張 林

（永煤集團(tuán)順和煤礦，永城 476600）

在煤礦產(chǎn)出過程中，煤的含矸率決定了煤質(zhì)的好壞。含矸率越高，煤的質(zhì)量越低。由于順和煤礦西域偶爾有斷層出現(xiàn)，矸石量明顯增多，尤其是50～100 mm的可見矸石數(shù)量增多，造成了手選作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度增大、生產(chǎn)效率低、工作環(huán)境差以及入洗原煤質(zhì)量不穩(wěn)定等問題[1]。

為了克服手選作業(yè)的弊端，在原有手選作業(yè)設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造。手選作業(yè)環(huán)節(jié)位于篩分作業(yè)和破碎作業(yè)之間。手選工站的主要工作內(nèi)容為在皮帶兩側(cè)除去大塊矸石和其他雜物。為了提高作業(yè)效率，在選矸口每側(cè)增加一個(gè)選煤口，并在手選皮帶機(jī)頭破碎機(jī)上方加裝翻版。矸石多時(shí)由手選工進(jìn)行選煤作業(yè)，并將矸石直接外排至落矸點(diǎn)[2]。雖然在過斷層矸石多時(shí)外排矸石減輕了手選工的勞動(dòng)強(qiáng)度，但是工作環(huán)境和安全隱患并沒有改善，因此改造選矸系統(tǒng)勢(shì)在必行。智能選矸系統(tǒng)不僅可以提高分選效率，降低經(jīng)濟(jì)成本，還可顯著提高煤炭生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1 采用智能選矸系統(tǒng)的背景及意義

手選作業(yè)是原煤作業(yè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，能夠在洗選作業(yè)前確保入選粒度滿足要求。因?yàn)樘魭褐许肥敲禾考庸み^程中的重要環(huán)節(jié)，所以先進(jìn)的分選方式越來越受到煤炭行業(yè)的重視。對(duì)手選皮帶布置煤與矸石在線自動(dòng)分選系統(tǒng)需要考慮以下幾個(gè)方面。

首先，由于近年來國民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，同時(shí)由于煤炭是不可再生資源且煤炭對(duì)環(huán)境的影響較大，國家開始對(duì)煤炭產(chǎn)業(yè)限產(chǎn)限量，從而導(dǎo)致煤炭下游行業(yè)經(jīng)營困難，煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益呈大幅下滑趨勢(shì)，而傳統(tǒng)手選作業(yè)使得煤炭企業(yè)生產(chǎn)和管理成本增加[3-4]。

其次，目前我國多數(shù)選煤廠仍采用傳統(tǒng)人工選矸方式，工作過程中選矸弊端凸顯，如員工配置多、人工成本較高、工況復(fù)雜、安全管理壓力大、工作環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作時(shí)間長(zhǎng)以及分選效率低等。另外，員工分選熟練程度和職業(yè)技能也會(huì)影響分選效果。同時(shí)，噪聲和粉塵嚴(yán)重影響工人的身心健康。這些原因都會(huì)影響煤炭行業(yè)的發(fā)展。

最后，在原有設(shè)施基礎(chǔ)上，安裝智能選矸系統(tǒng)代替人工選矸系統(tǒng)，有利于進(jìn)一步減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、改善工人的工作環(huán)境、減少人力資源配置、降低勞動(dòng)成本及入洗成本以及提升成品煤品級(jí)，從而提高煤炭行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[5]。

2 原煤系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介

原煤系統(tǒng)的工藝流程為先經(jīng)主井箕斗從礦下煤倉提升到地面緩沖倉內(nèi)，然后借助給煤機(jī)、輸送帶運(yùn)輸?shù)秸駝?dòng)分級(jí)篩，其中粒度大于50 mm的原煤被運(yùn)送到手選皮帶，去大塊矸石和其他雜物后進(jìn)入破碎機(jī)破碎，破碎后與篩下物經(jīng)轉(zhuǎn)載皮帶送至原煤倉。

