采样机在万利一矿选煤厂的应用实践

李 明，孙银辉

(国能包头能源有限责任公司煤炭洗选中心，内蒙古 鄂尔多斯 014100)

煤质是选煤厂生存与发展的命脉。若要反映出具有代表性的煤质，必须具有合适的采样手段。在汽车上采样采取“抽取”方式，在胶带机上采样采取“全断面切割”方式，是目前常用的2种方式，也是最容易实现的机械采样方式。采样机是代替人工采样，并能进行破碎、缩分的设备。采样机与在线煤质分析仪配合使用，所需某些参数就可在线显现，可以及时指导生产和销售。

1 概 述

万利一矿选煤厂隶属于国家能源集团包头能源公司万利一矿，是矿井配套的千万吨级选煤厂，自产原煤通过胶带输送机从矿井输送至选煤厂进行洗选，外购煤通过汽车运输至封闭的外购煤场，商品煤通过装车胶带火车运输。鉴于煤炭输送特点，自产原煤属于“自给自足”，内部输送，不作结算依据，因此不设采样机。外购煤采用汽车采样机采样，把好入厂关，而商品煤涉及对外结算，为把控对外销售煤质，在装车胶带机设胶带中部采样机。

2 采样机选型与布置

近年来，采样机专利技术层出不穷、日新月新，性能优越的采样机不断应用于实践，结合智能化的发展，改变了人工采样的现状，通过选煤、煤质、控制、机械、电子及计算机等专业组成的专业设计，改善了长期以来汽车及铁路装车人工采样不安全、效率低、误差大、纠纷多等问题。采样系统具备全天候连续运转，完全替代人工作业，提高了采样效率及煤样的代表性，消除了人工采样的不安全隐患。

2.1 采样机选型

汽车采样机以摆臂式、悬臂式、桥式为主，目前桥式使用居多。桥式汽车采样机按物料的处理顺序主要分为3大部分：采样、制样、样品收集及弃样处理部分。主要缺点为点式采样，1节车厢至少采样3点，采样时间长，造成车辆排队，甚至出现堵车现象。[1-4]

商品煤火车上采样有2种方式，一种是“出厂(矿)煤火车采样机”[5]，在火车上采样的基本流程是开启采样机，当完成装车，继续向前运行，传感器开始定位车厢边缘及确定采样点位置，采样机行走机构移动至相应位置，同时采样小车至采样点，磁铁吸附在车厢边框与车皮形成一体，螺旋采样头采样，煤样放入采样箱，磁铁解除吸附运行至下一采样点，如此循环采样。煤样进入自动制样系统，进行破碎、搅拌、缩分、制样等程序，从而实现火车运行的采样、制样自动化。另一种是“智能机器人采制样系统”，系统由大型工业机器人、采样臂、光电传感器、控制器、触摸屏、嵌入式智能控制软件、自动制样机及视频监控等组成。采用6轴多臂机器人，可在移动车厢内任意采样。PLC控制器根据采集信号及采样标准进行实时智能分析，伺服控制器对机器人进行精准移动控制，引导动态采样。针对煤炭现场采样实际情况，采样臂设计多自由度、齿状爪式结构，所用不锈钢、弹簧钢等材料均由CNC加工中心整料加工，彻底解决了传统机械采样机存在的堵、卡、漏、损等问题。根据传感器输入信号、采样规则及装车时序，由嵌入式智能控制软件对各类车厢按采样标准完成随机采样。机器人采回的煤样直接进入一体式自动制样机，完成要求所需的煤样。根据万利一矿选煤厂实际情况，仅有1条装车线设置胶带中部采样机，即可实现商品煤采样[7]。

2.2 采样机的布置

采样机布置是先决条件，是应用效果的基础。一般考虑煤炭输送条件配套采样机。原则上力求实用，操作更方便，投资成本更低，权衡利大于弊等。

2.2.1 汽车采样机布置

汽车采样机布置一般有2种，一种是过磅与采样一体布置(图1)，另一种是过磅与采样分开布置(图2)。过磅与采样一体布置优点是节省空间，过磅系统与采样系统接口线路短，成本较低，但是缺点是采样过程中影响计量，特别是桥式采样机采用螺旋采样头，采样过程对地磅冲击严重，影响计量精度，同时采样时洒下的余煤受汽车衡影响不便于清理；过磅与采样分开布置，汽车首先进行过磅计量，然后运行至采样机系统进行采样，独立的地理位置，使采样机更好的发挥采样职能，对过磅计量过程无任何影响，布置更能发挥自身特点，利于文明卫生管理，但是缺点是成本较高，采样过程独立进行，需二次停车辆。综合分析，采样机与地磅分开布置形式更可靠、更稳定。

