的機(jī)械化采制樣系統(tǒng)

楊金祥1，2

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司檢測(cè)分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開(kāi)采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013)

北方煤炭四港煤種多，煤質(zhì)情況復(fù)雜，對(duì)機(jī)械化采制樣系統(tǒng)要求高，通過(guò)研究北方煤炭四港的煤質(zhì)情況設(shè)計(jì)出一套機(jī)械化采制樣系統(tǒng)。闡述了系統(tǒng)工藝流程，對(duì)組成系統(tǒng)的單體設(shè)備、電控系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)分別介紹其工作原理、性能參數(shù)等，總結(jié)了本系統(tǒng)的技術(shù)特色。由第三方鑒定機(jī)構(gòu)分別對(duì)應(yīng)用于北方某港的卸車(chē)線采制樣系統(tǒng)和裝船線采制樣系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)性能鑒定試驗(yàn)，得到了系統(tǒng)偏倚和精密度試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)和工業(yè)運(yùn)行結(jié)果表明：系統(tǒng)能夠完成大粒度、高水、高灰煤炭的機(jī)械化采制樣工作，系統(tǒng)偏倚、精密度都達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，提高了進(jìn)出港煤炭采樣的機(jī)械化作業(yè)率。

北方煤炭四港；機(jī)械化采樣；性能鑒定試驗(yàn)；偏倚；精密度

北方煤炭四港是指我國(guó)北部承擔(dān)國(guó)家“北煤南運(yùn)”中轉(zhuǎn)裝卸任務(wù)的秦皇島港、京唐港、曹妃甸港和天津港四大港口。秦皇島港是世界第一大能源輸出港，是我國(guó)“北煤南運(yùn)”大通道的主樞紐港；京唐港、曹妃甸港作為大秦鐵路擴(kuò)能煤炭分流港口，張?zhí)畦F路煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕滤?，同樣承?dān)著國(guó)家“北煤南運(yùn)”、煤炭出口的中轉(zhuǎn)裝卸任務(wù)；天津港是我國(guó)綜合運(yùn)輸體系的重要樞紐，是京津冀現(xiàn)代化綜合交通網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)和對(duì)外貿(mào)易的主要口岸。

北方四港煤炭貨源覆蓋礦區(qū)廣，煤種多，煤質(zhì)情況復(fù)雜，本文在分析各港煤種、粒度、水分、灰分、粘性、運(yùn)量等因素后，設(shè)計(jì)機(jī)械化采制樣系統(tǒng)工藝流程，并重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)組成設(shè)備和系統(tǒng)整體性能進(jìn)行研究。

1 系統(tǒng)工藝介紹

本系統(tǒng)按如下基本能力要求進(jìn)行設(shè)計(jì)：煤炭公稱(chēng)最大粒度100mm；輸煤皮帶額定流量8000t/h；輸煤皮帶額定帶速5.8m/s；煤炭最高灰分30%；煤炭最高水分20%。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)系統(tǒng)工藝流程如圖1所示，按照批煤量和初級(jí)子樣量，計(jì)算采樣單元數(shù)、初級(jí)子樣數(shù)、各級(jí)縮分比和設(shè)備能力。

圖1 工藝流程圖

2 系統(tǒng)設(shè)備組成

系統(tǒng)組成設(shè)備在設(shè)計(jì)和選型上充分考慮設(shè)備處理能力、系統(tǒng)整體匹配性和處理濕黏煤的能力。

2.1 初級(jí)采樣設(shè)備

初級(jí)采樣器用于從輸煤皮帶上全斷面地采集初級(jí)子樣，配置電機(jī)功率為55kW，型號(hào)為R147DVE 250M4/BMG122/HF，額定扭矩6420Nm。該電機(jī)具有快速制動(dòng)功能，能保證采樣斗在旋轉(zhuǎn)一周后停在初始位置。

