識別分選同步一體化智能干法選煤系統的研究

吳文娟

（晉能控股煤業集團永定莊煤業有限責任公司質運科，山西 大同 037024）

引言

煤炭工業是我國國民經濟和社會發展的基礎產業，我國約76%的電能及76%的工業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成分，降低環境的污染等，則需要對煤炭進一步加工。選煤就是將原煤中的雜質剔除，或將煤質分類的一種工藝。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）濕選煤主要包括跳汰法、濕法重介法和浮選法，但生產用水需求較多，且會造成煤泥產量的大幅提升。干選煤是根據固-氣兩相流原理，通過煤與矸石不同的物理特性而達到物質分類。

隨著選煤技術的不斷創新，濕選煤因生產用水需求較多，且會造成煤泥產量的大幅提升，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，對環境污染重大等缺陷。同時，經過調研發現，目前國內未有煤矸石自動分選機工業化產品。因此，研發一種技術更先進、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的進步與發展必將起到積極的推動作用。

1 現有選煤技術分析

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，跳汰選煤及重介質選煤粒度適應范圍廣，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，且分選過程均產生煤泥，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備可靠性多因素綜合作用，應用過程中差強人意；γ射線法技術分選能力不足，達不到井下生產能力的標準，且雖節能環保，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射線機和數據采集卡就可以實現煤矸石分離。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，設備成本較低，是中小型選煤企業的首選[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，且安全系數相比γ射線較高，具有長期穩定可靠、不受環境條件變化影響、結構簡單等優勢，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，實現煤矸分選離，故為了真正實現提升選煤精度和實現機械自動化，必須研發相應的配套系統[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。工藝流程為：物料經給料裝置給入帶式輸送機布料裝置，原料經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將位置信息發送給電控系統，其收到指令后，開啟相應位置的陣列式氣閥完成擊打，同時輔助系統根據各自功能定位發揮作用，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示意如下頁圖1所示。

通過調研發現，識別-擊打分體模式系統因帶式輸送機受到外力影響產生顛簸，物料在機頭自由拋落時物料之間難免發生碰撞等，難以保證物料在識別區和分離區保持位置坐標不發生變化，同時，因識別位區和執行區是分離的，且一般根據歷史識別信息進行執行打擊分離，被執行前發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，急需對此系統進行優化改正。

圖1 識別-擊打分體干法機械模式系統示意

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律，物體姿態在下落過程中也是相對穩定的，對正處于自然下落的對象施加一個法向外力，加之高效的數據處理程序，計算出命令發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律，且在自由拋落過程中被雙能X射線透射，以實現識別煤塊和矸石，與此同時，射線識別信息通過分選控制系統的綜合處理，將執行命令傳輸給氣動執行機構，執行氣動擊打煤或矸石，同時輔助系統根據各自功能定位發揮作用，被擊打者脫離原運動軌跡分離，未擊打者沿原軌跡收集。總體而言，識別-擊打一體化機械模式可以大大提高單位時間內的處理量，最主要的是可以實現選煤或矸的高效、精確分離。識別-擊打一體化模式系統示意如圖3所示。

圖3 識別-擊打一體化模式系統示意

2.3 識別-擊打一體化干法機械模式優勢

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、安全可靠等優勢。

3 執行及智能化控制系統

3.1 執行系統

一體化智能干法機械模式執行系統可以采用先進的臥式氣動噴射陣列技術，由噴射陣列作為執行終端，高頻電磁閥作為執行器。配套設施還有儲氣罐、過濾器、空壓機等。臥式氣動噴射陣列能夠實現接到擊打指令后15 ms內完成擊打，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，相應的高頻電磁閥開啟，完成命令的接收任務，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示意

3.2 智能化控制系統

為了更好地滿足一體化智能干法機械模式系統功能需求，還需設計智能化控制系統，主要包括語音及報警系統；檢測、監控、計量、保護裝置；控制系統，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測功能等；視頻監控方案主要有視頻采集、信息傳輸、畫面顯示和畫面控制；信息管理系統主要有實時過程控制、歷史數據查詢、設備故障及模擬量超限時報警、優化生產計劃等。

此外，為使射線使用始終在安全、可控范圍內，系統還需要做屏蔽防護、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計。

4 結語

選煤就是將原煤中的雜質剔除，或將煤質分類的一種工藝。立足當前干法選煤技術的利用雙能X射線識別煤與矸石的技術，其識別分選同步一體化系統、執行系統、智能化控制系統具有技術更先進、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勢，將會對我國干法分選技術的進步與發展起到積極的推動作用。