智能化采制化技術(shù)發(fā)展趨向及應(yīng)用探析

鈕星星

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦，山西 柳林 033300）

選煤廠是煤炭洗選的主要場(chǎng)所，經(jīng)過煤炭洗選可去除原煤中大量的煤泥、雜質(zhì)等，將劣質(zhì)煤炭轉(zhuǎn)換成發(fā)熱量高、環(huán)境污染低的優(yōu)質(zhì)煤炭[1]。煤質(zhì)檢測(cè)是控制煤炭產(chǎn)品之上、提升經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)，將先進(jìn)的、可靠的煤質(zhì)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到選煤廠中，可在一定程度上改善選煤廠檢測(cè)手段滯后從而影響生產(chǎn)質(zhì)量局面[2-3]。

1 選煤廠采制化技術(shù)分析

選煤廠采制化系統(tǒng)應(yīng)用主要體現(xiàn)兩個(gè)方面[4-5]：

1.1 洗選生產(chǎn)階段

在洗選生產(chǎn)階段涉及到采制樣技術(shù)的主要環(huán)節(jié)包括精煤、洗混煤的制樣、分析以及快速沉浮試驗(yàn)等。選煤廠生產(chǎn)階段采制樣技術(shù)主要存在下述問題：

1）誤差大、自動(dòng)化程度低。采用人工采樣時(shí)誤差大，甚至?xí)绊懞罄m(xù)重選環(huán)節(jié)參數(shù)指定。選煤廠內(nèi)采用的機(jī)械化采樣技術(shù)只能采樣，缺乏對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)設(shè)備。在采樣、制樣過程中缺少棄樣返回設(shè)備。樣品采集后多是通過人工運(yùn)輸，子樣采集量低，不能有效代表試樣本身特征。部分選煤廠雖然采用機(jī)械化采樣、制樣，但是設(shè)備運(yùn)行可靠性、自動(dòng)化程度較低，仍需要現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員深度參與。

2）制樣環(huán)節(jié)影響因素多。采用人工制樣時(shí)樣品會(huì)受到多因素影響，從而造成制樣成品不能有效代表取樣產(chǎn)品特征；同時(shí)在樣品制備過程中噪音、粉塵產(chǎn)生量大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員也會(huì)帶來一定的健康威脅。

3）試驗(yàn)管理困難?；?yàn)、快速沉浮試驗(yàn)結(jié)果主要通過工作人員整理，數(shù)據(jù)處理認(rèn)真程度以及專業(yè)技術(shù)能力會(huì)直接影響化驗(yàn)以及沉浮試驗(yàn)結(jié)果。選煤廠生產(chǎn)一般集中在晚上，操作人員長(zhǎng)期重復(fù)勞動(dòng)會(huì)消耗大量的精力，有時(shí)會(huì)給試驗(yàn)結(jié)果造成影響。目前采用的強(qiáng)化管理措施雖然可在一定程度上提升試驗(yàn)結(jié)果可靠性，但是也存在管理困難問題。

1.2 銷售煤樣檢查

煤樣采樣、制備等環(huán)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性不足，煤樣缺乏必要的密封保護(hù)，人為因素會(huì)直接影響樣品成質(zhì)量。在煤樣后續(xù)分選過程中通過強(qiáng)化管理來減少人為因素影響，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。

采制化系統(tǒng)存在自動(dòng)化程度低、系統(tǒng)可靠性不足以及人員因素影響較大問題，而通過采用智能化采制化技術(shù)可提升煤樣取樣、制備以及化驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)精度，為選煤廠高效生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件，是選煤廠煤樣采制化主要發(fā)展方向。

2 智能化采制化技術(shù)分析

2.1 技術(shù)特征

智能化采制化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包括有采樣設(shè)備、制樣室、煤樣間、控制臺(tái)以及傳送系統(tǒng)等構(gòu)成。通過遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)作業(yè)人員無需接觸煤樣即可完成煤樣取樣、制備化驗(yàn)及分析，從而解決人員因素對(duì)化驗(yàn)、試驗(yàn)結(jié)果影響。常見的智能化采制樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成見下頁圖1。

圖1 智能化采制樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 煤樣采樣

煤樣采樣由于相對(duì)簡(jiǎn)單，采樣技術(shù)也相對(duì)成熟，選煤廠內(nèi)使用有各類型的機(jī)械化采樣設(shè)備，如汽車門式采樣等、帶式輸送機(jī)中部采樣機(jī)等，下頁圖2為在興隆莊煤礦采用的智能化煤樣采樣設(shè)備。

圖2 智能化煤樣采樣設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

技術(shù)較為成熟的煤樣采樣系統(tǒng)一般是對(duì)選煤廠原有采樣機(jī)改造而成。智能化采樣系統(tǒng)應(yīng)具備下述主要功能：

1）采樣時(shí)漏煤、堵煤或撒煤等故障發(fā)生率較低。

2）采樣設(shè)備可接受遠(yuǎn)程集控中心發(fā)出的指令，并按照帶式輸送機(jī)運(yùn)輸煤量合理確定采樣方案。

3）采樣設(shè)備可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、無間斷運(yùn)行，運(yùn)行可靠性高，僅需要進(jìn)行常規(guī)的巡視、保養(yǎng)以及檢修等工作即可滿足使用。

4）獲取到的煤樣可轉(zhuǎn)運(yùn)至制樣間，運(yùn)輸過程中受基本不受外界環(huán)境影響。

2.3 智能化制樣

現(xiàn)階段常見的智能化制樣設(shè)備有立式、臥式兩種類型，其中部分設(shè)備煤樣制備數(shù)量可達(dá)到48個(gè)/d。制樣室內(nèi)各個(gè)功能模塊相互配合完成煤樣制備工作，煤樣稱重后自動(dòng)完成破碎、干燥、研磨等環(huán)節(jié)，樣品制備完成后打包密封，通過傳輸系統(tǒng)進(jìn)入到存儲(chǔ)室或直接用以化驗(yàn)。制樣室內(nèi)各個(gè)功能模塊采用帶式輸送機(jī)連接，廢棄的煤樣集中存儲(chǔ)。

