唐口選煤廠的智能化建設(shè)與應(yīng)用

廉曉晨 孫吉兵 梁君振

(山東博選礦物資源技術(shù)開發(fā)有限公司，山東 濟(jì)寧 272000)

作為基礎(chǔ)工業(yè)重要分支煤炭行業(yè)而言，在大數(shù)據(jù)的驅(qū)動之下，通過數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)計算以及數(shù)據(jù)鏈接等技術(shù)，制定生產(chǎn)數(shù)據(jù)知識圖譜，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合不同業(yè)務(wù)場景下的智能算法，抽象出業(yè)務(wù)提升規(guī)律，實時在線控制生產(chǎn)過程參數(shù)，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化是煤炭企業(yè)的正確選擇。

為全面貫徹落實山東能源集團(tuán)智能化選煤廠建設(shè)的工作思路，提出實施工業(yè)4.0 環(huán)境下的唐口選煤智能化建設(shè)工程。該系統(tǒng)的建設(shè)思路是以選煤智能管控系統(tǒng)平臺建設(shè)為技術(shù)平臺和重要手段，切實發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析和云計算等新技術(shù)在選煤生產(chǎn)中保障安全、減人增效、降低成本、提高管控效率的作用[1-2]。

選煤廠智能化建設(shè)，將在提高產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備安全運行和提高企業(yè)整體管理水平等方面表現(xiàn)出突出優(yōu)勢，也將帶來管理思維和模式的改變，為同等規(guī)模工藝的選煤廠智能化建設(shè)提供經(jīng)驗借鑒。

1 唐口選煤廠現(xiàn)狀分析

唐口選煤廠選煤工藝為：+50 mm 煤采用動篩排矸分選，-50 mm 煤采用選前預(yù)脫泥有壓兩段兩產(chǎn)品重介旋流器分選工藝，其中50～0.75 mm 采用預(yù)先脫泥有壓兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器主再選，0.75～0.25 mm 粗煤泥采用煤泥重介分選，0.25～0 mm 煤泥采用濃縮壓濾回收。

唐口選煤廠存在問題：

1）在智能化改造前，唐口選煤廠已有的監(jiān)控系統(tǒng)僅覆蓋了車間內(nèi)部關(guān)鍵位置，均為模擬量攝像頭信號傳輸，不具備分析報警功能，不能夠滿足集控室內(nèi)統(tǒng)一監(jiān)視、智能視頻分析功能，值班人員無法在辦公室查看設(shè)備運行情況。

2）唐口選煤廠車間大、范圍廣，存在長明燈現(xiàn)象，大量長明燈的使用造成高額電力浪費。

3）超高壓壓濾車間壓濾機(jī)無法完成自動化流程[3]，需要人工干預(yù)進(jìn)行下一步操作；超高壓濾后的干煤泥無法實時監(jiān)測灰分、水分等質(zhì)量情況，需要人工頻繁化驗分析數(shù)據(jù)。

4）+300 mm 毛煤未能分選，而是直接排出，存在煤炭資源浪費現(xiàn)象。

5）選煤廠生產(chǎn)設(shè)備多、分布廣，設(shè)備健康信息無法及時掌握，職工檢修設(shè)備任務(wù)重，需要做到動態(tài)監(jiān)控與管理。

6）選煤廠需要標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化，不斷推進(jìn)環(huán)保友好、安全高效、綠色發(fā)展的理念建設(shè)[4]。

2 智能化建設(shè)方案

2.1 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

唐口選煤廠目前監(jiān)控畫面及成像不足以支撐當(dāng)前生產(chǎn)所需，同時針對不能統(tǒng)一監(jiān)視等問題，對監(jiān)控系統(tǒng)做出了以下升級：

