中國(guó)選煤研究熱點(diǎn)與技術(shù)需求分析

楊建國(guó)，周 游，周立習(xí)

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 徐州 221008；2.國(guó)家煤加工與潔凈化工程技術(shù)研究中心，江蘇 徐州 221008)

煤炭是中國(guó)的主要能源和碳資源，連續(xù)多年在一次能源結(jié)構(gòu)中所占比例超過70%[1]。預(yù)計(jì)到2030年，煤炭占一次能源消費(fèi)的比例約為60%；至2050年，煤炭在一次能源消費(fèi)中的比例仍將保持在50%左右的高位[2]。

煤炭的大規(guī)模開發(fā)也帶來了煤炭加工技術(shù)和相關(guān)基礎(chǔ)理論研究的快速發(fā)展。隨著全社會(huì)整體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及煤炭用途的變化，對(duì)選煤技術(shù)及其相關(guān)應(yīng)用的基礎(chǔ)研究也在不斷提出新的需求。這些需求有的作為現(xiàn)實(shí)的技術(shù)需要已經(jīng)形成了相應(yīng)的熱點(diǎn)研究方向，有的則有可能會(huì)成為未來的研究熱點(diǎn)。

1 選煤過程基礎(chǔ)理論研究的熱點(diǎn)方向

博士學(xué)位論文的選題在一定程度上反映了國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)理論研究的基本方向。

1.1 浮選過程機(jī)理研究

從中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)上查得近三年(2015—2017)選煤方向博士學(xué)位論文31篇。其中，浮選機(jī)理研究9篇，占29%，截至2017年底，被引1 703次，是選煤領(lǐng)域當(dāng)之無愧的熱門方向。

國(guó)內(nèi)浮選基礎(chǔ)理論研究主要瞄準(zhǔn)浮選過程中的藥劑強(qiáng)化作用展開，包括煤用反浮選藥劑的作用機(jī)理與分子動(dòng)力學(xué)過程，煤用乳化劑在煤粒表面的吸附及其對(duì)浮選過程的促進(jìn)作用，煤源微生物(來自于肥煤和褐煤)對(duì)被選顆粒表面的改性作用等[3-5]。相比之下，國(guó)外浮選理論的研究則更多地關(guān)注氣泡的礦化過程，如探討水化膜脫水薄化直至破裂的過程[6-7]。

1.2 流態(tài)化重選過程研究

致力于重選過程研究的博士學(xué)位論文有7篇，占23%，截至2017年底，被引712次。研究主要集中在干法的空氣重介流化床和濕法的粗煤泥干擾床(teetered bed)分選過程的強(qiáng)化作用方面[8-10]。工業(yè)上廣泛使用的濕法重介分選過程及配套工藝過程研究很少。

1.3 煤炭脫硫機(jī)理及過程強(qiáng)化研究

煤炭脫硫方向仍然得到了大家的關(guān)注，雖然博士論文數(shù)只有3篇，但引用量卻高達(dá)649次[11-13]。論文主要從高硫煤資源形態(tài)、性質(zhì)和強(qiáng)化微細(xì)粒分選脫除黃鐵礦等幾個(gè)方向進(jìn)行研究。注重研究煤系與礦系黃鐵礦在表面性質(zhì)上的差異及其根源，運(yùn)用量子化學(xué)理論模擬煤系黃鐵礦表面與藥劑間的化學(xué)吸附過程，通過煤系黃鐵礦與藥劑間化學(xué)吸附的作用機(jī)理，尋找改善浮選脫硫效果的技術(shù)措施。業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注的有機(jī)硫脫除方面，未見相關(guān)基礎(chǔ)理論研究的博士論文發(fā)表。

1.4 低階煤提質(zhì)處理研究

前幾年比較熱門的關(guān)于低階煤的處理研究有6篇(被引47次)，主要包括空隙結(jié)構(gòu)分析、表面親水基團(tuán)分析、藥劑作用機(jī)理分析、熱力學(xué)脫水及復(fù)吸過程分析等內(nèi)容。通過對(duì)選擇性絮凝反浮選、油泡浮選等過程機(jī)理的研究，探索了解決低階煤可浮性差、浮選藥劑消耗巨大等技術(shù)難題的新途徑；在低階煤熱力脫水方面，探索了褐煤在微波干燥過程中的動(dòng)力學(xué)特性，以及在低階煤熱力干燥過程中顆粒的碎解機(jī)理；考察了具有不同特征基團(tuán)的表面活性劑在褐煤表面的吸附機(jī)理及其對(duì)褐煤重新吸水的防護(hù)作用[3-5,14-16]。