但煤樣制樣環(huán)節(jié)智能化程度仍有較大的提升空間，主要體現(xiàn)在故障排查、遠(yuǎn)程集中控制以及設(shè)備維護(hù)等方面。制樣過程中篩網(wǎng)等易損件消耗量大、設(shè)備可靠性仍有較大提升，甚至需要安排專人值守維護(hù)。此外在高強(qiáng)度運(yùn)行過程中樣品仍存在污染隱患。因此，在后續(xù)的研究中應(yīng)重點(diǎn)對(duì)存在問題進(jìn)行改進(jìn)。

2.4 樣品傳輸

樣品在輸送過程中管道輸送是最為常見方式，在實(shí)踐應(yīng)用中已基本可實(shí)現(xiàn)500 m以上長(zhǎng)距離傳輸。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)應(yīng)特別注意兩個(gè)方面：

1）采樣后的煤樣進(jìn)入到制樣室之前，對(duì)煤樣轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)境要求較高，在不能使用帶式輸送機(jī)或者管道情況下時(shí)應(yīng)安排專人采用密碼電瓶車運(yùn)輸。

2）在制樣室與化驗(yàn)室采用管道傳輸樣品時(shí)密封性仍有較大的改進(jìn)空間。

2.5 智能存儲(chǔ)

氣動(dòng)管道將從制樣室內(nèi)獲取的煤樣傳輸至存樣柜內(nèi)進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過自動(dòng)控制機(jī)械手臂進(jìn)行取樣、存儲(chǔ)、分類保管，全過程無需人員參與。智能存儲(chǔ)柜可根據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間自動(dòng)去除存儲(chǔ)超時(shí)的煤樣。一般情況下未經(jīng)授權(quán)人員無法進(jìn)入到智能存儲(chǔ)柜內(nèi)，具體智能存儲(chǔ)柜傳輸以及存儲(chǔ)操作流程見圖3。

圖3 智能存儲(chǔ)柜傳輸以及存儲(chǔ)操作流程

2.6 自動(dòng)制樣

自動(dòng)制樣一般采用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)，機(jī)器人按照預(yù)先設(shè)定的操作流程、制樣方案完成制樣工作?，F(xiàn)階段自動(dòng)制樣仍存在下述問題：

1）自動(dòng)制樣適用于含水率較低的煤樣。

2）自動(dòng)制樣功能仍有較大的提升空間，如自動(dòng)分揀、制樣數(shù)據(jù)制動(dòng)傳輸?shù)取?/p>

3）穩(wěn)定性仍需進(jìn)一步提升，如：自動(dòng)制樣設(shè)備斷電復(fù)位后無法自動(dòng)啟動(dòng)，仍需要人工復(fù)雜操作完成制樣。

3 智能化采制化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1）煤樣管控方面。煤樣制備應(yīng)全程可追溯，將采樣、制樣、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等各環(huán)節(jié)均可避免人工參與，從而消除人工參與誤差。采用先進(jìn)理念制定的采樣機(jī)綜合性能評(píng)定方法成熟性較高，煤樣制備、存儲(chǔ)以及取樣等環(huán)節(jié)均處于封閉環(huán)境中，制樣設(shè)備依據(jù)功能模塊指令模擬人工制樣過程，具有較高的安全性及可靠性。

2）設(shè)備可靠性方面。智能化采制化系統(tǒng)設(shè)計(jì)到電機(jī)、自動(dòng)化、控制以及機(jī)械等多學(xué)科，隨著各個(gè)學(xué)科的快速發(fā)展，智能化采樣設(shè)備的可靠性得以顯著提升，設(shè)備已具備數(shù)月不間斷運(yùn)行能力。主要發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度方向發(fā)展，將新技術(shù)應(yīng)用到智能化采樣系統(tǒng)中，不斷完成采樣系統(tǒng)功能，將采制化功能、模式、數(shù)據(jù)傳輸以及業(yè)務(wù)相融合，提升智能化程度同時(shí)使得系統(tǒng)具備故障智能化診斷、煤樣制備狀態(tài)分析以及智能輔助決策等功能；功能模塊銜接更靈活，依據(jù)煤樣制備需要，煤樣制備系統(tǒng)可智能判定煤樣制備、化驗(yàn)方式，功能模塊間可實(shí)現(xiàn)智能化組合。

3）適應(yīng)性廣。智能化采制化技術(shù)適用范圍廣泛，根據(jù)已有的資料表明，將智能化采制化技術(shù)與煤礦、電廠以及運(yùn)煤碼頭等原煤采樣、化驗(yàn)設(shè)備融合，可實(shí)現(xiàn)煤樣采制化智能化升級(jí)。

4 結(jié)論

1）對(duì)現(xiàn)階段選煤廠采制化技術(shù)分析，發(fā)現(xiàn)選煤廠煤樣采集、制備以及化驗(yàn)等采用人工操作時(shí)存在誤差高、結(jié)果可信度有待提升等問題，智能化采制化技術(shù)可有效解決上述問題。

2）對(duì)智能化采制化技術(shù)各個(gè)環(huán)節(jié)運(yùn)行流程以及存在問題進(jìn)行分析，并從煤樣管控、可靠性以及適應(yīng)性等方面提出展望。隨著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，智能化采制樣技術(shù)在選煤廠后續(xù)應(yīng)用會(huì)更為廣泛。