淺談智能化選煤廠建設

吳成山

(中煤新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232000)

隨著科學技術的發展，煤炭生產加工企業越來越重視新技術、新工藝、新裝備的應用。特別是近幾年有關煤炭行業的數字礦山、智慧礦山、機器人采煤、機器人煤矸分選、“黑燈”選煤廠等智能化技術成為大家關注的熱點，智能化選煤廠建設已然成為當今選煤行業的潮流[1].

1 智能化選煤內涵

智能化選煤以物聯網技術為支撐，選煤專業技術為核心，通過不斷完善的數據體系和洗選生產大數據的自主應用，加上智能化的選煤裝備以及人工智能技術的輔助，實現煤炭洗選加工過程的智能管理和控制，完成洗選任務智能決策、工藝參數智能設定、生產系統智能調整、選煤設備狀態智能檢測以及生產物資智能調控等，大幅降低員工勞動強度、穩定產品質量、提高生產效率，最終實現智慧分選。

系統地講，智能化選煤就是通過自動化手段對選煤廠生產信息進行采集、存儲，并對數據進行建模處理，生成決策信息，充分發揮數據價值，實現人工數據采集向系統自動采集轉變、運行狀態由經驗分析向大數據智能分析轉變，最終實現整個煤炭洗選加工過程智能化控制。

2 智能化選煤廠構架

智能化選煤本質上是利用先進的科學技術手段實現各類選煤設備或者系統通過自我實時在線調控確保煤炭分選效果的一種煤炭洗選加工技術。智能化選煤廠的設計理念為企業的ERP/PD管理,通過建立智能管控中心,實現安全、生產、設備、決策、質量控制和物資等管理各部分之間的緊密聯系,進一步優化生產組織架構和組織模式,實現生產系統的效率與智能化水平的提高,通過生產管理大數據平臺的構建,形成一套煤炭洗選加工智能化管理體系[2].理論上來說，同其他行業智能化邏輯組成一樣，智能化選煤廠的邏輯構架可以分為4個層次，分別為物聯網層、控制層、管理層和決策層[3]，見圖1.智能化選煤廠的構架要素有智能化信息云平臺、智能控制與管理和智能化裝備3大方面。其中，智能化信息云平臺是智能化選煤廠建設的基礎，智能控制與管理是實現手段，智能化裝備是實現選煤廠智能化的必要前提。通過構建智能化選煤廠智能化信息云平臺，加上各種先進的科學技術手段和裝備作為有利支撐，各類智能化選煤專用的模塊便衍生出來，這種模塊以云平臺作為載體應用到實際生產中。

圖1 智能化選煤廠構架圖

2.1 選煤智能化信息云平臺

選煤智能化信息平臺的建設情況直接決定了選煤廠智能化的成敗。選煤智能化信息云平臺應具有生產管理系統、安全管理系統、煤質管理系統、設備管理系統等,以實現生產信息的采集、分析和調整，見圖2.

圖2 選煤智能化信息云平臺圖

1)科學的數據采集。

建立選煤智能化信息平臺初期，需要對平臺建立過程中收集的選煤生產大數據信息理解透徹，確保平臺的可靠性。在進行大數據收集時，要因地制宜，方法科學，以確保采集數據的真實性、具體性、全面性等。采集數據粒度盡可能細、小，數據采集維度盡可能廣、大。如重介系統分選密度、浮選系統加藥量等與分選效果之間的關系是實時對應的，而不是以月度或年度為單位宏觀上統計的數據；廣范圍數據是指選煤廠的安全、生產、環境、煤質和管理等數據應是多維度、多方面的。平臺中所蘊含的數據信息應是從大量的實際生產中獲取，采集生產數據點需要考究，應根據管理需求確定采集點。此外，智能化信息云平臺的定位和建設目標必須要明確，這是確保平臺價值和選煤廠利益實現的前提。

2)清晰的架構設計和技術選型。

智能化信息云平臺技術是跨學科的新技術。網絡環境搭建、硬件技術都要嚴格以目標位中心選定。云平臺構建技術種類繁多，怎樣選擇能滿足要求，具體采用哪一種或幾種技術來實現目標等問題都是在選煤智能化信息云平臺建設時要明確的[4].

3)科學的管理框架。

煤炭洗選加工專業性強，影響因素多，生產數據復雜多變，數據處理難度相對較大，數據管理的難度也是不容忽視的。科學的管理框架是選煤智能化信息云平臺建設順利開展的必要條件。在建設過程中一定要明確項目負責人，各部門分工協作，各司其職。

2.2 智能化控制系統

智能化控制系統是使整個系統實現科學的、集成的控制，整個生產過程呈現出數字化和智能化的實現手段。構建智能控制系統的意義是多元化的，選煤智能控制系統應用于洗選加工過程中會極大地激發選煤系統和設備潛能，促使選煤廠生產效率顯著提升。選煤智能化控制系統是在無人干預的情況下，系統中各生產單元能根據分選原料的性質、用戶需求和硬件條件，自主地分析和調節操作參數，并能實現各生產環節整體協調，優化控制目標[5].

選煤智能化控制系統的構建需要以機械自動化技術和智能化控制技術作為支撐。機械自動化技術強調執行能力，主要負責處理常規性工作，各類生產操作均預先設定，整個系統運行過程中設備自動干預。智能化控制技術和自動化技術相互補充，是智能化控制系統建立的核心所在。由于影響分選效果的因素眾多，現階段智能化控制技術在煤炭洗選加工方面應用還需進一步突破。

2.3 智能管理

智能管理是人工智能與管理科學、知識工程與系統工程、計算技術與通信技術、軟件工程與信息工程等多學科、多技術相互結合、相互滲透而產生的一門新技術、新學科。智能管理是現代管理科學技術發展的新動向[6].

