黄陵一号煤矿选煤厂智能化建设实践与思考

何 晨

(陕西陕煤黄陵矿业有限公司，陕西 黄陵 716000)

随着国家“创新驱动”要求的逐步推动，国家能源局和陕煤集团对智能化选煤厂的“建设指南”和“验收办法”逐步确定，智能化选煤厂建设已成为建设趋势。近年来，一号煤矿选煤厂继自动化升级改造基础平台建设工作完成后，先后开展了浮选自动加药、智能干选、智能浓缩、智能压滤、远程停送电、智能装车等项目的研发和应用，初步形成了“顶层设计、完善基础、单元突破、分步建设”的基本建设思路，正在向着“生产过程可视化、工艺过程信息化、设备状态在线化、决策部署智能化”的目标迈进。

1 智能化建设实践

1.1 网络建设

网络建设是实现数据采集、工艺参数智能调节、设备全生命周期管理、设备在线监测管理、隐患问题闭环管理等的基础平台。目前一号煤矿选煤厂搭建了4G专用网络，实现了4G网络在厂区的全部覆盖，其中视频环网采用了主干万兆带宽网络，针对视频摄像点分布广、数量多且相对分散的问题，利用光端机实现对离散视频信号的集中，最终汇聚到视频网络平台中，形成星型网络拓扑架构；基于大型PLC控制器的控制平台采用工业控制通信环网，主要保证集控数据的实时性和安全可靠性，实现了实时对网络中发生的故障进行报警和通知，并且在网管软件中通过图形化的方式显示出来，方便故障排查与处理，实现了控制网、视频网、4G网“三网”数据互通，为智能化应用奠定数据传输基础。

1.2 智能管控平台

为了更好地对智能化选煤厂系统进行科学有效的管理，高效地利用数据，保证业务系统的稳定、高可用、可迁移、可适应未来的高负载运行要求，实现选煤厂各单元之间数据共享、信息共享和知识共享，选煤厂已初步建成Xproc管控平台。其可实现运行实况监测、生产量统计、生产消耗量统计、视频联动、设备运行状况实时监测、设备全生命周期管理、装车外运状况、远程停送电管理、物资管理以及隐患排查等功能，可以通过移动终端实时掌握全厂生产情况，结合设备在线监测装置自动推送故障报警，将报警设备定岗推送。

1.3 智能生产系统

(1)智能集控。高度集中的自动化水平是智能化选煤厂建设的基础。一号煤矿选煤厂经过多次的升级改造已实现远程自动化控制，所有设备均可遵循工艺流程实现一键启停，需调节的阀门、翻板等辅助设备均都能远程集中控制。

(2)智能重介。重介密度智能控制是通过对精煤产品的灰分、磁含量、合介桶位、补水量、分流量、合介入料压力进行在线监测，反馈给密度控制系统。密度控制系统根据设定合介密度目标值、磁性物含量目标值与合介液位情况综合调整合介密度、合介磁性物含量及合介桶液位。密度计的瞬时值与密度目标值的差值来决定调高或降低密度；磁性物含量计显示值与磁性物含量最佳范围的对比来决定分流量的控制以及合介桶实时液位值的逻辑控制。通过合理控制分流阀和补水阀的开度，实现密度系统的智能调节，最终实现模糊控制产品质量的目的。重介密度智能控制可根据精煤灰分的瞬时变化，实时调整密度及相关参数，可避免人为操作滞后的问题。目前，该厂已实现自动补水、自动分流，并与精煤产品灰分联动实现了闭环控制。但由于精煤产品由重介精煤、粗精煤、浮选精煤三部分组成，因此，密度与灰分闭环控制存在较大的局限性，再者在线监测系统准确、稳定也是制约智能洗选的一个因素[6]。下一步需在精煤分产品检测和检测设备准确性上进一步探索，并建立煤质估计与重介参数相联系模型，在迭代过程中寻找最优解，确定合理的系统控制参数，用迭代的方式持续性优化子系统，实现智能化重介分选，提高选煤效率。

(3)智能拣矸。智能拣矸运用最为成熟的技术是采用分布筛将原料单层均匀地排列在胶带上，通过射线进行监测，监测后数据由数据排线传给上位机，上位机操纵高频电磁阀，利用高压风改变矸石运行路线将矸石选出，或用机械手将矸石拣出，实现煤矸分离，该厂已成功投运智能拣矸系统，处理粒度范围是50～300 mm，矸石排出率达到85%以上，矸中带煤保持在3%以下。而不断提高干选精度和扩大分选粒度范围是智能干选技术不断研发的重点方向。

(4)智能浮选。浮选加药智能控制系统由 PLC+专用控制器、智能数据采集、开关量输入/输出模块、浓度计、流量计、药剂添加控制一体化装置、相关阀门等组成。目前该厂通过在入料管上装设流量计和浓度计，计算浮选入料中每小时的干煤泥量，根据干煤泥量计算出总加药量，操作人员再根据浮选尾矿的情况，设置加药比例，PLC通过控制电磁阀的开关频次，实现加药量大小的调整，避免了人员手动给药滞后的问题。但受浮选精矿灰分检测技术的制约，未能实现给药量与精煤灰分的闭环控制。下一步需在矿浆灰分检测仪器中继续探索，实现加药量与灰分的闭环控制。

