黃陵一號煤礦選煤廠智能化建設實踐與思考

何 晨

(陜西陜煤黃陵礦業有限公司，陜西 黃陵 716000)

隨著國家“創新驅動”要求的逐步推動，國家能源局和陜煤集團對智能化選煤廠的“建設指南”和“驗收辦法”逐步確定，智能化選煤廠建設已成為建設趨勢。近年來，一號煤礦選煤廠繼自動化升級改造基礎平臺建設工作完成后，先后開展了浮選自動加藥、智能干選、智能濃縮、智能壓濾、遠程停送電、智能裝車等項目的研發和應用，初步形成了“頂層設計、完善基礎、單元突破、分步建設”的基本建設思路，正在向著“生產過程可視化、工藝過程信息化、設備狀態在線化、決策部署智能化”的目標邁進。

1 智能化建設實踐

1.1 網絡建設

網絡建設是實現數據采集、工藝參數智能調節、設備全生命周期管理、設備在線監測管理、隱患問題閉環管理等的基礎平臺。目前一號煤礦選煤廠搭建了4G專用網絡，實現了4G網絡在廠區的全部覆蓋，其中視頻環網采用了主干萬兆帶寬網絡，針對視頻攝像點分布廣、數量多且相對分散的問題，利用光端機實現對離散視頻信號的集中，最終匯聚到視頻網絡平臺中，形成星型網絡拓撲架構；基于大型PLC控制器的控制平臺采用工業控制通信環網，主要保證集控數據的實時性和安全可靠性，實現了實時對網絡中發生的故障進行報警和通知，并且在網管軟件中通過圖形化的方式顯示出來，方便故障排查與處理，實現了控制網、視頻網、4G網“三網”數據互通，為智能化應用奠定數據傳輸基礎。

1.2 智能管控平臺

為了更好地對智能化選煤廠系統進行科學有效的管理，高效地利用數據，保證業務系統的穩定、高可用、可遷移、可適應未來的高負載運行要求，實現選煤廠各單元之間數據共享、信息共享和知識共享，選煤廠已初步建成Xproc管控平臺。其可實現運行實況監測、生產量統計、生產消耗量統計、視頻聯動、設備運行狀況實時監測、設備全生命周期管理、裝車外運狀況、遠程停送電管理、物資管理以及隱患排查等功能，可以通過移動終端實時掌握全廠生產情況，結合設備在線監測裝置自動推送故障報警，將報警設備定崗推送。

1.3 智能生產系統

(1)智能集控。高度集中的自動化水平是智能化選煤廠建設的基礎。一號煤礦選煤廠經過多次的升級改造已實現遠程自動化控制，所有設備均可遵循工藝流程實現一鍵啟停，需調節的閥門、翻板等輔助設備均都能遠程集中控制。

(2)智能重介。重介密度智能控制是通過對精煤產品的灰分、磁含量、合介桶位、補水量、分流量、合介入料壓力進行在線監測，反饋給密度控制系統。密度控制系統根據設定合介密度目標值、磁性物含量目標值與合介液位情況綜合調整合介密度、合介磁性物含量及合介桶液位。密度計的瞬時值與密度目標值的差值來決定調高或降低密度；磁性物含量計顯示值與磁性物含量最佳范圍的對比來決定分流量的控制以及合介桶實時液位值的邏輯控制。通過合理控制分流閥和補水閥的開度，實現密度系統的智能調節，最終實現模糊控制產品質量的目的。重介密度智能控制可根據精煤灰分的瞬時變化，實時調整密度及相關參數，可避免人為操作滯后的問題。目前，該廠已實現自動補水、自動分流，并與精煤產品灰分聯動實現了閉環控制。但由于精煤產品由重介精煤、粗精煤、浮選精煤三部分組成，因此，密度與灰分閉環控制存在較大的局限性，再者在線監測系統準確、穩定也是制約智能洗選的一個因素[6]。下一步需在精煤分產品檢測和檢測設備準確性上進一步探索，并建立煤質估計與重介參數相聯系模型，在迭代過程中尋找最優解，確定合理的系統控制參數，用迭代的方式持續性優化子系統，實現智能化重介分選，提高選煤效率。

(3)智能揀矸。智能揀矸運用最為成熟的技術是采用分布篩將原料單層均勻地排列在膠帶上，通過射線進行監測，監測后數據由數據排線傳給上位機，上位機操縱高頻電磁閥，利用高壓風改變矸石運行路線將矸石選出，或用機械手將矸石揀出，實現煤矸分離，該廠已成功投運智能揀矸系統，處理粒度范圍是50～300 mm，矸石排出率達到85%以上，矸中帶煤保持在3%以下。而不斷提高干選精度和擴大分選粒度范圍是智能干選技術不斷研發的重點方向。

(4)智能浮選。浮選加藥智能控制系統由 PLC+專用控制器、智能數據采集、開關量輸入/輸出模塊、濃度計、流量計、藥劑添加控制一體化裝置、相關閥門等組成。目前該廠通過在入料管上裝設流量計和濃度計，計算浮選入料中每小時的干煤泥量，根據干煤泥量計算出總加藥量，操作人員再根據浮選尾礦的情況，設置加藥比例，PLC通過控制電磁閥的開關頻次，實現加藥量大小的調整，避免了人員手動給藥滯后的問題。但受浮選精礦灰分檢測技術的制約，未能實現給藥量與精煤灰分的閉環控制。下一步需在礦漿灰分檢測儀器中繼續探索，實現加藥量與灰分的閉環控制。

