浅谈智能化选煤厂建设

吴成山

(中煤新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232000)

随着科学技术的发展，煤炭生产加工企业越来越重视新技术、新工艺、新装备的应用。特别是近几年有关煤炭行业的数字矿山、智慧矿山、机器人采煤、机器人煤矸分选、“黑灯”选煤厂等智能化技术成为大家关注的热点，智能化选煤厂建设已然成为当今选煤行业的潮流[1].

1 智能化选煤内涵

智能化选煤以物联网技术为支撑，选煤专业技术为核心，通过不断完善的数据体系和洗选生产大数据的自主应用，加上智能化的选煤装备以及人工智能技术的辅助，实现煤炭洗选加工过程的智能管理和控制，完成洗选任务智能决策、工艺参数智能设定、生产系统智能调整、选煤设备状态智能检测以及生产物资智能调控等，大幅降低员工劳动强度、稳定产品质量、提高生产效率，最终实现智慧分选。

系统地讲，智能化选煤就是通过自动化手段对选煤厂生产信息进行采集、存储，并对数据进行建模处理，生成决策信息，充分发挥数据价值，实现人工数据采集向系统自动采集转变、运行状态由经验分析向大数据智能分析转变，最终实现整个煤炭洗选加工过程智能化控制。

2 智能化选煤厂构架

智能化选煤本质上是利用先进的科学技术手段实现各类选煤设备或者系统通过自我实时在线调控确保煤炭分选效果的一种煤炭洗选加工技术。智能化选煤厂的设计理念为企业的ERP/PD管理,通过建立智能管控中心,实现安全、生产、设备、决策、质量控制和物资等管理各部分之间的紧密联系,进一步优化生产组织架构和组织模式,实现生产系统的效率与智能化水平的提高,通过生产管理大数据平台的构建,形成一套煤炭洗选加工智能化管理体系[2].理论上来说，同其他行业智能化逻辑组成一样，智能化选煤厂的逻辑构架可以分为4个层次，分别为物联网层、控制层、管理层和决策层[3]，见图1.智能化选煤厂的构架要素有智能化信息云平台、智能控制与管理和智能化装备3大方面。其中，智能化信息云平台是智能化选煤厂建设的基础，智能控制与管理是实现手段，智能化装备是实现选煤厂智能化的必要前提。通过构建智能化选煤厂智能化信息云平台，加上各种先进的科学技术手段和装备作为有利支撑，各类智能化选煤专用的模块便衍生出来，这种模块以云平台作为载体应用到实际生产中。

图1 智能化选煤厂构架图

2.1 选煤智能化信息云平台

选煤智能化信息平台的建设情况直接决定了选煤厂智能化的成败。选煤智能化信息云平台应具有生产管理系统、安全管理系统、煤质管理系统、设备管理系统等,以实现生产信息的采集、分析和调整，见图2.

图2 选煤智能化信息云平台图

1)科学的数据采集。

建立选煤智能化信息平台初期，需要对平台建立过程中收集的选煤生产大数据信息理解透彻，确保平台的可靠性。在进行大数据收集时，要因地制宜，方法科学，以确保采集数据的真实性、具体性、全面性等。采集数据粒度尽可能细、小，数据采集维度尽可能广、大。如重介系统分选密度、浮选系统加药量等与分选效果之间的关系是实时对应的，而不是以月度或年度为单位宏观上统计的数据；广范围数据是指选煤厂的安全、生产、环境、煤质和管理等数据应是多维度、多方面的。平台中所蕴含的数据信息应是从大量的实际生产中获取，采集生产数据点需要考究，应根据管理需求确定采集点。此外，智能化信息云平台的定位和建设目标必须要明确，这是确保平台价值和选煤厂利益实现的前提。

2)清晰的架构设计和技术选型。

智能化信息云平台技术是跨学科的新技术。网络环境搭建、硬件技术都要严格以目标位中心选定。云平台构建技术种类繁多，怎样选择能满足要求，具体采用哪一种或几种技术来实现目标等问题都是在选煤智能化信息云平台建设时要明确的[4].

3)科学的管理框架。

煤炭洗选加工专业性强，影响因素多，生产数据复杂多变，数据处理难度相对较大，数据管理的难度也是不容忽视的。科学的管理框架是选煤智能化信息云平台建设顺利开展的必要条件。在建设过程中一定要明确项目负责人，各部门分工协作，各司其职。

2.2 智能化控制系统

智能化控制系统是使整个系统实现科学的、集成的控制，整个生产过程呈现出数字化和智能化的实现手段。构建智能控制系统的意义是多元化的，选煤智能控制系统应用于洗选加工过程中会极大地激发选煤系统和设备潜能，促使选煤厂生产效率显著提升。选煤智能化控制系统是在无人干预的情况下，系统中各生产单元能根据分选原料的性质、用户需求和硬件条件，自主地分析和调节操作参数，并能实现各生产环节整体协调，优化控制目标[5].

选煤智能化控制系统的构建需要以机械自动化技术和智能化控制技术作为支撑。机械自动化技术强调执行能力，主要负责处理常规性工作，各类生产操作均预先设定，整个系统运行过程中设备自动干预。智能化控制技术和自动化技术相互补充，是智能化控制系统建立的核心所在。由于影响分选效果的因素众多，现阶段智能化控制技术在煤炭洗选加工方面应用还需进一步突破。

2.3 智能管理

智能管理是人工智能与管理科学、知识工程与系统工程、计算技术与通信技术、软件工程与信息工程等多学科、多技术相互结合、相互渗透而产生的一门新技术、新学科。智能管理是现代管理科学技术发展的新动向[6].

