降低煤炭破碎缩分质量风险的新技术应用

李 杰 刘 欣 王立金

（力鸿检验集团有限公司沧州渤海新区分公司，河北 沧州 061113）

煤炭的成分对各行各业有着不同程度的影响，煤炭的质量检测极为重要。煤炭检测时通常将待测煤炭进行制样，然后通过破碎、筛分、混合、缩分、干燥等工艺流程将采集的煤样制备成能代表原来煤样特性的分析用煤。

随着检验检测、物料加工等行业竞争日趋激烈，质量管控要求愈发严格。第三方检验检测行业承担着货物检验、质量仲裁等检验检测工作，提供公正、准确、可靠的检测结果[1]。固体物料的检测指标直接影响委托双方的经济利益，因此对于固体物料制备过程的质量管控尤为重要。

1 市售设备使用过程中存在的质量风险

目前市面在售的固体物料破碎缩分设备主要包括给料机、破碎机和筛分机等，但现有制备煤样的设备如破碎机和筛分机仅具备破碎筛分的基础功能，不能满足高标准的质量管控要求。实际工作中往往通过操作规范及流程优化降低质量风险，但在固体物料制备过程中仍存在设备操作人员撒落试样或混样的质量风险，破碎缩分联合制样设备在日常使用过程中也会产生样品损失。上述风险和现象易使破碎完成后的样品不具有代表性，造成检验检测结果出现偏差，直接影响委托双方的经济利益。因此，破碎过程中应尽可能地减少样品漏样和混样，以达到减少制样误差的目的。为此，本研究对质量控制装置进行改进，在原有破碎机和筛分机基础上，增加了接料斗智能识别装置和质量智能判断控制装置。

2 质量风险来源

在固体物料制备过程中，需将大粒度固体物料逐级破碎至小粒度试样，并需通过经计量合格对应粒度的标准筛筛分。《煤样的制备方法》（GB/T 474-2008）中规定“制样时不应将大量大粒度试样一次性破碎到试验试样所要求的粒度，而应采用多阶段破碎缩分的方法来逐渐减小粒度和试样量[2]”。

但在固体物料制备过程中，往往会出现由于操作人员的工作疏漏或管控措施不当造成影响试样代表性的问题。操作人员的工作疏漏主要有以下三个方面：

（1）设备操作人员忘记将破碎机（筛分机）下方的接料斗放置于接料口下方，造成已破碎、过筛的试样撒落；

（2）接料斗中已破碎（过筛）的试样质量超过接料斗最大容量时，设备操作人员未及时更换接料斗，造成接料斗中试样太满而溢出撒落；

（3）接料斗中已破碎（过筛）试样未倒入下一制备环节设备中，而设备操作人员将其他批次样品倒入设备中破碎（筛分），致使同一接料斗中存在两批次试样，且无法有效地分拣两批次样品，造成试样混样。

3 质量控制装置工作方式及风险规避

该质量控制装置从2 个关键点实现质量风险规避，分别是接料斗的识别和接料斗中试样质量的判断。通过质量控制装置中的漫反射式光电开关识别接料斗，通过智能上下限控制天平识别接料斗内试样质量，控制破碎（筛分）机启停。

（1）接料斗的识别

漫反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。

接通破碎（筛分）机电源后，漫反射式光电开关识别接料斗的位置状态，若处于接料位置，该装置开关自动闭合，破碎（筛分）机可正常启动；当接料斗未处于接料位置，该装置开关自动断开，破碎（筛分）机无法启动。

该功能可有效避免由于操作人员未将接料斗放置到接料位置处而造成样品撒落的质量风险。

（2）接料斗中试样质量同电子台秤设置下限值的判断

如识别接料斗处于接料位置，该装置开始检测接料斗内样品质量。当接料斗内样品质量高于电子台秤设置下限值时，蜂鸣警报器闪烁发出报警信号，破碎（筛分）机无法启动。此时设备操作人员必须查看确认接料斗内物料情况，及时清理出接料斗内物料或将料斗内物料流转到下个制备流程中。