低階煤處理方面的論文近年來的引用次數(shù)不高，在一定程度上反映了在煤炭產(chǎn)能過剩的情況下，質(zhì)地相對(duì)較差的低階煤開發(fā)受到了更大的沖擊。

1.5 煤巖組分分離富集研究

近三年發(fā)表的博士論文中，關(guān)于煤巖組分分離富集的論文2篇，被引93次。研究的目標(biāo)是為煤的氣化和液化提供不同煤巖組分的原料煤，主要研究煤巖組分的嵌布特征、物理特性、選擇性破碎與分離富集方法。

趙世永[17]采用光學(xué)顯微鏡、紅外光譜、低溫氮?dú)馕降妊芯糠椒?，系統(tǒng)研究了神府煤煤巖組分的嵌布特征，不同煤巖組分的可磨性、潤(rùn)濕性、表面結(jié)構(gòu)；研究了煤巖組分選擇性破碎機(jī)理，以及在重介旋流分選、浮選作業(yè)中的分離富集規(guī)律。張磊[18]分析了不同變質(zhì)程度、不同煤巖顯微組分含量的煤巖顯微組分富集物的揮發(fā)特征和粘結(jié)特征，表征了煤巖顯微組分富集物的結(jié)構(gòu)組成特征和熱性質(zhì)，揭示了煤巖顯微組分在不同熱解溫度下的變化規(guī)律及形貌特征。

除了上述主體方向外，近三年的選煤博士論文還有篩分分級(jí)2篇(被引212次)，管理與信息化2篇(被引247次)，體現(xiàn)了人們對(duì)傳統(tǒng)研究方向的持續(xù)關(guān)注[19]。

2 選煤技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)問題

《選煤技術(shù)》雜志是國(guó)內(nèi)唯一以選煤為主要報(bào)道內(nèi)容的專業(yè)性科技期刊，得到國(guó)內(nèi)選煤界的廣泛關(guān)注。近幾年，《選煤技術(shù)》雜志把報(bào)道的重點(diǎn)放在實(shí)用技術(shù)方面，論文選題(特別是來自于選煤廠的論文)體現(xiàn)了選煤界對(duì)應(yīng)用選煤技術(shù)的關(guān)注點(diǎn)。

2.1 選煤過程自動(dòng)化控制技術(shù)

在《選煤技術(shù)》雜志2017年發(fā)表的130篇學(xué)術(shù)文章中，選煤過程自動(dòng)化類的文章共有22篇，占16.9%。相關(guān)研究主要集中在集控系統(tǒng)搭建與改造、膠帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控以及灰水檢測(cè)等；采用模糊控制技術(shù)進(jìn)行重介過程控制；采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行浮選精煤灰分預(yù)測(cè)；煤的灰分檢測(cè)則采用了天然射線(無源)檢測(cè)法。僅個(gè)別論文涉及到智能化內(nèi)容，但智能化程度有限。

2.2 選煤工藝方法與裝備研發(fā)

2017年度，《選煤技術(shù)》有關(guān)濕法重介論文20篇，占15.4%；浮選共有15篇，占11.5%；干法選煤6篇，占4.6%。

濕法重介技術(shù)主要關(guān)注目前常用的塊煤淺槽分選機(jī)和重介質(zhì)旋流器。有關(guān)淺槽分選機(jī)的研究側(cè)重于應(yīng)用研究，通過操作參數(shù)的優(yōu)化，降低其有效分選下限[20-21]。對(duì)重介旋流器的研究側(cè)重于基礎(chǔ)理論研究，采用數(shù)值模擬方法對(duì)重介旋流器的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析[22-23]。也有部分論文關(guān)注重介工藝系統(tǒng)的優(yōu)化和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。

