枣矿集团付村煤业经理张道福：付村煤业选煤厂智能化建设实践
山东能源枣庄矿业（集团）付村煤业有限公司（以下简称付村煤业）于1998年8月建成投产，矿井位于济宁市微山县，是山东能源枣矿集团主力矿井之一，1998年8月建成投产，核定生产能力270 万t/a，配套建有入洗能力300 万t的现代化洗煤厂和装机容量2×12 MW煤矸石热电厂。矿井为低瓦斯矿井，煤层自燃倾向性为自燃，水文地质条件类型属中等；采用混合式通风方式，立井－480 m单水平、分区式开拓，上、下山开采。2011年4月26日，经煤炭科学研究总院北京煤化分院技术鉴定，为优质的1/3焦煤，具有低灰、低硫、高发热量、高黏结指数、高基氏流动度等特点。近年来，付村煤业先后被评为山东煤炭行业十佳矿井、“质量、经营、服务”3A级企业、全国煤炭行业高产高效矿井，中国煤炭工业科技创新先进单位，全国煤炭工业先进集体，连续10年被评为安全程度评估A级矿井。
付村煤业选煤厂是一座设计能力为1.20 Mt/a的矿井型选煤厂，分别于2005、2014年进行了2次主选系统扩能改造，实际生产能力达到3.0 Mt/a，生产工艺为原煤不分级全重介+煤泥直接浮选。目前，付村选煤厂生产系统由原煤准备系统、浅槽排矸系统、重介分选系统、浮选系统、压滤系统五大系统组成。
付村煤业选煤厂主要生产六级和八级冶炼精煤，国内主要用户为武钢、湘钢、马钢等钢铁、焦化企业，产品质量稳定，外运精煤合格率达100%。
文章来源：《智能矿山》2022年第10期“选煤厂智能化建设”专题
作者简介：张道福，研究员，烟台理工学院特聘教授，现任山东能源枣庄矿业（集团）付村煤业有限公司经理
引用格式：张道福.付村煤业选煤厂智能化建设实践[J].智能矿山，2022，3（10）：44-53.
选煤厂智能化建设基本情况
近年来，随着数字经济蓬勃发展，以大数据、云计算、物联网、人工智能为代表的信息技术对推动产业经济发展起到了至关重要的作用，成为经济增长的新引擎。智能化建设热潮在工业界涌动，同样也涉及到了选煤行业。选煤厂智能化管理体系的构建就是实现由过去的“人脑分析判断+机器生产制造”方式转变为“机器分析判断+机器生产制造”的方式。 选煤智能化管理体系是完善选煤生产各个环节的智能化建设，以大数据、物联网和人工智能技术为支撑，融合行业标准、行业技术，涵盖工艺、机械、电气、传感检测、软件工程、人工智能等多学科知识，实现设备智能运行、状态智能监测、系统智能调整、指标智能调节等功能，提高系统集约化生产水平，优化劳动组织节构，降低员工劳动强度，稳定产品质量，提高生产效率。
选煤厂智能体系的建设和管理是立足服务洗选加工生产，针对当前选煤自动化控制存在的问题，以更为灵活、稳定的自动化控制管理方案，优化通信模式，消除孤岛，在选煤厂原有分布式控制的基础上，构建智能化集控体系平台，对选煤生产过程中的控制进行细化，在充分发挥分布式控制的优点的同时，将一部分控制功能下放至其他智能控制设备。
智能化体系建设包括构建新的网络信息平台、电力监控系统平台、大数据信息管理平台以及专家知识库，应用先进的计算机网络技术，紧密结合选煤厂设备特点与生产流程建设智能体系，消除各工作中信息的不对称，加强对各项信息的收集，进而提供一个可靠性、高效性的生产体系，促进管理层做出正确决策。
智能化体系建设总体架构
（1）设计构建新的网络通信平台，完成选煤厂各功能局域网络的整合，设置权限访问，实施功能隔离，规避“广播风暴”的危害强化网络管理，确保选煤厂网络通信的安全及稳定性。
