順和煤礦選煤廠手選矸石系統(tǒng)技術改造及智能選矸可行性分析

張 林

（永煤集團順和煤礦，永城 476600）

在煤礦產(chǎn)出過程中，煤的含矸率決定了煤質(zhì)的好壞。含矸率越高，煤的質(zhì)量越低。由于順和煤礦西域偶爾有斷層出現(xiàn)，矸石量明顯增多，尤其是50～100 mm的可見矸石數(shù)量增多，造成了手選作業(yè)勞動強度增大、生產(chǎn)效率低、工作環(huán)境差以及入洗原煤質(zhì)量不穩(wěn)定等問題[1]。

為了克服手選作業(yè)的弊端，在原有手選作業(yè)設施的基礎上進行了改造。手選作業(yè)環(huán)節(jié)位于篩分作業(yè)和破碎作業(yè)之間。手選工站的主要工作內(nèi)容為在皮帶兩側(cè)除去大塊矸石和其他雜物。為了提高作業(yè)效率，在選矸口每側(cè)增加一個選煤口，并在手選皮帶機頭破碎機上方加裝翻版。矸石多時由手選工進行選煤作業(yè)，并將矸石直接外排至落矸點[2]。雖然在過斷層矸石多時外排矸石減輕了手選工的勞動強度，但是工作環(huán)境和安全隱患并沒有改善，因此改造選矸系統(tǒng)勢在必行。智能選矸系統(tǒng)不僅可以提高分選效率，降低經(jīng)濟成本，還可顯著提高煤炭生產(chǎn)的經(jīng)濟效益與社會效益。

1 采用智能選矸系統(tǒng)的背景及意義

手選作業(yè)是原煤作業(yè)的一個重要環(huán)節(jié)，能夠在洗選作業(yè)前確保入選粒度滿足要求。因為挑揀煤中矸石是煤炭加工過程中的重要環(huán)節(jié)，所以先進的分選方式越來越受到煤炭行業(yè)的重視。對手選皮帶布置煤與矸石在線自動分選系統(tǒng)需要考慮以下幾個方面。

首先，由于近年來國民經(jīng)濟增長迅速，同時由于煤炭是不可再生資源且煤炭對環(huán)境的影響較大，國家開始對煤炭產(chǎn)業(yè)限產(chǎn)限量，從而導致煤炭下游行業(yè)經(jīng)營困難，煤炭企業(yè)經(jīng)濟效益呈大幅下滑趨勢，而傳統(tǒng)手選作業(yè)使得煤炭企業(yè)生產(chǎn)和管理成本增加[3-4]。

其次，目前我國多數(shù)選煤廠仍采用傳統(tǒng)人工選矸方式，工作過程中選矸弊端凸顯，如員工配置多、人工成本較高、工況復雜、安全管理壓力大、工作環(huán)境差、勞動強度大、工作時間長以及分選效率低等。另外，員工分選熟練程度和職業(yè)技能也會影響分選效果。同時，噪聲和粉塵嚴重影響工人的身心健康。這些原因都會影響煤炭行業(yè)的發(fā)展。

最后，在原有設施基礎上，安裝智能選矸系統(tǒng)代替人工選矸系統(tǒng)，有利于進一步減輕工人的勞動強度、改善工人的工作環(huán)境、減少人力資源配置、降低勞動成本及入洗成本以及提升成品煤品級，從而提高煤炭行業(yè)的經(jīng)濟效益[5]。

2 原煤系統(tǒng)工藝流程簡介

原煤系統(tǒng)的工藝流程為先經(jīng)主井箕斗從礦下煤倉提升到地面緩沖倉內(nèi)，然后借助給煤機、輸送帶運輸?shù)秸駝臃旨壓Y，其中粒度大于50 mm的原煤被運送到手選皮帶，去大塊矸石和其他雜物后進入破碎機破碎，破碎后與篩下物經(jīng)轉(zhuǎn)載皮帶送至原煤倉。

順和煤礦選煤廠設立有兩條手選皮帶，一用一備，現(xiàn)已將其中一條皮帶的選擇方式改造成既可選矸也可選煤塊，且可根據(jù)煤質(zhì)情況進行隨意調(diào)節(jié)手選的方式。其手選崗位設立在原煤車間三樓手選皮帶兩側(cè)。

3 智能選矸系統(tǒng)的原理及構成

智能選矸系統(tǒng)通過采用大功率X射線源及高精度雙能成像系統(tǒng)，針對不同的煤質(zhì)特征建立與之相適應的分析模型，經(jīng)智能識別方法和數(shù)據(jù)分析，能夠?qū)γ号c矸石進行數(shù)字化識別，最終通過排矸系統(tǒng)將矸石排出。如圖1所示，該系統(tǒng)主要由振動給料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、成像分析源、計算機智能控制系統(tǒng)、輻射源控制系統(tǒng)以及物料分離執(zhí)行裝置等部分組成。

圖1 智能選矸系統(tǒng)

