陳開玲

(山西中煤東坡煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036002)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國能源需求量增大，但能源供給制約較多，能源生產(chǎn)和消費(fèi)對(duì)生態(tài)環(huán)境損害比較嚴(yán)重。中央高度重視上述問題，先后提出了“四個(gè)革命、一個(gè)合作”的重大能源戰(zhàn)略思想，要求優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)，推動(dòng)煤炭清潔高效利用，推動(dòng)能源技術(shù)革命，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

煤炭行業(yè)智能化是煤炭工業(yè)的重大技術(shù)變革，是行業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)內(nèi)容與方向[1]，是人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用的深度融合，是形成全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)煤礦開拓、采掘、洗選、安全保障等過程的智能化運(yùn)行。煤炭行業(yè)智能化對(duì)于提升煤炭工業(yè)安全生產(chǎn)水平、保障煤炭穩(wěn)定供應(yīng)具有重要意義[2-3]。

國家能源局和礦山安全監(jiān)察局在《煤礦智能化建設(shè)指南(2021版)》(國能發(fā)煤炭規(guī)【2021】29號(hào))中將選煤廠智能化建設(shè)列為煤礦智能化建設(shè)的一部分。因此，選煤廠智能化建設(shè)符合國家產(chǎn)業(yè)政策要求，是煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然趨勢，是安全生產(chǎn)的治本之策，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)本質(zhì)安全的關(guān)鍵措施，也是選煤企業(yè)的重要任務(wù)。

1 選煤廠智能化的內(nèi)涵和目標(biāo)

智能化是指控制對(duì)象具有精準(zhǔn)的感知能力、準(zhǔn)確的分析判斷能力、高效自主的決策能力和快捷可靠的執(zhí)行能力。它能根據(jù)自身感知的信息進(jìn)行自主分析、判斷、決策和執(zhí)行，并具有自主學(xué)習(xí)、自主優(yōu)化能力。因此，智能化需要對(duì)信息實(shí)時(shí)采集，對(duì)采集的信息進(jìn)行自主分析判斷、決策，并保證形成的決策能夠高效執(zhí)行到位。它具備4種能力：感知能力、分析能力、決策能力和執(zhí)行能力。

智能化技術(shù)將是選煤廠高質(zhì)量發(fā)展的核心支撐技術(shù)，它將人工智能、信息通訊、裝備技術(shù)與選煤全過程深度融合，形成全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、協(xié)同執(zhí)行的智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)選煤廠從原煤入廠、洗選加工、產(chǎn)品裝車等全過程智能運(yùn)行。

選煤廠智能化建設(shè)表面上是為優(yōu)化分選過程服務(wù)，實(shí)際是為質(zhì)量和效益服務(wù)，為安全和品質(zhì)服務(wù)。智能化推崇“少人無人”，但其本質(zhì)還是“以人為本”。智能化的投入使用，將極大地改變傳統(tǒng)選煤廠的運(yùn)維模式，將工人從繁重、危險(xiǎn)的崗位中解放出來，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到降本增效、安全發(fā)展的目的；當(dāng)然，對(duì)選煤廠操作人員和專業(yè)技術(shù)人才也提出了更高的要求。

2 選煤廠智能化建設(shè)思路

2.1 選煤廠智能化建設(shè)總體要求

選煤廠智能化建設(shè)總體要求是：能自主分析原料煤性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量情況，建立生產(chǎn)組織模型；采用大數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法自主分析、預(yù)測工藝參數(shù)；通過協(xié)同控制方法，自主調(diào)節(jié)各工藝環(huán)節(jié)操作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)各工藝環(huán)節(jié)智能控制；通過對(duì)典型選煤工藝的智能控制，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分選。

大數(shù)據(jù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與傳感器檢測技術(shù)的融合使用，是選煤廠智能化發(fā)展的主要研究方向；傳感器的開發(fā)、應(yīng)用和采集數(shù)據(jù)的集成分析是核心。選煤廠智能化建設(shè)重點(diǎn)體現(xiàn)在集中控制技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、分析和應(yīng)用等方面。

選煤廠智能化系統(tǒng)應(yīng)該包括生產(chǎn)管理模塊和安全管理模塊。其中，生產(chǎn)管理模塊要涵蓋設(shè)備全生命周期、生產(chǎn)工藝系統(tǒng)、生產(chǎn)輔助系統(tǒng)管理等；生產(chǎn)工藝系統(tǒng)應(yīng)包含智能塊煤(重介/跳汰)分選系統(tǒng)、智能煤泥分選系統(tǒng)、智能濃縮壓濾系統(tǒng)等；生產(chǎn)輔助系統(tǒng)應(yīng)包含智能倉儲(chǔ)和配煤、智能裝車、智能加藥、智能加介、智能脫水脫介等。

安全管理模塊重點(diǎn)建設(shè)智能化安全保障系統(tǒng)，要涵蓋人員實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，考慮設(shè)置電子圍欄等。安全保障系統(tǒng)要和操作系統(tǒng)連鎖，采集數(shù)據(jù)要進(jìn)行大數(shù)據(jù)比對(duì)分析，判斷哪些是高危行為進(jìn)行相應(yīng)禁止，從而提升企業(yè)的本質(zhì)安全能力。

