識別分選同步一體化智能干法選煤系統(tǒng)的研究

吳文娟

（晉能控股煤業(yè)集團永定莊煤業(yè)有限責任公司質(zhì)運科，山西 大同 037024）

引言

煤炭工業(yè)是我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，我國約76%的電能及76%的工業(yè)燃料和動力都是煤炭提供的[1]。為盡可能減少原煤中的雜質(zhì)成分，降低環(huán)境的污染等，則需要對煤炭進一步加工。選煤就是將原煤中的雜質(zhì)剔除，或?qū)⒚嘿|(zhì)分類的一種工藝。目前選煤的方法主要有濕法選煤和干法選煤兩種，選煤過程中需要使用消耗大量水資源（介質(zhì)）濕選煤主要包括跳汰法、濕法重介法和浮選法，但生產(chǎn)用水需求較多，且會造成煤泥產(chǎn)量的大幅提升。干選煤是根據(jù)固-氣兩相流原理，通過煤與矸石不同的物理特性而達到物質(zhì)分類。

隨著選煤技術(shù)的不斷創(chuàng)新，濕選煤因生產(chǎn)用水需求較多，且會造成煤泥產(chǎn)量的大幅提升，故干法選煤越來越受到重視，其中最具代表性的是風選、磁選、空氣重介流化床選煤等。然而，由于受到分離下限、所選原煤含水量等綜合作用，干法選煤也存在分離精度不高，對環(huán)境污染重大等缺陷。同時，經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)未有煤矸石自動分選機工業(yè)化產(chǎn)品。因此，研發(fā)一種技術(shù)更先進、分選精度更好、投資更小、工藝流程更簡化、機械自動化程度更高的干式分選方法，對我國干法分選技術(shù)的進步與發(fā)展必將起到積極的推動作用。

1 現(xiàn)有選煤技術(shù)分析

如前所述，目前選煤的方法主要有兩種，干法選煤和濕法選煤。濕法選煤主要包括跳汰法、濕法重介法和浮選法，干法選煤可以分為X射線法、空氣重介流化床法等。其中，跳汰選煤及重介質(zhì)選煤粒度適應(yīng)范圍廣，分選效率高，但占地面積大，投資高，消耗大量的水或者重介質(zhì)，且分選過程均產(chǎn)生煤泥，處理費用高；復合式干法和空氣重介流化床干法選煤也因設(shè)備可靠性多因素綜合作用，應(yīng)用過程中差強人意；γ射線法技術(shù)分選能力不足，達不到井下生產(chǎn)能力的標準，且雖節(jié)能環(huán)保，但對人體健康有害；X射線透射法選煤是一種干法選煤方法，僅需要X射線機和數(shù)據(jù)采集卡就可以實現(xiàn)煤矸石分離。X射線所需要的電壓和電流比伽馬射線要少得多，且X射線選煤操作簡單，設(shè)備成本較低，是中小型選煤企業(yè)的首選[2]。

基于上述分析，本文基于X射線屬于電磁輻射，具有波長短、能量大的特點，且安全系數(shù)相比γ射線較高，具有長期穩(wěn)定可靠、不受環(huán)境條件變化影響、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢，選擇電離X射線來對煤和矸石進行成像識別。

2 識別分選同步一體化干法機械模式

由于用X射線對煤矸透射產(chǎn)生圖像信號只是第一步，而最終須通過擊打裝置對煤或矸進行擊打，實現(xiàn)煤矸分選離，故為了真正實現(xiàn)提升選煤精度和實現(xiàn)機械自動化，必須研發(fā)相應(yīng)的配套系統(tǒng)[3-4]。

2.1 識別-擊打分體機械干法模式

目前，利用X射線選煤法采用的是識別-擊打分體模式系統(tǒng)。工藝流程為：物料經(jīng)給料裝置給入帶式輸送機布料裝置，原料經(jīng)X射線源和X射線探測器識別判斷物料成分，并通過一定算法及計算機處理程序?qū)⑽恢眯畔l(fā)送給電控系統(tǒng)，其收到指令后，開啟相應(yīng)位置的陣列式氣閥完成擊打，同時輔助系統(tǒng)根據(jù)各自功能定位發(fā)揮作用，被擊打的矸石落入遠端溜槽，精煤則不會被識別裝置識別為打擊的對象，保持原運動軌跡落入精煤溜槽中。識別-擊打分體干法機械模式系統(tǒng)示意如下頁圖1所示。

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，識別-擊打分體模式系統(tǒng)因帶式輸送機受到外力影響產(chǎn)生顛簸，物料在機頭自由拋落時物料之間難免發(fā)生碰撞等，難以保證物料在識別區(qū)和分離區(qū)保持位置坐標不發(fā)生變化，同時，因識別位區(qū)和執(zhí)行區(qū)是分離的，且一般根據(jù)歷史識別信息進行執(zhí)行打擊分離，被執(zhí)行前發(fā)生的變化是無法糾正的，而這些因素會引起分選誤動作，導致分選精度及效率降低。因此，為了提高分選精度及效率，急需對此系統(tǒng)進行優(yōu)化改正。

