智能化采制化技術發展趨向及應用探析

鈕星星

（山西焦煤汾西礦業集團賀西煤礦，山西 柳林 033300）

選煤廠是煤炭洗選的主要場所，經過煤炭洗選可去除原煤中大量的煤泥、雜質等，將劣質煤炭轉換成發熱量高、環境污染低的優質煤炭[1]。煤質檢測是控制煤炭產品之上、提升經濟效益的重要環節，將先進的、可靠的煤質檢測技術應用到選煤廠中，可在一定程度上改善選煤廠檢測手段滯后從而影響生產質量局面[2-3]。

1 選煤廠采制化技術分析

選煤廠采制化系統應用主要體現兩個方面[4-5]：

1.1 洗選生產階段

在洗選生產階段涉及到采制樣技術的主要環節包括精煤、洗混煤的制樣、分析以及快速沉浮試驗等。選煤廠生產階段采制樣技術主要存在下述問題：

1）誤差大、自動化程度低。采用人工采樣時誤差大，甚至會影響后續重選環節參數指定。選煤廠內采用的機械化采樣技術只能采樣，缺乏對應的關聯設備。在采樣、制樣過程中缺少棄樣返回設備。樣品采集后多是通過人工運輸，子樣采集量低，不能有效代表試樣本身特征。部分選煤廠雖然采用機械化采樣、制樣，但是設備運行可靠性、自動化程度較低，仍需要現場作業人員深度參與。

2）制樣環節影響因素多。采用人工制樣時樣品會受到多因素影響，從而造成制樣成品不能有效代表取樣產品特征；同時在樣品制備過程中噪音、粉塵產生量大，對現場作業人員也會帶來一定的健康威脅。

3）試驗管理困難。化驗、快速沉浮試驗結果主要通過工作人員整理，數據處理認真程度以及專業技術能力會直接影響化驗以及沉浮試驗結果。選煤廠生產一般集中在晚上，操作人員長期重復勞動會消耗大量的精力，有時會給試驗結果造成影響。目前采用的強化管理措施雖然可在一定程度上提升試驗結果可靠性，但是也存在管理困難問題。

1.2 銷售煤樣檢查

煤樣采樣、制備等環節系統運行可靠性不足，煤樣缺乏必要的密封保護，人為因素會直接影響樣品成質量。在煤樣后續分選過程中通過強化管理來減少人為因素影響，難以實現自動化操作。

采制化系統存在自動化程度低、系統可靠性不足以及人員因素影響較大問題，而通過采用智能化采制化技術可提升煤樣取樣、制備以及化驗各個環節精度，為選煤廠高效生產創造良好條件，是選煤廠煤樣采制化主要發展方向。

2 智能化采制化技術分析

2.1 技術特征

智能化采制化系統硬件結構主要包括有采樣設備、制樣室、煤樣間、控制臺以及傳送系統等構成。通過遠程集中控制系統作業人員無需接觸煤樣即可完成煤樣取樣、制備化驗及分析，從而解決人員因素對化驗、試驗結果影響。常見的智能化采制樣系統結構組成見下頁圖1。

圖1 智能化采制樣系統結構

2.2 煤樣采樣

煤樣采樣由于相對簡單，采樣技術也相對成熟，選煤廠內使用有各類型的機械化采樣設備，如汽車門式采樣等、帶式輸送機中部采樣機等，下頁圖2為在興隆莊煤礦采用的智能化煤樣采樣設備。

圖2 智能化煤樣采樣設備現場應用情況

技術較為成熟的煤樣采樣系統一般是對選煤廠原有采樣機改造而成。智能化采樣系統應具備下述主要功能：

1）采樣時漏煤、堵煤或撒煤等故障發生率較低。

2）采樣設備可接受遠程集控中心發出的指令，并按照帶式輸送機運輸煤量合理確定采樣方案。

3）采樣設備可實現長時間、無間斷運行，運行可靠性高，僅需要進行常規的巡視、保養以及檢修等工作即可滿足使用。

4）獲取到的煤樣可轉運至制樣間，運輸過程中受基本不受外界環境影響。

2.3 智能化制樣

現階段常見的智能化制樣設備有立式、臥式兩種類型，其中部分設備煤樣制備數量可達到48個/d。制樣室內各個功能模塊相互配合完成煤樣制備工作，煤樣稱重后自動完成破碎、干燥、研磨等環節，樣品制備完成后打包密封，通過傳輸系統進入到存儲室或直接用以化驗。制樣室內各個功能模塊采用帶式輸送機連接，廢棄的煤樣集中存儲。