在浮選方面的論文中，關(guān)于浮選工藝、浮選設(shè)備和浮選藥劑的論文數(shù)量相當(dāng)，總體上表現(xiàn)為傳統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，沒有突破性的創(chuàng)新。

2.3 選煤廠設(shè)計(jì)與工藝改造

選煤廠設(shè)計(jì)及工藝改造專欄每期1篇，主要介紹選煤廠儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及圍繞產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化所進(jìn)行的工藝改造。此外，還有關(guān)于煤泥水處理方面的論文6篇，占4.6%，主要圍繞煤泥水中高灰細(xì)泥積聚問題，通過絮凝劑和凝聚劑的優(yōu)選和加藥制度的優(yōu)化，提高沉淀效果[24-25]。

2.4 選煤廠輔助設(shè)備

關(guān)于設(shè)備的設(shè)計(jì)與改造16篇，占12.3%。這個(gè)方面選題十分廣泛，幾乎涵蓋了包括如壓濾機(jī)、脫介篩、介質(zhì)泵等選煤廠所用的所有設(shè)備。論文普遍圍繞相關(guān)設(shè)備在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的工程技術(shù)問題而提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

3 選煤生產(chǎn)對(duì)技術(shù)的需求分析

從煤炭企業(yè)的角度來看，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，選煤的目的就在于從原煤中分離出適銷對(duì)路的煤炭產(chǎn)品，從而獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益最大化是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的目標(biāo)，生產(chǎn)適銷產(chǎn)品、降低生產(chǎn)成本、采用智能化和無人化管理是煤炭企業(yè)實(shí)現(xiàn)利益最大化的主要途徑。選煤生產(chǎn)對(duì)技術(shù)的需求可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1 生產(chǎn)適銷商品方面的需求

生產(chǎn)適銷對(duì)路產(chǎn)品是企業(yè)運(yùn)行的基本條件，而產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化則是獲得最大經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。

3.1.1 煉焦煤中煤破碎解離精選技術(shù)

在中國(guó)選煤的發(fā)展歷程中，早期主要是為鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)煉焦的原料煤，與提高煉焦煤質(zhì)量、降低產(chǎn)品灰分相關(guān)的技術(shù)是廣大科研工作者的攻關(guān)目標(biāo)。焦煤和肥煤資源僅占我國(guó)煤炭資源的9%左右，用占世界煤炭資源總量2%的主焦煤和肥煤資源支撐占世界一半以上的鋼鐵產(chǎn)量，使我國(guó)焦煤和肥煤資源比例正迅速減少。與資源短缺不相適應(yīng)的是，由于我國(guó)原煤可選性差，中間密度物含量高，致使大量煉焦煤以中煤或洗混煤的形式被降格作為動(dòng)力煤燃用。因此，中煤破碎解離再選提高冶煉精煤產(chǎn)率技術(shù)是我國(guó)煉焦煤選煤廠的迫切需求。

就單個(gè)選煤廠而言，其迫切程度尚有較大的差異。總體上來說，在當(dāng)前的價(jià)格體系下，動(dòng)力煤和煉焦煤有著顯著的價(jià)差，進(jìn)行中煤破碎再選具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。特別是在國(guó)家壓縮原煤產(chǎn)能的大環(huán)境下，一些原煤產(chǎn)量不足的選煤廠，可以將中煤再選作為煤炭企業(yè)內(nèi)部挖潛的重要途徑。

當(dāng)然，中煤破碎再選的經(jīng)濟(jì)效益也受到原料煤性質(zhì)的影響，有些中煤需要破碎到0.25mm以下，甚至更細(xì)，才能達(dá)到有效地解離。巨大的浮選和脫水成本會(huì)抵消甚至超過精煤產(chǎn)率增加所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，進(jìn)行中煤破碎再洗的關(guān)鍵技術(shù)包括中煤的適度破碎和破碎后(細(xì)粒)物料的高精度分選兩個(gè)方面。適度破碎是指既要保證破碎到低灰組分與高灰組分的有效解離，同時(shí)又要盡可能減少過粉碎帶來的浮選和脫水成本的增加。開發(fā)中煤適度破碎技術(shù)可以有效降低中煤解離再選成本。

