智能排矸系統(tǒng)的在線檢測與仿真實驗

王 磊，李 萍，白雪萍，盧 瑞，馬 紅

(國家能源集團寧夏煤業(yè)公司洗選中心智能化研發(fā)室，寧夏 銀川 750000)

1 概 述

矸石作為選煤過程中的固體廢物，選矸工藝是原煤準備的重要環(huán)節(jié)之一。我國選煤工業(yè)起步于20世紀50年代，到60年代，選煤工業(yè)已達到相當規(guī)模，對煤與矸石的分選做了大量研究，提出了一系列識別方法，代表性的主要有雷達探測法、自然γ射線、人工γ射線法、機械振動、基于截割力響應(yīng)、無源紅外探測等[1-2]。

目前，國家能源集團寧夏煤業(yè)公司在寧東片區(qū)共有13個煤炭生產(chǎn)礦井，均配套了滿足其生產(chǎn)能力的選煤廠，各選煤廠由公司下屬單位洗選中心進行專業(yè)化管理，大部分選煤廠原煤排矸工藝仍然采用人工分選矸石的模式，由于人工選矸勞動強度大、作業(yè)環(huán)境差、人員成本高、撿矸效率低，作業(yè)過程存在較大的安全隱患。在智能化建設(shè)的背景下，本研究設(shè)計的智能排矸系統(tǒng)[3-5]可準確識別煤或矸石，實現(xiàn)選煤過程中的自動排矸，這不僅契合智能化選煤廠建設(shè)需求，同時對改善選煤廠作業(yè)環(huán)境，推動煤炭行業(yè)智能化建設(shè)進程具有重要意義。

2 智能排矸系統(tǒng)設(shè)計實施方案

智能排矸系統(tǒng)的設(shè)計[5-8]依托于自主研發(fā)的實驗平臺，模擬選煤廠生產(chǎn)工藝中的人工分選矸石環(huán)節(jié)。在此基礎(chǔ)上研發(fā)設(shè)計由檢測單元、運算單元、輸出單元和執(zhí)行單元四大主要部分，以及供風、冷卻、圖像識別、報警、視頻監(jiān)控、配電、控制等輔助部分組成的智能排矸系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計實施完成后，通過選取不同特征的矸石、煤、中煤及雜物等實驗樣本反復(fù)動態(tài)測試，以提高系統(tǒng)檢測識別精度，從而能夠按照預(yù)期目標完成智能排矸入倉，為系統(tǒng)投入實際生產(chǎn)環(huán)境可靠運行奠定基礎(chǔ)。

仿真實驗是借助實驗平臺來模擬實際生產(chǎn)工藝，以驗證系統(tǒng)設(shè)計、工作的可行性。系統(tǒng)主要工藝流程：將原煤給料至返煤膠帶輸送機，通過回煤振動溜槽進入振動布料裝置篩分后，限下物進入限下收集溜槽，限上物在選矸膠帶輸送機上通過智能排矸系統(tǒng)的檢測單元，根據(jù)X射線穿透實驗樣本后能量的強弱信號不同自動識別檢測出煤、矸石、中煤和雜物；運算單元根據(jù)檢測單元反饋的結(jié)果計算出煤、矸石和中煤的比例，結(jié)合選矸膠帶輸送機的帶速(0.3～0.36 m/s)、煤和矸石大小及定位坐標[9-10]，計算出矸石到達執(zhí)行單元的時間和撥煤板動作的數(shù)量，將運算指令傳遞給輸出單元；輸出單元執(zhí)行矸石的排出指令，完成系統(tǒng)的自動排矸。實驗平臺的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，智能排矸系統(tǒng)的工藝流程如圖2所示。

圖1 實驗平臺結(jié)構(gòu)示意

圖2 智能排矸系統(tǒng)的工藝流程

3 智能排矸系統(tǒng)在線檢測和仿真實驗的實施

智能排矸系統(tǒng)擬在洗選中心各選煤廠推廣應(yīng)用。選取靈新選煤廠和清水營選煤廠的煤、矸石和中煤、雜物若干作為實驗樣本，歷時3個月多次進行在線檢測和仿真實驗以驗證系統(tǒng)的可行性、穩(wěn)定性、識別的準確性和實際分選效果。

3.1 識別準確率檢測實驗

選取靈新選煤廠和清水營選煤廠不同特征的煤、矸石和中煤各300塊，雜物50塊作為實驗樣本，分次進行系統(tǒng)識別準確率測試，實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比分析如表1所示。結(jié)果表明系統(tǒng)能夠精準、穩(wěn)定的識別不同特征的煤和矸石、中煤及雜物，滿足識別準確率大于95%的預(yù)期實驗?zāi)繕恕?/p>

表1 系統(tǒng)識別準確率檢測數(shù)據(jù)

3.2 成分檢測準確率實驗

選取靈新選煤廠和清水營選煤廠各200塊煤、200塊矸石和180塊中煤，作為實驗樣本進行測試，96%以上的樣本都能夠準確檢測識別，對于個別異常數(shù)據(jù)進行二次實驗，以調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)確保系統(tǒng)的檢測準確率，檢測結(jié)果如圖3所示。通過對檢測所得實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比分析，數(shù)據(jù)分析部分結(jié)果如表2、圖4所示。結(jié)果表明系統(tǒng)根據(jù)檢測實驗樣本灰分值精準的識別不同特征的煤和矸石、中煤，為系統(tǒng)精準分選實現(xiàn)智能排矸奠定了基礎(chǔ)。

圖3 自動選煤檢測系統(tǒng)測試結(jié)果

表2 塊煤、中煤及矸石實驗數(shù)據(jù)對比分析

圖4 部分實驗數(shù)據(jù)對比分析

4 結(jié) 語

主要闡述智能排矸系統(tǒng)的設(shè)計研究，選取不同特征的煤、矸石、中煤及雜物作為實驗樣本，對系統(tǒng)進行在線檢測和仿真實驗。結(jié)果表明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精準識別和自動排矸分選，替代人工撿矸，降低人員勞動強度，提高作業(yè)效率，具有較高的推廣應(yīng)用價值。