牛 璐

（霍州煤電集團(tuán)云廈公司團(tuán)柏煤礦白龍洗煤廠， 山西 霍州 031400）

引言

在選煤廠煤炭洗選工作中，斜槽選煤、跳汰選煤、重介質(zhì)旋流裝置選煤、搖床選煤等是運(yùn)用較為常見(jiàn)的選煤方法。在這些煤炭洗選工藝中，重介質(zhì)旋流裝置洗選工藝廣泛應(yīng)用于選煤廠，這是由于其分選效率高、作業(yè)簡(jiǎn)捷的優(yōu)勢(shì)。某礦在使用重介質(zhì)旋流裝置對(duì)原煤進(jìn)行分選作業(yè)時(shí)，為了加快分選速度，通常都是借助旋流裝置生成的離心力取代重力加速度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)原煤的快速密度分層。但受限于不同密度原煤自由升降速率的差異性，分選作業(yè)時(shí)采取將原煤和重介質(zhì)懸浮液一起送入旋流裝置的方式以實(shí)現(xiàn)有效分選。這就導(dǎo)致懸浮液密度對(duì)原煤分選質(zhì)量的影響十分大，因此采取針對(duì)性措施確保分選作業(yè)時(shí)懸浮液的穩(wěn)定性，便成為提升分選質(zhì)量的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。針對(duì)這一問(wèn)題，該礦在洗選系統(tǒng)中加入密度自控系統(tǒng)以便于對(duì)分選介質(zhì)展開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)洗選過(guò)程的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和設(shè)備調(diào)控，提升了重介系統(tǒng)的洗選效果。

1 洗選工藝流程

某選煤廠重介質(zhì)洗選工藝流程如圖1所示，其整體可劃分為4個(gè)階段，即選前準(zhǔn)備、分選作業(yè)、選后脫水和循環(huán)水凈化回收。

2 密度自控系統(tǒng)構(gòu)成與原理

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

重介質(zhì)洗選裝置構(gòu)成可細(xì)化為包含步進(jìn)閥、控制器（PLC/CPU）、密度檢測(cè)裝置以及輸入介質(zhì)密度在內(nèi)的4個(gè)部分。其中，控制器（PLC/CPU）中PLC型號(hào)為PS3075A，CPU型號(hào)為315-2DP。鑒于井下對(duì)PLC運(yùn)行穩(wěn)定性的干擾信號(hào)較多，必須針對(duì)PLC開(kāi)展干擾防護(hù)，具體方法是：為其獨(dú)立供電；通過(guò)繼電裝置、晶體管等組件，屏蔽外部信號(hào)；將PLC裝置直接接地。作業(yè)時(shí)，主機(jī)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行匯總分析研判后，發(fā)出相應(yīng)的操作指令，并將這些指令下發(fā)至步進(jìn)閥予以執(zhí)行。步進(jìn)閥選用型號(hào)為F3922的智能電動(dòng)閥，作業(yè)時(shí)其能夠依照PLC輸出的信號(hào)進(jìn)行持續(xù)調(diào)節(jié)，然后為管控懸浮液黏度和密度，應(yīng)控制分流量和加水量。密度檢測(cè)裝置屬于整個(gè)密度自控系統(tǒng)的核心組件，選用型號(hào)為HSPD-24的數(shù)字式密度計(jì)，基于阿基米德定律進(jìn)行懸浮液密度實(shí)時(shí)測(cè)試[1-2]。

圖1 重介質(zhì)洗選工藝流程示意圖

2.2 系統(tǒng)作業(yè)原理

針對(duì)某選煤廠現(xiàn)有的洗選工藝作業(yè)特征，對(duì)引入其中的密度自控系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，自控系統(tǒng)框架如下頁(yè)圖2所示。基于對(duì)下頁(yè)圖2的分析，此次設(shè)計(jì)的密度自控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上屬于一個(gè)閉環(huán)回路，在煤炭洗選作業(yè)中，懸浮液黏度通常會(huì)對(duì)分選結(jié)果有重大影響。當(dāng)黏度較大時(shí)，細(xì)微顆粒的分選難度會(huì)大幅增加，導(dǎo)致細(xì)微顆粒介質(zhì)丟失；當(dāng)黏度較小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)拋煤或遺漏現(xiàn)象，導(dǎo)致分選效果大打折扣。具體作業(yè)時(shí)，信號(hào)處理裝置會(huì)將模擬電流傳輸至主控機(jī)CPU上，并將其與預(yù)設(shè)的密度標(biāo)準(zhǔn)值比對(duì)分析，根據(jù)所得出的密度差對(duì)外輸出相應(yīng)的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)閥開(kāi)合度的調(diào)控。當(dāng)介質(zhì)密度過(guò)大時(shí)，為稀釋?xiě)腋∫航橘|(zhì)的密度，應(yīng)提升進(jìn)水量，增加步進(jìn)閥開(kāi)合度；當(dāng)介質(zhì)密度較小時(shí)，為使得懸浮液介質(zhì)密度增大，應(yīng)減小進(jìn)水量，縮減步進(jìn)閥開(kāi)度。通過(guò)密度自控裝置的持續(xù)調(diào)節(jié)，能夠?qū)⒅亟橘|(zhì)洗選作業(yè)時(shí)的懸浮液密度差控制在0.003 g/cm3，以保證介質(zhì)密度和設(shè)定密度的持續(xù)穩(wěn)定，提升選煤作業(yè)質(zhì)量和效果[3]。