圖1 識別-擊打分體干法機械模式系統(tǒng)示意

2.2 識別-擊打一體化干法機械模式

為了有效避免物料運動過程中的變化，基于上述分析，本文提出了識別-擊打一體化同步原理：物體在自由落體運動中遵循自由落體運動規(guī)律，物體姿態(tài)在下落過程中也是相對穩(wěn)定的，對正處于自然下落的對象施加一個法向外力，加之高效的數(shù)據(jù)處理程序，計算出命令發(fā)出時物料所處的位置，使對象改變原拋落跡線完成整個識別與分選過程。識別-擊打一體化干法機械模式系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

圖2 識別-擊打一體化干法機械模式系統(tǒng)工作原理

識別-擊打一體化機械模式工藝流程為：物料均勻單層給入智能一體化干選機，在給料過程中，物料遵循自由落體運動規(guī)律，且在自由拋落過程中被雙能X射線透射，以實現(xiàn)識別煤塊和矸石，與此同時，射線識別信息通過分選控制系統(tǒng)的綜合處理，將執(zhí)行命令傳輸給氣動執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行氣動擊打煤或矸石，同時輔助系統(tǒng)根據(jù)各自功能定位發(fā)揮作用，被擊打者脫離原運動軌跡分離，未擊打者沿原軌跡收集?？傮w而言，識別-擊打一體化機械模式可以大大提高單位時間內(nèi)的處理量，最主要的是可以實現(xiàn)選煤或矸的高效、精確分離。識別-擊打一體化模式系統(tǒng)示意如圖3所示。

圖3 識別-擊打一體化模式系統(tǒng)示意

2.3 識別-擊打一體化干法機械模式優(yōu)勢

與識別-擊打分體模式不同，識別-擊打同步一體化進行的分選工藝識別系統(tǒng)物料分選識別、擊打集中布置，可對物料的位置進行實時測定，且識別和擊打全過程是在毫秒級的瞬間同步進行，具有流程簡單高效、準確度高、射線防護難度低、安全可靠等優(yōu)勢。

3 執(zhí)行及智能化控制系統(tǒng)

3.1 執(zhí)行系統(tǒng)

一體化智能干法機械模式執(zhí)行系統(tǒng)可以采用先進的臥式氣動噴射陣列技術(shù)，由噴射陣列作為執(zhí)行終端，高頻電磁閥作為執(zhí)行器。配套設(shè)施還有儲氣罐、過濾器、空壓機等。臥式氣動噴射陣列能夠?qū)崿F(xiàn)接到擊打指令后15 ms內(nèi)完成擊打，識別和擊打兩個動作幾乎同步進行，大大提高了處理效率。具體工作流程為：將高頻電磁閥兩端分別與控制計算機和高壓氣包相連接，當物料進行自由落體的過程中，X射線識別信號到達集控端，相應(yīng)的高頻電磁閥開啟，完成命令的接收任務(wù)，同時作為擊打媒介的高壓氣包中的壓縮空氣向外高速噴出，精確擊打被識別的煤塊或矸石，達到分選的目的。高頻臥式氣動噴射陣列如圖4所示。

圖4 識別-擊打一體化模式系統(tǒng)示意

3.2 智能化控制系統(tǒng)

為了更好地滿足一體化智能干法機械模式系統(tǒng)功能需求，還需設(shè)計智能化控制系統(tǒng)，主要包括語音及報警系統(tǒng)；檢測、監(jiān)控、計量、保護裝置；控制系統(tǒng)，主要有“三遙”控制功能，皮帶運輸機主電機電流檢測功能，皮帶運輸機沿線保護功能，壓風機的風壓實時監(jiān)測功能等；視頻監(jiān)控方案主要有視頻采集、信息傳輸、畫面顯示和畫面控制；信息管理系統(tǒng)主要有實時過程控制、歷史數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備故障及模擬量超限時報警、優(yōu)化生產(chǎn)計劃等。

此外，為使射線使用始終在安全、可控范圍內(nèi)，系統(tǒng)還需要做屏蔽防護、連鎖控制、聲光警示、接地防護、故障自動報警、一鍵急停、連鎖保護等多重安全防護設(shè)計。

4 結(jié)語

選煤就是將原煤中的雜質(zhì)剔除，或?qū)⒚嘿|(zhì)分類的一種工藝。立足當前干法選煤技術(shù)的利用雙能X射線識別煤與矸石的技術(shù)，其識別分選同步一體化系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)具有技術(shù)更先進、分選精度更好、投資更小、工藝流程更簡化、機械自動化程度更高等優(yōu)勢，將會對我國干法分選技術(shù)的進步與發(fā)展起到積極的推動作用。