郝忠強(qiáng)，楊文國(guó)

(山西焦煤 西山煤電斜溝選煤廠， 山西 興縣 033602)

1 概 況

斜溝選煤廠為年處理原煤15.0 Mt的礦井型選煤廠，主要入洗斜溝礦8號(hào)煤、13號(hào)煤。采用全重介分選工藝，1.5～0.2 mm粗煤泥采用TCS智能分選機(jī)分選；-0.2 mm粒級(jí)的煤泥不分選，其中粗煤泥采用濃縮-沉降過(guò)濾離心機(jī)脫水回收，細(xì)煤泥采用濃縮-壓濾脫水回收，主要產(chǎn)品為煉焦精煤、洗混煤。該廠主要有30 000 t級(jí)儲(chǔ)煤筒倉(cāng)8個(gè)，9 000 t級(jí)矸石緩沖倉(cāng)1個(gè)，5 200 t級(jí)矸石倉(cāng)2個(gè)，400 t級(jí)原煤緩沖倉(cāng)4個(gè)。2010年2月投產(chǎn)時(shí)，儲(chǔ)煤筒倉(cāng)主要采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的雷達(dá)料位計(jì)測(cè)量倉(cāng)位，雷達(dá)料位計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)與實(shí)際倉(cāng)位偏差較大，無(wú)法依據(jù)該數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的指導(dǎo)生產(chǎn)和掌握當(dāng)前的實(shí)時(shí)庫(kù)存，而通過(guò)皮尺測(cè)倉(cāng)的方式測(cè)量倉(cāng)位數(shù)據(jù)，存在誤差、工作強(qiáng)度高、信息反饋慢等問(wèn)題。

2 影響料位計(jì)誤差的因素分析

目前，傳統(tǒng)儲(chǔ)煤筒倉(cāng)料位計(jì)的測(cè)倉(cāng)方式有雷達(dá)、激光、超聲波3 D影像、聲吶、重錘等，測(cè)倉(cāng)精度均不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，具體表現(xiàn)為：

1) 抗干擾能力弱，生產(chǎn)期間倉(cāng)內(nèi)煤塵大(影響雷達(dá)探測(cè)[1])、倉(cāng)內(nèi)水氣大(影響激光測(cè)量)、入倉(cāng)物料粒級(jí)跨度大(影響3 D影像測(cè)量)、入倉(cāng)聲音雜亂(影響聲吶測(cè)量)、重錘料位計(jì)易埋錘斷繩。

2) 生產(chǎn)期間采集的倉(cāng)位數(shù)據(jù)(曲線)跳躍幅度大，與實(shí)際倉(cāng)位不符，不能實(shí)時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)。以煤倉(cāng)高度60 m為例，當(dāng)倉(cāng)位在40 m以上時(shí)誤差是1～2 m，當(dāng)倉(cāng)位在40 m以下時(shí)誤差是5～7 m，不能實(shí)時(shí)掌握倉(cāng)位變化情況，主要依靠每間隔2 h一次的人工測(cè)倉(cāng)來(lái)判斷倉(cāng)位變化情況，存在測(cè)量誤差大、工作強(qiáng)度高、倉(cāng)位信息反饋速度慢、效率低、數(shù)據(jù)需人工填寫(xiě)、不能直接用于控制設(shè)備啟停等問(wèn)題，易發(fā)生空倉(cāng)時(shí)砸倉(cāng)底[2]和潰倉(cāng)撒煤事故。

