降低煤炭破碎縮分質量風險的新技術應用

李 杰 劉 欣 王立金

（力鴻檢驗集團有限公司滄州渤海新區分公司，河北 滄州 061113）

煤炭的成分對各行各業有著不同程度的影響，煤炭的質量檢測極為重要。煤炭檢測時通常將待測煤炭進行制樣，然后通過破碎、篩分、混合、縮分、干燥等工藝流程將采集的煤樣制備成能代表原來煤樣特性的分析用煤。

隨著檢驗檢測、物料加工等行業競爭日趨激烈，質量管控要求愈發嚴格。第三方檢驗檢測行業承擔著貨物檢驗、質量仲裁等檢驗檢測工作，提供公正、準確、可靠的檢測結果[1]。固體物料的檢測指標直接影響委托雙方的經濟利益，因此對于固體物料制備過程的質量管控尤為重要。

1 市售設備使用過程中存在的質量風險

目前市面在售的固體物料破碎縮分設備主要包括給料機、破碎機和篩分機等，但現有制備煤樣的設備如破碎機和篩分機僅具備破碎篩分的基礎功能，不能滿足高標準的質量管控要求。實際工作中往往通過操作規范及流程優化降低質量風險，但在固體物料制備過程中仍存在設備操作人員撒落試樣或混樣的質量風險，破碎縮分聯合制樣設備在日常使用過程中也會產生樣品損失。上述風險和現象易使破碎完成后的樣品不具有代表性，造成檢驗檢測結果出現偏差，直接影響委托雙方的經濟利益。因此，破碎過程中應盡可能地減少樣品漏樣和混樣，以達到減少制樣誤差的目的。為此，本研究對質量控制裝置進行改進，在原有破碎機和篩分機基礎上，增加了接料斗智能識別裝置和質量智能判斷控制裝置。

2 質量風險來源

在固體物料制備過程中，需將大粒度固體物料逐級破碎至小粒度試樣，并需通過經計量合格對應粒度的標準篩篩分。《煤樣的制備方法》（GB/T 474-2008）中規定“制樣時不應將大量大粒度試樣一次性破碎到試驗試樣所要求的粒度，而應采用多階段破碎縮分的方法來逐漸減小粒度和試樣量[2]”。

但在固體物料制備過程中，往往會出現由于操作人員的工作疏漏或管控措施不當造成影響試樣代表性的問題。操作人員的工作疏漏主要有以下三個方面：

（1）設備操作人員忘記將破碎機（篩分機）下方的接料斗放置于接料口下方，造成已破碎、過篩的試樣撒落；

（2）接料斗中已破碎（過篩）的試樣質量超過接料斗最大容量時，設備操作人員未及時更換接料斗，造成接料斗中試樣太滿而溢出撒落；

（3）接料斗中已破碎（過篩）試樣未倒入下一制備環節設備中，而設備操作人員將其他批次樣品倒入設備中破碎（篩分），致使同一接料斗中存在兩批次試樣，且無法有效地分揀兩批次樣品，造成試樣混樣。

3 質量控制裝置工作方式及風險規避

該質量控制裝置從2 個關鍵點實現質量風險規避，分別是接料斗的識別和接料斗中試樣質量的判斷。通過質量控制裝置中的漫反射式光電開關識別接料斗，通過智能上下限控制天平識別接料斗內試樣質量，控制破碎（篩分）機啟停。

（1）接料斗的識別

漫反射光電開關是一種集發射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，將光電開關發射器發射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。

接通破碎（篩分）機電源后，漫反射式光電開關識別接料斗的位置狀態，若處于接料位置，該裝置開關自動閉合，破碎（篩分）機可正常啟動；當接料斗未處于接料位置，該裝置開關自動斷開，破碎（篩分）機無法啟動。

該功能可有效避免由于操作人員未將接料斗放置到接料位置處而造成樣品撒落的質量風險。

（2）接料斗中試樣質量同電子臺秤設置下限值的判斷

如識別接料斗處于接料位置，該裝置開始檢測接料斗內樣品質量。當接料斗內樣品質量高于電子臺秤設置下限值時，蜂鳴警報器閃爍發出報警信號，破碎（篩分）機無法啟動。此時設備操作人員必須查看確認接料斗內物料情況，及時清理出接料斗內物料或將料斗內物料流轉到下個制備流程中。

