王 磊，李 萍，白雪萍，盧 瑞，馬 紅

(國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司洗選中心智能化研發(fā)室，寧夏 銀川 750000)

1 概 述

矸石作為選煤過程中的固體廢物，選矸工藝是原煤準(zhǔn)備的重要環(huán)節(jié)之一。我國(guó)選煤工業(yè)起步于20世紀(jì)50年代，到60年代，選煤工業(yè)已達(dá)到相當(dāng)規(guī)模，對(duì)煤與矸石的分選做了大量研究，提出了一系列識(shí)別方法，代表性的主要有雷達(dá)探測(cè)法、自然γ射線、人工γ射線法、機(jī)械振動(dòng)、基于截割力響應(yīng)、無源紅外探測(cè)等[1-2]。

目前，國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司在寧東片區(qū)共有13個(gè)煤炭生產(chǎn)礦井，均配套了滿足其生產(chǎn)能力的選煤廠，各選煤廠由公司下屬單位洗選中心進(jìn)行專業(yè)化管理，大部分選煤廠原煤排矸工藝仍然采用人工分選矸石的模式，由于人工選矸勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境差、人員成本高、撿矸效率低，作業(yè)過程存在較大的安全隱患。在智能化建設(shè)的背景下，本研究設(shè)計(jì)的智能排矸系統(tǒng)[3-5]可準(zhǔn)確識(shí)別煤或矸石，實(shí)現(xiàn)選煤過程中的自動(dòng)排矸，這不僅契合智能化選煤廠建設(shè)需求，同時(shí)對(duì)改善選煤廠作業(yè)環(huán)境，推動(dòng)煤炭行業(yè)智能化建設(shè)進(jìn)程具有重要意義。

2 智能排矸系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施方案

智能排矸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[5-8]依托于自主研發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，模擬選煤廠生產(chǎn)工藝中的人工分選矸石環(huán)節(jié)。在此基礎(chǔ)上研發(fā)設(shè)計(jì)由檢測(cè)單元、運(yùn)算單元、輸出單元和執(zhí)行單元四大主要部分，以及供風(fēng)、冷卻、圖像識(shí)別、報(bào)警、視頻監(jiān)控、配電、控制等輔助部分組成的智能排矸系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施完成后，通過選取不同特征的矸石、煤、中煤及雜物等實(shí)驗(yàn)樣本反復(fù)動(dòng)態(tài)測(cè)試，以提高系統(tǒng)檢測(cè)識(shí)別精度，從而能夠按照預(yù)期目標(biāo)完成智能排矸入倉(cāng)，為系統(tǒng)投入實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境可靠運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

仿真實(shí)驗(yàn)是借助實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來模擬實(shí)際生產(chǎn)工藝，以驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工作的可行性。系統(tǒng)主要工藝流程：將原煤給料至返煤膠帶輸送機(jī)，通過回煤振動(dòng)溜槽進(jìn)入振動(dòng)布料裝置篩分后，限下物進(jìn)入限下收集溜槽，限上物在選矸膠帶輸送機(jī)上通過智能排矸系統(tǒng)的檢測(cè)單元，根據(jù)X射線穿透實(shí)驗(yàn)樣本后能量的強(qiáng)弱信號(hào)不同自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)出煤、矸石、中煤和雜物；運(yùn)算單元根據(jù)檢測(cè)單元反饋的結(jié)果計(jì)算出煤、矸石和中煤的比例，結(jié)合選矸膠帶輸送機(jī)的帶速(0.3～0.36 m/s)、煤和矸石大小及定位坐標(biāo)[9-10]，計(jì)算出矸石到達(dá)執(zhí)行單元的時(shí)間和撥煤板動(dòng)作的數(shù)量，將運(yùn)算指令傳遞給輸出單元；輸出單元執(zhí)行矸石的排出指令，完成系統(tǒng)的自動(dòng)排矸。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，智能排矸系統(tǒng)的工藝流程如圖2所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意

圖2 智能排矸系統(tǒng)的工藝流程

3 智能排矸系統(tǒng)在線檢測(cè)和仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

智能排矸系統(tǒng)擬在洗選中心各選煤廠推廣應(yīng)用。選取靈新選煤廠和清水營(yíng)選煤廠的煤、矸石和中煤、雜物若干作為實(shí)驗(yàn)樣本，歷時(shí)3個(gè)月多次進(jìn)行在線檢測(cè)和仿真實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性、穩(wěn)定性、識(shí)別的準(zhǔn)確性和實(shí)際分選效果。

3.1 識(shí)別準(zhǔn)確率檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

選取靈新選煤廠和清水營(yíng)選煤廠不同特征的煤、矸石和中煤各300塊，雜物50塊作為實(shí)驗(yàn)樣本，分次進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別準(zhǔn)確率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析如表1所示。結(jié)果表明系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)、穩(wěn)定的識(shí)別不同特征的煤和矸石、中煤及雜物，滿足識(shí)別準(zhǔn)確率大于95%的預(yù)期實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

表1 系統(tǒng)識(shí)別準(zhǔn)確率檢測(cè)數(shù)據(jù)

3.2 成分檢測(cè)準(zhǔn)確率實(shí)驗(yàn)

選取靈新選煤廠和清水營(yíng)選煤廠各200塊煤、200塊矸石和180塊中煤，作為實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行測(cè)試，96%以上的樣本都能夠準(zhǔn)確檢測(cè)識(shí)別，對(duì)于個(gè)別異常數(shù)據(jù)進(jìn)行二次實(shí)驗(yàn)，以調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)確保系統(tǒng)的檢測(cè)準(zhǔn)確率，檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。通過對(duì)檢測(cè)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析，數(shù)據(jù)分析部分結(jié)果如表2、圖4所示。結(jié)果表明系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)樣本灰分值精準(zhǔn)的識(shí)別不同特征的煤和矸石、中煤，為系統(tǒng)精準(zhǔn)分選實(shí)現(xiàn)智能排矸奠定了基礎(chǔ)。

圖3 自動(dòng)選煤檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

表2 塊煤、中煤及矸石實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

圖4 部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

4 結(jié) 語(yǔ)

主要闡述智能排矸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，選取不同特征的煤、矸石、中煤及雜物作為實(shí)驗(yàn)樣本，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線檢測(cè)和仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)識(shí)別和自動(dòng)排矸分選，替代人工撿矸，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。