作為沉積巖的煤炭不同于晶體或隱晶結(jié)構(gòu)的金屬礦，在破碎解離中不能解離出“純凈”晶體組分，只能分解為不同礦物含量的顆粒(混合物)。破碎解離后的中煤顆粒之間相似性很高，顆粒密度和顆粒表面接觸角差異都很小，表現(xiàn)為重選可選性很差，浮選分離的難度也很大。分選精度與精煤產(chǎn)率之間相關(guān)度極高，因此開發(fā)適合細(xì)粒級(jí)的高精度分選技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1.2 高硫煤脫硫降灰技術(shù)

20世紀(jì)90年代末，原煤中高硫煤的比例迅速增加，高硫煉焦煤和動(dòng)力煤的脫硫技術(shù)得到廣泛重視。重慶中梁山選煤廠脫硫降灰示范工程的順利投產(chǎn)運(yùn)行標(biāo)志著重介脫除黃鐵礦硫技術(shù)的逐漸成熟。此后，人們又進(jìn)行了流膜分選和離心重選等方法的探索性研究。研究結(jié)果表明，物理方法對(duì)黃鐵礦硫的脫除效果明顯，但對(duì)有機(jī)硫幾乎沒有脫除作用[26]。

嚴(yán)格來說，早期的煤炭脫硫?qū)嵸|(zhì)上是在高硫煉焦煤資源中提取部分中低硫精煤，其中煤硫分仍然較高。隨著我國(guó)淺層低硫煤資源的逐漸耗竭，原煤硫分有明顯上升的趨勢(shì)。與此同時(shí)，燃煤硫分作為重要的環(huán)保指標(biāo)要求越來越苛刻，因此以脫除煤中黃鐵礦硫?yàn)榇淼摹坝泻υ亍钡娜记懊摮夹g(shù)，以及高效燃中固硫、(燃后)煙氣脫硫脫硝技術(shù)，將逐漸上升為決定煤炭資源能否開發(fā)利用的瓶頸技術(shù)。

煤中有機(jī)硫的脫除問題困擾了選煤界多年，目前仍有巨大的技術(shù)需求。以山西焦煤集團(tuán)為首的一些單位進(jìn)行了大量有益的探索，也取得了一些階段性成果，但在大規(guī)模工業(yè)化之前，仍有許多工作要做。

3.1.3 化工用特種原料煤生產(chǎn)技術(shù)

在嚴(yán)格限制民用散煤的情況下，化工用煤是除了動(dòng)力用煤和煉焦用煤之外洗選煤產(chǎn)品的第三個(gè)重要應(yīng)用方向。煤炭作為原材料在化工領(lǐng)域的應(yīng)用主要是造氣、液化和煤基炭材料(包括傳統(tǒng)的煉焦)生產(chǎn)?，F(xiàn)代煤化工的發(fā)展也對(duì)其原料煤的加工提出了新的技術(shù)要求。

傳統(tǒng)的煤氣化采用高階煤(主要是無煙煤)固定床氣化技術(shù)，對(duì)原料煤的粒度有較高的要求，形成了高階煤在粒度上的較大價(jià)差。防破碎保塊選煤技術(shù)在此類選煤廠一直有著較大的需求。只要這種氣化爐不被淘汰，這方面的需求就將繼續(xù)存在。

現(xiàn)代煤化工多采用水煤漿氣化或粉煤氣化技術(shù)，對(duì)粒度方面的要求不再嚴(yán)苛。但在大規(guī)模的煤氣化(包括煤炭間接液化的氣化階段)生產(chǎn)中，煤中無機(jī)礦物質(zhì)成分對(duì)氣化爐的結(jié)渣和水處理中的除鹽有著重要的影響。此外，一些研究結(jié)果表明[27-29]，不同的煤巖組分在氣化和液化過程中的轉(zhuǎn)化率有一定的差異。可以預(yù)見，進(jìn)行煤巖組分分離和成灰礦物調(diào)質(zhì)在現(xiàn)代煤化工領(lǐng)域具有巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。相關(guān)研究已逐漸開始，如趙偉[30]和張磊等人[18]成功地采用浮選法對(duì)顯微煤巖組分進(jìn)行了富集。

