于海選，廖祥國，宋寶強，郜二鵬

(平頂山天安煤業(yè)天宏選煤有限公司，河南 平頂山 467000)

1 引 言

在《中國制造2025》[1]規(guī)劃中，中國計劃用30 a時間，通過“三步走”的戰(zhàn)略，實現(xiàn)從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國的轉(zhuǎn)變，智能制造工程是其中提出的五大工程之一，提出要開發(fā)智能裝備和產(chǎn)品，實現(xiàn)智能化管理、智能化服務(wù)等。這為選煤行業(yè)提出了發(fā)展方向和目標(biāo)。

2020年3月，發(fā)改委、能源局等八部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》[2]，將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、機器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，形成全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦開拓、采掘(剝)、運輸、通風(fēng)、洗選、安全保障、經(jīng)營管理等過程的智能化運行。

智能化選煤廠建設(shè)的目標(biāo)是：實現(xiàn)精準(zhǔn)分離、精細管理、增量提效[3]。而達到這些目標(biāo)主要是通過各種技術(shù)控制來實現(xiàn)的。

2 選煤各環(huán)節(jié)的新技術(shù)應(yīng)用

2.1 原煤環(huán)節(jié)

2.1.1 給煤系統(tǒng)PID變頻控制

在選煤生產(chǎn)過程中，原煤加煤量的穩(wěn)定是保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)給煤機要么是定頻的，通過人工打開閘板大小來調(diào)節(jié)煤量，要么是通過調(diào)節(jié)給煤機變頻電機的頻率來調(diào)節(jié)，這2種方式都需要人工操作并根據(jù)皮帶秤顯示數(shù)據(jù)人工實時做調(diào)整，工人勞動強度大，而且受人為因素的影響，導(dǎo)致不準(zhǔn)確或不及時，從而影響加煤量及下游洗選環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性。

棗礦集團高莊選煤廠[4]通過為給煤機安裝變頻器，同時關(guān)聯(lián)電子皮帶秤的測量數(shù)據(jù)，通過PID變頻控制調(diào)節(jié)給煤機煤量，實現(xiàn)了對原煤給煤量的自動跟蹤調(diào)節(jié)，為選煤后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供穩(wěn)定入料，為產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定控制打下良好基礎(chǔ)。

2.1.2 雜物智能分選系統(tǒng)

除雜環(huán)節(jié)是選煤廠非常重要的環(huán)節(jié)，及時有效地除去原煤中的雜物，可避免下游設(shè)備因雜物堵塞影響生產(chǎn)，減少非計劃停機時間。

傳統(tǒng)雜物分選是通過人工手選完成，勞動強度大，且分選的準(zhǔn)確度受光線、經(jīng)驗等人為因素影響較大，為影響后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)帶來很多不確定性。

一項基于機器視覺的智能識別與機械手精準(zhǔn)抓取的煤中雜物智能分選系統(tǒng)研發(fā)成功，并在淮北礦業(yè)集團渦北選煤廠調(diào)試使用，系統(tǒng)雜物分揀率為91.64%[5]。該系統(tǒng)主要通過圖像采集，上傳至圖像分析系統(tǒng)。圖像分析系統(tǒng)通過機器學(xué)習(xí)算法，進行識別及分類，確定雜物位置和姿態(tài)，確定物料的運動時間后，上傳至智能控制系統(tǒng)，由智能控制系統(tǒng)組成確定機械手的控制策略，啟動機械手完成雜物抓取工作。

2.1.3 智能干選系統(tǒng)

智能干選系統(tǒng)通過圖像識別技術(shù)和X射線聯(lián)合，運用深度學(xué)習(xí)算法等先進技術(shù)對煤和矸進行識別，聯(lián)鎖控制儲氣罐用氣體進行分離。智能干選系統(tǒng)不耗水、不耗介、不產(chǎn)生次生煤泥、成本低、識別率高。

哈爾烏素選煤廠[6]的200～50 mm的塊原煤用智能干選系統(tǒng)代替重介淺槽，塊煤加工成本大大降低，而且減少了次生煤泥的加工費用，經(jīng)濟效益顯著。

曙光選煤廠[7]改造后，分選效果較好，矸石含煤率在1%以下，不僅減少了工人勞動強度，同時改善了工作環(huán)境，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

