唐口选煤厂的智能化建设与应用

廉晓晨 孙吉兵 梁君振

(山东博选矿物资源技术开发有限公司，山东 济宁 272000)

作为基础工业重要分支煤炭行业而言，在大数据的驱动之下，通过数据融合、数据计算以及数据链接等技术，制定生产数据知识图谱，并在此基础上结合不同业务场景下的智能算法，抽象出业务提升规律，实时在线控制生产过程参数，从而实现生产过程的智能化是煤炭企业的正确选择。

为全面贯彻落实山东能源集团智能化选煤厂建设的工作思路，提出实施工业4.0 环境下的唐口选煤智能化建设工程。该系统的建设思路是以选煤智能管控系统平台建设为技术平台和重要手段，切实发挥物联网、大数据分析和云计算等新技术在选煤生产中保障安全、减人增效、降低成本、提高管控效率的作用[1-2]。

选煤厂智能化建设，将在提高产品质量、设备安全运行和提高企业整体管理水平等方面表现出突出优势，也将带来管理思维和模式的改变，为同等规模工艺的选煤厂智能化建设提供经验借鉴。

1 唐口选煤厂现状分析

唐口选煤厂选煤工艺为：+50 mm 煤采用动筛排矸分选，-50 mm 煤采用选前预脱泥有压两段两产品重介旋流器分选工艺，其中50～0.75 mm 采用预先脱泥有压两段两产品重介质旋流器主再选，0.75～0.25 mm 粗煤泥采用煤泥重介分选，0.25～0 mm 煤泥采用浓缩压滤回收。

唐口选煤厂存在问题：

1）在智能化改造前，唐口选煤厂已有的监控系统仅覆盖了车间内部关键位置，均为模拟量摄像头信号传输，不具备分析报警功能，不能够满足集控室内统一监视、智能视频分析功能，值班人员无法在办公室查看设备运行情况。

2）唐口选煤厂车间大、范围广，存在长明灯现象，大量长明灯的使用造成高额电力浪费。

3）超高压压滤车间压滤机无法完成自动化流程[3]，需要人工干预进行下一步操作；超高压滤后的干煤泥无法实时监测灰分、水分等质量情况，需要人工频繁化验分析数据。

4）+300 mm 毛煤未能分选，而是直接排出，存在煤炭资源浪费现象。

5）选煤厂生产设备多、分布广，设备健康信息无法及时掌握，职工检修设备任务重，需要做到动态监控与管理。

6）选煤厂需要标准化、精细化，不断推进环保友好、安全高效、绿色发展的理念建设[4]。

2 智能化建设方案

2.1 智能视频监控系统

唐口选煤厂目前监控画面及成像不足以支撑当前生产所需，同时针对不能统一监视等问题，对监控系统做出了以下升级：

1）规划全厂视频网络。规划后的网络可以与矿井网络无缝对接，实现全厂局域网覆盖，方便后期系统扩容和其他系统的接入。

2）在每个配电室布置一台汇聚千兆交换机，根据就近原则，将现场视频监控系统的节点交换机汇聚到配电室，通过配电室的汇聚交换机上传到集控室。

3）更换集控室集控大屏。大屏由改造前的18块显示屏添加至32 块，并且能够实现视频信号、工艺流程图的任意切换和漫游。

4）在原有的设施基础上，共更换、添加IP 智能化高清摄像机56 台，对选煤厂各个设备、各个场所全面监测。新增人脸识别、杂物识别、区域入侵等功能。

升级改造后的智能视频监控系统可以通过人脸识别摄像机人脸识别算法记录选煤厂重点区域人员身份信息、出现位置及出现时间；可以通过AI 智能摄像机识别皮带上的杂物，监控人的不安全行为。为设备健康管理配备智能移动终端，出现以上情况时，通过无线网络，智能视频监控系统会发送出告警信息至集控室，同时会推送至管理及值班人员的企业微信[5]，实现移动端的人机交互。

2.2 超高压智能压滤系统

唐口煤业于2021 年新增超高压压滤车间，通过超高压压滤技术将湿煤泥水分进一步降低，提高煤泥销售价格，提升企业经济效益[6]。超高压压滤车间投入使用以后，出现了以下问题：

