浮选智能化在柳湾煤矿选煤厂二车间的研究与实践

孙文翔

(山西理工智联科技有限公司，山西 太原 030000)

1 概 述

随着中国煤炭加工利用协会《智能化选煤厂建设通用技术规范》团体标准出台，智能化选煤厂建设将迎来新的建设高潮。

智能化选煤厂建设正在成为选煤厂转型升级最重要的技术支撑，分选过程又是实现选煤厂提质增效的关键与核心技术，目前国内选煤厂浮选系统自动化程度较低，基本上处于人工操作阶段，少数选煤厂仅实现了人工给定的自动加药，且效果一般。

山西焦煤集团柳湾选煤厂下辖2套选煤生产系统，分别是选煤一车间和选煤二车间。其中选煤二车间于2009年建成投产，设计规模为2.0 Mt/a[1]。二车间选煤工艺为：50～1 mm粒级原煤采用三产品重介旋流器分选，0.25～1 mm粒级煤泥采用TBS粗煤泥分选机分选，小于0.25 mm细煤泥进入浮选。

通过柳湾选煤厂浮选现状调研，结合现场人工操作所带来的一系列问题，参考目前先进的选煤厂装备、工艺和自动化水平，可以看出柳湾选煤厂现有的人工控制与操作模式是相对落后的，人工控制模式严重制约了选煤厂经济效益的进一步提升。

项目拟通过浮选过程智能控制实现提效降本，实现选煤厂智能化建设的突破，并为后续选煤厂智能化建设奠定良好基础。浮选智能化项目的建设同时可显著降低操作人员的劳动强度，利于提高选煤企业智能化建设的热情与动力，因此项目建设的重要性不言而喻。

2 柳湾选煤厂存在的问题

2.1 浮选过程存在数据盲区

柳湾选煤厂二车间项目实施前存在带煤量不稳定、浮选入料各参数不透明、岗位司机及集控室无法及时掌握入料浓度与流量等问题；尾矿闸板高度没有数字量化，全凭岗位工经验操作，导致浮选机泡沫层厚度不确定，时常出现刮水现象，影响精煤灰分。

2.2 浮选尾矿指标无在线监测

浮选尾矿灰分是柳湾选煤厂考核的重要指标之一。长期以来，浮选尾矿灰分依靠司机现场经验判断，通过肉眼观察浮选尾矿颜色变化程度，进行加药量的调整，带来药剂量调整不及时，产品质量波动大，工人劳动强度大等问题。

2.3 浮选加药过程依靠人工操作

项目实施前，柳湾选煤厂二车间浮选加药依靠工人手动操作，在药剂桶上转动阀门调整药量，每次调整完加药量之后需要用量杯称量药剂实际流量，无法快速得到理想加药量[2]。依靠人工手动调节阀门的加药过程，既增加了工人的劳动强度，也使产品在加药期间会有损失。

3 柳湾选煤厂浮选智能化解决方案

柳湾煤矿选煤厂二车间浮选系统示意如图1。

图1 柳湾煤矿选煤厂二车间浮选系统

3.1 浮选过程在线检测与透明化

浮选过程透明化主要包括浓度、流量监测，浮选机泡沫层厚度检测以及尾矿灰分检测等(图2)。

图2 柳湾选煤厂浮选透明化示意

在浮选过程中，浮选入料流量和浓度对浮选状态及产品质量和产率都有很大的影响，通过理论和大量实验证明，将浮选入料流量和浓度控制在合理的范围内，浮选效果及产品质量指标才能达到最佳[3]。为此系统首先实现浮选全过程参数实时在线检测，为浮选智能控制提供基础条件。

对于浮选来讲，入料浓度较低，给浮选入料浓度的检测带来了困难，差压式浓度传感器测量误差较大，为保证测量精度，柳湾选煤厂采用高精度浓度传感器进行检测。

浮选液位自动控制系统主要用于控制浮选机液位(泡沫层厚度)[4]。依据浮选实际需要，通过改变闸板位置来实现改变泡沫层厚度。浮选液位自动控制系统实时检测液位值，当需要调整液位时，控制器控制液位执行装置对尾矿闸板进行提升或下降，到达设定值后停止动作，完成液位调整。

如图2所示，在进预处理器之前的浮选入料管道上增加流量计与浓度计，用于检测浮选入料流量与浓度。浮选机尾矿槽增加直线位移传感器，用于检测浮选机尾矿闸板高度(泡沫层厚度)。增加尾矿灰分仪，可以实时检测尾矿变化(图3)，以便系统自行微调加药量[5]。