該功能可有效避免由于接料斗中為上一批次樣品沒有及時清理，并連續破碎/篩分下一批次試樣，造成的兩批次樣品混樣的質量風險。

（3）接料斗中試樣質量同電子臺秤設置上限值的判斷

當接料斗內樣品質量低于設置下限值時，破碎（篩分）機可正常啟動。隨接料斗內樣品質量的增加，通過裝置控制程序設置，破碎（篩分）機可正常運轉。當接料斗內樣品質量超過設置上限值時，蜂鳴警報器閃爍發出報警信號，且破碎（篩分）機自動停止工作。如試樣質量未超出設置上限，當樣品制備完成后，手動停止破碎（篩分）機。

該功能可有效避免由于接料斗中樣品裝滿后溢出撒落的質量風險。

4 質量控制裝置工作原理

（1）圖1 中漫反射式光電開關識別接料斗，放入接料斗后，SQ1 閉合，圖2 中KA1 閉合，圖1中KA5閉合，時間繼電器開始計時（由于通訊延遲）。如未識別到接料斗，則SQ1 開路，圖2 中KA1 處于斷路狀態，破碎（篩分）機無法啟動。

（2）電子臺秤判斷接料斗中試樣質量：① 如試樣質量超過電子臺秤設置下限值，O2 閉合，中間繼電器KA2 閉合，蜂鳴報警器報警提示。圖2中KA2 斷開，破碎（篩分）機無法啟動。② 如試樣質量未超過電子臺秤設置下限值，則圖2 中KA2始終保持常閉狀態，破碎（篩分）機可正常啟動。

（3）破碎（篩分）機啟動后，電子臺秤判斷接料斗中試樣質量：① 如試樣質量超過臺秤設置上限值，O3 閉合，中間繼電器KA2 閉合，蜂鳴報警器報警提示。圖2 中KA3 斷開，破碎（篩分）機自動停止。② 如試樣質量未超過臺秤設置上限值，當試樣制備完成后，按下停止按鈕，圖2 中KA4 斷開，破碎（篩分）機停止工作。

（4）制備完畢后，取出接料斗后，圖1 中KA5 斷開，破碎（篩分）機恢復至開始狀態。

5 質量控制裝置電器配置

該質量控制裝置電器配置分為兩部分：一部分為裝置電器，用以實現制樣過程的質量控制判斷；另一部分為設備端電器，用以控制設備端電機的啟停。裝置電器部分如圖1，設備端電器部分如圖2。

圖1 質量控制裝置部分電器圖

圖2 設備端電器圖

6 質量控制裝置測試驗證

（1）接料斗的識別測試驗證

為驗證漫反射式光電開關識別接料斗情況，每日使用約100 個樣品進行測試，連續測試三個月，累計測試驗證約9200 次。通過測試驗證，僅有當接料斗放置到接料位置時，設備方可手動啟動，未發生接料斗未放置設備可手動啟動的情況。測試過程中漫反射式光電開關感應靈敏，未發生故障和其他異常情況。

（2）接料斗中試樣質量同電子臺秤設置下限值的判斷測試驗證

該性能測試驗證電子臺秤設置下限值為0.5 kg。樣品制備前將1 kg 砝碼放置接料斗內，每日進行約50 次測試驗證，連續測試三個月，累計測試驗證約4600 次。該功能通過以上測試驗證，當接料斗內質量超過設置下限值時，蜂鳴警報器報警，且設備無法啟動。經測試驗證，充分證明該裝置可有效避免混樣質量風險。

（3）接料斗中試樣質量同電子臺秤設置上限值的判斷測試驗證

該性能測試驗證電子臺秤設置上限值為30 kg，測試驗證設備為破碎機，接料斗最大容量為30 kg。每日準備50 個質量約32 kg 樣品并進行破碎環節測試驗證，連續測試三個月，累計測試驗證約4600 次。該功能通過以上測試驗證，破碎過程中接料斗內累計質量超過設置上限值時，蜂鳴警報器報警，設備自動停止工作，且無法通過手動按鈕啟動設備。經測試驗證，該裝置可有效避免接料斗內累計樣品過滿溢出造成撒樣的質量風險。

通過（2）與（3）方式測試驗證，電子臺秤及電器組件未發生故障和異常情況，且便于維護保養，降低維修成本。

7 結論

本文詳細分析了固體物料破碎和篩分過程中的質量風險及質量控制裝置對風險規避的應對措施，并闡述了該裝置的工作原理。通過在現有破碎機和篩分機中安裝質量控制裝置，可有效避免固體物料在破碎篩分過程中產生的混樣和撒樣質量風險，保證采集的煤樣樣品更具代表性，提高檢驗檢測結果的準確性、公正性以及可靠性。

本研究經過三個月使用測試驗證，不僅不影響固體物料制備效率，而且關鍵部件不容易損壞，減少使用過程中的維修工作，降低維修成本。此質量控制裝置亦適用于大樣制備系統、聯合制樣系統等接料類型設備。