选煤智能管理将选煤专业知识同人工智能技术、计算机技术和科学算法技术有机结合，利用大数据系统和云平台技术实现经营管理与生产工作的分析，通过信息找出其中的规律和问题并及时做出具体的解决方案，通过预测、优化和评价等实现对整个系统的智能化管理。选煤智能管理建立时要涵盖机电、生产、物资、销售、财务管理以及人力资源等多个方面，并且每个方面都要闭合。

2.4 智能装备

智能装备是智能化选煤厂实现的基础，智能化选煤设备应具有故障智能诊断与修复的特点。智能控制系统通过对自动采集的设备运行状态数据比对设备正常状态标准，智能分析，根据设备状态推送不同等级的报警信息，确保设备状况发生变化第一时间得到治理。设备故障智能诊断与修复需要建立在完善的设备技术资料、大量的设备实时运行状况数据以及详尽的故障处理方案等基础上。设备技术资料要包含设备基本信息、技术说明、备件与配件种类、库存情况等。设备实时运行状况数据包括电流、功率、温度、振动、故障信号、保护信号、保护投撤信号、排料次数、排料周期、集控点、就地点等。故障处理方案可结合实际生产情况与经验制定。

3 智能化选煤厂建设困境

3.1 选煤机械化程度需进一步提高

机械化选煤是煤炭洗选加工大型化发展的基础，以机械设备运转代替人力手工分选，极大程度地解放了劳动者，实现了煤炭洗选加工的规模化。近些年，我国选煤机械化水平虽得到了进步，但就整个选煤系统而言仍有部分岗位没有完全实现机械化，选煤机械化程度需进一步提高。如人工手选拣矸、原煤和精煤里杂物清理、皮带机淤堵以及清扫器漏扫的物料清理、车间卫生打扫等岗位都有待实现机械化，尤其是手选岗位劳动强度大，生产效率低，安全风险相对较高，不利于企业高效发展。目前，已有天然与人工射线识别干选、AI机器人视觉识别手选等机械化分选技术的实际应用，虽然技术尚未完全成熟，但无疑是一个很好的开始。

3.2 选煤自动化和信息化需升级

受技术本身和硬件投入的限制、自动化和信息化技术发展不均衡以及管理模式相对落后等因素的影响，现阶段，国内各地区煤炭洗选加工自动化和信息化等方面的水平存在较大差异。目前，全国60%以上的选煤厂有较大自动化信息化升级空间。比如，跳汰机尚未实现复杂工况下的全自动控制，重介粉添加、浓介制备环节还有的是手动，浮选环节自动化进展缓慢，煤泥水系统絮凝剂、助滤剂等药剂添加还没有真正实现全自动集中控制，压滤生产环节尚未实现全车间闭环自动控制。

3.3 选煤数字化有待发展

数字化是实现智能化的前提和基础。现阶段，大多数煤炭洗选加工企业有效利用数据的能力仍亟待提高。比如目前大部分选煤厂都配备了视频监控系统，但视频信息的收集、筛选以及分析处理等还是需要以人为主体来完成。

3.4 选煤核心业务智能化研究进展缓慢

现阶段，我国煤炭洗选加工智能化虽得到了一定的发展，但重点是在理论研究方面，实际生产应用水平仍然不高。如图3所示，近些年来，选煤行业大部分研究是围绕“强”自动化进行的，其技术与手段极尽所能，从生产集中控制，到生产单元自动控制，到无线移动远程操控，人员定位等。同时，生产过程中对设备管理研究较多，重点在设备信息采集与查询，实现了设备的全方位信息管理和在线检测，最大的特点是全方位监视，最大的弱点是没有数据分析，大量信息没有集成。我国选煤核心业务内容进展缓慢，虽然对重介、浮选过程控制都有研究，但成熟案例相对较少。

图3 选煤行业智能化现状图

4 建设智能化选煤厂建议

智能化选煤厂的建设应本着“统筹规划、面向应用、突出重点、分步实施”的原则，依托现有资源和信息化工作的基础，加强标准体系建设，强化标准实施与监督力度，为智能化选煤厂建设提供支持、保障和服务。

智能化选煤厂建设涉及到煤炭分选设备、煤炭洗选加工工艺、煤炭洗选加工技术、煤炭洗选加工过程控制与煤炭洗选加工管理决策等多个方面，将现代选煤、传感检测、物联网、工业互联网、移动互联网、智能化信息云平台和人工智能等新一代技术最新成果有机结合起来[1]，其中选煤专业技术是智能化选煤的核心技术。智能化选煤厂建设必须是在选煤管理与选煤过程控制方面实现智能化的前提下进行的。此外，煤炭洗选加工辅助生产与管理环节也是应该关注的范畴，条件不具备的应逐步改善条件，以推动相关技术的发展，最终实现整个智能化选煤厂。

5 结 语

目前，我国煤炭洗选加工行业智能化技术研发和应用大都处于起步阶段。智能化选煤厂建设是一个相当复杂的工程，即使只是建设一个智能化车间，需要的也是一个系统的解决方案，而不是单一的技术和产品的简单组合。选煤厂智能化转型升级任务的完成，需要整个煤炭洗选加工行业的引领和规范，来整合业内全部的优质资源进行高效优化配置，协同推进，全流程提供融合式落地级服务。