张学松高工：“双碳”背景下智能化选煤厂建设思路探讨

创新发展思路 

创新发展的首要目标是提高选煤厂经济效益，通过降低生产成本提高生产效率，才能经得住市场竞争的压力。《煤炭工业选煤厂设计规范》规定选煤厂工作制度为年工作330天，每天工作16 h，推算出设备年利用率为60.3%，对标《有色金属选矿厂工艺设计规范》中67.8%～92%的设备年作业率（年利用率），选煤厂设备的年利用率是偏于保守的，如将选煤厂主洗工艺工作制度改为312天，每周工作6天，每天工作24 h，设备年利用率提升为85.5%，将大幅度提升选煤厂的经济效益，提高设备年利用率可为选煤厂带来以下4点效益： 

（1）选煤厂生产能力的适应性更强，为提高经济效益创造了条件，群矿型选煤厂可直接增加42%的产能，更加适应不均衡的季节性生产；矿井型选煤厂可满足矿井生产能力提升42%的要求，更加适应不均衡的井下生产。 

（2）新建选煤厂时，可降低系统的小时处理能力，节省建设投资；选煤厂扩建时，可在系统小时处理能力不变的情况下，提升年处理能力，降低改造难度。 

（3）正常生产时，工艺系统不必每日启停车，启停车次数较设计规范规定的工作制度减少630%，工艺系统空载运行时间每年将减少270 h以上，可节约运行成本，同时可避免介质、药剂配比因启停车而产生的波动，提高系统运行的稳定性。 

（4）可最大限度地发挥智能化选煤厂的作用，实现选煤厂生产中的少人或无人，使选煤厂的管理更加科学、合理、简便，利于实现多座选煤厂集约化管理，降低用人工成本和生产成本。 

创新发展思路下的实现途径 

选煤厂要改变工作制度，提高设备利用率，工艺设备首先应能适应选煤厂工作制度的改变，选煤厂选用的主要工艺设备均为通用设备，已实现标准化、系列化，设备自身支持长时间连续工作，类似设备在冶金选矿、水泥、环保等行业均有应用，并普遍按照每天三班24 h组织生产，这对选煤厂改变工作制度具有较好的借鉴作用。因此，选煤厂具备改变工作制度的基本条件，还要结合选煤厂的生产特点重点考虑以下3点问题： 

（1）煤炭仓储容量应适应选煤厂工作制度的改变

为保证选煤厂生产的连续性，必须保证原料煤的稳定供应，当选煤厂原煤与产品煤仓储总容量在《煤炭洗选工程设计规范》规定的1.5倍以上时即可满足要求。目前，群矿型选煤厂普遍可以适应工作制度的改变，矿井型选煤厂应根据现场实际进行新建或改造。 

（2）选煤厂工艺系统的可靠性应适应选煤厂工作制度的改变 

笔者对所管理的选煤厂进行了为期1年的统计（表1）。统计表明，影响选煤厂故障停车的主要因素：煤流中混入大块锚杆、铁器、木料异物引起的设备故障；产品加工中转载、排料过程引起的溜槽、管路卡堵；设备维护不及时引起的机械、电气设备故障等。 

1）“异物”是由于入洗原料在捡杂环节处理不充分，导致井下煤炭开采过程产生的异物随原煤直接进入原煤加工环节，造成入洗原料指标普遍达不到设计标准，不但容易引起后续设备故障，还会使后续加工环节生产不稳定。因此，首先应加强井下生产管理，避免异物混入煤流；其次对原煤准备环节进行优化，增加智能化排矸、捡杂设备，确保在原煤入洗前将异物捡除干净。智能捡杂机器人如图1所示。 

图1 智能捡杂机器人

2）“卡堵”是由于煤炭和煤泥水转载、排料的设计环节以经验为主，缺乏对物料流动的针对性分析和计算，因此，需要通过引进先进的计算机仿真设计，如BIM三维协同设计（图2）、数值模拟等，通过模拟生产中造成堵塞和降低产品品质的环节，优化物料输送的空间布局，控制溜槽角度和高差，避免堵塞和对设备的冲击，降低运输环节的事故率。旋溜槽计算机仿真模拟如图3所示。 

图2 BIM三维协同设计

图3 旋溜槽计算机仿真模拟

3）“设备维修不及时”主要是被动检修造成，需要引入先进科学的运维管理系统来改变。 

（3）生产管理应适应选煤厂工作制度的改变

提高生产效率需要高效的管理、决策系统，建设智能化系统可有效解决这个问题。首先，建立基于大数据、人工智能的设备运维管理平台（图4），通过专业运维算法提前预测设备的大修、中修周期并制定维修计划；其次，通过对设备的全面感知采集设备的电流、温度、振动、润滑等信息，实现自动检测与健康预测报警，进而依据大数据进行小修等预测性主动维护，避免设备因机械疲劳引发事故；最后，通过建立生产全流程的集中监控，完善煤质在线检测、分选比重自动调节、介质药剂自动添加、浓缩压滤等系统的自动检测与调节，让集控系统实时感知生产条件变化，迅速判断调节工艺运行参数，主动响应和预测突发事件。此外，还要依靠智能照明、巡检机器人、AI智能摄像监控、火灾自动报警等手段实现无人值守，降低人员安全风险和劳动强度。

图4 选煤厂智能运维平台架构

绿色发展

研究表明每1亿t标准煤洁净度提高1%，每年可节约能量1.7×105 tec，SO2减排约1.1×104 t，CO2减排约3.8×105 t。因此，去除杂质提升煤炭品质，满足下游煤炭企业对煤质要求，是煤炭企业基本的发展目标，也是减碳应当承担的责任和义务。选煤厂提升煤炭品质需要重点考虑以下2点问题： 

（1）适应“双碳”背景下客户对煤炭质量的要求

首先，采用先进技术提升洗选加工工艺的灵活性和稳定性，建设基于智能化的排矸除杂和重介、浮选等核心洗选工艺系统，实现全流程数据采集与在线智能分析和调节，提高产品回收率，保证产品质量稳定，降低产品消耗；其次，采用计算机仿真技术优化选煤厂空间布局，控制煤流的运动轨迹、跌落速度及撞击点，既可降低产品的线下率，也可避免煤炭流转过程中的卡、堵。

（2）适应煤炭分级梯级利用的要求 

首先，建立智能化的在线配煤系统，按照终端用户的煤质需求销售煤炭，减少或避免用户对煤炭的二次加工处理，既可扩大市场销售范围，也可间接降低客户的碳排放；其次，还要变废为宝，转变观念将洗选加工产生的煤矸石等固废弃物作为产品对待，结合煤矸石综合利用技术对其进行分类加工，使其适应固废弃物综合利用的要求。

此外，选煤厂还应自觉降低生产运行中产生的碳排放，建设时要使工艺总布置简捷、顺畅，合理利用地形地势的高差减少中间转载；生产时要建设智能化的设备管理和维修体系，避免生产中的非计划提车，提高生产效率。

“双碳”背景下煤炭企业创新发展和绿色减碳是煤矿智能化建设的主线，两者之间相辅相成，煤炭企业需要结合行业特点和企业具体情况进行分析，思考建设目标，突破传统观念的束缚，了解未来市场需求，借鉴其他行业的成功经验，以企业生存发展为基本目标，在坚持新发展理念的总要求下，以创新的思维探索双碳背景下煤炭企业的建设路径。 

来源：智能矿山杂志