五举煤业实现煤质创效的应用实践.pdf

文章编号：1001-3571 (2024)01-0057-06五举煤业实现煤质创效的应用实践樊青龙1，邓亚明1，董刚2，陈达坤3（1.平凉五举煤业有限公司，甘肃 平凉 744000；2.天津德通电气有限公司，天津 300112；3.陕西博选科技有限公司，陕西 西安 710000）摘要：为解决升井原煤煤质差，煤质检测存在滞后性，影响选煤厂生产效率及产品质量的问题，基于对原煤开采、运输及洗选加工各环节的分析，通过采取降低工作面采高，建设井下 TDS 智能干选预排矸系统，采用自动采制样、煤质在线检测，对煤质进行信息化、数字化管理等措施，实现对煤炭质量的精准控制和预警。实践表明，以上措施采用后，升井原煤灰分平均降低 15 个百分点，洗选精煤灰分波动小于 0.3 个百分点，精煤产率达到 35%以上。通过实施全过程煤质控制，降低了生产成本，减少了环境污染，提高了企业的经济效益和社会效益，可为其他存在类似问题的选煤厂提供一定借鉴。关键词：煤质创效；全过程煤质控制；工作面采高；井下智能干选；自动采制样；煤质在线检测；数字化管理平台中图分类号：TD94文献标志码：BImprovement of coal washing efficiency and economic perform-ance of Wuju Coal Preparation Plant through quality control ofraw coal:approaches and practiceFAN Qinglong1，DENG Yaming1，DONG Gang2，CHEN Dakun3（1.Pingliang Wuju Coal Industry Co.Ltd.,Pingliang 744000,China；2.Tianjin Detong Electric Co.Ltd.,Tianjin 300112,China；3.Shaanxi Boxuan Technology Co.Ltd.,XiAn 710000,China）Abstract:Wuju plants coal washing efficiency and quality of products are adversely affected because of deteri-oration of run-of-mine coal and delay of raw coal quality control.Based on analysis of various process links ofunderground coal mining,coal haulage,coal washing,etc.,multiple measures are taken,including,among oth-ers,reduction of mining heights,preremoval of gangue from coal underground using intelligent TDS dry separ-ator,execution of automatic coal sampling and preparation online monitoring of ash of coal,as well as practiceof information-based digitalized management mode.With implementation of such approaches,the plant is nowpossible to exercise strict control of coal quality and give early warning in case of any discrepancies,the plant isnow possible to reduce the ash of raw coal by 15 percentage points on average,keep fluctuation ash of clean coalbelow 0.3 percentage points,and obtain a yield of clean coal of over 35%.Implementation of the comprehens-ive coal quality control approaches has led to curtailment of operating cost,less environmental pollution,and im-proved economic and social benefits.The work made in the paper may serve as a reference for other plants fa-cing similar problems.Keywords:improvement of