(5)智能壓濾。智能壓濾系統是煤泥水智能加藥和壓濾系統智能補料、卸料的智能聯動系統。煤泥水智能加藥是煤泥水處理凈化的重要環節，其中檢測儀器的應用尤為重要，該廠現用于檢測濃縮機中清水層厚度的界面儀，基本能夠實際反映監測精度在±200 mm以內，并據此判斷是否需要加藥及加藥量。但是受煤質變化影響，界面儀表面會附著煤泥，影響對清水層厚度的判斷。該廠采用板框壓濾機，其智能系統由壓濾機高度集成和壓濾機入料壓板卸料自動循環等組成，通過與濃縮池煤泥沉降情況、壓濾機入料濃度、濃縮池清水層濁度等聯動，實現了系統自動補料、自動停料判斷、自動排隊卸料以及移動端監測控制等功能。下一步需繼續探索將智能壓濾系統的實時數據反饋至生產數據中心，供數據分析，以便實時調整壓濾系統。

(6)智能裝車。該廠運用圖像、激光、紅外等多項檢測技術，通過建設3D煤倉、在線計量、車號識別、來車檢車、光幕定位、雷達檢測、裝車模型、防凍液管理等多個子系統，實現了車號自動識別、車輛精準定位、智能裝載、智能稱重，防凍液智能噴灑等功能，整個裝車過程遠程可見，并能實時顯示當前任務狀態、裝車狀態、裝載質量、異常報警、裝車報表等重要信息。

1.4 智能輔助系統

(1)設備測溫測振系統。設備在線檢測系統可提前診斷設備故障，為保障生產、杜絕影響擴大化、預防性檢修提供可靠依據。該選煤廠在37 kW以上電氣設備(電動機、減速機)安裝測溫傳感器和振動傳感器，覆蓋率75%以上，并開發了單獨的管理系統，采集的數據實時上傳到移動終端和集中控制中心，實現實時查看溫度值、振動值和歷史曲線、報警信息等，結合在線測溫測振的檢測結果，選煤廠巡視崗位工重點使用離線點檢儀，對異常設備進行進一步檢測。但對于異常頻譜的分析需要專業軟件和工程師，因此，下一步需繼續開發專業分析軟件或與專業分析團隊合作進行該項工作。

(2)智能照明控制和人員定位系統。智能照明和人員定位的應用也是選煤廠智能化建設必不可少的內容。其可發揮監督崗位人員是否按照既定路線巡崗，并實現人來燈亮、人走燈滅，調節照明亮度等功能。目前該廠通過調研正在逐步實施智能照明、人員定位系統。該系統采用UWB技術的人員定位系統，在主廠房實現智能照明控制和人員定位，但UWB技術采用高頻信號(3.5 ～4.5 GHz)，受選煤廠設備密集、建筑物阻擋等因素影響，易造成信號屏蔽，需根據現場具體情況確定采集分站等數量，確保信號覆蓋全面。

(3)智能綜合預警。智能綜合預警主要對生產系統關鍵環節和重點部位進行實時監測，實現對生產過程異常報警、智能停機。該廠目前建設的內容主要包含運輸機故障預警、料箱溢料預警、篩板脫落預警等。在運輸機故障預警中利用電磁感應式傳感器技術，根據兩側感應時間差，通過PLC程序判斷設備錯鏈、斷鏈、刮板斷裂等狀況并報警；在料箱溢流預警中應用液位電極檢測液位，實現預警和控制相關設備。

(4)智能停送電。目前，智能停送電管理主要是采用停送電管理系統和手持終端實現無紙化審批，對低壓停送電實現遠程操作。該廠建立了單獨的遠程停送電控制室，配置監控主機用于遠程停送電操作，依靠電壓繼電器實現分合閘檢測。下一步建議在配電室設置機器人，對停、送電設備、配電室溫度、濕度、煙霧等進行檢測。

2 智能化建設思考

2.1 提高認識，合理規劃

智能礦井和智慧礦區是當前建設的主流趨勢，智能選煤廠建設是智能礦井必不可少的一部分。因此，各煤礦企業需要重視智能選煤廠的建設，統一規劃，減少重復投資和建設內容，利用前沿技術完善智能選煤廠的基礎建設工作。

因工藝、產品結構、煤質、現場基礎設施等多方面因素的不同，因此，智能選煤廠的建設過程中應該因地制宜，根據自身條件及需求，選擇不同的路徑、設置不同的目標，但其核心目標應注重于分選環節，并注重智能化成果的落地、落實，最終實現精準的選煤過程控制和高效的選煤管理目標。

2.2 人工輔助智能決策

智能決策系統在國內選煤廠均有開展，但受各種因素的影響，暫不成熟，無法達到預期效果。筆者認為智能決策應先借助人工干預，從煤質情況分析、工藝效果評價、單機設備指標評價、產品結構優化、設備健康情況分析、經營情況分析6個方面開展，逐步積累學習經驗，最終擺脫人工輔助。

2.3 智能化復合人才的培養

選煤原理簡單，實際分選過程復雜，特別是煉焦煤選煤廠更為復雜，與焦化、鋼鐵、電力行業對比具有典型的“易學難精”的特點，加之選煤廠智能化建設涵蓋工程基建、自動化、通訊、軟件、物聯網等多個技術領域，涉及工程建設、機電、通訊、軟件、數據分析、圖像識別、人工智能、流體力學、測控、自動化、選煤等多個專業，因此，對人才要求更高，建議在人才培養方面，從高校開始就著力培養洗選復合型人才。

3 結 語

選煤廠智能化建設已在各煤礦企業逐步推進，且取得了一定的成績，但建成智能選煤廠不是一朝一夕就能做好的事情，實現全局智能化依然有很長的路要走。應首先考慮在自動化方面的提升，尤其是選煤核心業務控制過程的自動化、數字化、智能化建設，然后逐步納入輔助生產環節，從而推動相關新技術的落地應用，最終實現選煤廠智能化。