一套適用于北方煤炭四港的機械化采制樣系統

楊金祥

(1.煤炭科學技術研究院有限公司檢測分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013)

一套適用于北方煤炭四港的機械化采制樣系統

楊金祥1，2

(1.煤炭科學技術研究院有限公司檢測分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013)

北方煤炭四港煤種多，煤質情況復雜，對機械化采制樣系統要求高，通過研究北方煤炭四港的煤質情況設計出一套機械化采制樣系統。闡述了系統工藝流程，對組成系統的單體設備、電控系統和工業電視監控系統分別介紹其工作原理、性能參數等，總結了本系統的技術特色。由第三方鑒定機構分別對應用于北方某港的卸車線采制樣系統和裝船線采制樣系統進行了系統性能鑒定試驗，得到了系統偏倚和精密度試驗結果。試驗和工業運行結果表明：系統能夠完成大粒度、高水、高灰煤炭的機械化采制樣工作，系統偏倚、精密度都達到了國家標準要求，提高了進出港煤炭采樣的機械化作業率。

北方煤炭四港；機械化采樣；性能鑒定試驗；偏倚；精密度

北方煤炭四港是指我國北部承擔國家“北煤南運”中轉裝卸任務的秦皇島港、京唐港、曹妃甸港和天津港四大港口。秦皇島港是世界第一大能源輸出港，是我國“北煤南運”大通道的主樞紐港；京唐港、曹妃甸港作為大秦鐵路擴能煤炭分流港口，張唐鐵路煤炭運輸的主要下水港，同樣承擔著國家“北煤南運”、煤炭出口的中轉裝卸任務；天津港是我國綜合運輸體系的重要樞紐，是京津冀現代化綜合交通網絡的重要節點和對外貿易的主要口岸。

北方四港煤炭貨源覆蓋礦區廣，煤種多，煤質情況復雜，本文在分析各港煤種、粒度、水分、灰分、粘性、運量等因素后，設計機械化采制樣系統工藝流程，并重點對系統組成設備和系統整體性能進行研究。

1 系統工藝介紹

本系統按如下基本能力要求進行設計：煤炭公稱最大粒度100mm；輸煤皮帶額定流量8000t/h；輸煤皮帶額定帶速5.8m/s；煤炭最高灰分30%；煤炭最高水分20%。

經計算，設計系統工藝流程如圖1所示，按照批煤量和初級子樣量，計算采樣單元數、初級子樣數、各級縮分比和設備能力。

圖1 工藝流程圖

2 系統設備組成

系統組成設備在設計和選型上充分考慮設備處理能力、系統整體匹配性和處理濕黏煤的能力。

2.1 初級采樣設備

初級采樣器用于從輸煤皮帶上全斷面地采集初級子樣，配置電機功率為55kW，型號為R147DVE 250M4/BMG122/HF，額定扭矩6420Nm。該電機具有快速制動功能，能保證采樣斗在旋轉一周后停在初始位置。

2.2 送料設備

皮帶給料機為慢速送料設備，帶速為0.08～0.1m/s，用于將初級子樣較均勻地輸送至一級破碎機。輸送機外殼全封閉，防止煤塵外溢，并配有物料整形裝置。輸送機膠帶寬度650mm，輸送能力20t/h，并具備除鐵功能。

棄料皮帶輸送機，帶速約為0.5m/s，膠帶寬度400mm，輸送能力30t/h，用以將縮分后的棄樣輸送至斗式提升機。

2.3 破碎設備

本系統破碎機配置電動疏通裝置，用于應對濕煤、黏煤粘附破碎機內腔壁，造成堵塞的情況。

一級錘式破碎機可將最大粒度200mm的煤破碎為≤40mm，為減少水分損失，破碎機轉子轉速設計為600r/min，綜合破碎能力為20t/h。

二級錘式破碎機將一級縮分后的煤樣進行二級破碎。出料粒度為≤13mm，轉子轉速600r/m，綜合破碎能力為5t/h。

2.4 縮分設備

2.4.1 皮帶縮分機

皮帶縮分機帶寬650mm，縮分器安裝在皮帶機上，截料斗開口寬度為150mm，通過聯軸器與快速制動電機連接，全斷面截取煤樣。縮分比通過計算在控制系統中設定。

2.4.2 旋轉式縮分器

旋轉式縮分器是針對本系統研發的高精度縮分器，用于煤樣的二級縮分。入料粒度≤20mm，縮分比1/12～1/36可調。旋轉縮分器配置振動電機，防止縮分時末煤粘附在管壁上，造成設備堵塞。