4 智能選矸系統(tǒng)的功能及特點

智能選矸系統(tǒng)具有以下功能及特點。第一，分選精度高。采用大功率X射線源及高精度雙能成像系統(tǒng)，結合自學習智能圖像識別算法，識別精度可接近淺槽重介，顯著高于動篩跳汰機。第二，入選粒度寬。該系統(tǒng)可有效分選粒徑為50～300 mm的原煤。第三，分選煤種范圍廣。使用該系統(tǒng)分選煤種范圍廣，不受溫度的影響，環(huán)境適應性強，且可預設不同分選模式，識別、剔除參數(shù)也能夠個性化設置。第四，原料損耗和成本低。使用該系統(tǒng)既可以煤中選矸，也可以矸中選煤，而且建設周期短，運行成本低，能夠顯著提高煤企經(jīng)濟效益。第五，操作簡單、維護方便。該系統(tǒng)采用觸摸屏操作，各種參數(shù)可自由設置，具有操作簡單、維護方便以及抗惡劣環(huán)境能力強的特點。

5 智能選矸系統(tǒng)的可行性分析

以智能化矸選技術代替現(xiàn)有人工手選工藝，能減少改造原有工藝設備的工程量，使生產(chǎn)組織更加靈活。同時，該系統(tǒng)后期運營維護費用低，能夠極大改善工人工作環(huán)境，減少安全隱患，且具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

5.1 輸送機構

傳輸帶帶速為0.8～1.0 m·s-1，帶寬為1.0～1.2 m，通道為4～6個，帶長為16 m，處理量為60～80 t·h-1。與現(xiàn)有的分選皮帶相匹配，它完全可以配套使用，安裝在原分選輸送帶的位置。

5.2 排隊系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用的是分散型、動態(tài)線接觸方式的機械排隊系統(tǒng)。經(jīng)過振動分級篩篩分后，煤與矸石的混合物進入分選皮帶，由皮帶上的導向板排隊后，形成與氣閥道口呈一條直線的排列方式，使其有序地經(jīng)過檢測點中央。該系統(tǒng)安裝在原分選輸送帶上方的位置。

5.3 檢測系統(tǒng)與控制系統(tǒng)

經(jīng)過排隊后的煤、矸石和其他雜物的混合物，在傳輸過程中會經(jīng)過放射源和射線傳感器檢測點，傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)后進行物理特性判斷，從而區(qū)分出煤、矸石和其他雜物，并據(jù)此發(fā)出相應指令。該系統(tǒng)安裝在原分選皮帶的排隊系統(tǒng)后方有空余的位置。

5.4 執(zhí)行系統(tǒng)

執(zhí)行系統(tǒng)的噴嘴呈陣列式布置。根據(jù)目標的位置和質(zhì)量分布，該系統(tǒng)能夠自動控制多個噴嘴的噴吹時間，對脫離皮帶后呈自由落體狀態(tài)的煤與矸石產(chǎn)生吹力，從而將矸石吹打到矸石通道，實現(xiàn)煤與矸石的分離。該系統(tǒng)也可以根據(jù)矸石含量多少，靈活切換噴吹分選方案。它安裝在原分選皮帶的盡頭。

6 經(jīng)濟及社會效益分析

6.1 經(jīng)濟效益

以年產(chǎn)量為100萬t、矸石為15萬t的煤礦為例，一臺煤矸分選機能夠取代14個人工來撿矸石，并且人工撿矸率為50%，將會使7.5萬t矸石進入洗選生產(chǎn)流程，洗選成本為每噸30元。而智能選矸系統(tǒng)的撿矸率為85%，僅有2.25萬t的矸石會進入洗選生產(chǎn)流程，對比經(jīng)濟指標如表1所示。每年節(jié)省234.5萬元，投入產(chǎn)出比為123%。

表1 智能選矸與人工選矸對比經(jīng)濟指標

由表1可以看出，煤矸分選機比人工的撿矸率提高了35%，不僅提高了煤的發(fā)熱量和粘結度，而且比原來人工撿矸的煤價高，從而使煤的售價有了提高，并且節(jié)省了人力，降低了工人的職業(yè)病危害。

6.2 社會效益

6.2.1 可自主確定夾矸煤的去向

智能選矸系統(tǒng)能夠根據(jù)市場需求調(diào)整煤矸識別的參數(shù)值，其中的“夾矸煤”可根據(jù)社會需求及煤質(zhì)要求來確定“夾矸煤”的去向。既可以當作矸石去除，也可當作煤塊將其留下。

6.2.2 節(jié)能減排、減少開支

智能分選系統(tǒng)將大量成熟安全應用的射線及圖像識別技術、人工智能深度學習技術、多種實時運行信息預警判斷告警技術以及穩(wěn)定可靠的多模塊化機械揀選技術等進行了有機高效結合。工作過程中，整套設備中除識別系統(tǒng)和揀選設備外，其余皆為弱電控制，用電量較少，相比較其他現(xiàn)有洗選設備將大大減少企業(yè)的用電負荷。

7 結語

在當今市場經(jīng)濟競爭和國家相關政策調(diào)整的新形勢下，煤礦成本管理出現(xiàn)了新情況和新挑戰(zhàn)。為了適應這種模式要抓好3個方面的工作：第一，在成本管理上追求精打細算，將成本結構由粗放管理轉(zhuǎn)化為集約管理和精細管理；第二，根據(jù)國家相關政策調(diào)整并提高行業(yè)標準以及技術工藝裝備等；第三，進行工藝創(chuàng)新、降耗增效，通過改造采用新技術、新工藝、新裝備以達到提效降耗的效果。因此，智能選矸系統(tǒng)對于提高分選效率，降低企業(yè)用工成本具有重要意義，不僅可顯著提高煤炭生產(chǎn)的經(jīng)濟效益與社會效益，而且智能化選矸也為選煤廠的發(fā)展注入了新活力，提供了新動能，從而加快了礦井轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的步伐。