智能化新技术在选煤厂的应用

于海选，廖祥国，宋宝强，郜二鹏

(平顶山天安煤业天宏选煤有限公司，河南 平顶山 467000)

1 引 言

在《中国制造2025》[1]规划中，中国计划用30 a时间，通过“三步走”的战略，实现从制造业大国向制造业强国的转变，智能制造工程是其中提出的五大工程之一，提出要开发智能装备和产品，实现智能化管理、智能化服务等。这为选煤行业提出了发展方向和目标。

2020年3月，发改委、能源局等八部委联合发布的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》[2]，将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开拓、采掘(剥)、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行。

智能化选煤厂建设的目标是：实现精准分离、精细管理、增量提效[3]。而达到这些目标主要是通过各种技术控制来实现的。

2 选煤各环节的新技术应用

2.1 原煤环节

2.1.1 给煤系统PID变频控制

在选煤生产过程中，原煤加煤量的稳定是保证产品质量稳定的基础环节。传统给煤机要么是定频的，通过人工打开闸板大小来调节煤量，要么是通过调节给煤机变频电机的频率来调节，这2种方式都需要人工操作并根据皮带秤显示数据人工实时做调整，工人劳动强度大，而且受人为因素的影响，导致不准确或不及时，从而影响加煤量及下游洗选环节的稳定性。

枣矿集团高庄选煤厂[4]通过为给煤机安装变频器，同时关联电子皮带秤的测量数据，通过PID变频控制调节给煤机煤量，实现了对原煤给煤量的自动跟踪调节，为选煤后续生产环节提供稳定入料，为产品质量稳定控制打下良好基础。

2.1.2 杂物智能分选系统

除杂环节是选煤厂非常重要的环节，及时有效地除去原煤中的杂物，可避免下游设备因杂物堵塞影响生产，减少非计划停机时间。

传统杂物分选是通过人工手选完成，劳动强度大，且分选的准确度受光线、经验等人为因素影响较大，为影响后续生产环节带来很多不确定性。

一项基于机器视觉的智能识别与机械手精准抓取的煤中杂物智能分选系统研发成功，并在淮北矿业集团涡北选煤厂调试使用，系统杂物分拣率为91.64%[5]。该系统主要通过图像采集，上传至图像分析系统。图像分析系统通过机器学习算法，进行识别及分类，确定杂物位置和姿态，确定物料的运动时间后，上传至智能控制系统，由智能控制系统组成确定机械手的控制策略，启动机械手完成杂物抓取工作。

2.1.3 智能干选系统

智能干选系统通过图像识别技术和X射线联合，运用深度学习算法等先进技术对煤和矸进行识别，联锁控制储气罐用气体进行分离。智能干选系统不耗水、不耗介、不产生次生煤泥、成本低、识别率高。

哈尔乌素选煤厂[6]的200～50 mm的块原煤用智能干选系统代替重介浅槽，块煤加工成本大大降低，而且减少了次生煤泥的加工费用，经济效益显著。

曙光选煤厂[7]改造后，分选效果较好，矸石含煤率在1%以下，不仅减少了工人劳动强度，同时改善了工作环境，具有较好的经济效益和社会效益。

2.2 重介环节

2.2.1 重介质智能添加系统

传统介质添加方式是人工控制抓斗进行的，而在智能化的大形势下，智能化技术也应用到了介质添加环节。

周增宏[8]研究的重介质智能添加系统采用激光雷达扫描装置，采集介质堆体表面距离数据，建立介质堆体表面三维模型，运用路径规划算法，优化介质抓取点。通过雷达测距传感器对识别出的抓取点的位置进行立体定位，通过控制电机行进，直至抓斗行进到介质堆抓取位置，完成抓介过程。

目前，该技术已在神东某选煤厂进行工业性试验，处于试用阶段，还需进一步的实践和研究。

2.2.2 智能密度控制系统

选煤厂重介环节的密度控制可以分2种：一种是人工调节，通过人工调节分流阀和补水阀进行密度实时调节；另一种是PID程序控制调节分流阀和补水阀的开度来达到设定密度。但这都是先设定密度值，然后根据1 次/h的快灰结果进行调整。灰分没有参考原煤性质和质量变化，而且密度控制参考的1 次/h的快灰结果太过滞后，很难对生产进行实时有效指导。

中国矿业大学进行了选煤厂重介分选过程智能控制的研究[9]，该研究基于原煤密度组成和灰分，实现对原煤性质和操作参数在线预测，包括：原煤密度组分预测、产品产率和灰分预测优化、介质密度和期望密度的优化等。根据原煤的实时性质智能确定所需的密度，从而减少控制滞后和人为因素的影响，实现重介密度和分选的智能控制。