efficiency through control of raw coal quality；whole-process coal quality control；mining height；intelligent underground coal dry separation；automatic coal sampling and preparation；onlinemonitoring of coal ash；digitalized management platform 收稿日期：2024-01-25责任编辑：邓明瑞DOI：10.16447/ki.cpt.2024.01.010作者简介：樊 青 龙（1991），男，贵 州 毕 节 人，工 程 师，从 事 煤 炭 洗 选、选 煤 厂 智 能 化 方 面 工 作。E-mail：，Tel：[phone]。引用格式：樊青龙，邓亚明，董刚，等.五举煤业实现煤质创效的应用实践J.选煤技术，2024，52（1）：5762.FAN Qinglong,DENG Yaming,DONG Gang,et al.Improvement of coal washing efficiency and economic performance of Wuju Coal PreparationPlant through quality control of raw coal:approaches and practiceJ.Coal Preparation Technology，2024，52（1）：5762.第 52 卷 第 1 期选煤技术 Vol.52No.12024 年 2 月COALPREPARATIONTECHNOLOGY Feb.202457煤炭作为传统能源，为国家经济的发展做出了重要贡献。但是，粗放的煤炭生产和加工利用方式，也带来了一系列的生态环境问题，因此煤炭产业必须走转型升级、绿色低碳的发展道路。近年来，煤炭企业在智能开采、智能洗选、煤质检测及信息化管理等方面虽然取得一些成绩，但是在原煤提质煤质创效等方面的研究仍存在局限性，这不仅增加了煤炭生产成本，也降低了煤炭产品的销售价值。为提升原煤煤质，开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司研究了薄煤层的提质提效配套开采技术，从设备合理配套、实现自动化、降低采高等因素考虑，选取适应矿井地质条件变化的薄煤层配套设备，为精确控制工作面采高提供了技术保障1。国能准能集团有限责任公司准能选煤厂和哈尔乌素选煤厂通过智能化建设，构建了以远程智能控制为主、人工干预为辅、大数据决策支持的智能化洗选新模式2；陕西煤业化工集团有限责任公司通过开发煤质管理信息化系统，实现煤炭产品从工作面设计、布置，到煤炭洗选加工、存储、外购、配煤、运销等全过程最大程度的煤质资源共享，该系统为煤炭洗选、煤质管理、煤质预测、煤质跟踪及售后服务提供了有效手段，最终为企业提供更为准确、高效的决策信息，提升了煤炭产品竞争力3。尽管众多煤炭企业在煤质创效方面进行了大量的实践，但是由于原煤煤质、采煤装备技术、在线煤质检测设备、选煤工艺及自动化、智能化技术应用等仍与目标存在差距，导致煤质创效研究与应用的效果未达到预期。文章结合五举煤业原煤提质管理、煤质精准检测及数据平台建设，为煤炭企业实现煤质效益最大化提供实践经验。1存在的问题平凉五举煤业有限公司位于甘肃省平凉市崇信县，隶属于平凉五举煤业有限公司。该选煤厂设计规模为 3.0 Mt/a，设计服务年限为 40.9 a，属大型矿井型动力煤选煤厂。选煤工艺采用原煤脱粉+超级无压三产品重介质旋流器分选+粗煤泥螺旋分选机分选+煤泥水浓缩+细煤泥超高压压滤的联合生产工艺，产品为优质动力用煤、民用及化工用煤。选煤厂自 2023 年建成试生产以来，通过对入选原煤煤质、精煤产率及煤质化验数据进行统计，综合分析煤质管控各环节存在的问题，发现：升井原煤灰分偏高，在 70%左右；洗选精煤产率约为15%，精煤灰分波动高于 0.7 个百分点；因原煤运输系统、重介质分选系统卡堵，平均每天累计影响生产时间达 39 min，生产连续性差。此外，通过对煤质在线检测与人工化验数据统计对比，发现精煤灰分最大偏差达 1.13 个百分点。分析造成上述问题的原因有两个。一方面是由于13207#工作面平均煤层厚度不足2 m，而矿井设计采高为 2.4 m，因此造成大量矸石进入原煤；而且，原煤生产及井下运输过程中，大量淤泥、铁器及杂物进入主煤流运输系统，恶化原煤煤质，加之井下及地面原煤运输系统缺乏有效的煤质管控措施，造成煤质污染，使带式输送机机头溜槽、无压三产品重介质旋流器频繁卡堵4，直接制约矿井及选煤厂连续生产。另一方面，由于选煤厂 X 射线灰分仪检测数据误差大，且在线及人工化验煤质数据未实现数据信息化管理，导致选煤厂重介质分选参数调节存在滞后性，造成洗选精煤、中煤产品灰分波动大。针对以上问题，有必要在源头进行原煤煤质控制，提升煤质检测精度，搭建煤质信息化、数据化管理平台，实现全流程煤质管控，进而实现煤炭生产、洗选加工及销售的效益最大化。