2.2 重介環(huán)節(jié)

2.2.1 重介質(zhì)智能添加系統(tǒng)

傳統(tǒng)介質(zhì)添加方式是人工控制抓斗進行的，而在智能化的大形勢下，智能化技術(shù)也應(yīng)用到了介質(zhì)添加環(huán)節(jié)。

周增宏[8]研究的重介質(zhì)智能添加系統(tǒng)采用激光雷達掃描裝置，采集介質(zhì)堆體表面距離數(shù)據(jù)，建立介質(zhì)堆體表面三維模型，運用路徑規(guī)劃算法，優(yōu)化介質(zhì)抓取點。通過雷達測距傳感器對識別出的抓取點的位置進行立體定位，通過控制電機行進，直至抓斗行進到介質(zhì)堆抓取位置，完成抓介過程。

目前，該技術(shù)已在神東某選煤廠進行工業(yè)性試驗，處于試用階段，還需進一步的實踐和研究。

2.2.2 智能密度控制系統(tǒng)

選煤廠重介環(huán)節(jié)的密度控制可以分2種：一種是人工調(diào)節(jié)，通過人工調(diào)節(jié)分流閥和補水閥進行密度實時調(diào)節(jié)；另一種是PID程序控制調(diào)節(jié)分流閥和補水閥的開度來達到設(shè)定密度。但這都是先設(shè)定密度值，然后根據(jù)1 次/h的快灰結(jié)果進行調(diào)整?；曳譀]有參考原煤性質(zhì)和質(zhì)量變化，而且密度控制參考的1 次/h的快灰結(jié)果太過滯后，很難對生產(chǎn)進行實時有效指導(dǎo)。

中國礦業(yè)大學(xué)進行了選煤廠重介分選過程智能控制的研究[9]，該研究基于原煤密度組成和灰分，實現(xiàn)對原煤性質(zhì)和操作參數(shù)在線預(yù)測，包括：原煤密度組分預(yù)測、產(chǎn)品產(chǎn)率和灰分預(yù)測優(yōu)化、介質(zhì)密度和期望密度的優(yōu)化等。根據(jù)原煤的實時性質(zhì)智能確定所需的密度，從而減少控制滯后和人為因素的影響，實現(xiàn)重介密度和分選的智能控制。

胡生根[10]開發(fā)出一種智能化的重介質(zhì)旋流器分選系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以依據(jù)在線檢測的介質(zhì)密度和產(chǎn)品產(chǎn)率，配合成熟的產(chǎn)品分配模型，可在線預(yù)測產(chǎn)品分配曲線和原煤的可選性曲線。再結(jié)合原煤瞬時灰分曲線，可以在線預(yù)測產(chǎn)品的灰分和增量灰分。預(yù)測產(chǎn)品灰分或增量灰分與給定灰分一致時可以得到最佳分選密度，可實時指導(dǎo)生產(chǎn)。該系統(tǒng)在工業(yè)性試驗中得到成功應(yīng)用。

2.3 浮選環(huán)節(jié)

2.3.1 浮選自動加藥系統(tǒng)

浮選是煉焦煤選煤廠重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一，是目前為止分選小于0.5 mm物料最有效的方法。浮選的分選效果和藥劑消耗直接關(guān)乎精煤產(chǎn)率和選煤成本的大小。而傳統(tǒng)的浮選控制是人工憑經(jīng)驗調(diào)節(jié)的，藥劑添加不及時或調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確就會導(dǎo)致生產(chǎn)指標(biāo)的波動，而且勞動強度也很大。

石板選煤發(fā)電廠采用FJR120浮選藥劑自動加藥系統(tǒng)[11]，用濃度計和流量計測出濃度和流量，傳輸至工業(yè)計算機和PLC組成的控制系統(tǒng)，控制藥劑自動跟蹤入浮干煤泥量，控制藥劑泵變頻調(diào)速，進行精準(zhǔn)加藥。藥劑消耗明顯降低，浮精質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)率提高，既降低了工人勞動強度，又提高了生產(chǎn)效益。