2.2 送料設(shè)備

皮帶給料機(jī)為慢速送料設(shè)備，帶速為0.08～0.1m/s，用于將初級(jí)子樣較均勻地輸送至一級(jí)破碎機(jī)。輸送機(jī)外殼全封閉，防止煤塵外溢，并配有物料整形裝置。輸送機(jī)膠帶寬度650mm，輸送能力20t/h，并具備除鐵功能。

棄料皮帶輸送機(jī)，帶速約為0.5m/s，膠帶寬度400mm，輸送能力30t/h，用以將縮分后的棄樣輸送至斗式提升機(jī)。

2.3 破碎設(shè)備

本系統(tǒng)破碎機(jī)配置電動(dòng)疏通裝置，用于應(yīng)對(duì)濕煤、黏煤粘附破碎機(jī)內(nèi)腔壁，造成堵塞的情況。

一級(jí)錘式破碎機(jī)可將最大粒度200mm的煤破碎為≤40mm，為減少水分損失，破碎機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為600r/min，綜合破碎能力為20t/h。

二級(jí)錘式破碎機(jī)將一級(jí)縮分后的煤樣進(jìn)行二級(jí)破碎。出料粒度為≤13mm，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速600r/m，綜合破碎能力為5t/h。

2.4 縮分設(shè)備

2.4.1 皮帶縮分機(jī)

皮帶縮分機(jī)帶寬650mm，縮分器安裝在皮帶機(jī)上，截料斗開(kāi)口寬度為150mm，通過(guò)聯(lián)軸器與快速制動(dòng)電機(jī)連接，全斷面截取煤樣?？s分比通過(guò)計(jì)算在控制系統(tǒng)中設(shè)定。

2.4.2 旋轉(zhuǎn)式縮分器

旋轉(zhuǎn)式縮分器是針對(duì)本系統(tǒng)研發(fā)的高精度縮分器，用于煤樣的二級(jí)縮分。入料粒度≤20mm，縮分比1/12～1/36可調(diào)。旋轉(zhuǎn)縮分器配置振動(dòng)電機(jī)，防止縮分時(shí)末煤粘附在管壁上，造成設(shè)備堵塞。

2.5 樣品收集設(shè)備

樣品收集器用于將分析用煤樣收集到不銹鋼樣品罐，為6工位，每個(gè)工位放置容量為30L的樣品收集罐，位置傳感器能夠定位樣品罐的位置和編號(hào)，收集一定數(shù)量的子樣后更換樣品罐，并在控制室監(jiān)控界面上顯示目前接樣罐的編號(hào)。

2.6 斗提機(jī)

斗提機(jī)配置型號(hào)為T(mén)D250，淺斗，用于將棄料皮帶輸送的物料提升返回到港口輸煤皮帶上。

2.7 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)由配電系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、系統(tǒng)運(yùn)行操作軟件、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成，通過(guò)操作界面控制系統(tǒng)啟停，輸入采樣周期、批煤量、編號(hào)、煤種等參數(shù)和信息[1]。

配電系統(tǒng)如圖2所示，具有過(guò)流、過(guò)載等完善的報(bào)警和保護(hù)功能。操作臺(tái)布置如圖3所示，配置工控機(jī)、UPS、系統(tǒng)運(yùn)行操作顯示屏、工業(yè)電視監(jiān)控顯示屏、打印機(jī)、電話、蜂鳴器以及系統(tǒng)啟停、遠(yuǎn)程/就地切換、急停、復(fù)位等按鈕。

2.8 工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)

工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)由攝像頭、光端機(jī)、ITV監(jiān)控站，工業(yè)電視、視頻線、光纜及控制電纜等部分組成，系統(tǒng)設(shè)備配置如圖4所示。

3 技術(shù)特色

3.1 適應(yīng)大塊煤的機(jī)械化采制樣

北方煤炭四港貨源來(lái)自山西、陜西、內(nèi)蒙等礦區(qū)，煤炭粒度不均，本系統(tǒng)能完成公稱(chēng)最大粒度100mm，最大粒度200mm煤炭的采制樣。