2问题分析及解决措施 2.1原煤煤质 2.1.1井下原煤提质矿井试生产期间，13207#工作面平均煤厚 1.51.9 m，且煤层赋存不稳定，厚度差异大，煤层中部含有厚度为 200300 mm 的夹矸层；而工作面设计采高为 2.4 m，采用走向长壁一次采全高综合机械化采煤工艺，因此造成原煤中大量矸石混入。此外，矿井煤质管理考核制度不健全，职工煤质意识薄弱，造成巷道地面淤泥、渣石、杂物等进入原煤，导致井下及地面原煤存储料仓结拱堵塞，物料黏结挂壁及卡堵系列问题，严重制约矿井原煤运输、选煤厂连续稳定生产，增加了企业人工及生产成本。为减少矸石混入原煤，改善原煤煤质，选煤厂采取了相应措施。（1）技术方面。根据矿井地质资料和煤层煤样化验结果，对采掘工作面的煤层厚度及走向提前进行预测预报，采煤工作面在合理采高范围内和保证精煤产率最高的前提下，从设备合理配套、自动化、降低采高等因素考虑，选取适应矿井地质条件变化的薄煤层配套设备5。同时，为进一步改善升井原煤煤质，释放主井有效提升能力，在井下建设 TDS 智能干选系统：原煤由井下配仓带式输送机运输至滚轴筛进行 80 mm 分级，筛下 80 mm 粒级 块 煤 采 用 双 齿 辊 破 碎 机 破 碎 至 300 mm 以 下，300 mm 粒级原煤经筛分布料器筛分、TDS 智能分选得到块精煤及矸石；TDS 分选出的块精煤二次破碎至 80 mm 以下后升井。具体井下原煤运输、筛分、破碎及 TDS 智能干选流程如图 1 所示。2#主井煤仓1#主井煤仓1#配仓带式输送机配仓带式输送机筛分转载带式输送机破碎机新建块煤仓末煤带式输送机筛分布料器TDS 智能干选系统80 mm 块煤仓80 mm出料300 mm 80 mm 的块原煤及矸石易进入洗选系统，造成无压给料三产品重介质旋流器一、二段连接管堵塞，中煤及矸石进入精煤。统计了 2023 年 8 月至 2024 年 1 月选煤厂因带式输送机机头溜槽、无压给料三产品重介质旋流器等堵塞影响的生产时间，如图 2 所示。由图 2 可知，选煤厂生产连续性差，其中，2023 年 810 月因卡堵累计影响生产时间达 3 297 min，平均每天影响生产时间达 39 min。为 杜 绝 大 块 物 料 进 入 地 面 洗 选 系 统，采 用DN40 mm 圆钢，在 101#和 301#带式输送机机头溜槽制作安装间距为 120 mm 的篦子（图 3），避免大块物料进入下一生产环节，并通过应用基于机器视觉的物料粒度精准检测技术，实现对篦子上方大块物料的智能视频监测（图 4），通过模型训练及优化，大块物料粒度识别准确率达到 98%以上。同第 52 卷 第 1 期樊青龙等：五举煤业实现煤质创效的应用实践2024 年 2 月 25 日 59时，为避免篦子上积料过多影响带式输送机安全运行，将智能视频监测故障报警信号与上游给料机、带式输送机联动，实现机头篦子堵煤报警、超限自动停机7等功能。由图 2 可知，机头溜槽篦子自 2023年 11 月份安装投入使用以来，选煤厂因输送机机头溜槽及三产品重介质旋流器卡堵导致的非计划性停机时间大幅度减少，洗选系统稳定性增强，为实现产品质量稳定控制奠定了基础。9008007006005004003002001000影响时间/min2023 年 8 月2023 年 9 月2023 年 10 月2023 年 11 月2023 年 12 月2024 年 1 月562425770490475575203269152856315输送机机头溜槽卡堵旋流器堵塞图 2 堵塞对选煤厂生产时间的影响Fig.2 Statistical data showing the time duration of shutdown ofcoal washing operations due to blockage of chute at beltconveyors drive head and cyclone 图 3 机头溜槽加设篦子Fig.3 Addition of grating at belt conveyors drive head 图 4 篦子上方大块物料的智能视频监测Fig.4 Video detection of large pieces of materials on grate 2.2煤质检测 2.2.1采用自动采样及煤质在线检测采样、制样、化验均是煤质检测的重要环节，人工锹铲取样是常见的采样方式，采样完成后，需按照流程将煤样送至制样室进行破碎、缩分、烘干等操作，得到备查样和分析样。采制样及快灰试验直至出结果平均用时需 60 min 以上，导致化验的煤质数据不能及时反映当前洗选情况。若根据化验结果再调节分选工艺参数，则存在调节滞后的问题，造成洗选产品质量不达标。另一方面，由于人为因素干扰，以及化验人员对仪器、设备操作习惯的差异，也增加了煤质化验结果准确性的控制难度。为解决人工采制样及化验存在滞后性、误差大的问题，在选煤厂原煤、洗选精煤、销售精煤装车带式输送机旁侧设计安装全自动采制样机及 X射线灰分仪8。