识别分选同步一体化智能干法选煤系统的研究

吴文娟

（晋能控股煤业集团永定庄煤业有限责任公司质运科，山西 大同 037024）

引言

煤炭工业是我国国民经济和社会发展的基础产业，我国约76%的电能及76%的工业燃料和动力都是煤炭提供的[1]。为尽可能减少原煤中的杂质成分，降低环境的污染等，则需要对煤炭进一步加工。选煤就是将原煤中的杂质剔除，或将煤质分类的一种工艺。目前选煤的方法主要有湿法选煤和干法选煤两种，选煤过程中需要使用消耗大量水资源（介质）湿选煤主要包括跳汰法、湿法重介法和浮选法，但生产用水需求较多，且会造成煤泥产量的大幅提升。干选煤是根据固-气两相流原理，通过煤与矸石不同的物理特性而达到物质分类。

随着选煤技术的不断创新，湿选煤因生产用水需求较多，且会造成煤泥产量的大幅提升，故干法选煤越来越受到重视，其中最具代表性的是风选、磁选、空气重介流化床选煤等。然而，由于受到分离下限、所选原煤含水量等综合作用，干法选煤也存在分离精度不高，对环境污染重大等缺陷。同时，经过调研发现，目前国内未有煤矸石自动分选机工业化产品。因此，研发一种技术更先进、分选精度更好、投资更小、工艺流程更简化、机械自动化程度更高的干式分选方法，对我国干法分选技术的进步与发展必将起到积极的推动作用。

1 现有选煤技术分析

如前所述，目前选煤的方法主要有两种，干法选煤和湿法选煤。湿法选煤主要包括跳汰法、湿法重介法和浮选法，干法选煤可以分为X射线法、空气重介流化床法等。其中，跳汰选煤及重介质选煤粒度适应范围广，分选效率高，但占地面积大，投资高，消耗大量的水或者重介质，且分选过程均产生煤泥，处理费用高；复合式干法和空气重介流化床干法选煤也因设备可靠性多因素综合作用，应用过程中差强人意；γ射线法技术分选能力不足，达不到井下生产能力的标准，且虽节能环保，但对人体健康有害；X射线透射法选煤是一种干法选煤方法，仅需要X射线机和数据采集卡就可以实现煤矸石分离。X射线所需要的电压和电流比伽马射线要少得多，且X射线选煤操作简单，设备成本较低，是中小型选煤企业的首选[2]。

基于上述分析，本文基于X射线属于电磁辐射，具有波长短、能量大的特点，且安全系数相比γ射线较高，具有长期稳定可靠、不受环境条件变化影响、结构简单等优势，选择电离X射线来对煤和矸石进行成像识别。

2 识别分选同步一体化干法机械模式

由于用X射线对煤矸透射产生图像信号只是第一步，而最终须通过击打装置对煤或矸进行击打，实现煤矸分选离，故为了真正实现提升选煤精度和实现机械自动化，必须研发相应的配套系统[3-4]。

2.1 识别-击打分体机械干法模式

目前，利用X射线选煤法采用的是识别-击打分体模式系统。工艺流程为：物料经给料装置给入带式输送机布料装置，原料经X射线源和X射线探测器识别判断物料成分，并通过一定算法及计算机处理程序将位置信息发送给电控系统，其收到指令后，开启相应位置的阵列式气阀完成击打，同时辅助系统根据各自功能定位发挥作用，被击打的矸石落入远端溜槽，精煤则不会被识别装置识别为打击的对象，保持原运动轨迹落入精煤溜槽中。识别-击打分体干法机械模式系统示意如下页图1所示。

通过调研发现，识别-击打分体模式系统因带式输送机受到外力影响产生颠簸，物料在机头自由抛落时物料之间难免发生碰撞等，难以保证物料在识别区和分离区保持位置坐标不发生变化，同时，因识别位区和执行区是分离的，且一般根据历史识别信息进行执行打击分离，被执行前发生的变化是无法纠正的，而这些因素会引起分选误动作，导致分选精度及效率降低。因此，为了提高分选精度及效率，急需对此系统进行优化改正。