但煤樣制樣環節智能化程度仍有較大的提升空間，主要體現在故障排查、遠程集中控制以及設備維護等方面。制樣過程中篩網等易損件消耗量大、設備可靠性仍有較大提升，甚至需要安排專人值守維護。此外在高強度運行過程中樣品仍存在污染隱患。因此，在后續的研究中應重點對存在問題進行改進。

2.4 樣品傳輸

樣品在輸送過程中管道輸送是最為常見方式，在實踐應用中已基本可實現500 m以上長距離傳輸。在現場應用時應特別注意兩個方面：

1）采樣后的煤樣進入到制樣室之前，對煤樣轉運環境要求較高，在不能使用帶式輸送機或者管道情況下時應安排專人采用密碼電瓶車運輸。

2）在制樣室與化驗室采用管道傳輸樣品時密封性仍有較大的改進空間。

2.5 智能存儲

氣動管道將從制樣室內獲取的煤樣傳輸至存樣柜內進行存儲，并通過自動控制機械手臂進行取樣、存儲、分類保管，全過程無需人員參與。智能存儲柜可根據存儲時間自動去除存儲超時的煤樣。一般情況下未經授權人員無法進入到智能存儲柜內，具體智能存儲柜傳輸以及存儲操作流程見圖3。

圖3 智能存儲柜傳輸以及存儲操作流程

2.6 自動制樣

自動制樣一般采用機器人實現，機器人按照預先設定的操作流程、制樣方案完成制樣工作。現階段自動制樣仍存在下述問題：

1）自動制樣適用于含水率較低的煤樣。

2）自動制樣功能仍有較大的提升空間，如自動分揀、制樣數據制動傳輸等。

3）穩定性仍需進一步提升，如：自動制樣設備斷電復位后無法自動啟動，仍需要人工復雜操作完成制樣。

3 智能化采制化技術發展趨勢

1）煤樣管控方面。煤樣制備應全程可追溯，將采樣、制樣、運輸、存儲等各環節均可避免人工參與，從而消除人工參與誤差。采用先進理念制定的采樣機綜合性能評定方法成熟性較高，煤樣制備、存儲以及取樣等環節均處于封閉環境中，制樣設備依據功能模塊指令模擬人工制樣過程，具有較高的安全性及可靠性。

2）設備可靠性方面。智能化采制化系統設計到電機、自動化、控制以及機械等多學科，隨著各個學科的快速發展，智能化采樣設備的可靠性得以顯著提升，設備已具備數月不間斷運行能力。主要發展趨勢是向高集成度方向發展，將新技術應用到智能化采樣系統中，不斷完成采樣系統功能，將采制化功能、模式、數據傳輸以及業務相融合，提升智能化程度同時使得系統具備故障智能化診斷、煤樣制備狀態分析以及智能輔助決策等功能；功能模塊銜接更靈活，依據煤樣制備需要，煤樣制備系統可智能判定煤樣制備、化驗方式，功能模塊間可實現智能化組合。

3）適應性廣。智能化采制化技術適用范圍廣泛，根據已有的資料表明，將智能化采制化技術與煤礦、電廠以及運煤碼頭等原煤采樣、化驗設備融合，可實現煤樣采制化智能化升級。

4 結論

1）對現階段選煤廠采制化技術分析，發現選煤廠煤樣采集、制備以及化驗等采用人工操作時存在誤差高、結果可信度有待提升等問題，智能化采制化技術可有效解決上述問題。

2）對智能化采制化技術各個環節運行流程以及存在問題進行分析，并從煤樣管控、可靠性以及適應性等方面提出展望。隨著相關學科的發展，智能化采制樣技術在選煤廠后續應用會更為廣泛。