TDS智能干選機在余吾煤選煤廠的應用研究

楊 陽

（潞安余吾煤業有限責任公司，山西 長治 046100）

引言

煤礦資源是推動國家快速發展的重要能源，不斷加大對煤礦資源的開采及分選效率，保證所使用的煤炭具有較高品質，是當前煤礦開采及分選環節重點考慮的問題[1]。智能干選機作為選煤廠的重要設備，其高效穩定與精準分選性能的保障，是得到高品質精煤的重要前提[2]。

1 智能干選機應用環境的分析

山西潞安（礦業）集團余吾煤業選煤廠的規模為6.0 Mt/a，余吾井田含煤地層為二迭系下統山西組和石炭系上統太原組，煤系地層總厚134.78～187.56 m，平均154.74 m，其中主要可采煤層一層，為3號煤，該煤層全區穩定可采，位于山西組中下部，煤層厚5.00～7.25 m，平均5.99 m，夾矸0～3層，一般1層，厚約0.27 m，屬結構簡單至較簡單煤層[3]。另外，該礦井頂板一般為泥巖、粉砂質泥巖，底板一般為黑色泥巖、粉砂巖。該選煤廠的塊煤可作為化工用煤，末煤是優質的高爐噴吹用煤。

2 智能干選機工作原理的分析

目前，市場上應用較為成熟的干選設備包括TDS智能干選機、CXR智能干選分選系統等，其中TDS智能干選機的應用更為廣泛[4]。TDS智能干選機是一套自成系統的完整設備（見圖1），其系統結構主要包括帶式布料系統、智能識別系統、智能執行系統、輻射防護系統、電控系統、智能REC系統、除塵系統、溫控冷卻系統、自動報警系統（啟車）、視頻監控系統（設備內部運行圖像）及智能干選機平臺軟件等部分。其基本原理為：采用X射線的智能識別方法，借助根據入選原煤煤質特征建立的與之相適應的分析模型，對煤與矸石進行數字化識別，利用高壓氣槍擊打，實現煤、矸的分離。當智能干選機內部風壓不足時，該型智能干選機能自動發出相應的報警提示。系統整體具有輻射檢測和報警、故障報警分析功能[5]。

圖1 TDS智能干選機實物圖

3 智能干選機關鍵系統的設計

3.1 關鍵功能及參數的設計

為所設計的干選機配備1臺電控柜及1臺智能REC柜，電控柜及智能REC柜的防護等級為IP55，能實現就地、遠程、運行、故障無源干節點等信號的通訊，并實時接收集控運行信號（無源干節點）。干選機空壓機的風量≥19.6 m3/min（標況），空壓機出口風壓為0.8 MPa。在正常用風工作狀態下，閥箱入風口壓力保持在0.65～0.8 MPa之間，設備帶寬1 800 mm，最大處理能力達到150 t/h。另外，處理物料有效分選粒度上限為100 mm，下限為25 mm。進入TDS干選機的物料中，－25 mm粒級含量不超過入料量的10%。

3.2 關鍵硬件的選型設計

根據干選機的功能特點，選用2臺市場上成熟的研華電腦作為上機位工控機，下機位則為MP2000系列的MP2310機械控制器，為實現對干選機16軸的控制，配備1個SVB-01模塊[6]。另外，系統中的電磁閥為SMC型的雙位電控電磁閥，并在設備內部的各個位置安裝磁性開關和光電傳感器，監控系統為CCD的工業遠心鏡頭，通過以太網和RS485接口進行數據通信傳輸。

3.3 伺服電機電路的設計

有效保證干選機硬件之間的電氣穩定和可靠，是保證整個干選系統安全高效運行的關鍵。因此，重點對干選機伺服電機的電路進行了設計。采用千兆以太網方式將PLC控制器與上機位及下機位工控機進行快速連接，可實現數據信號的快速傳輸。在PLC和I/O模塊之間采用DC 24 V直流供電，同時在電路中配備了多個伺服警報燈和KM觸點開關，實現對設備伺服電機電路的（見圖2）連接通信。

圖2 伺服電機連接電路圖

3.4 驅動電路的設計

驅動電路（見圖3）主要用于為設備內部電路提供正反向電壓及IGBT開關控制信號，并保證電路具有較強的抗干擾能力。為此，在驅動電路設計中，選用IR2233芯片作為驅動電路芯片，利用芯片內部的集成運算放大器，可實現對電路中的過流、過壓、欠壓等功能保護。其中，該電路也能將直流電源逆變成UVW三相交流電輸出。另外，配備多個C電容器，能作為電路中高端供電電源的自舉電容，通過PWM方式控制電路中的信號，R2為交流檢測電阻，能將電流轉換為相應的電壓信號。

圖3 驅動電路的電路圖

4 智能干選機的現場應用評價

在完成TDS智能干選機的系統設計后，將其在山西潞安（礦業）集團余吾煤業選煤廠進行了現場測試。在測試過程中，主要對干選機的分選量、分選尺寸比列、耗電量、年產規模等進行了應用評價。經過現場應用測試可知，該智能干選機運行良好，性能更加穩定可靠，分選后超過50 mm的大塊煤產量增加了將近35%，同時實現了分選全程的遠程操作及檢測控制。據對比統計，在2個月的應用測試中，該設備的耗電量和耗水量大幅降低，現場作業人員減少了70%以上。可見，此TDS智能干選機的成功應用，達到了預期效果和目的。