自动采样系统运行时，采样机与带式输送机联动，按照设定的时间间隔完成采样，采得样品通过溜槽落入初级带式给料机，初级带式给料机将物料送入一级破碎机得到 3 mm 粒级的煤样，而后样品由缩分器缩分，并被收集到防水、防尘的容器中。整个采制样过程中不损失物料，水分损失可控制在 1以内9。采样系统中的余料则通过带式输送机输送至 X 射线灰分仪的探测室完成灰分检测，检测后的物料通过斗式提升机返回到输煤系统带式输送机上。整个系统每间隔 4 min 即可完成 1 个煤样的采样及灰分检测，全程无需人工干预，保证了煤质检测的时效性及稳定性。2.2.2X 射线灰分仪的自动标定X 射线灰分仪投用后，随机抽取 10 组精煤产品灰分仪检测数据与人工化验数据对比，结果见表1。由表 1 可知，在线灰分仪测量值与人工检测值最大误差达 1.13 个百分点，平均达 0.72 个百分点。分析 X 射线灰分仪检测值误差大的原因：一是灰分仪在正式投入使用之前，标定煤样不足 40 个，标定周期短，煤样代表性差；二是随着原煤煤质变化，未再次对灰分仪进行标定。表 1 X 射线灰分仪检测值与人工化验灰分值 Table 1 Comparison of analytical ash values and ashvalues actually measured by X-ray ash monitor%抽检日期灰分仪检测值人工化验值偏差10月15日8.569.691.1310月16日8.719.370.6610月20日9.879.240.6310月24日8.929.760.8410月25日9.229.980.7610月27日8.629.320.7010月28日9.179.740.5711月01日9.899.140.7511月09日8.659.360.7111月12日8.549.010.47第 52 卷 第 1 期选煤技术2024 年 2 月 25 日 60为进一步提升灰分仪的检测精度，设计开发了 X 射线灰分仪自动标定系统：根据原煤煤质变化，系统自动下发灰分仪校验指令，根据设定的采样时间自动采样并将煤样收集到防水、防尘的容器中，煤质化验室收到煤样后对该煤样种类、采样时间、地点进行标记，检测结束后人工化验数据自动上传至煤质数据管理平台，自动标定系统通过数据库镜像的方式收集煤质数据管理平台数据，根据人工经验算法自动识别判断化验数据的准确性，再根据煤样种类、采样时间及地点自动匹配灰分仪在线检测结果，而后系统自动生成校验数据模型并将其推送给灰分仪标定软件，实现灰分仪自动、周期性标定，从而解决煤质波动，灰分仪标定不及时，煤质在线检测数据误差大的问题。2.2.3建设煤质信息化、数字化管理平台常见的煤质检测方式主要依靠人工操作仪器来完成，检测工作量大的灰分、水分、全硫、发热量、挥发分等常规项目，需要配置多名化验人员，劳动强度大10。此外，实验室检测仪器和人员操作水平的差异，亦会造成煤质化验结果出现偏差。而且煤质化验数据记录、计算等工作繁琐，也会增加化验结果计算错误的风险。另一方面，由于缺少对生产、销售煤样及在线煤质检测数据的统一管理，也造成了煤质化验工作与生产调控的脱节。为提升煤质信息化、数字化管理水平，整合智能型马弗炉、烘干箱、量热仪、定硫仪、工业分析仪、灰熔融性测试仪、电子天平等多种设备，构建化验室专用网络，实现了化验设备联网，化验设备检测数据自动上传至数据管理平台，图 5 为标准化实验室化验数据自动采集汇总界面。该平台具备样品编码、称重管理、化验结果采集、数据计算、平行样判定、化验数据汇总、自动生成报表等功能，有效节省了人工操作及计算时间，提高了煤质化验工作效率11。另一方面，通过建设选煤厂智控平台（图 6），打破煤质数据管理平台与洗选集控数据间的壁垒，对精煤灰分检测值进行分析，根据检测值与设定目标值之间的偏差，系统自动预测重介分选密度并下发至 PLC 控制系统，PLC 控制系统根据当前密度检测值与预测值之间的偏差，自动执行重介分选补水、补介、分流操作，实现智能调节重介分选密度，保障精煤质量合格12；煤炭销售方面，通过对销售精煤煤质在线检测，出现不合格煤样立即终止发运，自动锁定配仓及装车给料机，杜绝不合格产品出场，切实将煤质管控风险降至最低。图 5 标准化实验室化验数据自动采集汇总界面Fig.5 Summary interface of automatically collected Standardizedlaboratory ash analysis data 图 6 选煤厂智控平台操作界面Fig.6 coal preparation plant intelligent control platform 3应用效果分析2023 年 8 月至 2024 年 1 月升井原煤、洗选精煤及中煤的灰分变化趋势如图 7 所示；洗选精煤、中煤及煤泥产率的变化趋势如图 8 所示。