在煤基炭材料生產(chǎn)中，原料煤的超純制備是優(yōu)質(zhì)炭材料生產(chǎn)的基礎(chǔ)。劉炯天和楊建國(guó)先后采用浮選法和重選法成功制備了“超低灰純煤”，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化示范，帶動(dòng)了高檔煤基材料制備的快速發(fā)展。隨著煤基碳素、煤基石墨等高附加值煤基材料的快速發(fā)展，瞄準(zhǔn)進(jìn)一步降低洗精煤灰分、提高超低灰純煤產(chǎn)率的相關(guān)研究，將在未來的煤基材料生產(chǎn)中起到舉足輕重的作用。

3.2 降低成本方面的需求

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，降低成本、提高效率是企業(yè)永恒的追求。降低選煤成本的途徑有：選擇適宜的選煤方法(包括優(yōu)化不同選煤方法的入選比例)、選煤作業(yè)的集約化與選煤設(shè)備的大型化、操作管理的智能化與無人化等。具體技術(shù)包括動(dòng)力煤煤泥減量化技術(shù)、高效節(jié)水選煤技術(shù)、大型選煤裝備可靠性提高技術(shù)、低階煤高效脫水提質(zhì)技術(shù)等。

3.2.1 動(dòng)力煤煤泥減量化技術(shù)

降低生產(chǎn)成本一直是企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，尤其對(duì)低附加值的動(dòng)力煤分選更為重要。業(yè)內(nèi)周知，塊煤分選比末煤分選成本低，重選比浮選成本低，因此適當(dāng)降低塊煤分選下限和末煤(重選)分選粒度下限是降低生產(chǎn)成本的有效途徑。特別是以煤泥減量化為特征的動(dòng)力煤選前脫泥技術(shù)和煤泥水處理技術(shù)，有望為動(dòng)力煤選煤廠帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

動(dòng)力煤選前干法脫粉，從早期的概率篩到近期的博后篩、弛張篩，相關(guān)技術(shù)的研發(fā)一直未停，但至今還遠(yuǎn)沒有達(dá)到人們期待的水平，潮濕煤炭的細(xì)粒干法分級(jí)效率和單機(jī)處理能力的矛盾仍未得到很好地解決。巨大的經(jīng)濟(jì)效益將繼續(xù)推動(dòng)動(dòng)力煤選前干法脫粉技術(shù)發(fā)展。

在強(qiáng)大的環(huán)保壓力下，燃煤灰分常被錯(cuò)誤地用作商品煤的準(zhǔn)入指標(biāo)，其結(jié)果已經(jīng)導(dǎo)致不少選煤廠浮選尾煤無法處置的尷尬境地。就當(dāng)前的煤價(jià)和加工水平而言，動(dòng)力煤的煤泥浮選脫水作業(yè)本身并沒有經(jīng)濟(jì)效益可言，但即使是脫粉入洗，仍會(huì)產(chǎn)生一定量的煤泥水需要進(jìn)行后續(xù)處理。因此，動(dòng)力煤煤泥水低成本合理化處理技術(shù)也有著巨大的現(xiàn)實(shí)需求。

3.2.2 高效節(jié)水選煤技術(shù)

隨著我國(guó)東部煤炭資源的逐步耗竭，西北缺水地區(qū)的煤炭開發(fā)逐漸成為我國(guó)煤炭生產(chǎn)的主戰(zhàn)場(chǎng)。對(duì)適合缺水地區(qū)的節(jié)水選煤技術(shù)需求比以往更為迫切。

作為低成本的塊煤分選方法，機(jī)械揀選近年來發(fā)展迅速，相關(guān)技術(shù)也成為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的核心。下一步的研發(fā)將在采用非放射性分辨方法、提高單機(jī)處理能力和分選精度等幾個(gè)方面進(jìn)行。

復(fù)合干法分選和空氣重介分選技術(shù)作為目前僅有的兩種工業(yè)化粒煤干法分選技術(shù)，其在西北缺水地區(qū)的逐步推廣應(yīng)用，必將帶來相應(yīng)的工藝和裝備完善方面的技術(shù)需求。