胡生根[10]开发出一种智能化的重介质旋流器分选系统。该系统可以依据在线检测的介质密度和产品产率，配合成熟的产品分配模型，可在线预测产品分配曲线和原煤的可选性曲线。再结合原煤瞬时灰分曲线，可以在线预测产品的灰分和增量灰分。预测产品灰分或增量灰分与给定灰分一致时可以得到最佳分选密度，可实时指导生产。该系统在工业性试验中得到成功应用。

2.3 浮选环节

2.3.1 浮选自动加药系统

浮选是炼焦煤选煤厂重要的生产环节之一，是目前为止分选小于0.5 mm物料最有效的方法。浮选的分选效果和药剂消耗直接关乎精煤产率和选煤成本的大小。而传统的浮选控制是人工凭经验调节的，药剂添加不及时或调节不准确就会导致生产指标的波动，而且劳动强度也很大。

石板选煤发电厂采用FJR120浮选药剂自动加药系统[11]，用浓度计和流量计测出浓度和流量，传输至工业计算机和PLC组成的控制系统，控制药剂自动跟踪入浮干煤泥量，控制药剂泵变频调速，进行精准加药。药剂消耗明显降低，浮精质量稳定，产率提高，既降低了工人劳动强度，又提高了生产效益。

常村煤矿选煤厂[12]投入了由药剂储备系统、药剂定量输送系统、药剂乳化输送系统、药剂定点定量添加系统、矿浆流量和浓度检测系统等组成的浮选自动加药系统，使浮选关键参数信息化，浮选精煤产率提高2%，药剂消耗降低10%。

吕家坨选煤厂浮选环节增设自动加药及乳化控制系统[13]，浮选精煤产率提高1.0%～1.5%，药剂消耗降低10%～15%，经济效益显著。

中国矿业大学对煤泥浮选过程进行了模型仿真及控制的研究[14]，通过在线快灰仪、流量计、浓度计等在线检测手段检测原煤的灰分、浮选浓度和矿浆流量，建立三者之间的关系预测模型，结合入料测量模型可对浮选入料的灰分进行监测，实现在线数据分析和智能加药。

灰分作为浮选过程控制的反馈是浮选系统的发展方向。

2.3.2 矿浆灰分在线检测

天津美腾科技公司研发了可以直接检测矿浆灰分的矿浆灰分在线检测仪。通过X射线技术建立与煤质相适应的数学模型，智能控制器可控制进行采样、处理、检测、分析最后得到灰分结果，检测时间10～30 min，精度最高可达±0.4%。该公司已在枣庄矿业付村选煤厂和西山煤电官地选煤厂成功完成工业试验。

2.4 煤泥水处理环节

煤泥水处理环节是选煤厂至关重要的环节，循坏水质量的好坏直接影响各环节分选产品的质量。传统煤泥水处理环节的絮凝剂药剂添加是人工凭经验添加，控制不精确，很容易造成循环水水质波动大，甚至影响生产。

邵清[15]提出了一种基于案例推理技术与模糊控制方法相结合的药剂协同优化控制方法，实现药剂协同控制添加，通过在设定阈值条件下运用相似度方法实现药剂添加量的预测。投入使用后，吨煤泥聚合氯化铝药剂消耗降低5.16%，吨煤泥聚丙烯酰胺药剂消耗降低6.67%，降低了药剂消耗，经济效益显著。

陶亚东、潘月军[16]以煤泥水沉降实验为基础依据，运用智能化加药系统根据浓缩池入料性质、入料浓度检测数据，用实际经验建立的数学模型计算加药量，以循环水浊度和清水层厚度作为反馈，实现加药系统与煤质变化联动控制，实现选煤厂煤泥水处理系统的高效、稳定运行，并达到节支降耗的效果。

3 结 语

工业智能化已上升为国家战略，智能化选煤也已提上日程，选煤各项技术也发展迅速，但选煤厂核心工艺的智能控制技术研究尚未取得突破性进展，如重介、浮选过程的智能控制的算法、数学模型、控制模块等，这些瓶颈问题未得到有效解决。另外，很多环节还不能实现对生产过程的各项参数进行实时分析和优化控制，缺乏数据充分分析和挖掘，而智能控制恰恰是以分析和优化数据为基础，从而实现智能决策和智能控制，因此，数据的分析和挖掘是以后发展的重点方向。

鉴于目前智能化选煤厂还没有统一的标准，智能化的建设必定需要大量的资金投入，且考虑到实际的经济效益，建议结合各选煤厂自身情况及新技术的适用性，从局部自动化、单机智能化入手，分环节、分层次逐步实现智能化。