由图 7 和图 8 可以看出：810 月，原煤平均灰分大于 65%，期间洗选精煤、中煤灰分波动较大；自 11 月开始，通过严格控制工作面采高，强化升井原煤质量管控，以及一系列杜绝超限物料进入洗选系统的措施，将原煤灰分降低至 50%左右，并提升了重介质分选系统稳定性，使洗选精煤灰分波动小于 0.3 个百分点、产率达到 35%以上，中煤产率相对降低，精煤及中煤产品灰分趋于稳定，达到了预期效果。另一方面，通过自动采样及煤质在线检测设备，设计研发了 X 射线灰分仪自动标定系统，不断优化灰分仪检测模型，提升灰分仪检测精度。表 2 为销售精煤灰分自动检测值与人工化验值的对比，由表 2 中数据可知，在线灰分仪测量值与人工第 52 卷 第 1 期樊青龙等：五举煤业实现煤质创效的应用实践2024 年 2 月 25 日 61化验值最大偏差为 0.47 个百分点，平均仅为 0.23个百分点，实现了煤质在线的精准检测。2023 年 8 月2023 年 9 月2023 年 10 月2023 年 11 月2023 年 12 月2024 年 1 月灰分/%原煤精煤中煤80706050403020100图 7 升井原煤、洗选精煤及中煤灰分的变化趋势Fig.7 Trend of variation and ash values of raw coal,Clean coal and middling 2023 年 8 月2023 年 9 月2023 年 10 月2023 年 11 月2023 年 12 月2024 年 1 月13.914.316.935.135.937.911.211.07.39.58.58.912.814.512.312.012.815.5精煤中煤煤泥产率/%4035302520151050图 8 精煤、中煤及煤泥产率的变化趋势Fig.8 Trend variation of yield of clean coal,middling and slime 表 2 X 射线灰分仪自动标定系统投入使用后的灰分检测值对比 Table 2 Comparison of analytical ash values andthose measured by the automatically calibratedX-ray ash monitor%抽检日期灰分仪检测值人工化验值偏差2023-12-018.959.290.342023-12-029.269.090.172023-12-169.438.960.472023-12-189.119.380.272023-12-208.929.000.082023-12-229.259.060.192023-12-249.179.330.162023-12-319.059.290.242024-01-028.988.850.132024-01-048.869.120.26 4结语平凉五举煤业公司通过对煤炭开采、运输、洗选加工、销售各环节进行分析，找出影响煤质的主要原因。通过在源头控制工作面采高、建设井下 TDS 智能干选系统，杜绝地面淤泥、渣石、杂物等进入原煤，杜绝超限粒级物料进入洗选系统；同时通过建设煤质自动检测，煤质信息化、数字化管理平台，实现了对煤炭质量的精准控制和预警；而且利用选煤厂智控平台，实现了重介分选过程通过灰分回控密度。此外，通过对销售精煤灰分自动检测，出现不合格煤样立即停止发运并锁定装车设备，杜绝不合格煤样出场，切实将煤质管控风险降至最低，实现了煤质效益最大化。参考文献：常建良.中厚较薄煤层提质提效配套开采技术研究J.科技创新导报，2015，12（35）：160161.1 国能准能集团智能化选煤厂.创新驱动智慧赋能国 能 准 能 集 团 智 能 化 选 煤 厂 J.中 国 煤 炭 工 业，2023（9）：23.2 赵照军，闫晓莉.陕煤化集团煤质管理信息化系统的构建J.煤质技术，2012（6）：15.3 孔令广，胡殿文，张效泉.强化煤质管理减少原煤含杂率J.山东煤炭科技，2007（2）：4344.4 张高杰，赵楷棣，时小勇.中厚偏薄煤层智能开采设备选型及管理实践J.山东煤炭科技，2021，39（7）：141143，145.5 林丽凤，靳远志，赵天波，等.TDS 智能选矸系统在滨湖煤矿井下的应用J.选煤技术，2020（6）：4952.6 折小江，刘江，王兰豪.AI 视频图像分析在选煤厂智能化中的应用现状与发展趋势J.工矿自动化，2022，48（11）：4553，109.7 林春强，于波，刘志刚，等.X 射线灰分仪在四棵树煤 矿 中 的 应 用 J.数 字 技 术 与 应 用，2023，41（3）：5861.8 朱晶，赵丽娇.自动化采制样系统在西铭矿选煤厂的应用研究J.煤质技术，2023，38（1）：9296.9 张蕊红，王健.煤炭质量检测分析技术的发展及趋势J.煤炭加工与综合利用，2021（3）：8183.10 李明菊，李宝明，陈国强，等.临矿集团煤质管理信息系统的建设与应用J.煤炭加工与综合利用，2022（8）：8992.11 马嘉楠，李世星.基于灰分回控的智能密度控制系统在寨崖底选煤厂的应用J.选煤技术，2022，50（2）：9194.12第 52 卷 第 1 期选煤技术2024 年 2 月 25 日 62