選煤智能管理將選煤專業知識同人工智能技術、計算機技術和科學算法技術有機結合，利用大數據系統和云平臺技術實現經營管理與生產工作的分析，通過信息找出其中的規律和問題并及時做出具體的解決方案，通過預測、優化和評價等實現對整個系統的智能化管理。選煤智能管理建立時要涵蓋機電、生產、物資、銷售、財務管理以及人力資源等多個方面，并且每個方面都要閉合。

2.4 智能裝備

智能裝備是智能化選煤廠實現的基礎，智能化選煤設備應具有故障智能診斷與修復的特點。智能控制系統通過對自動采集的設備運行狀態數據比對設備正常狀態標準，智能分析，根據設備狀態推送不同等級的報警信息，確保設備狀況發生變化第一時間得到治理。設備故障智能診斷與修復需要建立在完善的設備技術資料、大量的設備實時運行狀況數據以及詳盡的故障處理方案等基礎上。設備技術資料要包含設備基本信息、技術說明、備件與配件種類、庫存情況等。設備實時運行狀況數據包括電流、功率、溫度、振動、故障信號、保護信號、保護投撤信號、排料次數、排料周期、集控點、就地點等。故障處理方案可結合實際生產情況與經驗制定。

3 智能化選煤廠建設困境

3.1 選煤機械化程度需進一步提高

機械化選煤是煤炭洗選加工大型化發展的基礎，以機械設備運轉代替人力手工分選，極大程度地解放了勞動者，實現了煤炭洗選加工的規模化。近些年，我國選煤機械化水平雖得到了進步，但就整個選煤系統而言仍有部分崗位沒有完全實現機械化，選煤機械化程度需進一步提高。如人工手選揀矸、原煤和精煤里雜物清理、皮帶機淤堵以及清掃器漏掃的物料清理、車間衛生打掃等崗位都有待實現機械化，尤其是手選崗位勞動強度大，生產效率低，安全風險相對較高，不利于企業高效發展。目前，已有天然與人工射線識別干選、AI機器人視覺識別手選等機械化分選技術的實際應用，雖然技術尚未完全成熟，但無疑是一個很好的開始。

3.2 選煤自動化和信息化需升級

受技術本身和硬件投入的限制、自動化和信息化技術發展不均衡以及管理模式相對落后等因素的影響，現階段，國內各地區煤炭洗選加工自動化和信息化等方面的水平存在較大差異。目前，全國60%以上的選煤廠有較大自動化信息化升級空間。比如，跳汰機尚未實現復雜工況下的全自動控制，重介粉添加、濃介制備環節還有的是手動，浮選環節自動化進展緩慢，煤泥水系統絮凝劑、助濾劑等藥劑添加還沒有真正實現全自動集中控制，壓濾生產環節尚未實現全車間閉環自動控制。

3.3 選煤數字化有待發展

數字化是實現智能化的前提和基礎。現階段，大多數煤炭洗選加工企業有效利用數據的能力仍亟待提高。比如目前大部分選煤廠都配備了視頻監控系統，但視頻信息的收集、篩選以及分析處理等還是需要以人為主體來完成。

3.4 選煤核心業務智能化研究進展緩慢

現階段，我國煤炭洗選加工智能化雖得到了一定的發展，但重點是在理論研究方面，實際生產應用水平仍然不高。如圖3所示，近些年來，選煤行業大部分研究是圍繞“強”自動化進行的，其技術與手段極盡所能，從生產集中控制，到生產單元自動控制，到無線移動遠程操控，人員定位等。同時，生產過程中對設備管理研究較多，重點在設備信息采集與查詢，實現了設備的全方位信息管理和在線檢測，最大的特點是全方位監視，最大的弱點是沒有數據分析，大量信息沒有集成。我國選煤核心業務內容進展緩慢，雖然對重介、浮選過程控制都有研究，但成熟案例相對較少。

圖3 選煤行業智能化現狀圖

4 建設智能化選煤廠建議

智能化選煤廠的建設應本著“統籌規劃、面向應用、突出重點、分步實施”的原則，依托現有資源和信息化工作的基礎，加強標準體系建設，強化標準實施與監督力度，為智能化選煤廠建設提供支持、保障和服務。

智能化選煤廠建設涉及到煤炭分選設備、煤炭洗選加工工藝、煤炭洗選加工技術、煤炭洗選加工過程控制與煤炭洗選加工管理決策等多個方面，將現代選煤、傳感檢測、物聯網、工業互聯網、移動互聯網、智能化信息云平臺和人工智能等新一代技術最新成果有機結合起來[1]，其中選煤專業技術是智能化選煤的核心技術。智能化選煤廠建設必須是在選煤管理與選煤過程控制方面實現智能化的前提下進行的。此外，煤炭洗選加工輔助生產與管理環節也是應該關注的范疇，條件不具備的應逐步改善條件，以推動相關技術的發展，最終實現整個智能化選煤廠。

5 結 語

目前，我國煤炭洗選加工行業智能化技術研發和應用大都處于起步階段。智能化選煤廠建設是一個相當復雜的工程，即使只是建設一個智能化車間，需要的也是一個系統的解決方案，而不是單一的技術和產品的簡單組合。選煤廠智能化轉型升級任務的完成，需要整個煤炭洗選加工行業的引領和規范，來整合業內全部的優質資源進行高效優化配置，協同推進，全流程提供融合式落地級服務。