图1 识别-击打分体干法机械模式系统示意

2.2 识别-击打一体化干法机械模式

为了有效避免物料运动过程中的变化，基于上述分析，本文提出了识别-击打一体化同步原理：物体在自由落体运动中遵循自由落体运动规律，物体姿态在下落过程中也是相对稳定的，对正处于自然下落的对象施加一个法向外力，加之高效的数据处理程序，计算出命令发出时物料所处的位置，使对象改变原抛落迹线完成整个识别与分选过程。识别-击打一体化干法机械模式系统工作原理如图2所示。

图2 识别-击打一体化干法机械模式系统工作原理

识别-击打一体化机械模式工艺流程为：物料均匀单层给入智能一体化干选机，在给料过程中，物料遵循自由落体运动规律，且在自由抛落过程中被双能X射线透射，以实现识别煤块和矸石，与此同时，射线识别信息通过分选控制系统的综合处理，将执行命令传输给气动执行机构，执行气动击打煤或矸石，同时辅助系统根据各自功能定位发挥作用，被击打者脱离原运动轨迹分离，未击打者沿原轨迹收集。总体而言，识别-击打一体化机械模式可以大大提高单位时间内的处理量，最主要的是可以实现选煤或矸的高效、精确分离。识别-击打一体化模式系统示意如图3所示。

图3 识别-击打一体化模式系统示意

2.3 识别-击打一体化干法机械模式优势

与识别-击打分体模式不同，识别-击打同步一体化进行的分选工艺识别系统物料分选识别、击打集中布置，可对物料的位置进行实时测定，且识别和击打全过程是在毫秒级的瞬间同步进行，具有流程简单高效、准确度高、射线防护难度低、安全可靠等优势。

3 执行及智能化控制系统

3.1 执行系统

一体化智能干法机械模式执行系统可以采用先进的卧式气动喷射阵列技术，由喷射阵列作为执行终端，高频电磁阀作为执行器。配套设施还有储气罐、过滤器、空压机等。卧式气动喷射阵列能够实现接到击打指令后15 ms内完成击打，识别和击打两个动作几乎同步进行，大大提高了处理效率。具体工作流程为：将高频电磁阀两端分别与控制计算机和高压气包相连接，当物料进行自由落体的过程中，X射线识别信号到达集控端，相应的高频电磁阀开启，完成命令的接收任务，同时作为击打媒介的高压气包中的压缩空气向外高速喷出，精确击打被识别的煤块或矸石，达到分选的目的。高频卧式气动喷射阵列如图4所示。

图4 识别-击打一体化模式系统示意

3.2 智能化控制系统

为了更好地满足一体化智能干法机械模式系统功能需求，还需设计智能化控制系统，主要包括语音及报警系统；检测、监控、计量、保护装置；控制系统，主要有“三遥”控制功能，皮带运输机主电机电流检测功能，皮带运输机沿线保护功能，压风机的风压实时监测功能等；视频监控方案主要有视频采集、信息传输、画面显示和画面控制；信息管理系统主要有实时过程控制、历史数据查询、设备故障及模拟量超限时报警、优化生产计划等。

此外，为使射线使用始终在安全、可控范围内，系统还需要做屏蔽防护、连锁控制、声光警示、接地防护、故障自动报警、一键急停、连锁保护等多重安全防护设计。

4 结语

选煤就是将原煤中的杂质剔除，或将煤质分类的一种工艺。立足当前干法选煤技术的利用双能X射线识别煤与矸石的技术，其识别分选同步一体化系统、执行系统、智能化控制系统具有技术更先进、分选精度更好、投资更小、工艺流程更简化、机械自动化程度更高等优势，将会对我国干法分选技术的进步与发展起到积极的推动作用。