(5)智能压滤。智能压滤系统是煤泥水智能加药和压滤系统智能补料、卸料的智能联动系统。煤泥水智能加药是煤泥水处理净化的重要环节，其中检测仪器的应用尤为重要，该厂现用于检测浓缩机中清水层厚度的界面仪，基本能够实际反映监测精度在±200 mm以内，并据此判断是否需要加药及加药量。但是受煤质变化影响，界面仪表面会附着煤泥，影响对清水层厚度的判断。该厂采用板框压滤机，其智能系统由压滤机高度集成和压滤机入料压板卸料自动循环等组成，通过与浓缩池煤泥沉降情况、压滤机入料浓度、浓缩池清水层浊度等联动，实现了系统自动补料、自动停料判断、自动排队卸料以及移动端监测控制等功能。下一步需继续探索将智能压滤系统的实时数据反馈至生产数据中心，供数据分析，以便实时调整压滤系统。

(6)智能装车。该厂运用图像、激光、红外等多项检测技术，通过建设3D煤仓、在线计量、车号识别、来车检车、光幕定位、雷达检测、装车模型、防冻液管理等多个子系统，实现了车号自动识别、车辆精准定位、智能装载、智能称重，防冻液智能喷洒等功能，整个装车过程远程可见，并能实时显示当前任务状态、装车状态、装载质量、异常报警、装车报表等重要信息。

1.4 智能辅助系统

(1)设备测温测振系统。设备在线检测系统可提前诊断设备故障，为保障生产、杜绝影响扩大化、预防性检修提供可靠依据。该选煤厂在37 kW以上电气设备(电动机、减速机)安装测温传感器和振动传感器，覆盖率75%以上，并开发了单独的管理系统，采集的数据实时上传到移动终端和集中控制中心，实现实时查看温度值、振动值和历史曲线、报警信息等，结合在线测温测振的检测结果，选煤厂巡视岗位工重点使用离线点检仪，对异常设备进行进一步检测。但对于异常频谱的分析需要专业软件和工程师，因此，下一步需继续开发专业分析软件或与专业分析团队合作进行该项工作。

(2)智能照明控制和人员定位系统。智能照明和人员定位的应用也是选煤厂智能化建设必不可少的内容。其可发挥监督岗位人员是否按照既定路线巡岗，并实现人来灯亮、人走灯灭，调节照明亮度等功能。目前该厂通过调研正在逐步实施智能照明、人员定位系统。该系统采用UWB技术的人员定位系统，在主厂房实现智能照明控制和人员定位，但UWB技术采用高频信号(3.5 ～4.5 GHz)，受选煤厂设备密集、建筑物阻挡等因素影响，易造成信号屏蔽，需根据现场具体情况确定采集分站等数量，确保信号覆盖全面。

(3)智能综合预警。智能综合预警主要对生产系统关键环节和重点部位进行实时监测，实现对生产过程异常报警、智能停机。该厂目前建设的内容主要包含运输机故障预警、料箱溢料预警、筛板脱落预警等。在运输机故障预警中利用电磁感应式传感器技术，根据两侧感应时间差，通过PLC程序判断设备错链、断链、刮板断裂等状况并报警；在料箱溢流预警中应用液位电极检测液位，实现预警和控制相关设备。

(4)智能停送电。目前，智能停送电管理主要是采用停送电管理系统和手持终端实现无纸化审批，对低压停送电实现远程操作。该厂建立了单独的远程停送电控制室，配置监控主机用于远程停送电操作，依靠电压继电器实现分合闸检测。下一步建议在配电室设置机器人，对停、送电设备、配电室温度、湿度、烟雾等进行检测。

2 智能化建设思考

2.1 提高认识，合理规划

智能矿井和智慧矿区是当前建设的主流趋势，智能选煤厂建设是智能矿井必不可少的一部分。因此，各煤矿企业需要重视智能选煤厂的建设，统一规划，减少重复投资和建设内容，利用前沿技术完善智能选煤厂的基础建设工作。

因工艺、产品结构、煤质、现场基础设施等多方面因素的不同，因此，智能选煤厂的建设过程中应该因地制宜，根据自身条件及需求，选择不同的路径、设置不同的目标，但其核心目标应注重于分选环节，并注重智能化成果的落地、落实，最终实现精准的选煤过程控制和高效的选煤管理目标。

2.2 人工辅助智能决策

智能决策系统在国内选煤厂均有开展，但受各种因素的影响，暂不成熟，无法达到预期效果。笔者认为智能决策应先借助人工干预，从煤质情况分析、工艺效果评价、单机设备指标评价、产品结构优化、设备健康情况分析、经营情况分析6个方面开展，逐步积累学习经验，最终摆脱人工辅助。

2.3 智能化复合人才的培养

选煤原理简单，实际分选过程复杂，特别是炼焦煤选煤厂更为复杂，与焦化、钢铁、电力行业对比具有典型的“易学难精”的特点，加之选煤厂智能化建设涵盖工程基建、自动化、通讯、软件、物联网等多个技术领域，涉及工程建设、机电、通讯、软件、数据分析、图像识别、人工智能、流体力学、测控、自动化、选煤等多个专业，因此，对人才要求更高，建议在人才培养方面，从高校开始就着力培养洗选复合型人才。

3 结 语

选煤厂智能化建设已在各煤矿企业逐步推进，且取得了一定的成绩，但建成智能选煤厂不是一朝一夕就能做好的事情，实现全局智能化依然有很长的路要走。应首先考虑在自动化方面的提升，尤其是选煤核心业务控制过程的自动化、数字化、智能化建设，然后逐步纳入辅助生产环节，从而推动相关新技术的落地应用，最终实现选煤厂智能化。