TDS智能干选机在余吾煤选煤厂的应用研究

杨 阳

（潞安余吾煤业有限责任公司，山西 长治 046100）

引言

煤矿资源是推动国家快速发展的重要能源，不断加大对煤矿资源的开采及分选效率，保证所使用的煤炭具有较高品质，是当前煤矿开采及分选环节重点考虑的问题[1]。智能干选机作为选煤厂的重要设备，其高效稳定与精准分选性能的保障，是得到高品质精煤的重要前提[2]。

1 智能干选机应用环境的分析

山西潞安（矿业）集团余吾煤业选煤厂的规模为6.0 Mt/a，余吾井田含煤地层为二迭系下统山西组和石炭系上统太原组，煤系地层总厚134.78～187.56 m，平均154.74 m，其中主要可采煤层一层，为3号煤，该煤层全区稳定可采，位于山西组中下部，煤层厚5.00～7.25 m，平均5.99 m，夹矸0～3层，一般1层，厚约0.27 m，属结构简单至较简单煤层[3]。另外，该矿井顶板一般为泥岩、粉砂质泥岩，底板一般为黑色泥岩、粉砂岩。该选煤厂的块煤可作为化工用煤，末煤是优质的高炉喷吹用煤。

2 智能干选机工作原理的分析

目前，市场上应用较为成熟的干选设备包括TDS智能干选机、CXR智能干选分选系统等，其中TDS智能干选机的应用更为广泛[4]。TDS智能干选机是一套自成系统的完整设备（见图1），其系统结构主要包括带式布料系统、智能识别系统、智能执行系统、辐射防护系统、电控系统、智能REC系统、除尘系统、温控冷却系统、自动报警系统（启车）、视频监控系统（设备内部运行图像）及智能干选机平台软件等部分。其基本原理为：采用X射线的智能识别方法，借助根据入选原煤煤质特征建立的与之相适应的分析模型，对煤与矸石进行数字化识别，利用高压气枪击打，实现煤、矸的分离。当智能干选机内部风压不足时，该型智能干选机能自动发出相应的报警提示。系统整体具有辐射检测和报警、故障报警分析功能[5]。

图1 TDS智能干选机实物图

3 智能干选机关键系统的设计

3.1 关键功能及参数的设计

为所设计的干选机配备1台电控柜及1台智能REC柜，电控柜及智能REC柜的防护等级为IP55，能实现就地、远程、运行、故障无源干节点等信号的通讯，并实时接收集控运行信号（无源干节点）。干选机空压机的风量≥19.6 m3/min（标况），空压机出口风压为0.8 MPa。在正常用风工作状态下，阀箱入风口压力保持在0.65～0.8 MPa之间，设备带宽1 800 mm，最大处理能力达到150 t/h。另外，处理物料有效分选粒度上限为100 mm，下限为25 mm。进入TDS干选机的物料中，－25 mm粒级含量不超过入料量的10%。

3.2 关键硬件的选型设计

根据干选机的功能特点，选用2台市场上成熟的研华电脑作为上机位工控机，下机位则为MP2000系列的MP2310机械控制器，为实现对干选机16轴的控制，配备1个SVB-01模块[6]。另外，系统中的电磁阀为SMC型的双位电控电磁阀，并在设备内部的各个位置安装磁性开关和光电传感器，监控系统为CCD的工业远心镜头，通过以太网和RS485接口进行数据通信传输。

3.3 伺服电机电路的设计

有效保证干选机硬件之间的电气稳定和可靠，是保证整个干选系统安全高效运行的关键。因此，重点对干选机伺服电机的电路进行了设计。采用千兆以太网方式将PLC控制器与上机位及下机位工控机进行快速连接，可实现数据信号的快速传输。在PLC和I/O模块之间采用DC 24 V直流供电，同时在电路中配备了多个伺服警报灯和KM触点开关，实现对设备伺服电机电路的（见图2）连接通信。

图2 伺服电机连接电路图

3.4 驱动电路的设计

驱动电路（见图3）主要用于为设备内部电路提供正反向电压及IGBT开关控制信号，并保证电路具有较强的抗干扰能力。为此，在驱动电路设计中，选用IR2233芯片作为驱动电路芯片，利用芯片内部的集成运算放大器，可实现对电路中的过流、过压、欠压等功能保护。其中，该电路也能将直流电源逆变成UVW三相交流电输出。另外，配备多个C电容器，能作为电路中高端供电电源的自举电容，通过PWM方式控制电路中的信号，R2为交流检测电阻，能将电流转换为相应的电压信号。

图3 驱动电路的电路图

4 智能干选机的现场应用评价

在完成TDS智能干选机的系统设计后，将其在山西潞安（矿业）集团余吾煤业选煤厂进行了现场测试。在测试过程中，主要对干选机的分选量、分选尺寸比列、耗电量、年产规模等进行了应用评价。经过现场应用测试可知，该智能干选机运行良好，性能更加稳定可靠，分选后超过50 mm的大块煤产量增加了将近35%，同时实现了分选全程的远程操作及检测控制。据对比统计，在2个月的应用测试中，该设备的耗电量和耗水量大幅降低，现场作业人员减少了70%以上。可见，此TDS智能干选机的成功应用，达到了预期效果和目的。