粉煤爐、燃煤爐前粉碎為脫硫脫灰創(chuàng)造了充分的解離條件，與爐前磨煤相結(jié)合的粉煤干法脫灰降硫技術(shù)在燃煤電廠有著潛在的技術(shù)需求。

3.2.3 選煤裝備可靠性提高技術(shù)

生產(chǎn)的集約化和設(shè)備的大型化是降低生產(chǎn)成本的重要途徑，也一直是相關(guān)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。近十幾年來，我國(guó)(包括一些中外合資企業(yè))在選煤裝備大型化方面取得了舉世矚目的成就。大型跳汰機(jī)、大型淺槽重介分選機(jī)、超級(jí)重介旋流器、大型浮選機(jī)、大型煤用離心脫水機(jī)、大型壓濾機(jī)、大面積加壓過濾機(jī)、大流量介質(zhì)泵(渣漿泵)等一系列國(guó)產(chǎn)大型選煤裝備相繼問世，并快速投入工業(yè)性運(yùn)行。

伴隨著選煤設(shè)備的大型化，選煤廠的分選系統(tǒng)數(shù)量逐漸減少。不少選煤廠采用了單系統(tǒng)，并且系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)環(huán)節(jié)往往也只有一臺(tái)設(shè)備，一旦某臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障，將直接導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)乃至全廠停產(chǎn)。因此，伴隨著生產(chǎn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)約化，對(duì)裝備的可靠性要求越來越高。顯著提高設(shè)備可靠性已逐漸成為選煤裝備研發(fā)的重要目標(biāo)。

3.2.4 低階煤高效脫水提質(zhì)技術(shù)

隨著優(yōu)質(zhì)煤炭資源的逐步耗竭，低階的褐煤在原煤中所占比例必將逐步增長(zhǎng)，以高內(nèi)水、易泥化為特征的低階煤采用常規(guī)選煤方法無法達(dá)到高效利用的要求。低階煤的高效脫水技術(shù)、成型與防(水分)復(fù)吸技術(shù)，以及低成本分選脫灰技術(shù)研發(fā)已逐漸興起。盡管最近一兩年因壓縮煤炭產(chǎn)能等原因，其熱度有所降低，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，其需求仍將十分旺盛。

3.3 選煤過程智能化方面的需求

國(guó)務(wù)院發(fā)布的《中國(guó)制造2025》，是中國(guó)政府實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)。文件提出實(shí)行包括智能制造工程在內(nèi)的五大工程，用信息化和工業(yè)化兩化深度融合來引領(lǐng)和帶動(dòng)整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展?！爸袊?guó)制造2025”是在新的國(guó)際與國(guó)內(nèi)環(huán)境下，中國(guó)政府立足于國(guó)際產(chǎn)業(yè)變革大勢(shì)，作出的全面提升中國(guó)制造業(yè)發(fā)展質(zhì)量和水平的重大戰(zhàn)略部署，俗稱“工業(yè)4.0”?！肮I(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。

在全國(guó)制造業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)智能化的大環(huán)境下，選煤廠已具備實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”的條件。形成中的智能化選煤主要包括：工藝參數(shù)智能化檢測(cè)技術(shù)(特別是基于機(jī)器視覺的現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù))、設(shè)備狀態(tài)智能化診斷以及基于物聯(lián)網(wǎng)的選煤裝備在線監(jiān)控服務(wù)技術(shù)、智能化安全監(jiān)控技術(shù)和基于大數(shù)據(jù)分析的選煤廠智能化管理技術(shù)。

3.3.1 選煤過程參數(shù)智能化檢測(cè)技術(shù)

過程參數(shù)的準(zhǔn)確檢測(cè)是自動(dòng)控制和智能控制的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的參數(shù)檢測(cè)技術(shù)為選煤廠集中控制和參數(shù)自動(dòng)控制(如懸浮液密度、介質(zhì)桶液位、浮選入料濃度自動(dòng)控制)奠定了基礎(chǔ)。但還有一些重要的過程參數(shù)(如入料和產(chǎn)品的粒度組成、密度組成、硫分、發(fā)熱量、分選精度及實(shí)際分選密度等)，很難采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，已經(jīng)成為制約選煤生產(chǎn)過程智能化操控的技術(shù)瓶頸。