2.5 樣品收集設備

樣品收集器用于將分析用煤樣收集到不銹鋼樣品罐，為6工位，每個工位放置容量為30L的樣品收集罐，位置傳感器能夠定位樣品罐的位置和編號，收集一定數量的子樣后更換樣品罐，并在控制室監控界面上顯示目前接樣罐的編號。

2.6 斗提機

斗提機配置型號為TD250，淺斗，用于將棄料皮帶輸送的物料提升返回到港口輸煤皮帶上。

2.7 電控系統

電控系統由配電系統、PLC控制系統、系統運行操作軟件、工業電視監控系統等部分組成，通過操作界面控制系統啟停，輸入采樣周期、批煤量、編號、煤種等參數和信息[1]。

配電系統如圖2所示，具有過流、過載等完善的報警和保護功能。操作臺布置如圖3所示，配置工控機、UPS、系統運行操作顯示屏、工業電視監控顯示屏、打印機、電話、蜂鳴器以及系統啟停、遠程/就地切換、急停、復位等按鈕。

2.8 工業電視監控系統

工業電視監控系統由攝像頭、光端機、ITV監控站，工業電視、視頻線、光纜及控制電纜等部分組成，系統設備配置如圖4所示。

3 技術特色

3.1 適應大塊煤的機械化采制樣

北方煤炭四港貨源來自山西、陜西、內蒙等礦區，煤炭粒度不均，本系統能完成公稱最大粒度100mm，最大粒度200mm煤炭的采制樣。

圖2 配電系統

圖3 操作臺布置圖

3.2 適應濕黏煤的機械化采制樣

溜煤管內襯防粘煤的耐磨材料，能有效減輕濕黏煤在溜槽內的粘附現象。

在溜煤管最易堵料部位(旋轉縮分器入料口上部)增加主動送料裝置，保證煤流在此位置順暢進入下級設備。

旋轉縮分器設計增加震動疏料裝置，使設備管路的末煤在粘附初期被振動脫落。設備支架設計為橡膠減震柱結構，隔離震動對其他設備的影響，降低噪聲污染。

3.3 能夠實時監控采樣設備的運行情況

在初級采樣器、給料皮帶機、皮帶縮分機設備內部安裝了紅外攝像頭，通過控制室的監控屏幕可以實時掌握輸煤皮帶煤流情況、切割器停止位置及設備運轉情況。

4 系統性能

為鑒定本套機械化采制樣系統的性能，委托兩家第三方鑒定機構分別對應用于北方某港的卸車線和裝船線機械化采制樣系統進行了性能鑒定。

卸車線系統偏倚試驗選用平混7#煤種，試驗批量為8000t，起始試驗對數為40對。全水分試驗結構如表1所示，灰分試驗結果如表2所示。

經全水分偏倚試驗結果統計和灰分偏倚試驗結果統計，按GB/T19494.3進行顯著偏倚判定、實質性偏倚判定、0偏倚判定后，試驗結果的全水分最大允許便宜B值為0.6%時存在小于B的偏倚，水分系統偏低。試驗結果的灰分最大允許偏倚B值為0.45%時無實質性偏倚。