圖2 自控系統(tǒng)框架圖

3 密度自控系統(tǒng)存在問(wèn)題及其解決措施

某選煤廠引進(jìn)的密度自控系統(tǒng)使用的步進(jìn)閥為型號(hào)F3922的電動(dòng)閥，該裝置借由單片機(jī)對(duì)電流和電壓信號(hào)的調(diào)控實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)開(kāi)合度的調(diào)控。因此，確保單片機(jī)模塊運(yùn)行的持續(xù)性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。考慮到步進(jìn)閥內(nèi)部有潤(rùn)滑液體，其自身濕度較大，又因?yàn)榻泳€盒無(wú)法實(shí)現(xiàn)徹底密封，水氣會(huì)不斷侵入步進(jìn)閥內(nèi)，最終會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)的損壞。而步進(jìn)閥一旦發(fā)生故障，必須立即替換，但受限于井下作業(yè)環(huán)境的狹窄與多變，使得井下檢修操作難度增加，在很大程度上阻礙了洗選作業(yè)的高效開(kāi)展。針對(duì)此，為了提升步進(jìn)閥運(yùn)行的穩(wěn)定性，需針對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，具體來(lái)說(shuō)，就是將步進(jìn)閥智能模塊挪移至變電所PC柜中，通過(guò)控制電纜對(duì)步進(jìn)閥進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，同時(shí)PC柜內(nèi)還需放置干燥劑，最大程度規(guī)避濕氣造成破壞。通過(guò)這種方式，步進(jìn)閥智能模塊得到了有效保護(hù)，使用中未再發(fā)生損壞?，F(xiàn)場(chǎng)電纜鋪設(shè)復(fù)雜，各電纜間存在互相干擾的情況。其中，最為常見(jiàn)的3種電磁干擾形式包括電磁輻射干擾、供電電源干擾和接地混亂干擾。在本次所設(shè)計(jì)的密度自控系統(tǒng)的日常使用中，出現(xiàn)了PLC接收信號(hào)與處理機(jī)信號(hào)存在差異的現(xiàn)象，導(dǎo)致最終的密度分析出現(xiàn)誤差。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電纜的檢測(cè)，信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜不僅共用電纜橋，還有交錯(cuò)布設(shè)的情況，這使得動(dòng)力電纜使用時(shí)持續(xù)產(chǎn)生的高頻脈沖對(duì)信號(hào)電纜原始信號(hào)造成電磁干擾，導(dǎo)致信號(hào)傳輸時(shí)失真，引起作業(yè)誤差。針對(duì)此問(wèn)題，為了有效規(guī)避電纜運(yùn)行的互相干擾，一方面，要采取分搭電纜橋的方式對(duì)各電纜的鋪設(shè)進(jìn)行一定程度的隔離，減少彼此間的干擾；另一方面，可在PLC柜內(nèi)增設(shè)濾波裝置，應(yīng)降低裝備配置作業(yè)過(guò)程出現(xiàn)的電磁干擾出現(xiàn)的概率，同時(shí)防止外部磁場(chǎng)的擾亂。通過(guò)兩方面的控制，密度控制系統(tǒng)運(yùn)行傳輸誤差大幅緩解，作業(yè)有效性顯著提升。

4 密度自控系統(tǒng)應(yīng)用效果

將密度自控系統(tǒng)應(yīng)用于某選煤廠重介質(zhì)洗選作業(yè)中，設(shè)備作業(yè)故障率降低80%以上，介質(zhì)密度的穩(wěn)定性驟然提高，分選作業(yè)效果大幅改善，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提升。同時(shí)，作業(yè)過(guò)程對(duì)人員作業(yè)強(qiáng)度的需求也顯著降低，作業(yè)停機(jī)時(shí)間大幅縮短，作業(yè)運(yùn)行成本顯著優(yōu)化。綜合統(tǒng)計(jì)可知，該選煤廠年精煤產(chǎn)量增多720t，以1 000/t元推算，年收益增加72萬(wàn)元，同時(shí)成本支出節(jié)約89萬(wàn)元，共計(jì)增加年收益161萬(wàn)元。