順和煤礦選煤廠設(shè)立有兩條手選皮帶，一用一備，現(xiàn)已將其中一條皮帶的選擇方式改造成既可選矸也可選煤塊，且可根據(jù)煤質(zhì)情況進(jìn)行隨意調(diào)節(jié)手選的方式。其手選崗位設(shè)立在原煤車間三樓手選皮帶兩側(cè)。

3 智能選矸系統(tǒng)的原理及構(gòu)成

智能選矸系統(tǒng)通過采用大功率X射線源及高精度雙能成像系統(tǒng)，針對(duì)不同的煤質(zhì)特征建立與之相適應(yīng)的分析模型，經(jīng)智能識(shí)別方法和數(shù)據(jù)分析，能夠?qū)γ号c矸石進(jìn)行數(shù)字化識(shí)別，最終通過排矸系統(tǒng)將矸石排出。如圖1所示，該系統(tǒng)主要由振動(dòng)給料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、成像分析源、計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)、輻射源控制系統(tǒng)以及物料分離執(zhí)行裝置等部分組成。

圖1 智能選矸系統(tǒng)

4 智能選矸系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)

智能選矸系統(tǒng)具有以下功能及特點(diǎn)。第一，分選精度高。采用大功率X射線源及高精度雙能成像系統(tǒng)，結(jié)合自學(xué)習(xí)智能圖像識(shí)別算法，識(shí)別精度可接近淺槽重介，顯著高于動(dòng)篩跳汰機(jī)。第二，入選粒度寬。該系統(tǒng)可有效分選粒徑為50～300 mm的原煤。第三，分選煤種范圍廣。使用該系統(tǒng)分選煤種范圍廣，不受溫度的影響，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，且可預(yù)設(shè)不同分選模式，識(shí)別、剔除參數(shù)也能夠個(gè)性化設(shè)置。第四，原料損耗和成本低。使用該系統(tǒng)既可以煤中選矸，也可以矸中選煤，而且建設(shè)周期短，運(yùn)行成本低，能夠顯著提高煤企經(jīng)濟(jì)效益。第五，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。該系統(tǒng)采用觸摸屏操作，各種參數(shù)可自由設(shè)置，具有操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便以及抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

5 智能選矸系統(tǒng)的可行性分析

以智能化矸選技術(shù)代替現(xiàn)有人工手選工藝，能減少改造原有工藝設(shè)備的工程量，使生產(chǎn)組織更加靈活。同時(shí)，該系統(tǒng)后期運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用低，能夠極大改善工人工作環(huán)境，減少安全隱患，且具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

5.1 輸送機(jī)構(gòu)

傳輸帶帶速為0.8～1.0 m·s-1，帶寬為1.0～1.2 m，通道為4～6個(gè)，帶長(zhǎng)為16 m，處理量為60～80 t·h-1。與現(xiàn)有的分選皮帶相匹配，它完全可以配套使用，安裝在原分選輸送帶的位置。

5.2 排隊(duì)系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用的是分散型、動(dòng)態(tài)線接觸方式的機(jī)械排隊(duì)系統(tǒng)。經(jīng)過振動(dòng)分級(jí)篩篩分后，煤與矸石的混合物進(jìn)入分選皮帶，由皮帶上的導(dǎo)向板排隊(duì)后，形成與氣閥道口呈一條直線的排列方式，使其有序地經(jīng)過檢測(cè)點(diǎn)中央。該系統(tǒng)安裝在原分選輸送帶上方的位置。

5.3 檢測(cè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)

經(jīng)過排隊(duì)后的煤、矸石和其他雜物的混合物，在傳輸過程中會(huì)經(jīng)過放射源和射線傳感器檢測(cè)點(diǎn)，傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)后進(jìn)行物理特性判斷，從而區(qū)分出煤、矸石和其他雜物，并據(jù)此發(fā)出相應(yīng)指令。該系統(tǒng)安裝在原分選皮帶的排隊(duì)系統(tǒng)后方有空余的位置。