圖2 配電系統(tǒng)

圖3 操作臺(tái)布置圖

3.2 適應(yīng)濕黏煤的機(jī)械化采制樣

溜煤管內(nèi)襯防粘煤的耐磨材料，能有效減輕濕黏煤在溜槽內(nèi)的粘附現(xiàn)象。

在溜煤管最易堵料部位(旋轉(zhuǎn)縮分器入料口上部)增加主動(dòng)送料裝置，保證煤流在此位置順暢進(jìn)入下級(jí)設(shè)備。

旋轉(zhuǎn)縮分器設(shè)計(jì)增加震動(dòng)疏料裝置，使設(shè)備管路的末煤在粘附初期被振動(dòng)脫落。設(shè)備支架設(shè)計(jì)為橡膠減震柱結(jié)構(gòu)，隔離震動(dòng)對(duì)其他設(shè)備的影響，降低噪聲污染。

3.3 能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控采樣設(shè)備的運(yùn)行情況

在初級(jí)采樣器、給料皮帶機(jī)、皮帶縮分機(jī)設(shè)備內(nèi)部安裝了紅外攝像頭，通過(guò)控制室的監(jiān)控屏幕可以實(shí)時(shí)掌握輸煤皮帶煤流情況、切割器停止位置及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

4 系統(tǒng)性能

為鑒定本套機(jī)械化采制樣系統(tǒng)的性能，委托兩家第三方鑒定機(jī)構(gòu)分別對(duì)應(yīng)用于北方某港的卸車(chē)線和裝船線機(jī)械化采制樣系統(tǒng)進(jìn)行了性能鑒定。

卸車(chē)線系統(tǒng)偏倚試驗(yàn)選用平混7#煤種，試驗(yàn)批量為8000t，起始試驗(yàn)對(duì)數(shù)為40對(duì)。全水分試驗(yàn)結(jié)構(gòu)如表1所示，灰分試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

經(jīng)全水分偏倚試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)和灰分偏倚試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，按GB/T19494.3進(jìn)行顯著偏倚判定、實(shí)質(zhì)性偏倚判定、0偏倚判定后，試驗(yàn)結(jié)果的全水分最大允許便宜B值為0.6%時(shí)存在小于B的偏倚，水分系統(tǒng)偏低。試驗(yàn)結(jié)果的灰分最大允許偏倚B值為0.45%時(shí)無(wú)實(shí)質(zhì)性偏倚。

圖4 工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備配置圖

樣號(hào)機(jī)采樣Mt(%)參比樣Mt，r(%)d=Mt-Mt，r(%)d2114．814．9-0．10．01214．515．0-0．50．25314．815．0-0．20．04414．814．80．00．00514．814．8-1．01．00614．214．6-0．40．16714．115．0-0．90．81814．114．8-0．70．49914．715．1-0．40．161014．615．0-0．40．161114．615．0-0．40．491214．415．0-0．60．361314．215．0-0．80．641414．415．0-0．60．361514．415．0-0．60．361614．015．0-1．01．001715．015．4-0．40．161814．315．0-0．70．491914．615．2-0．60．362014．915．3-0．40．162114．715．2-0．50．252214．415．0-0．60．362314．615．0-0．40．162414．415．0-0．60．362514．815．2-0．40．162614．615．2-0．60．362713．714．8-1．11．212814．014．6-0．60．362914．215．0-0．80．643014．315．2-0．90．813114．915．6-0．70．493214．415．0-0．60．363314．314．8-0．50．253415．015．2-0．20．043515．215．4-0．20．043614．415．0-0．60．363714．615．3-0．70．493815．015．2-0．20．043914．414．6-0．20．044014．315．0-0．70．49Σ---14．40平均值14．515．0-0．5-Sd--0．2541-