1）規(guī)劃全廠視頻網(wǎng)絡(luò)。規(guī)劃后的網(wǎng)絡(luò)可以與礦井網(wǎng)絡(luò)無縫對接，實現(xiàn)全廠局域網(wǎng)覆蓋，方便后期系統(tǒng)擴(kuò)容和其他系統(tǒng)的接入。

2）在每個配電室布置一臺匯聚千兆交換機(jī)，根據(jù)就近原則，將現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)的節(jié)點交換機(jī)匯聚到配電室，通過配電室的匯聚交換機(jī)上傳到集控室。

3）更換集控室集控大屏。大屏由改造前的18塊顯示屏添加至32 塊，并且能夠?qū)崿F(xiàn)視頻信號、工藝流程圖的任意切換和漫游。

4）在原有的設(shè)施基礎(chǔ)上，共更換、添加IP 智能化高清攝像機(jī)56 臺，對選煤廠各個設(shè)備、各個場所全面監(jiān)測。新增人臉識別、雜物識別、區(qū)域入侵等功能。

升級改造后的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以通過人臉識別攝像機(jī)人臉識別算法記錄選煤廠重點區(qū)域人員身份信息、出現(xiàn)位置及出現(xiàn)時間；可以通過AI 智能攝像機(jī)識別皮帶上的雜物，監(jiān)控人的不安全行為。為設(shè)備健康管理配備智能移動終端，出現(xiàn)以上情況時，通過無線網(wǎng)絡(luò)，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)會發(fā)送出告警信息至集控室，同時會推送至管理及值班人員的企業(yè)微信[5]，實現(xiàn)移動端的人機(jī)交互。

2.2 超高壓智能壓濾系統(tǒng)

唐口煤業(yè)于2021 年新增超高壓壓濾車間，通過超高壓壓濾技術(shù)將濕煤泥水分進(jìn)一步降低，提高煤泥銷售價格，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益[6]。超高壓壓濾車間投入使用以后，出現(xiàn)了以下問題：

1）超高壓壓濾機(jī)入料完畢后，需要人工操作進(jìn)行下一流程。卸料時，需要人工集控開啟下游皮帶等設(shè)備。人工開停下游設(shè)備頻繁，降低了生產(chǎn)效率。

2）超高壓壓濾車間建設(shè)時，4 臺壓濾機(jī)下游配備了1 臺刮板機(jī)和1 臺破碎機(jī)，無法滿足多臺壓濾機(jī)同時卸料，因此需要人工進(jìn)行排序卸料。

針對以上問題，唐口選煤廠對集控系統(tǒng)進(jìn)行改造，新增了智能壓濾系統(tǒng)。智能壓濾系統(tǒng)可以實現(xiàn)壓濾機(jī)集群控制、智能排隊卸料、閉鎖運輸設(shè)備、補(bǔ)料等全流程自動功能，降低了人工勞動量，提高了生產(chǎn)效率。

2.3 智能煤矸分選系統(tǒng)

動篩車間提升毛煤由原煤分級篩進(jìn)行分級，+300 mm 的物料經(jīng)帶式輸送機(jī)排出廠外。改造后，+300 mm 顆粒煤矸經(jīng)108 手選皮帶機(jī)通過溜槽進(jìn)入500 mm 條形篩選機(jī)（新增）進(jìn)行篩選，+500 mm大塊煤矸經(jīng)大塊物料溜槽排落到+500 mm 大塊倉位，篩選后-500 mm 經(jīng)溜槽進(jìn)入智能煤矸分選系統(tǒng)，通過分選將塊煤排落到塊煤倉位，矸石排落到矸石倉位[7]。