5.4 執(zhí)行系統(tǒng)

執(zhí)行系統(tǒng)的噴嘴呈陣列式布置。根據(jù)目標(biāo)的位置和質(zhì)量分布，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)控制多個(gè)噴嘴的噴吹時(shí)間，對(duì)脫離皮帶后呈自由落體狀態(tài)的煤與矸石產(chǎn)生吹力，從而將矸石吹打到矸石通道，實(shí)現(xiàn)煤與矸石的分離。該系統(tǒng)也可以根據(jù)矸石含量多少，靈活切換噴吹分選方案。它安裝在原分選皮帶的盡頭。

6 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益分析

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

以年產(chǎn)量為100萬t、矸石為15萬t的煤礦為例，一臺(tái)煤矸分選機(jī)能夠取代14個(gè)人工來撿矸石，并且人工撿矸率為50%，將會(huì)使7.5萬t矸石進(jìn)入洗選生產(chǎn)流程，洗選成本為每噸30元。而智能選矸系統(tǒng)的撿矸率為85%，僅有2.25萬t的矸石會(huì)進(jìn)入洗選生產(chǎn)流程，對(duì)比經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。每年節(jié)省234.5萬元，投入產(chǎn)出比為123%。

表1 智能選矸與人工選矸對(duì)比經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

由表1可以看出，煤矸分選機(jī)比人工的撿矸率提高了35%，不僅提高了煤的發(fā)熱量和粘結(jié)度，而且比原來人工撿矸的煤價(jià)高，從而使煤的售價(jià)有了提高，并且節(jié)省了人力，降低了工人的職業(yè)病危害。

6.2 社會(huì)效益

6.2.1 可自主確定夾矸煤的去向

智能選矸系統(tǒng)能夠根據(jù)市場(chǎng)需求調(diào)整煤矸識(shí)別的參數(shù)值，其中的“夾矸煤”可根據(jù)社會(huì)需求及煤質(zhì)要求來確定“夾矸煤”的去向。既可以當(dāng)作矸石去除，也可當(dāng)作煤塊將其留下。

6.2.2 節(jié)能減排、減少開支

智能分選系統(tǒng)將大量成熟安全應(yīng)用的射線及圖像識(shí)別技術(shù)、人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)、多種實(shí)時(shí)運(yùn)行信息預(yù)警判斷告警技術(shù)以及穩(wěn)定可靠的多模塊化機(jī)械揀選技術(shù)等進(jìn)行了有機(jī)高效結(jié)合。工作過程中，整套設(shè)備中除識(shí)別系統(tǒng)和揀選設(shè)備外，其余皆為弱電控制，用電量較少，相比較其他現(xiàn)有洗選設(shè)備將大大減少企業(yè)的用電負(fù)荷。

7 結(jié)語

在當(dāng)今市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)和國家相關(guān)政策調(diào)整的新形勢(shì)下，煤礦成本管理出現(xiàn)了新情況和新挑戰(zhàn)。為了適應(yīng)這種模式要抓好3個(gè)方面的工作：第一，在成本管理上追求精打細(xì)算，將成本結(jié)構(gòu)由粗放管理轉(zhuǎn)化為集約管理和精細(xì)管理；第二，根據(jù)國家相關(guān)政策調(diào)整并提高行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)工藝裝備等；第三，進(jìn)行工藝創(chuàng)新、降耗增效，通過改造采用新技術(shù)、新工藝、新裝備以達(dá)到提效降耗的效果。因此，智能選矸系統(tǒng)對(duì)于提高分選效率，降低企業(yè)用工成本具有重要意義，不僅可顯著提高煤炭生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，而且智能化選矸也為選煤廠的發(fā)展注入了新活力，提供了新動(dòng)能，從而加快了礦井轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展的步伐。