注：Mt為機(jī)采樣品全水分值，Mt，r為參比樣品全水分值，下同。

表2 灰分試驗(yàn)結(jié)果

注：Ad為機(jī)采樣品灰分值，Ad，r為參比樣品灰分值，下同。

對(duì)于灰分為21%的平混7#，以6666t作為一個(gè)采樣單元煤量，使用該卸車(chē)線例行采樣程序，如每個(gè)單元采40個(gè)子樣，精密度見(jiàn)式(1)。

(1)

精密度核驗(yàn)試驗(yàn)，測(cè)定水分和灰分并計(jì)算其Ad后，按式(2)、式(3)計(jì)算精密度。

(2)

表3 全水分試驗(yàn)結(jié)果

(3)

精密度上限=auP=1.75×0.191=0.33%；精密度下限=auP=0.70×0.191=0.13%。

所以，真實(shí)精密度在95%置信概率下落在0.13%和0.33%之間，優(yōu)于期望精密度1.0%，可達(dá)0.48%。

裝船線系統(tǒng)偏倚試驗(yàn)全水分試驗(yàn)結(jié)構(gòu)如表3所示，灰分試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 灰分試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)全水分偏倚試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)和灰分偏倚試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，當(dāng)B=0.5%時(shí)，在現(xiàn)行試驗(yàn)條件下，系統(tǒng)在線水分不存在實(shí)質(zhì)性偏倚；當(dāng)B=0.5%時(shí)，在現(xiàn)行試驗(yàn)條件下，系統(tǒng)在線灰分可接受無(wú)偏倚。真實(shí)精密度在95%置信概率下落在0.22%和0.56%之間，優(yōu)于期望精密度1.0%，可達(dá)0.318%。

5 結(jié) 語(yǔ)

這套機(jī)械化采制樣系統(tǒng)針對(duì)北方煤炭四港設(shè)計(jì)，能夠完成大粒度、高水分、高灰分煤炭的機(jī)械化采制樣，通過(guò)性能鑒定，系統(tǒng)偏倚、精密度都達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過(guò)工業(yè)運(yùn)行兩年證明：該采制樣系統(tǒng)將進(jìn)出港煤炭采樣的機(jī)械化作業(yè)率提高到了95%以上。

[1] 金祥，王琦，何明.大流量帶式輸送機(jī)中部機(jī)械化煤樣采制系統(tǒng)的單元化設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電，2012(5)：38-40.

[2] 劉金國(guó).寬膠帶大流量移動(dòng)煤流自動(dòng)化采制樣技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2008(6)：690-693.

[3] GB/T19494-2004 煤炭機(jī)械化采制樣[S].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.[4] ISO13909 Hard coal and coke-Mechanical sampling[S].2001.

A set of coal mechanical sampling system suitable for the four coal ports in North China

YANG Jinxiang1，2

(1.Test Branch of China Coal Research Institute，Beijing 100013，China；2.State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization，Beijing 100013，China)

Higher requirements are put forward in the mechanical sampling system because of complex coal sources and quality in the four coal ports in North China.Designed the sampling system through the research of coal quality of the four coal ports in North China，expounds the system process，introduces the composition of system equipment，power supply and control system，industrial television monitoring system，and the working principle and performance parameters of the component parts，summarizes the technical features of this system.Third-party accreditation body does performance evaluation tests respectively to the unloading and loading sampling systems applied in a northern port of China，and get the test results of systematic bias and precision.Test and industrial operation results show that：system is able to complete mechanization sampling work to large size，high moisture content，high-ash coal，systematic bias and precision have met the national standard requirements，improved the coal mechanization sampling rate of unloading and loading.

the four coal port in North China；mechanical sampling；performance evaluation test；bias；precision

2016-04-22

楊金祥(1983-)，男，漢族，山東壽光人，工程師。從事煤炭機(jī)械化采制樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備研發(fā)工作。

TQ531

A

1004-4051(2016)12-0148-05