（2）构建选煤供配电智能操作管理监测系统，设计远程分合闸操作流程，实现选煤厂配电管理智能化。
（3）构建大数据分析管理系统，在智能化管理软件基础上，对企业信息管理系统的扩充应用。集成生产、运营、质量等各种动态静态数据，建立三维虚拟生产、管理系统，提供以云平台为基础的APP服务，并提供数据分析、在线监控、离线查询、移动终端查询、煤质预测等功能，将生产、运营、质量、决策紧密结合实现生产 “管控一体化”。
（4）解决选煤单机控制“孤岛”问题，提高设备和单机联动控制之间的灵活性，做到真正的“以机换人”，建立选煤设备性能优化系统，以提高管理水平，达到节能降耗的目标。
（5）应用B/S生产管理系统，借助于构建的专家数据库，实现生产过程管理中各种重复性的逻辑推理、分析判断等决策性问题的处理。实现煤质数据的自动分析、离线查询功能，提高煤质管理工作效率。
智能化体系建设实施措施
自2019年以来，付煤煤业选煤厂先后投资资金1 200万元，从生产调度系统升级、生产过程智能化、质量岗位远程控制、供配电系统智能化、生产管理信息化建设等5个方面入手，用自动化、信息化手段解决生产监控盲区，降低职工劳动强度，实现去岗位化，提高安全管理水平。
（1）自动化建设
构建视频随动控制系统，以实现将选煤视频监控系统与选煤生产集控系统联动控制。针对选煤生产过程中的控制难点，开发完成顺(逆)煤流一键启停、煤泥水平衡控制、密度智能跟踪、带式输送机随动控制、精煤自动配仓、智能定量给煤、压滤机联机自动化、浮选自动化、智能照明、现场智能控制终端、移动可视化终端、带式输送机智能巡检机器人12个过程智能控制系统(单元)，减少人员对生产流程的干预，提高生产控制系统的智能化水平。同时设计构建选煤厂电力监控平台，实现了配电场所安全监测、网络化配电管理，做到配电系统的实时监测和配电室“无人则安”的本质安全目标。
（2）信息化方建设
通过构建设备故障监测及诊断保护系统和智能润滑系统，进一步加强了对生产设备的监测、检查、维护保养，提高了设备运行稳定性。定制研发选煤厂CMES平台，开发煤质管理，巡检管理、视频监控、设备管理、隐患排查、生产监控等功能模块，使生产信息精准快速传达，实现了选煤厂全员协同化办公。开发3D可视化数据采集与监控系统，三维动态展示和培训，方便职工掌握学习，提升了职工职业技能水平。同时，可实现设备运行维护信息的全流程控制。
选煤厂智能化建设关键技术
视频随动控制系统
通过办公网、视频网与工业网信息数据的互联互通，将视频监控系统与选煤生产集控系统进行联动编程，实现岗点无人值守、视频实时监视，以及系统启动流程、设备故障报警的视频随动监视和语音报警功能。视频监控系统与选煤集控系统联动如图1所示。
图1 视频监控系统与选煤集控系统联动
顺 (逆) 煤流一键启停
设计开发预检测模拟系统，控制系统自动检测各设备是否具备启动条件，待设备备妥之后，开始进行系统启车，同时采用“顺逆煤流联合一键启停”的控制方式替代传统顺序控制方式，有效减少了系统空载等待时间和不必要的设备磨损。顺（逆）煤流一键启停预检测模拟系统如图2所示。
图2 顺（逆）煤流一键启停预检测模拟系统
密度智能跟踪
通过多年的煤质数据积累，设计建立了精煤灰分变化和分选密度的数学模型关系，采用模糊PID解耦控制方法，解决密度与分流、补加水之间的强耦合关系的问题，使悬浮液密度能够自动稳定在需求区间内，为选煤厂的选煤环节提供了更精确高效的密度控制方法。密度智能追踪项目完成后，精煤灰分波动区间由1%降低至0.5%，精煤采出率提高了2%。密度智能控制系统如图3所示。