1）超高压压滤机入料完毕后，需要人工操作进行下一流程。卸料时，需要人工集控开启下游皮带等设备。人工开停下游设备频繁，降低了生产效率。

2）超高压压滤车间建设时，4 台压滤机下游配备了1 台刮板机和1 台破碎机，无法满足多台压滤机同时卸料，因此需要人工进行排序卸料。

针对以上问题，唐口选煤厂对集控系统进行改造，新增了智能压滤系统。智能压滤系统可以实现压滤机集群控制、智能排队卸料、闭锁运输设备、补料等全流程自动功能，降低了人工劳动量，提高了生产效率。

2.3 智能煤矸分选系统

动筛车间提升毛煤由原煤分级筛进行分级，+300 mm 的物料经带式输送机排出厂外。改造后，+300 mm 颗粒煤矸经108 手选皮带机通过溜槽进入500 mm 条形筛选机（新增）进行筛选，+500 mm大块煤矸经大块物料溜槽排落到+500 mm 大块仓位，筛选后-500 mm 经溜槽进入智能煤矸分选系统，通过分选将块煤排落到块煤仓位，矸石排落到矸石仓位[7]。

该系统（如图1）由识别控制系统、引导板分选装置、供气装置、软件系统等组成，是一种基于先进成像和人工智能技术的新型干式智能化选煤系统。利用双能X 射线及全光谱多谱段AI 激光3D 扫描成像技术采集输送带上物料的图像，通过深度学习图像识别技术对图像进行分析、判断物料种类，经过软件控制系统控制气吹装置打开或关闭对矸石、煤块进行精准分选，实现精确、高效、智能的全自动煤矸分选，大块矸石排出厂外，大块煤经破碎后进入原煤上仓皮带入仓，分选精准率在95%以上。

图1 智能煤矸分选系统原理图

2.4 设备健康管理系统

设备健康管理拥有设备告警、月度报告、统计分析、智能诊断、趋势分析等功能，运用智能物联网传感器，对筛机、煤泥离心机等主要设备进行温度、振动等参数监测，实时采集设备运行数据，通过数据分析软件，结合大数据，利用智能机器学习算法，对设备的运行数据建立故障模型，提前预测设备故障，提前做出维护，优化设备运行状态，有效避免设备的突然故障，有效延长设备服务寿命。同时，设备健康管理系统数据平台可集成多种传感器数据，在云端做综合分析。

2.5 智能一体化管控平台

利用公司现有的云平台及数据中心，将选煤能耗信息、煤质信息、环境监测数据、维护数据等信息录入数据中心，完善洗选系统的智能管理及智能决策功能，实现生产、技术、机电的协同管理功能，能够进行生产情况分析、设备健康评价、设备运行分析、综合辅助决策等不同管理层面的统计分析。

3 经济效益

1）智能煤矸分选系统。以2021 年10 月—11 月，30 d 为例，大块煤矸总量约1.5 万t，大块煤矸破碎后价格约200 元/t，破碎成本7.5 元/t。

改造前销售价格=（200-7.5）×1.5=288.75 万元。

改造后经智能分选后，块煤占比按照30%进行计算，大块煤0.45 万t，大块煤破碎进行入洗，按照八级精煤1800 元/t，产率45.5%；中煤680 元/t，产率19%；煤泥658 元/t，产率20%；洗矸2 元/t，产率20%；破碎成本7.5 元/t，洗煤成本20 元/t。

改造后销售价格=0.45×（45.5%×1800+680×19%+658×20%+2×20%）+（1.5-0.45）×2-0.45×（7.5+20）=475.82 万元。

综合创效：475.82-288.75=187.07 万元。

2）智能照明系统。据统计，智能照明系统运行后，每年可节约电能1.5 万多kW·h，以电费0.69 元/kW·h 计算，系统运行后节约电费=0.69×1.5=1.035万元。

3）设备健康管理系统。设备健康管理系统没有明确的经济效益，但在一定程度上减少了设备损坏率和更换率，节省了经济开支。

4）智能化升级改造后，达到了减员提效的目标。增加智能煤矸分选系统和火车智能装车系统后，减少岗位工12 人，可节省人员开支约156 万元/年。