图1 过磅与采样一体布置

图2 过磅与采样分开布置

2.2.2 胶带中部采样机的布置

胶带中部采样机布置面临工艺系统的技术改造，由于胶带中部采样机空间需求较大，土建投资较高，所以本着充分利用现有资源条件，降低成本又使采样机应用更合理的原则，利用原有建筑更有利。

胶带中部采样机布置关键在于受改造条件限制并满足系统工艺流程。一般胶带中部采制样系统为初级采样器安装在胶带输送机中间位置，从运行中的输送带上直接采集子样。子样进入初级胶带给料机，将煤流拉长，较均匀地进入一级破碎机(对辊)，将煤样破碎到不大于50 mm粒度后进入缩分胶带机；胶带缩分机带有物料整形装置，将煤样整形为均匀不间断的煤流，胶带缩分器将截取的分析样落入二级破碎机(锤式)，其余弃样进入弃料胶带机；锤式破碎机将煤样破碎到不大于13 mm粒度，进入旋转缩分器，经二级缩分，分析样进入样品收集器的收集桶内，弃料进入弃料胶带机；进入弃样胶带机的煤流，都经弃样胶带进入斗式提升机，经过斗提机提升至回料胶带机，返回主输煤胶带机(图3)。

图3 胶带中部采样机系统工艺流程

针对工艺系统胶带中部采样机布置分为2种形式：一种是布置在输送机下侧，另一种是布置输送机旁侧。前者压缩了设备总体高度，降低了土建投资，但是不利于工艺要求的布置；后者初级采样器采得的初级子样通过溜管进入给料胶带输送机，经过给料胶带机的暂时储存、煤流拉长，较均匀地进入一级破碎机，能够防止破碎机堵煤。初级子样经破碎机破碎为不大于30 mm粒度的煤样，进入缩分胶带输送机，这样就防止了缩分胶带入料口和切割采样斗堵料问题。因此胶带中部采样机布置的关键问题是必须满足高度要求，流程横向布置更优。

3 采样机应用过程故障点

桥式汽车采样机和胶带机中部采样机由于技术进步和新设备的采用，基本稳定可靠，但是长期运行也存在关键故障点，运行过程中出现的故障值得关注。

3.1 采样机软件系统故障点

采样机软件系统一般由设备厂家自主开发，品质良莠不齐，稳定可靠是追求的目标。系统软件出现故障为“软故障”，通常表现为频繁死机，指令失灵等，分析原因一是系统本身存在缺陷，二是操作过程中频繁错误操作。随着国内软件的发展，采样机企业软件也日趋成熟，系统本身缺陷逐步被克服；采样机厂家耐心对操作岗位工进行培训，用户内部强化操作规程培训与实践，可有效避免误操作。

3.2 汽车采样机硬件故障点

(1)汽车采样机螺旋采样头的旋转采用减速电机驱动，由于此环节操作频繁，使用频率高，必须及时加油保养，易出现减速机损坏，但由于减速机与电机是定制一体机，必须配套，同时电机另侧设制动装置，整体看是定制特殊设计，因此，为避免影响采样，需备用整套螺旋采样头的旋转减速电机。

(2)汽车采样机采样桶及旋转定位装置。从采样桶本身看，重点是桶盖密封良好，及时更换密封条，防止煤样漏出；其次是桶在更新或备用时选用原装图纸制造，以避免桶形状不同，而影响定位及正常使用。旋转定位装置使用一段时间后，会因设备磨损造成间隙增大，有“框量”，将装置打在就地后进行调整定位，调整好后，进行自动启动，这时的定位不一定恰好在正中位置，有偏差，因此需要反复调整摸索经验，同时考虑减速机磨损后是否间隙过大。

(3)故障点的解决条件。由于桥式汽车采样机的特殊性，采样头及驱动在高空作业，出现故障看不见、探不着，因此顶部设检修平台，设备安装时使用，还要考虑出现故障时具备检修条件。

3.3 胶带中部采样机硬件故障点

胶带中部采样机属机械化采样系统，分七类设备，易出现故障点及解决措施见表1。

表1 中部采样机故障点举例

4 采样机偏倚

根据GB/T 19494.3-2004《煤炭机械化采样.第三部分：精密度测定和偏倚试验》最大允许偏倚(B)值，反映机械化采样最大允许的系统误差。2008年《煤炭学报》发表论文《煤炭采样机偏倚试验中最大允许偏倚的研究》确定采样机最大允许偏倚[5](表2)。

