孫文翔

(山西理工智聯(lián)科技有限公司，山西 太原 030000)

1 概 述

隨著中國煤炭加工利用協(xié)會《智能化選煤廠建設通用技術規(guī)范》團體標準出臺，智能化選煤廠建設將迎來新的建設高潮。

智能化選煤廠建設正在成為選煤廠轉型升級最重要的技術支撐，分選過程又是實現(xiàn)選煤廠提質增效的關鍵與核心技術，目前國內選煤廠浮選系統(tǒng)自動化程度較低，基本上處于人工操作階段，少數(shù)選煤廠僅實現(xiàn)了人工給定的自動加藥，且效果一般。

山西焦煤集團柳灣選煤廠下轄2套選煤生產系統(tǒng)，分別是選煤一車間和選煤二車間。其中選煤二車間于2009年建成投產，設計規(guī)模為2.0 Mt/a[1]。二車間選煤工藝為：50～1 mm粒級原煤采用三產品重介旋流器分選，0.25～1 mm粒級煤泥采用TBS粗煤泥分選機分選，小于0.25 mm細煤泥進入浮選。

通過柳灣選煤廠浮選現(xiàn)狀調研，結合現(xiàn)場人工操作所帶來的一系列問題，參考目前先進的選煤廠裝備、工藝和自動化水平，可以看出柳灣選煤廠現(xiàn)有的人工控制與操作模式是相對落后的，人工控制模式嚴重制約了選煤廠經(jīng)濟效益的進一步提升。

項目擬通過浮選過程智能控制實現(xiàn)提效降本，實現(xiàn)選煤廠智能化建設的突破，并為后續(xù)選煤廠智能化建設奠定良好基礎。浮選智能化項目的建設同時可顯著降低操作人員的勞動強度，利于提高選煤企業(yè)智能化建設的熱情與動力，因此項目建設的重要性不言而喻。

2 柳灣選煤廠存在的問題

2.1 浮選過程存在數(shù)據(jù)盲區(qū)

柳灣選煤廠二車間項目實施前存在帶煤量不穩(wěn)定、浮選入料各參數(shù)不透明、崗位司機及集控室無法及時掌握入料濃度與流量等問題；尾礦閘板高度沒有數(shù)字量化，全憑崗位工經(jīng)驗操作，導致浮選機泡沫層厚度不確定，時常出現(xiàn)刮水現(xiàn)象，影響精煤灰分。

2.2 浮選尾礦指標無在線監(jiān)測

浮選尾礦灰分是柳灣選煤廠考核的重要指標之一。長期以來，浮選尾礦灰分依靠司機現(xiàn)場經(jīng)驗判斷，通過肉眼觀察浮選尾礦顏色變化程度，進行加藥量的調整，帶來藥劑量調整不及時，產品質量波動大，工人勞動強度大等問題。

2.3 浮選加藥過程依靠人工操作

項目實施前，柳灣選煤廠二車間浮選加藥依靠工人手動操作，在藥劑桶上轉動閥門調整藥量，每次調整完加藥量之后需要用量杯稱量藥劑實際流量，無法快速得到理想加藥量[2]。依靠人工手動調節(jié)閥門的加藥過程，既增加了工人的勞動強度，也使產品在加藥期間會有損失。

3 柳灣選煤廠浮選智能化解決方案

柳灣煤礦選煤廠二車間浮選系統(tǒng)示意如圖1。

圖1 柳灣煤礦選煤廠二車間浮選系統(tǒng)

3.1 浮選過程在線檢測與透明化

浮選過程透明化主要包括濃度、流量監(jiān)測，浮選機泡沫層厚度檢測以及尾礦灰分檢測等(圖2)。

圖2 柳灣選煤廠浮選透明化示意

在浮選過程中，浮選入料流量和濃度對浮選狀態(tài)及產品質量和產率都有很大的影響，通過理論和大量實驗證明，將浮選入料流量和濃度控制在合理的范圍內，浮選效果及產品質量指標才能達到最佳[3]。為此系統(tǒng)首先實現(xiàn)浮選全過程參數(shù)實時在線檢測，為浮選智能控制提供基礎條件。

對于浮選來講，入料濃度較低，給浮選入料濃度的檢測帶來了困難，差壓式濃度傳感器測量誤差較大，為保證測量精度，柳灣選煤廠采用高精度濃度傳感器進行檢測。

浮選液位自動控制系統(tǒng)主要用于控制浮選機液位(泡沫層厚度)[4]。依據(jù)浮選實際需要，通過改變閘板位置來實現(xiàn)改變泡沫層厚度。浮選液位自動控制系統(tǒng)實時檢測液位值，當需要調整液位時，控制器控制液位執(zhí)行裝置對尾礦閘板進行提升或下降，到達設定值后停止動作，完成液位調整。

如圖2所示，在進預處理器之前的浮選入料管道上增加流量計與濃度計，用于檢測浮選入料流量與濃度。浮選機尾礦槽增加直線位移傳感器，用于檢測浮選機尾礦閘板高度(泡沫層厚度)。增加尾礦灰分儀，可以實時檢測尾礦變化(圖3)，以便系統(tǒng)自行微調加藥量[5]。

圖3 柳灣選煤廠浮選數(shù)據(jù)透明化報表

3.2 浮選尾礦灰分在線檢測

柳灣選煤廠采用1臺由山西理工智聯(lián)科技有限公司開發(fā)的浮選尾礦智能分析儀。該設備采集了浮選尾煤圖像，在灰度特征的基礎上進一步提取顏色特征進行分析和處理，并建立了基于GSA—SVR算法的灰分預測模型[6]。

