TDS智能干選機(jī)在余吾煤選煤廠的應(yīng)用研究

楊 陽

（潞安余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046100）

引言

煤礦資源是推動(dòng)國家快速發(fā)展的重要能源，不斷加大對(duì)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(zhì)，是當(dāng)前煤礦開采及分選環(huán)節(jié)重點(diǎn)考慮的問題[1]。智能干選機(jī)作為選煤廠的重要設(shè)備，其高效穩(wěn)定與精準(zhǔn)分選性能的保障，是得到高品質(zhì)精煤的重要前提[2]。

1 智能干選機(jī)應(yīng)用環(huán)境的分析

山西潞安（礦業(yè)）集團(tuán)余吾煤業(yè)選煤廠的規(guī)模為6.0 Mt/a，余吾井田含煤地層為二迭系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)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(hào)煤，該煤層全區(qū)穩(wěn)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(jié)構(gòu)簡單至較簡單煤層[3]。另外，該礦井頂板一般為泥巖、粉砂質(zhì)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(yōu)質(zhì)的高爐噴吹用煤。

2 智能干選機(jī)工作原理的分析

目前，市場(chǎng)上應(yīng)用較為成熟的干選設(shè)備包括TDS智能干選機(jī)、CXR智能干選分選系統(tǒng)等，其中TDS智能干選機(jī)的應(yīng)用更為廣泛[4]。TDS智能干選機(jī)是一套自成系統(tǒng)的完整設(shè)備（見圖1），其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括帶式布料系統(tǒng)、智能識(shí)別系統(tǒng)、智能執(zhí)行系統(tǒng)、輻射防護(hù)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、智能REC系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、溫控冷卻系統(tǒng)、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（啟車）、視頻監(jiān)控系統(tǒng)（設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行圖像）及智能干選機(jī)平臺(tái)軟件等部分。其基本原理為：采用X射線的智能識(shí)別方法，借助根據(jù)入選原煤煤質(zhì)特征建立的與之相適應(yīng)的分析模型，對(duì)煤與矸石進(jìn)行數(shù)字化識(shí)別，利用高壓氣槍擊打，實(shí)現(xiàn)煤、矸的分離。當(dāng)智能干選機(jī)內(nèi)部風(fēng)壓不足時(shí)，該型智能干選機(jī)能自動(dòng)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示。系統(tǒng)整體具有輻射檢測(cè)和報(bào)警、故障報(bào)警分析功能[5]。

圖1 TDS智能干選機(jī)實(shí)物圖

3 智能干選機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 關(guān)鍵功能及參數(shù)的設(shè)計(jì)

為所設(shè)計(jì)的干選機(jī)配備1臺(tái)電控柜及1臺(tái)智能REC柜，電控柜及智能REC柜的防護(hù)等級(jí)為IP55，能實(shí)現(xiàn)就地、遠(yuǎn)程、運(yùn)行、故障無源干節(jié)點(diǎn)等信號(hào)的通訊，并實(shí)時(shí)接收集控運(yùn)行信號(hào)（無源干節(jié)點(diǎn)）。干選機(jī)空壓機(jī)的風(fēng)量≥19.6 m3/min（標(biāo)況），空壓機(jī)出口風(fēng)壓為0.8 MPa。在正常用風(fēng)工作狀態(tài)下，閥箱入風(fēng)口壓力保持在0.65～0.8 MPa之間，設(shè)備帶寬1 800 mm，最大處理能力達(dá)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(jìn)入TDS干選機(jī)的物料中，－25 mm粒級(jí)含量不超過入料量的10%。

3.2 關(guān)鍵硬件的選型設(shè)計(jì)

根據(jù)干選機(jī)的功能特點(diǎn)，選用2臺(tái)市場(chǎng)上成熟的研華電腦作為上機(jī)位工控機(jī)，下機(jī)位則為MP2000系列的MP2310機(jī)械控制器，為實(shí)現(xiàn)對(duì)干選機(jī)16軸的控制，配備1個(gè)SVB-01模塊[6]。另外，系統(tǒng)中的電磁閥為SMC型的雙位電控電磁閥，并在設(shè)備內(nèi)部的各個(gè)位置安裝磁性開關(guān)和光電傳感器，監(jiān)控系統(tǒng)為CCD的工業(yè)遠(yuǎn)心鏡頭，通過以太網(wǎng)和RS485接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信傳輸。

3.3 伺服電機(jī)電路的設(shè)計(jì)

有效保證干選機(jī)硬件之間的電氣穩(wěn)定和可靠，是保證整個(gè)干選系統(tǒng)安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，重點(diǎn)對(duì)干選機(jī)伺服電機(jī)的電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。采用千兆以太網(wǎng)方式將PLC控制器與上機(jī)位及下機(jī)位工控機(jī)進(jìn)行快速連接，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)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(shí)在電路中配備了多個(gè)伺服警報(bào)燈和KM觸點(diǎn)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備伺服電機(jī)電路的（見圖2）連接通信。

圖2 伺服電機(jī)連接電路圖

3.4 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路（見圖3）主要用于為設(shè)備內(nèi)部電路提供正反向電壓及IGBT開關(guān)控制信號(hào)，并保證電路具有較強(qiáng)的抗干擾能力。為此，在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，選用IR2233芯片作為驅(qū)動(dòng)電路芯片，利用芯片內(nèi)部的集成運(yùn)算放大器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路中的過流、過壓、欠壓等功能保護(hù)。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(gè)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(hào)，R2為交流檢測(cè)電阻，能將電流轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)。

圖3 驅(qū)動(dòng)電路的電路圖

4 智能干選機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用評(píng)價(jià)

在完成TDS智能干選機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，將其在山西潞安（礦業(yè)）集團(tuán)余吾煤業(yè)選煤廠進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。在測(cè)試過程中，主要對(duì)干選機(jī)的分選量、分選尺寸比列、耗電量、年產(chǎn)規(guī)模等進(jìn)行了應(yīng)用評(píng)價(jià)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試可知，該智能干選機(jī)運(yùn)行良好，性能更加穩(wěn)定可靠，分選后超過50 mm的大塊煤產(chǎn)量增加了將近35%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了分選全程的遠(yuǎn)程操作及檢測(cè)控制。據(jù)對(duì)比統(tǒng)計(jì)，在2個(gè)月的應(yīng)用測(cè)試中，該設(shè)備的耗電量和耗水量大幅降低，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員減少了70%以上。可見，此TDS智能干選機(jī)的成功應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期效果和目的。