3 儲(chǔ)煤筒倉(cāng)料位精準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程

3.1 第一代機(jī)械式(杠桿機(jī))智能測(cè)倉(cāng)儀

2015年，斜溝選煤廠針對(duì)儲(chǔ)煤筒倉(cāng)雷達(dá)料位計(jì)易受倉(cāng)內(nèi)煤塵和水汽干擾、測(cè)量誤差大、人工測(cè)倉(cāng)不安全的問(wèn)題，使用了第一代機(jī)械式(杠桿機(jī))智能測(cè)倉(cāng)儀。采用模擬人工用皮尺的測(cè)量方式來(lái)測(cè)量倉(cāng)位又叫接觸式測(cè)量，統(tǒng)稱(chēng)機(jī)械式智能測(cè)倉(cāng)儀，此方式不受倉(cāng)內(nèi)煤塵和水汽的干擾，設(shè)計(jì)誤差±50 mm[3].工作原理是在鋼絲繩一頭安裝到底傳感器，用電機(jī)帶動(dòng)卷線盤(pán)，把鋼絲繩下放到倉(cāng)內(nèi)，當(dāng)?shù)降讉鞲衅鹘佑|到物料時(shí)，到底開(kāi)關(guān)下落，電機(jī)反轉(zhuǎn)上升到頂，根據(jù)導(dǎo)向輪上安裝的脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)算出當(dāng)前倉(cāng)位并輸出到倉(cāng)下顯示屏，完成一次測(cè)量流程。待機(jī)狀態(tài)下杠桿處于水平狀態(tài)，見(jiàn)圖1；到底后杠桿下落，觸發(fā)輸出到底信號(hào)見(jiàn)圖2.

圖1 待機(jī)狀態(tài)圖

圖2 到底狀態(tài)圖

機(jī)械式智能測(cè)倉(cāng)儀通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，降低了人工測(cè)量倉(cāng)位的頻率。生產(chǎn)時(shí)的精度誤差在±50 mm以內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。缺點(diǎn)是可靠性不高、經(jīng)常出現(xiàn)鋼絲繩被拉斷的故障。通過(guò)采集的倉(cāng)位數(shù)據(jù)曲線(圖3)分析得知，造成該故障是因?yàn)閭}(cāng)內(nèi)物料在某個(gè)高度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)頻繁的大幅度滑坡現(xiàn)象，對(duì)機(jī)械式智能測(cè)倉(cāng)儀的安全運(yùn)行造成威脅，加快了鋼絲繩的磨損。

圖3 倉(cāng)位數(shù)據(jù)曲線圖

3.2 智能測(cè)倉(cāng)儀

2021年，隨著選煤廠智能化建設(shè)的逐步開(kāi)展，斜溝選煤廠以實(shí)現(xiàn)“智能測(cè)倉(cāng)儀”為研究目標(biāo)，對(duì)機(jī)械式智能測(cè)倉(cāng)儀進(jìn)行了升級(jí)改造，具體如下：

針對(duì)儲(chǔ)煤筒倉(cāng)倉(cāng)內(nèi)出現(xiàn)頻繁的大幅度滑坡現(xiàn)象，優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自學(xué)習(xí)、智能判斷及動(dòng)作信號(hào)輸出并執(zhí)行的功能。在到底傳感器的芯片上增加了正(反)轉(zhuǎn)、重力、振動(dòng)、傾斜、移位等智能監(jiān)測(cè)功能，在測(cè)量模式上開(kāi)發(fā)了懸停模式。測(cè)倉(cāng)繩懸停在倉(cāng)內(nèi)，傳感器就會(huì)時(shí)刻監(jiān)測(cè)倉(cāng)內(nèi)入料、出料、滑坡的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)分析后執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，達(dá)到精準(zhǔn)測(cè)倉(cāng)(生產(chǎn)時(shí)誤差±5 mm)和智能控制的目的。智能測(cè)倉(cāng)儀結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4.

圖4 第二代智能測(cè)倉(cāng)儀結(jié)構(gòu)圖

在9 000 t級(jí)矸石緩沖倉(cāng)進(jìn)行了實(shí)踐，該倉(cāng)高21 m，物料粒度0～150 mm，全部為矸石。結(jié)合倉(cāng)上設(shè)備布置及區(qū)域面積，分別在倉(cāng)上A、B、C三個(gè)位置上各安裝一臺(tái)智能測(cè)倉(cāng)儀，安裝位置見(jiàn)圖5.