图3 密度智能控制系统
煤泥水平衡控制
建立煤泥水平衡系统，把选煤生产的各个环节自动连接起来，实现煤泥水系统的自动化闭环控制，达到动态水平衡控制，实现煤泥水处理工艺、煤泥水沉降特性与生产过程洗水平衡的完美结合；实现起车预调水和停车分流水的自动平衡控制，杜绝起车缺水和停车漾水的生产事故，大幅降低事故率的同时，可减轻工人劳动强度。煤泥水平衡控制系统如图4所示。
图4 煤泥水平衡控制系统
压滤机联机自动化
对现有压滤机程序二次开发，实现取板、拉板、压榨、反吹等压滤机单点运行的远程操作；安装配置电磁流量计，完成选煤厂8台压滤机的滤液流量检测，实现微小流量检测自动控制压滤机入料的功能，增加污水浓度监测装置，开发压滤机自动控制程序，实现底流抽取到煤泥运输整个压滤环节的联机自动化，以及一键自动起停操作；压滤机全程工作自动化，实现无人操作。压滤机联机自动化控制界面如图5所示。
图5 压滤机联机自动化控制系统
带式输送机随动控制
改造主运精煤输送带传动方式，由电机+减速机传动改为永磁变频电机驱动，通过安装AI高清监控摄像机，开发煤量识别软件，判断输送带煤量大小，根据煤量大小自动调整输送带的运转速度，达到了节能控制。输送带随动控制界面如图6所示。
图6 带式输送机随动控制界面
带式输送机智能巡检
实现从精煤带式输送机头到机尾全线范围内的移动巡检，可连续采集、存储、传输现场的图像、温度、烟雾等数据。开发带式输送机保护与机器人联动软件，判断设备是否存在故障以及故障位置。通过智能巡检，以精确地掌握现场设备运行状况，保证维修人员及时准确地找到故障位置并进行合理处理，减少误判或无用的劳动量，在提高检修工作效率的同时，大幅降低了安全风险和员工劳动强度。带式输送机智能巡检数据存储及现场如图7所示。
（a）带式输送机智能巡检存储数据
（b） 带式输送机智能巡检现场
图7 带式输送机智能巡检
浮选自动化
实现3台浮选机自动加药和远程控制，通过AI图像识别，完成对尾矿指标的分析，并建立相关性数学模型，达到对浮选加药量的精准控制，确保浮选系统高效稳定运行。把浮选工从生产现场解脱出来，在调度室实现浮选系统的远程控制，改善了浮选工的工作环境。同时将密控岗和浮选岗2个岗位合并成1个质量岗，实现质量岗位的优化整合，岗位人员数量由8人减少至4人。浮选自动化控制系统如图8所示。
（a）浮选智能化系统
（b）浮选自动加药控制界面
图8 浮选自动化控制系统
设备故障诊断及预警保护系统
通过对设备安装检测传感器和保护装置，实时在线监测设备的温度、振动等数据，并上传集中管理，进行综合分析、及时掌握设备的运行状况和变化趋势，并及时有效地进行预防性维护。为实现“无人值守、专人巡视”管理模式的转变提供了可靠的硬件基础。设备故障诊断及预警保护系统如图9所示。
（a）设备在线检测点分配界面
（b）设备故障预警分析包络界面
图9 设备故障诊断及预警保护系统
智能照明
采用PLC控制及电子感应技术，对生产车间和工业广场的照明供电进行实时监控与跟踪，工业广场的路灯，以及存在不安全因素的区域可根据环境光线的强弱自动开关。生产车间照明，可由调度室根据实际需要远程开关灯；提升了工业广场和生产厂房照明自动化程度，节能降耗，每年节约电能10万kW·h，节省电费8万元。智能照明控制系统界面如图10所示。
图10 智能照明控制系统界面
网络化配电管理
设计构建选煤厂电力监控平台，实现配电场所安全监测、低压综保信息采集、设备运行情况实时监测、电能采集与统计以及远程分合闸功能，实现配电系统的实时监测和配电室“无人则安”的本质安全目标。网络化配电管理控制界面如图11所示。