2.2 選煤廠智能化建設(shè)三個(gè)階段

根據(jù)我國選煤廠實(shí)際，筆者認(rèn)為選煤廠智能化建設(shè)應(yīng)該分成三個(gè)層次：

第一層次是初級(jí)智能化建設(shè)，主要實(shí)施的項(xiàng)目有：① 進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施升級(jí)，全部工藝設(shè)備及附屬閥門、閘板實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制，補(bǔ)齊自動(dòng)化短板；② 完善底層自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)洗選數(shù)據(jù)在線監(jiān)測，提高檢測設(shè)備精度；③ 推進(jìn)各類無人操控設(shè)備和無人值守系統(tǒng)的應(yīng)用，達(dá)到減人提效的目的。通過上述建設(shè)，實(shí)現(xiàn)固定崗位無人值守，操作遠(yuǎn)程控制，關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施有人巡視的目標(biāo)。

第二層次是中級(jí)智能化建設(shè)，主要實(shí)施：① 統(tǒng)一、規(guī)范的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的規(guī)則與標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)通用的標(biāo)準(zhǔn)選煤數(shù)據(jù)庫；② 分選環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量反饋的智能閉環(huán)控制，濃縮壓濾環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)智能閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制和管理智能化；③ 重要設(shè)備設(shè)施、危險(xiǎn)崗位全部實(shí)現(xiàn)無人設(shè)備智能值守。通過上述建設(shè)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程少人干預(yù)，重要場所、危害場所無人巡視。

第三層次是高級(jí)智能化建設(shè)，主要實(shí)施：① 全面大數(shù)據(jù)技術(shù)與選煤專業(yè)知識(shí)的深度結(jié)合與應(yīng)用，建設(shè)選煤專家知識(shí)庫；② 所有設(shè)備設(shè)施可靠性大幅度提高，設(shè)備與設(shè)備之間信息互聯(lián)互暢，分選環(huán)節(jié)形成完善的集感知、分析、決策、執(zhí)行等智能化閉環(huán)系統(tǒng)；③ 推進(jìn)無人操控設(shè)備和無人值守系統(tǒng)，形成決策智能、無人干預(yù)、無人巡視的黑燈工廠。通過上述建設(shè)，全面建成安全、高效、節(jié)能、環(huán)保的智能化選煤廠。

2.3 選煤廠智能化建設(shè)實(shí)踐

2.3.1 選煤廠智能化建設(shè)的一般途徑

選煤廠智能化建設(shè)應(yīng)根據(jù)選煤廠類別、服務(wù)年限、煤質(zhì)特征、產(chǎn)品定位、規(guī)模大小、工藝特征，因地制宜，分步實(shí)施[3]。一般需要分“五步走”：

設(shè)備高可靠性是選煤廠智能化建設(shè)的基礎(chǔ)。智能化建設(shè)要求設(shè)備可靠高效、系統(tǒng)通暢，因此，選煤廠智能化建設(shè)第一步需要完善基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施，確保設(shè)備設(shè)施的可靠性。

智能化需要對(duì)外界信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和精準(zhǔn)感知，因此，完善實(shí)時(shí)檢測儀器儀表，提高其檢測精度和時(shí)效性是選煤廠智能化建設(shè)的第二步。

第三步，智能化要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)快捷高效，所以要對(duì)閥門等控制部件進(jìn)行自動(dòng)化、可靠性投入和改造。

第四步，設(shè)備與設(shè)備數(shù)據(jù)互聯(lián)是智能化的必然要求。目前，選煤行業(yè)還沒有強(qiáng)制性通信標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，這就要求提升各類技術(shù)裝備和應(yīng)用平臺(tái)間的集成性、交互性、兼容性，消除技術(shù)壁壘，打破選煤廠信息孤島，實(shí)現(xiàn)真正的物聯(lián)網(wǎng)。

第五步，重點(diǎn)分選過程智能化是選煤智能化的核心。智能化是選煤廠提效降耗的核心技術(shù)支撐，也是智能化建設(shè)的目標(biāo)和歸宿。這就要求對(duì)儀器儀表的自動(dòng)控制、數(shù)學(xué)模型的建立、工藝參數(shù)的確定以及現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施的控制等進(jìn)行融合。分選過程智能化要求解決以下問題：① 儀器儀表安裝位置合適；② 儀器儀表測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；③ 儀器儀表輸出數(shù)據(jù)的分析處理；④ 分選參數(shù)調(diào)控周期的確定；⑤ 設(shè)備及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度、頻次、可靠性的保證。

例如，重介分選系統(tǒng)智能化建設(shè)要根據(jù)入洗原煤煤質(zhì)的變化和產(chǎn)品的要求，在線動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)分選參數(shù)，建立分選密度、介質(zhì)粘度、濃介密度關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)模型，通過自動(dòng)加水、自動(dòng)加濃介、自動(dòng)調(diào)節(jié)分流，實(shí)現(xiàn)分選參數(shù)的自動(dòng)控制。