圖5 智能測(cè)倉(cāng)儀安裝位置圖

每個(gè)測(cè)倉(cāng)儀采用單點(diǎn)位接觸方式測(cè)量倉(cāng)位，測(cè)量誤差±5 mm，并可依據(jù)需求設(shè)定測(cè)量頻次，測(cè)得的數(shù)據(jù)可在儲(chǔ)煤倉(cāng)上、下安裝的LED屏上實(shí)時(shí)顯示，便于及時(shí)了解倉(cāng)位情況。該測(cè)倉(cāng)儀可替代人工測(cè)倉(cāng)，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度。在生產(chǎn)中，倉(cāng)下崗位人員可依據(jù)A、B、C三個(gè)測(cè)量位置所顯示的倉(cāng)位高度選擇啟停倉(cāng)下給煤機(jī)，可在低倉(cāng)位時(shí)及時(shí)停止對(duì)應(yīng)倉(cāng)口的給煤機(jī)，同時(shí)開(kāi)啟對(duì)應(yīng)高倉(cāng)位倉(cāng)口的給煤機(jī)，能有效避免低倉(cāng)位或空倉(cāng)位時(shí)物料對(duì)承重梁、倉(cāng)口及倉(cāng)壁的砸損。

針對(duì)矸石緩沖倉(cāng)多個(gè)倉(cāng)位測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，組建數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建出每個(gè)測(cè)量點(diǎn)倉(cāng)位圖，通過(guò)搭建“智能化倉(cāng)位管理平臺(tái)”，結(jié)合4G、5G網(wǎng)絡(luò)傳輸，崗位人員可通過(guò)手機(jī)登錄“智能化倉(cāng)位管理平臺(tái)”，觀察A、B、C三點(diǎn)的倉(cāng)位數(shù)據(jù)、定時(shí)時(shí)間、運(yùn)行次數(shù)、啟動(dòng)計(jì)時(shí)、運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)溫度、高低倉(cāng)位報(bào)警等內(nèi)容。

4 應(yīng)用效果

通過(guò)采用智能測(cè)倉(cāng)儀，提高了儲(chǔ)煤倉(cāng)倉(cāng)位測(cè)量的精度，便于掌握儲(chǔ)煤倉(cāng)倉(cāng)位的實(shí)時(shí)庫(kù)存，以精準(zhǔn)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)及裝車(chē)運(yùn)輸。智能測(cè)倉(cāng)儀使用1年來(lái)，除鋼絲繩等易損件因正常磨損需定期更換外，其他部件未出現(xiàn)過(guò)任何故障。

5 結(jié) 語(yǔ)

斜溝選煤廠改進(jìn)后的“智能測(cè)倉(cāng)儀”，保證了儲(chǔ)煤倉(cāng)倉(cāng)位測(cè)量的精確度，解決了因倉(cāng)位測(cè)量不準(zhǔn)確導(dǎo)致的低倉(cāng)位或空倉(cāng)位運(yùn)行時(shí)物料對(duì)倉(cāng)底承重梁、倉(cāng)口、倉(cāng)壁耐磨板及基礎(chǔ)層的砸損、潰倉(cāng)問(wèn)題，延長(zhǎng)了倉(cāng)底耐磨板的使用壽命，杜絕了因耐磨板被砸落導(dǎo)致的皮帶撕裂事故，消除了安全隱患，降低了維修成本。“智能測(cè)倉(cāng)儀”在斜溝選煤廠的成功應(yīng)用，可推廣至各礦廠儲(chǔ)煤倉(cāng)倉(cāng)位的測(cè)量應(yīng)用，該廠將進(jìn)一步研究“智能化倉(cāng)位管理平臺(tái)”與儲(chǔ)煤倉(cāng)上下游設(shè)備配料、出料的智能化控制，實(shí)現(xiàn)煤倉(cāng)上下游設(shè)備根據(jù)儲(chǔ)煤倉(cāng)倉(cāng)位情況自動(dòng)啟停。