該系統(tǒng)（如圖1）由識別控制系統(tǒng)、引導(dǎo)板分選裝置、供氣裝置、軟件系統(tǒng)等組成，是一種基于先進(jìn)成像和人工智能技術(shù)的新型干式智能化選煤系統(tǒng)。利用雙能X 射線及全光譜多譜段AI 激光3D 掃描成像技術(shù)采集輸送帶上物料的圖像，通過深度學(xué)習(xí)圖像識別技術(shù)對圖像進(jìn)行分析、判斷物料種類，經(jīng)過軟件控制系統(tǒng)控制氣吹裝置打開或關(guān)閉對矸石、煤塊進(jìn)行精準(zhǔn)分選，實現(xiàn)精確、高效、智能的全自動煤矸分選，大塊矸石排出廠外，大塊煤經(jīng)破碎后進(jìn)入原煤上倉皮帶入倉，分選精準(zhǔn)率在95%以上。

圖1 智能煤矸分選系統(tǒng)原理圖

2.4 設(shè)備健康管理系統(tǒng)

設(shè)備健康管理擁有設(shè)備告警、月度報告、統(tǒng)計分析、智能診斷、趨勢分析等功能，運用智能物聯(lián)網(wǎng)傳感器，對篩機(jī)、煤泥離心機(jī)等主要設(shè)備進(jìn)行溫度、振動等參數(shù)監(jiān)測，實時采集設(shè)備運行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析軟件，結(jié)合大數(shù)據(jù)，利用智能機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對設(shè)備的運行數(shù)據(jù)建立故障模型，提前預(yù)測設(shè)備故障，提前做出維護(hù)，優(yōu)化設(shè)備運行狀態(tài)，有效避免設(shè)備的突然故障，有效延長設(shè)備服務(wù)壽命。同時，設(shè)備健康管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺可集成多種傳感器數(shù)據(jù)，在云端做綜合分析。

2.5 智能一體化管控平臺

利用公司現(xiàn)有的云平臺及數(shù)據(jù)中心，將選煤能耗信息、煤質(zhì)信息、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)等信息錄入數(shù)據(jù)中心，完善洗選系統(tǒng)的智能管理及智能決策功能，實現(xiàn)生產(chǎn)、技術(shù)、機(jī)電的協(xié)同管理功能，能夠進(jìn)行生產(chǎn)情況分析、設(shè)備健康評價、設(shè)備運行分析、綜合輔助決策等不同管理層面的統(tǒng)計分析。

3 經(jīng)濟(jì)效益

1）智能煤矸分選系統(tǒng)。以2021 年10 月—11 月，30 d 為例，大塊煤矸總量約1.5 萬t，大塊煤矸破碎后價格約200 元/t，破碎成本7.5 元/t。

改造前銷售價格=（200-7.5）×1.5=288.75 萬元。

改造后經(jīng)智能分選后，塊煤占比按照30%進(jìn)行計算，大塊煤0.45 萬t，大塊煤破碎進(jìn)行入洗，按照八級精煤1800 元/t，產(chǎn)率45.5%；中煤680 元/t，產(chǎn)率19%；煤泥658 元/t，產(chǎn)率20%；洗矸2 元/t，產(chǎn)率20%；破碎成本7.5 元/t，洗煤成本20 元/t。

改造后銷售價格=0.45×（45.5%×1800+680×19%+658×20%+2×20%）+（1.5-0.45）×2-0.45×（7.5+20）=475.82 萬元。

綜合創(chuàng)效：475.82-288.75=187.07 萬元。

2）智能照明系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，智能照明系統(tǒng)運行后，每年可節(jié)約電能1.5 萬多kW·h，以電費0.69 元/kW·h 計算，系統(tǒng)運行后節(jié)約電費=0.69×1.5=1.035萬元。

3）設(shè)備健康管理系統(tǒng)。設(shè)備健康管理系統(tǒng)沒有明確的經(jīng)濟(jì)效益，但在一定程度上減少了設(shè)備損壞率和更換率，節(jié)省了經(jīng)濟(jì)開支。

4）智能化升級改造后，達(dá)到了減員提效的目標(biāo)。增加智能煤矸分選系統(tǒng)和火車智能裝車系統(tǒng)后，減少崗位工12 人，可節(jié)省人員開支約156 萬元/年。