图3 柳湾选煤厂浮选数据透明化报表

3.2 浮选尾矿灰分在线检测

柳湾选煤厂采用1台由山西理工智联科技有限公司开发的浮选尾矿智能分析仪。该设备采集了浮选尾煤图像，在灰度特征的基础上进一步提取颜色特征进行分析和处理，并建立了基于GSA—SVR算法的灰分预测模型[6]。

浮选尾矿智能分析仪为太原理工大学与山西理工智联科技有限公司联合研发的第三代灰分智能分析仪，主要包括尾矿灰分主控单元与尾矿灰分图像采集单元。单台尾矿主控单元可针对单台浮选机进行尾矿灰分测量，也可对2台浮选机进行测量。

基于图像检测技术与智能机器学习算法相结合的浮选尾矿灰分智能分析仪，可实现浮选尾矿灰分的实时在线检测，实现灰分3 min快速检测，灰分测量精度小于±1.5%，尤其适用于浮选尾矿灰分的在线检测。

尾矿灰分图像采集单元如图4所示，主要由尾矿进料装置、尾矿收集装置、尾矿稳流装置、图像采集装置、尾矿排料管等组成。矿浆从尾矿槽内旁路抽取再流回尾矿槽中，在此过程中流经采集装置，在采集装置中完成尾矿收集、图像采集、图像传输等工作。经千兆网线将图像传输至尾矿灰分主控单元进行计算分析。

图4 尾矿灰分图像采集单元流程

尾矿灰分主控单元与尾矿灰分图像采集单元皆可实时显示尾矿灰分，尾矿灰分图像采集单元可对进料、排料、冲洗水等阀门进行控制，并且可根据工人操作习惯切换自动、手动控制。尾矿灰分主控单元通过图像视觉识别技术与模型分析计算出尾矿实时灰分，并可根据现场需求导出历史数据及相关报表，当煤质发生改变时，可手动切换计算模型，以达到准确测量的效果(图5)。

图5 尾矿采集装置控制界面

灰分仪检测数据与化验数据对比如图6所示，由图6可以看出，灰分仪检测出的尾矿灰分变化趋势与化验室给出的尾矿灰分变化趋势基本相同。

图6 灰分仪检测数据与化验数据对比

3.3 基于专家表规则的浮选药剂添加稳定控制系统

柳湾选煤厂采用专家规则表技术实现药剂智能添加(图7)，在满足尾矿灰分指标的条件下，将浮选入料流量、浓度以及浮选尾矿灰分检测值作为数据组。依据现场岗位工多年调试经验给定的药剂量为基数，通过专家规则表的扩散功能，给定至每个表格中[7]。

图7 专家规则表

整个系统控制结构包括传感器、执行机构、控制器和现场触摸屏、调度室上位机，系统具备远程、就地控制模式，其中远程又包括远程手动和远程自动控制方式，系统数据库具备历史数据存储和查询功能[8]。

与原有人工手动加药方式相比，浮选智能加药能实现自动加药，并能保证加药的实时性与准确性，可以降低浮选岗位司机的劳动强度，增强工作效率及健康保障。

药剂自动添加系统具备自动启停功能，当检测到预处理器电机运行信号时，系统开始提前输出药剂添加量并执行添加动作，保证加药的及时性，当系统检测到设备空载运行时，经过10 min(可由岗位工自行设定)后自动停止加药动作，避免药剂损耗[9]。

4 柳湾选煤厂浮选智能化应用效果

浮选系统智能化项目开展前，入浮煤泥量无法量化，只能通过入洗原煤筛分资料近似查询。药剂添加量的大小和浮选泡沫层的厚度依靠职工凭经验手动调节。分选效果难以稳定，计量考核管理困难，职工劳动强度较大。

浮选系统智能化项目开展后，入浮干煤泥量通过在线流量计和浓度计实时检测，药剂通过蠕动泵精确添加，液位通过电动执行机构及红外测距仪精准调节，实现了量化的操作及考核管理，浮选系统整体运行效果得到明显改善，使全厂精煤整体产率增加0.3%以上。按照全年二车间入洗原煤200万t，精煤价格2 800元/t计算，则每年可增加经济效益1 680万元。

5 结 语

柳湾选煤厂浮选系统智能化实施后，对浮选系统重要参数实现实时监控，实时检测入浮流量和浓度，尾矿灰分仪实时检测浮选尾矿灰分，根据入浮流量、浓度和浮选尾矿灰分等参数实现智能加药，实现整个浮选系统闭环控制，真正实现了浮选系统的智能化[10]，提高了企业的经济效益。