该功能可有效避免由于接料斗中为上一批次样品没有及时清理，并连续破碎/筛分下一批次试样，造成的两批次样品混样的质量风险。

（3）接料斗中试样质量同电子台秤设置上限值的判断

当接料斗内样品质量低于设置下限值时，破碎（筛分）机可正常启动。随接料斗内样品质量的增加，通过装置控制程序设置，破碎（筛分）机可正常运转。当接料斗内样品质量超过设置上限值时，蜂鸣警报器闪烁发出报警信号，且破碎（筛分）机自动停止工作。如试样质量未超出设置上限，当样品制备完成后，手动停止破碎（筛分）机。

该功能可有效避免由于接料斗中样品装满后溢出撒落的质量风险。

4 质量控制装置工作原理

（1）图1 中漫反射式光电开关识别接料斗，放入接料斗后，SQ1 闭合，图2 中KA1 闭合，图1中KA5闭合，时间继电器开始计时（由于通讯延迟）。如未识别到接料斗，则SQ1 开路，图2 中KA1 处于断路状态，破碎（筛分）机无法启动。

（2）电子台秤判断接料斗中试样质量：① 如试样质量超过电子台秤设置下限值，O2 闭合，中间继电器KA2 闭合，蜂鸣报警器报警提示。图2中KA2 断开，破碎（筛分）机无法启动。② 如试样质量未超过电子台秤设置下限值，则图2 中KA2始终保持常闭状态，破碎（筛分）机可正常启动。

（3）破碎（筛分）机启动后，电子台秤判断接料斗中试样质量：① 如试样质量超过台秤设置上限值，O3 闭合，中间继电器KA2 闭合，蜂鸣报警器报警提示。图2 中KA3 断开，破碎（筛分）机自动停止。② 如试样质量未超过台秤设置上限值，当试样制备完成后，按下停止按钮，图2 中KA4 断开，破碎（筛分）机停止工作。

（4）制备完毕后，取出接料斗后，图1 中KA5 断开，破碎（筛分）机恢复至开始状态。

5 质量控制装置电器配置

该质量控制装置电器配置分为两部分：一部分为装置电器，用以实现制样过程的质量控制判断；另一部分为设备端电器，用以控制设备端电机的启停。装置电器部分如图1，设备端电器部分如图2。

图1 质量控制装置部分电器图

图2 设备端电器图

6 质量控制装置测试验证

（1）接料斗的识别测试验证

为验证漫反射式光电开关识别接料斗情况，每日使用约100 个样品进行测试，连续测试三个月，累计测试验证约9200 次。通过测试验证，仅有当接料斗放置到接料位置时，设备方可手动启动，未发生接料斗未放置设备可手动启动的情况。测试过程中漫反射式光电开关感应灵敏，未发生故障和其他异常情况。

（2）接料斗中试样质量同电子台秤设置下限值的判断测试验证

该性能测试验证电子台秤设置下限值为0.5 kg。样品制备前将1 kg 砝码放置接料斗内，每日进行约50 次测试验证，连续测试三个月，累计测试验证约4600 次。该功能通过以上测试验证，当接料斗内质量超过设置下限值时，蜂鸣警报器报警，且设备无法启动。经测试验证，充分证明该装置可有效避免混样质量风险。

（3）接料斗中试样质量同电子台秤设置上限值的判断测试验证

该性能测试验证电子台秤设置上限值为30 kg，测试验证设备为破碎机，接料斗最大容量为30 kg。每日准备50 个质量约32 kg 样品并进行破碎环节测试验证，连续测试三个月，累计测试验证约4600 次。该功能通过以上测试验证，破碎过程中接料斗内累计质量超过设置上限值时，蜂鸣警报器报警，设备自动停止工作，且无法通过手动按钮启动设备。经测试验证，该装置可有效避免接料斗内累计样品过满溢出造成撒样的质量风险。

通过（2）与（3）方式测试验证，电子台秤及电器组件未发生故障和异常情况，且便于维护保养，降低维修成本。

7 结论

本文详细分析了固体物料破碎和筛分过程中的质量风险及质量控制装置对风险规避的应对措施，并阐述了该装置的工作原理。通过在现有破碎机和筛分机中安装质量控制装置，可有效避免固体物料在破碎筛分过程中产生的混样和撒样质量风险，保证采集的煤样样品更具代表性，提高检验检测结果的准确性、公正性以及可靠性。

本研究经过三个月使用测试验证，不仅不影响固体物料制备效率，而且关键部件不容易损坏，减少使用过程中的维修工作，降低维修成本。此质量控制装置亦适用于大样制备系统、联合制样系统等接料类型设备。