表2 采样机最大允许偏倚

万利一矿选煤厂经资质单位进行整系统偏倚试验、总精密度评定、出料粒度试验，试验结果见表3。

表3 万利一矿选煤厂采样机偏倚

4.1 外购煤汽车桥式自动采样系统采样与制样准确性

汽车桥式自动采样机通过旋转的采样头在外购煤煤车内采取煤样，煤样经破碎机破碎后转入胶带机，胶带机中部安装横截面采样刮料器，将刮取后的样品通过破碎缩分至分析煤样，外购煤实现了采样、制样环节的自动化。由大堆人工采样转化为自动截面采样，实现外购煤车车采样、制样，全流程覆盖，使外购煤质量检测得到保证，其结果可作为结算依据。总精密度与整系统偏倚符合GB/T 19494.3—2004《煤炭机械化采样》要求，全水分损失与出料粒度符合DL/T747-2010《发电用煤机械采制样装置性能验收》要求。

4.2 发运商品煤胶带机中部采样系统采样与制样准确性

产品仓内的混煤、精煤产品采样通过胶带机中部机械化采样系统分别采取，中部机械化采样系统主要由初级采样器、给料胶带机、一级破碎机(对辊)、缩分胶带机、二级破碎机(锤式)、旋转缩分器、样品收集器、弃料胶带机、斗式提升机、回料胶带机及电气控制等组成。由胶带机人工采样转化为自动横截面采样，实现商品煤采样、制样环节规范化，全流程覆盖，为外配煤提供参考，其结果可作为结算依据。总精密度与整系统偏倚符合GB/T 19494.3—2004《煤炭机械化采样》要求，全水分损失与出料粒度符合DL/T747-2010《发电用煤机械采制样装置性能验收》要求。

灰分偏倚主要影响因素：一是所采煤样的性质、粒度、均匀性，精煤采样偏倚最小，其它洗煤产品采样偏倚次之，原煤采样偏倚最大。在贸易煤收购上严格控制粒度及煤种，绝对不允许煤中掺配煤泥，否则堵采样头，使采样偏倚严重。万利一矿贸易煤粒度控制在50 mm以下，煤种上从热值上控制从而避免收购原煤形成偏倚最差。二是采样头的选择，标称大于50 mm块煤选择采样粒度大的采样头，如机械螺杆式、旋转筒式。三是为降低静止机械采样缩分偏倚，缩分采用横向煤流刮板，在破碎后设物料混匀整流装置。

水分偏倚主要影响因素是采样工艺与密封状况，鉴于集样桶及盖、密封圈磨损严重，经常采用电磁铁启盖，若盖过松，密封不严会导致水分流失；若盖过紧，通过PLC程序盖住后，程序认为已盖住，实际还盖吸在电磁上，造成程序混乱。备用合理数量的桶盖密封圈是保证密封的措施之一。

5 解决的关键技术问题

5.1 外购煤桥式汽车采样机

(1)实现了车车采样，样品通过自动采集缩分后进入密封的采样桶内，通过专用工具开封后方可化验分析，规避了人工采样操作弊端。

(2)实现了煤炭结算的精准性，解决了人工采样时结算误差等问题，同时可作为仲裁煤样为决策执行提供参考。整个操作流程标准化，为精准配煤提供可靠的数据支撑。

(3)省去人工采样后破碎、缩分环节，直接化验分析煤样，减轻了劳动强度。在人工采取堆样时，拉煤车辆卸车，存在人员安全隐患问题。

5.2 商品煤胶带机中部采样机

(1)人员通过铁锹采集车厢表皮煤样，受颗粒离散度影响，靠近车厢顶端散落的产品块度大，采样时采取的煤样不能代表整批煤的质量，与用户化验指标差距较大。

(2)按照设定的时间间隔和样品子样数量，连续从装车胶带机煤流中截取横截面，煤样具有代表性，能够反映整批次煤样的质量。

(3)缩小与用户化验指标差距，可作为结算依据。

(4)火车人工采样存在安全隐患，避免了人员繁重的体力劳动。

6 推广应用成效

桥式汽车采样机与胶带中部采样机完全实现自动化控制，可通过预先设定好的国标采样方式采取，整个采样、制样环节不受人员干扰，实现整个流程标准化，采取的煤样具体代表性，能反映整个批次的煤炭质量，可做为结算或仲裁依据，规避了人工采样存在的安全风险。

(1)误差与用户比对差值较小，区内商品煤结算由用户结果逐步转变为选煤厂采样、化验结果结算。

(2)当煤质发生变动时，能够及时发现并调整配煤比例，实现精准配煤，波动趋于平稳，为决策提供参考依据。

7 结 语

自动采样系统的投用，保证了商品煤质量的检测准确性，使煤质管理更加科学规范；平均误差与用户对比检测结果对比误差在指标要求范围内，能够反映整批商品煤的质量，检测结果可作为计算依据，同时，也是自动化、智能化的发展方向。