在已有檢測(cè)技術(shù)中，還有一部分采用了放射性檢測(cè)方法，如煤水分、灰分在線檢測(cè)技術(shù)，盡管這些檢測(cè)儀表都標(biāo)稱為安全級(jí)別，但人們對(duì)放射性的普遍擔(dān)憂，以及政府安全部門頻繁的檢測(cè)檢查，使選煤廠迫切需要尋找更安全的非放射性替代技術(shù)。

未來選煤廠的智能檢測(cè)還將包括一個(gè)新的內(nèi)容——安全監(jiān)控。在現(xiàn)有安全監(jiān)控的基礎(chǔ)上，能模擬人工巡查過程，對(duì)區(qū)域內(nèi)的高溫點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；通過對(duì)視頻圖像分析，對(duì)人員進(jìn)入非人員工作區(qū)域等可能出現(xiàn)的機(jī)械或人員傷害的其他情形進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

3.3.2 設(shè)備狀態(tài)智能化診斷及基于物聯(lián)網(wǎng)的選煤裝備在線監(jiān)控服務(wù)技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)操作工人的重要工作之一就是對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀察，判斷和估計(jì)已經(jīng)發(fā)生或可能將要發(fā)生的設(shè)備故障，并及時(shí)采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。未來的選煤廠，將在PLC系統(tǒng)故障自診斷的基礎(chǔ)上，通過綜合分析聲頻、音頻、振動(dòng)等信息，對(duì)主要裝備的工作狀況逐步實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)和故障診斷，例如：振動(dòng)篩篩板松動(dòng)監(jiān)測(cè)、篩面漏料監(jiān)測(cè)、激振器油溫監(jiān)測(cè)、軸承工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)、彈簧斷裂監(jiān)測(cè)、皮帶松動(dòng)監(jiān)測(cè)、梁斷幫裂監(jiān)測(cè)等。類似的裝置在化工裝備、汽車等領(lǐng)域已經(jīng)基本普及，但在選煤行業(yè)還處于起步階段，相關(guān)技術(shù)需求已開始陸續(xù)出現(xiàn)在神華集團(tuán)等大型煤炭企業(yè)的技術(shù)招標(biāo)項(xiàng)目中。

伴隨著裝備制造技術(shù)的提高和裝備智能化的實(shí)現(xiàn)，裝備維修保養(yǎng)的技術(shù)要求和技術(shù)難度也會(huì)越來越高。裝備的競(jìng)爭(zhēng)將從簡(jiǎn)單的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)化到全生命周期可靠服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)。汽車4S店已開遍全球，這標(biāo)志了人們對(duì)設(shè)備制造商承擔(dān)專業(yè)維護(hù)的普遍認(rèn)可。在物聯(lián)網(wǎng)逐漸走向應(yīng)用的大環(huán)境下，制造廠及時(shí)掌握裝備實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，并對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)先評(píng)估和適當(dāng)處理已經(jīng)在一些專用裝備(如某些型號(hào)的挖掘機(jī))上開始商業(yè)化應(yīng)用。選煤裝備制造商對(duì)相關(guān)技術(shù)的需求指日可待。

3.3.3 基于大數(shù)據(jù)分析的選煤廠智能化操控與經(jīng)營(yíng)管理技術(shù)

一旦煤質(zhì)組成等關(guān)鍵參數(shù)在線智能控制技術(shù)取得突破，構(gòu)建基于入料和產(chǎn)品組成在線檢測(cè)結(jié)果的重介生產(chǎn)過程智能化控制、基于煤泥水特性(濃度、細(xì)度、離子度等)及浮選泡沫特性(氣含率、泡沫大小、泡沫粘度等)在線檢測(cè)結(jié)果的浮選過程智能化控制，甚至以市場(chǎng)需求為約束條件、以最大經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)的智能控制系統(tǒng)就將水到渠成。

在選煤廠管理方面，涵蓋裝備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況、物資消耗、零配件倉儲(chǔ)、物流、采購、供貨商信息共享的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，以及基于智能手機(jī)App的信息共享模式，將成為選煤廠管理系統(tǒng)開發(fā)的重點(diǎn)。