图11 网络化配电管理控制界面
信息化平台和 APP 建设
定制开发移动管理系统APP，实现手机终端的隐患排查四级闭合管理、生产集控监控实时显示、生产数据信息实时推送，实现设备管理、故障报警与检测、润滑管理、煤质管理、岗位巡检、能耗管理等功能，使生产信息精准快速传达，以及选煤厂全员协同化办公。选煤厂CMES信息化平台如图12所示。
图12 选煤厂CMES信息化平台
3D 可视化数据采集与监控系统
对厂区、楼层、设备等实体进行三维建模，利用虚拟现实技术结合选煤厂的结构、设备布局以及监测与控制的任务要求在该平台上进行二次开发，实现三维动画效果，在3D系统上完成设备故障诊断与预警保护系统、视频、控制系统、电力监控系统等的数据集成，将选煤厂CMES平台与煤质处建立的选煤智能决策平台实现信息交互，实现选煤工艺效果评定、选煤质量控制与市场销售联动、生产经营分析等功能。融合教育培训软件对生产设备的工作原理和检修维护做三维动态展示，便于职工学习，以便进一步提升职业技能水平。选煤厂3D可视化数据采集与监控系统如图13所示。
图13 选煤厂3D可视化数据采集与监控系统
智能化选煤厂建设实践应用及效果分析
提高保安稳产能力
生产控制系统的优化设计，提高了选煤系统设备联动运行的效率。通过完善设备保护，实现质量在线检测，设计密控跟踪控制系统，保证了产品质量的稳定性，提高了稳产能力，降低了因人工操作带来的品控难度。精煤质量区间稳定控制在0.5%以内，万吨事故台时由原来的0.5 h降低至0.08 h，系统稳定连续运转，精煤回收率提高了2%。在经济效益方面，年入洗原煤量按270万t计算，精煤销售价格按1 000元/t计算，洗选加工费22元/t，增加经济效益5 281.2万元。通过实施智能化管理体系，节约了选煤厂用电量，吨煤电耗由原来的6.8 kW·h下降至6.1 kW·h，全年可节约电费166.32万元，产品质量提升取得新突破。
实现控员提效目标
通过智能化选煤厂的建设，实现工艺管理自动化、工序控制智能化、指标控制智慧化，将操作人员逐步从固定的岗位中解放出来，实现生产系统智能巡检化，岗点值守无人化，建立区域管理员、质量控制员、调度管理员、设备巡检员、技术服务员等扁平化的管理模式。最大限度地实现生产现场的“无人值守，黑灯生产”，达到监、管、控一体化及减员增效的目的。不但能对冲选煤厂每年因退休10余人的自然减员，还可抽调部分人员去充实生产准备、机电维修和厂房保洁等工作，使人力资源得到合理配置，职工的幸福指数得到了进一步的提高。全厂生产岗位工数量由原来的每班36人缩减至12人，每年可节约人工费用576万元。
总结与展望
付村煤业选煤厂利用物联网技术、大数据分析技术、设备监控技术等，实现选煤厂设备控制智能化、能耗管理智能化、设备故障分析智能化。有效地降低了成本及工人劳动强度，稳定了产品质量，提高了精煤回收率，减少了生产过程中现场的人为干预，实现工业控制与管理决策之间的融合，提高生产管理的协调性，达到对生产过程控制柔性调整的目标。下一步，付村煤业选煤厂计划构建星型物联网，完成现场各类离散保护装置模拟量、开关量有线或Lora无线接入，同时构建生产系统决策支持平台，利用Lora无线通信完善巡检人员实时定位；探索通过对物联网采集各种数据信息源进行深度整合，利用朴素贝叶斯、分布式等算法进行分类、抽取特征、搭建模型，分析其内在的数据规律与联系，以便在未来应用于选煤现场的智能管理。
来源：智能矿山杂志