常村煤礦選煤廠[12]投入了由藥劑儲備系統(tǒng)、藥劑定量輸送系統(tǒng)、藥劑乳化輸送系統(tǒng)、藥劑定點定量添加系統(tǒng)、礦漿流量和濃度檢測系統(tǒng)等組成的浮選自動加藥系統(tǒng)，使浮選關(guān)鍵參數(shù)信息化，浮選精煤產(chǎn)率提高2%，藥劑消耗降低10%。

呂家坨選煤廠浮選環(huán)節(jié)增設(shè)自動加藥及乳化控制系統(tǒng)[13]，浮選精煤產(chǎn)率提高1.0%～1.5%，藥劑消耗降低10%～15%，經(jīng)濟效益顯著。

中國礦業(yè)大學(xué)對煤泥浮選過程進行了模型仿真及控制的研究[14]，通過在線快灰儀、流量計、濃度計等在線檢測手段檢測原煤的灰分、浮選濃度和礦漿流量，建立三者之間的關(guān)系預(yù)測模型，結(jié)合入料測量模型可對浮選入料的灰分進行監(jiān)測，實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)分析和智能加藥。

灰分作為浮選過程控制的反饋是浮選系統(tǒng)的發(fā)展方向。

2.3.2 礦漿灰分在線檢測

天津美騰科技公司研發(fā)了可以直接檢測礦漿灰分的礦漿灰分在線檢測儀。通過X射線技術(shù)建立與煤質(zhì)相適應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，智能控制器可控制進行采樣、處理、檢測、分析最后得到灰分結(jié)果，檢測時間10～30 min，精度最高可達±0.4%。該公司已在棗莊礦業(yè)付村選煤廠和西山煤電官地選煤廠成功完成工業(yè)試驗。

2.4 煤泥水處理環(huán)節(jié)

煤泥水處理環(huán)節(jié)是選煤廠至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，循壞水質(zhì)量的好壞直接影響各環(huán)節(jié)分選產(chǎn)品的質(zhì)量。傳統(tǒng)煤泥水處理環(huán)節(jié)的絮凝劑藥劑添加是人工憑經(jīng)驗添加，控制不精確，很容易造成循環(huán)水水質(zhì)波動大，甚至影響生產(chǎn)。

邵清[15]提出了一種基于案例推理技術(shù)與模糊控制方法相結(jié)合的藥劑協(xié)同優(yōu)化控制方法，實現(xiàn)藥劑協(xié)同控制添加，通過在設(shè)定閾值條件下運用相似度方法實現(xiàn)藥劑添加量的預(yù)測。投入使用后，噸煤泥聚合氯化鋁藥劑消耗降低5.16%，噸煤泥聚丙烯酰胺藥劑消耗降低6.67%，降低了藥劑消耗，經(jīng)濟效益顯著。

陶亞東、潘月軍[16]以煤泥水沉降實驗為基礎(chǔ)依據(jù)，運用智能化加藥系統(tǒng)根據(jù)濃縮池入料性質(zhì)、入料濃度檢測數(shù)據(jù)，用實際經(jīng)驗建立的數(shù)學(xué)模型計算加藥量，以循環(huán)水濁度和清水層厚度作為反饋，實現(xiàn)加藥系統(tǒng)與煤質(zhì)變化聯(lián)動控制，實現(xiàn)選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運行，并達到節(jié)支降耗的效果。

3 結(jié) 語

工業(yè)智能化已上升為國家戰(zhàn)略，智能化選煤也已提上日程，選煤各項技術(shù)也發(fā)展迅速，但選煤廠核心工藝的智能控制技術(shù)研究尚未取得突破性進展，如重介、浮選過程的智能控制的算法、數(shù)學(xué)模型、控制模塊等，這些瓶頸問題未得到有效解決。另外，很多環(huán)節(jié)還不能實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的各項參數(shù)進行實時分析和優(yōu)化控制，缺乏數(shù)據(jù)充分分析和挖掘，而智能控制恰恰是以分析和優(yōu)化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)智能決策和智能控制，因此，數(shù)據(jù)的分析和挖掘是以后發(fā)展的重點方向。

鑒于目前智能化選煤廠還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，智能化的建設(shè)必定需要大量的資金投入，且考慮到實際的經(jīng)濟效益，建議結(jié)合各選煤廠自身情況及新技術(shù)的適用性，從局部自動化、單機智能化入手，分環(huán)節(jié)、分層次逐步實現(xiàn)智能化。