現(xiàn)場除了安裝灰分儀、密度計(jì)、膠帶秤等常規(guī)裝置外，還要增加流量計(jì)、濃度計(jì)、在線粒度監(jiān)測儀、磁性物含量儀、高精度調(diào)節(jié)閥等。重點(diǎn)設(shè)備應(yīng)安裝位移傳感器、溫度震動(dòng)傳感器，精準(zhǔn)感知設(shè)備的狀態(tài)。

2.3.2 選煤廠智能化建設(shè)實(shí)踐

山西焦煤某選煤廠智能化建設(shè)情況如下：該選煤廠是由兩套入洗能力400萬t/a的系統(tǒng)組成的煉焦煤選煤廠，對(duì)其中一套系統(tǒng)進(jìn)行了重介分選系統(tǒng)智能化改造。改造的系統(tǒng)于2005年建成，廠型比較老舊，自動(dòng)化欠賬較多，完善基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施投資較大，累計(jì)投資了2 880萬元。改造前后的效果如表1所示。

表1 某選煤廠重介分選系統(tǒng)智能化建設(shè)前后效果比較

通過兩套系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)比，智能化改造后系統(tǒng)精煤回收率提高了1.16%，按年入洗400萬t計(jì)，每年多回收精煤4.64萬t；崗位操作人員配置降低了34%，經(jīng)濟(jì)和安全效益可觀。

3 選煤廠智能化建設(shè)的建議

(1)一般來說，企業(yè)對(duì)選煤廠智能化建設(shè)的關(guān)注點(diǎn)是：減人要安全，提高數(shù)質(zhì)量要效益。智能化建設(shè)投資是否合適，投資多少合適，投資后的效果能否達(dá)到——減了多少人，降低了多少能耗，成本降低了多少，安全保障提升了多少等，這些都是智能化建設(shè)中首先需要解答的問題。

(2)選煤廠智能化是人工智能、信息通訊和選煤專業(yè)知識(shí)多方面的融合，是選煤生產(chǎn)革命性技術(shù)創(chuàng)新，會(huì)引起管理理念、管理制度、運(yùn)營模式的重大變革。各級(jí)監(jiān)管部門要根據(jù)情況及時(shí)修改、調(diào)整監(jiān)管內(nèi)容和要求。

(3)選煤工藝的穩(wěn)定可靠是智能化的基本要求。從這個(gè)角度來說，設(shè)備可靠、系統(tǒng)流暢、原煤質(zhì)量穩(wěn)定可控是智能化選煤廠建設(shè)的保障。因此，需要解決以下問題：選煤系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)備高可靠性問題；選煤廠溜槽的堵煤問題；原煤倉儲(chǔ)系統(tǒng)給料不均勻問題。

(4)設(shè)備與設(shè)備數(shù)據(jù)互聯(lián)是智能化的必然要求。目前選煤行業(yè)沒有強(qiáng)制性通信標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，如果為了競爭，人為設(shè)置技術(shù)壁壘，智能化可能是“行百里半九十”。所以要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的簡約化、有效化、標(biāo)準(zhǔn)化，打破選煤廠各系統(tǒng)、各設(shè)備設(shè)施的信息孤島，實(shí)現(xiàn)真正的物聯(lián)網(wǎng)。

(5)控制的精度是永遠(yuǎn)低于測量的精度。所以，要保證控制精度，監(jiān)測儀器儀表要進(jìn)一步攻關(guān)完善。初步設(shè)計(jì)時(shí)，儀器儀表選型與主要設(shè)備選型應(yīng)分開，要單獨(dú)選型成章；閥門等控制部件的動(dòng)作要精準(zhǔn)、靈活、可靠。

(6)選煤廠智能化建設(shè)需要采集的數(shù)據(jù)將以指數(shù)倍增長，需要的主機(jī)容量大，傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集、處理能力弱。應(yīng)參照電廠，優(yōu)先選用DCS系統(tǒng)。

(7)選煤廠智能化建設(shè)可以達(dá)到減人、少人，甚至能實(shí)現(xiàn)黑燈工廠，但是對(duì)運(yùn)維操作人員提出了更高的要求。選煤廠操作人員需要掌握的知識(shí)交叉跨度大，操作人員的用、管、修水平需要提升；除了需要配備常規(guī)的選煤工程師和設(shè)備工程師，還應(yīng)將儀表儀器類單列出來，配備儀表儀器工程師。

4 結(jié) 論

總之，選煤廠智能化是方向，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的指引，是為選煤的生產(chǎn)、安全、效益服務(wù)，脫離了這些，選煤廠智能化就是空中樓閣。當(dāng)然羅馬也不是一天建成的，選煤廠智能化建設(shè)需要時(shí)間與堅(jiān)守，需要持之以恒，久久為功，需要鍥而不舍地推進(jìn)，不能人走思想變，更不能是運(yùn)動(dòng)式、一窩蜂式地推進(jìn)。