圖4 工業電視監控系統設備配置圖

樣號機采樣Mt(%)參比樣Mt，r(%)d=Mt-Mt，r(%)d2114．814．9-0．10．01214．515．0-0．50．25314．815．0-0．20．04414．814．80．00．00514．814．8-1．01．00614．214．6-0．40．16714．115．0-0．90．81814．114．8-0．70．49914．715．1-0．40．161014．615．0-0．40．161114．615．0-0．40．491214．415．0-0．60．361314．215．0-0．80．641414．415．0-0．60．361514．415．0-0．60．361614．015．0-1．01．001715．015．4-0．40．161814．315．0-0．70．491914．615．2-0．60．362014．915．3-0．40．162114．715．2-0．50．252214．415．0-0．60．362314．615．0-0．40．162414．415．0-0．60．362514．815．2-0．40．162614．615．2-0．60．362713．714．8-1．11．212814．014．6-0．60．362914．215．0-0．80．643014．315．2-0．90．813114．915．6-0．70．493214．415．0-0．60．363314．314．8-0．50．253415．015．2-0．20．043515．215．4-0．20．043614．415．0-0．60．363714．615．3-0．70．493815．015．2-0．20．043914．414．6-0．20．044014．315．0-0．70．49Σ---14．40平均值14．515．0-0．5-Sd--0．2541-

注：Mt為機采樣品全水分值，Mt，r為參比樣品全水分值，下同。

表2 灰分試驗結果

注：Ad為機采樣品灰分值，Ad，r為參比樣品灰分值，下同。

對于灰分為21%的平混7#，以6666t作為一個采樣單元煤量，使用該卸車線例行采樣程序，如每個單元采40個子樣，精密度見式(1)。

(1)

精密度核驗試驗，測定水分和灰分并計算其Ad后，按式(2)、式(3)計算精密度。

(2)

表3 全水分試驗結果

(3)

精密度上限=auP=1.75×0.191=0.33%；精密度下限=auP=0.70×0.191=0.13%。

所以，真實精密度在95%置信概率下落在0.13%和0.33%之間，優于期望精密度1.0%，可達0.48%。

裝船線系統偏倚試驗全水分試驗結構如表3所示，灰分試驗結果如表4所示。

表4 灰分試驗結果

經全水分偏倚試驗結果統計和灰分偏倚試驗結果統計，當B=0.5%時，在現行試驗條件下，系統在線水分不存在實質性偏倚；當B=0.5%時，在現行試驗條件下，系統在線灰分可接受無偏倚。真實精密度在95%置信概率下落在0.22%和0.56%之間，優于期望精密度1.0%，可達0.318%。

5 結 語

這套機械化采制樣系統針對北方煤炭四港設計，能夠完成大粒度、高水分、高灰分煤炭的機械化采制樣，通過性能鑒定，系統偏倚、精密度都達到了國家標準要求。經過工業運行兩年證明：該采制樣系統將進出港煤炭采樣的機械化作業率提高到了95%以上。

[1] 金祥，王琦，何明.大流量帶式輸送機中部機械化煤樣采制系統的單元化設計[J].煤礦機電，2012(5)：38-40.

[2] 劉金國.寬膠帶大流量移動煤流自動化采制樣技術[J].煤炭學報，2008(6)：690-693.

[3] GB/T19494-2004 煤炭機械化采制樣[S].中國標準出版社，2004.[4] ISO13909 Hard coal and coke-Mechanical sampling[S].2001.

A set of coal mechanical sampling system suitable for the four coal ports in North China

YANG Jinxiang1，2

(1.Test Branch of China Coal Research Institute，Beijing 100013，China；2.State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization，Beijing 100013，China)

Higher requirements are put forward in the mechanical sampling system because of complex coal sources and quality in the four coal ports in North China.Designed the sampling system through the research of coal quality of the four coal ports in North China，expounds the system process，introduces the composition of system equipment，power supply and control system，industrial television monitoring system，and the working principle and performance parameters of the component parts，summarizes the technical features of this system.Third-party accreditation body does performance evaluation tests respectively to the unloading and loading sampling systems applied in a northern port of China，and get the test results of systematic bias and precision.Test and industrial operation results show that：system is able to complete mechanization sampling work to large size，high moisture content，high-ash coal，systematic bias and precision have met the national standard requirements，improved the coal mechanization sampling rate of unloading and loading.

the four coal port in North China；mechanical sampling；performance evaluation test；bias；precision

2016-04-22

楊金祥(1983-)，男，漢族，山東壽光人，工程師。從事煤炭機械化采制樣系統設計及設備研發工作。

TQ531

A

1004-4051(2016)12-0148-05