浮選尾礦智能分析儀為太原理工大學與山西理工智聯(lián)科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的第三代灰分智能分析儀，主要包括尾礦灰分主控單元與尾礦灰分圖像采集單元。單臺尾礦主控單元可針對單臺浮選機進行尾礦灰分測量，也可對2臺浮選機進行測量。

基于圖像檢測技術與智能機器學習算法相結合的浮選尾礦灰分智能分析儀，可實現(xiàn)浮選尾礦灰分的實時在線檢測，實現(xiàn)灰分3 min快速檢測，灰分測量精度小于±1.5%，尤其適用于浮選尾礦灰分的在線檢測。

尾礦灰分圖像采集單元如圖4所示，主要由尾礦進料裝置、尾礦收集裝置、尾礦穩(wěn)流裝置、圖像采集裝置、尾礦排料管等組成。礦漿從尾礦槽內旁路抽取再流回尾礦槽中，在此過程中流經(jīng)采集裝置，在采集裝置中完成尾礦收集、圖像采集、圖像傳輸?shù)裙ぷ?。?jīng)千兆網(wǎng)線將圖像傳輸至尾礦灰分主控單元進行計算分析。

圖4 尾礦灰分圖像采集單元流程

尾礦灰分主控單元與尾礦灰分圖像采集單元皆可實時顯示尾礦灰分，尾礦灰分圖像采集單元可對進料、排料、沖洗水等閥門進行控制，并且可根據(jù)工人操作習慣切換自動、手動控制。尾礦灰分主控單元通過圖像視覺識別技術與模型分析計算出尾礦實時灰分，并可根據(jù)現(xiàn)場需求導出歷史數(shù)據(jù)及相關報表，當煤質發(fā)生改變時，可手動切換計算模型，以達到準確測量的效果(圖5)。

圖5 尾礦采集裝置控制界面

灰分儀檢測數(shù)據(jù)與化驗數(shù)據(jù)對比如圖6所示，由圖6可以看出，灰分儀檢測出的尾礦灰分變化趨勢與化驗室給出的尾礦灰分變化趨勢基本相同。

圖6 灰分儀檢測數(shù)據(jù)與化驗數(shù)據(jù)對比

3.3 基于專家表規(guī)則的浮選藥劑添加穩(wěn)定控制系統(tǒng)

柳灣選煤廠采用專家規(guī)則表技術實現(xiàn)藥劑智能添加(圖7)，在滿足尾礦灰分指標的條件下，將浮選入料流量、濃度以及浮選尾礦灰分檢測值作為數(shù)據(jù)組。依據(jù)現(xiàn)場崗位工多年調試經(jīng)驗給定的藥劑量為基數(shù)，通過專家規(guī)則表的擴散功能，給定至每個表格中[7]。

圖7 專家規(guī)則表

整個系統(tǒng)控制結構包括傳感器、執(zhí)行機構、控制器和現(xiàn)場觸摸屏、調度室上位機，系統(tǒng)具備遠程、就地控制模式，其中遠程又包括遠程手動和遠程自動控制方式，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫具備歷史數(shù)據(jù)存儲和查詢功能[8]。

與原有人工手動加藥方式相比，浮選智能加藥能實現(xiàn)自動加藥，并能保證加藥的實時性與準確性，可以降低浮選崗位司機的勞動強度，增強工作效率及健康保障。

藥劑自動添加系統(tǒng)具備自動啟停功能，當檢測到預處理器電機運行信號時，系統(tǒng)開始提前輸出藥劑添加量并執(zhí)行添加動作，保證加藥的及時性，當系統(tǒng)檢測到設備空載運行時，經(jīng)過10 min(可由崗位工自行設定)后自動停止加藥動作，避免藥劑損耗[9]。

4 柳灣選煤廠浮選智能化應用效果

浮選系統(tǒng)智能化項目開展前，入浮煤泥量無法量化，只能通過入洗原煤篩分資料近似查詢。藥劑添加量的大小和浮選泡沫層的厚度依靠職工憑經(jīng)驗手動調節(jié)。分選效果難以穩(wěn)定，計量考核管理困難，職工勞動強度較大。

浮選系統(tǒng)智能化項目開展后，入浮干煤泥量通過在線流量計和濃度計實時檢測，藥劑通過蠕動泵精確添加，液位通過電動執(zhí)行機構及紅外測距儀精準調節(jié)，實現(xiàn)了量化的操作及考核管理，浮選系統(tǒng)整體運行效果得到明顯改善，使全廠精煤整體產率增加0.3%以上。按照全年二車間入洗原煤200萬t，精煤價格2 800元/t計算，則每年可增加經(jīng)濟效益1 680萬元。

5 結 語

柳灣選煤廠浮選系統(tǒng)智能化實施后，對浮選系統(tǒng)重要參數(shù)實現(xiàn)實時監(jiān)控，實時檢測入浮流量和濃度，尾礦灰分儀實時檢測浮選尾礦灰分，根據(jù)入浮流量、濃度和浮選尾礦灰分等參數(shù)實現(xiàn)智能加藥，實現(xiàn)整個浮選系統(tǒng)閉環(huán)控制，真正實現(xiàn)了浮選系統(tǒng)的智能化[10]，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。