4 結(jié)論與分析

綜上所述，不難得出如下結(jié)論：

(1)選煤領(lǐng)域基礎(chǔ)理論研究的熱點(diǎn)主要是浮選過程機(jī)理研究、流態(tài)化重選過程研究、脫硫機(jī)理及過程強(qiáng)化研究，以及煤巖組分分離富集研究等幾個(gè)方向。

(2)國(guó)內(nèi)選煤界對(duì)應(yīng)用選煤技術(shù)的關(guān)注點(diǎn)主要集中在選煤過程自動(dòng)化控制技術(shù)、選煤方法與選煤工藝優(yōu)化、選煤工藝方法與裝備研發(fā)、選煤廠設(shè)計(jì)與工藝改造，以及選煤廠輔助設(shè)備故障處理等方向。

(3)當(dāng)前，選煤生產(chǎn)對(duì)技術(shù)的需求可以分為生產(chǎn)適銷產(chǎn)品的需求、降低生產(chǎn)成本的需求，以及智能化與無人化操作管理方面的需求。具體包括：煉焦煤中煤破碎解離精選技術(shù)、高硫煤脫硫降灰技術(shù)、化工用特種原料煤生產(chǎn)技術(shù)，動(dòng)力煤煤泥減量化技術(shù)、高效節(jié)水選煤技術(shù)、與大型化相適應(yīng)的選煤裝備高可靠性技術(shù)、低階煤高效脫水提質(zhì)技術(shù)，選煤過程參數(shù)智能化檢測(cè)技術(shù)、設(shè)備狀態(tài)智能化診斷及基于物聯(lián)網(wǎng)的選煤裝備在線監(jiān)控服務(wù)技術(shù)、基于大數(shù)據(jù)分析的選煤廠智能化操控與經(jīng)營(yíng)管理技術(shù)等。

分析出現(xiàn)上述局面的原因在于，高校、科研院所和涉煤企業(yè)所處環(huán)境不同，研究經(jīng)費(fèi)的獲取及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同，從而在很大程度上決定了其關(guān)注的側(cè)重點(diǎn)不同，因而形成了一系列應(yīng)用基礎(chǔ)研究和工程化研究的熱點(diǎn)方向：

(1)在現(xiàn)行評(píng)價(jià)體系中，獲得國(guó)家和地方政府自然科學(xué)基金的數(shù)量和列入SCI(Science Citation Index，科學(xué)論文索引)的論文數(shù)作為高校的學(xué)科建設(shè)和職稱晉升的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，迫使高校研究更側(cè)重基礎(chǔ)理論研究。具體選題在一定程度上有迎合基金評(píng)審者的傾向，同時(shí)還受到高科技檢測(cè)手段的限制。如近年來微觀檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展為界面礦化過程研究提供了現(xiàn)代化的檢測(cè)手段，這也是浮選理論研究成為選煤基礎(chǔ)理論研究主攻方向的原因之一。

(2)煤炭企業(yè)作為選煤生產(chǎn)的組織者，仍將繼續(xù)關(guān)注現(xiàn)行工藝裝備在生產(chǎn)過程中存在問題的解決。

(3)國(guó)有研究院所的企業(yè)化已使其逐漸從應(yīng)用基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)移到先進(jìn)技術(shù)和裝備的研發(fā)中[3]，以獲得更多的經(jīng)費(fèi)資助和經(jīng)濟(jì)效益。長(zhǎng)期的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和人才積累使此類企業(yè)(包括不少由此分化出來的民營(yíng)企業(yè))成為目前引導(dǎo)創(chuàng)新潮流的生力軍，但大投入的應(yīng)用基礎(chǔ)研究明顯較弱。

無論如何，選煤生產(chǎn)對(duì)技術(shù)的巨大需求，必將促使煤炭相關(guān)高等院校、科研單位、裝備研發(fā)企業(yè)和各大煤炭集團(tuán)不斷完善煤炭科技創(chuàng)新體系，搭建產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合創(chuàng)新平臺(tái)，從而發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)選煤理論與技術(shù)水平的進(jìn)步，提升我國(guó)煤炭行業(yè)整體科技水平和核心競(jìng)爭(zhēng)力。

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