关于选煤厂智能化建设的思考

陈开玲

(山西中煤东坡煤业有限公司，山西 朔州 036002)

随着经济的发展，中国能源需求量增大，但能源供给制约较多，能源生产和消费对生态环境损害比较严重。中央高度重视上述问题，先后提出了“四个革命、一个合作”的重大能源战略思想，要求优化产业结构和能源结构，推动煤炭清洁高效利用，推动能源技术革命，带动产业升级。

煤炭行业智能化是煤炭工业的重大技术变革，是行业升级转型的重点内容与方向[1]，是人工智能、工业物联网、云计算、大数据、智能装备等与现代煤炭开发利用的深度融合，是形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，从而实现煤矿开拓、采掘、洗选、安全保障等过程的智能化运行。煤炭行业智能化对于提升煤炭工业安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义[2-3]。

国家能源局和矿山安全监察局在《煤矿智能化建设指南(2021版)》(国能发煤炭规【2021】29号)中将选煤厂智能化建设列为煤矿智能化建设的一部分。因此，选煤厂智能化建设符合国家产业政策要求，是煤炭行业高质量发展和转型升级的必然趋势，是安全生产的治本之策，是实现企业本质安全的关键措施，也是选煤企业的重要任务。

1 选煤厂智能化的内涵和目标

智能化是指控制对象具有精准的感知能力、准确的分析判断能力、高效自主的决策能力和快捷可靠的执行能力。它能根据自身感知的信息进行自主分析、判断、决策和执行，并具有自主学习、自主优化能力。因此，智能化需要对信息实时采集，对采集的信息进行自主分析判断、决策，并保证形成的决策能够高效执行到位。它具备4种能力：感知能力、分析能力、决策能力和执行能力。

智能化技术将是选煤厂高质量发展的核心支撑技术，它将人工智能、信息通讯、装备技术与选煤全过程深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、协同执行的智能系统，实现选煤厂从原煤入厂、洗选加工、产品装车等全过程智能运行。

选煤厂智能化建设表面上是为优化分选过程服务，实际是为质量和效益服务，为安全和品质服务。智能化推崇“少人无人”，但其本质还是“以人为本”。智能化的投入使用，将极大地改变传统选煤厂的运维模式，将工人从繁重、危险的岗位中解放出来，极大地提高生产效率和产品质量，达到降本增效、安全发展的目的；当然，对选煤厂操作人员和专业技术人才也提出了更高的要求。

2 选煤厂智能化建设思路

2.1 选煤厂智能化建设总体要求

选煤厂智能化建设总体要求是：能自主分析原料煤性质和产品质量情况，建立生产组织模型；采用大数据分析方法进行数据建模，利用机器学习算法自主分析、预测工艺参数；通过协同控制方法，自主调节各工艺环节操作参数，实现各工艺环节智能控制；通过对典型选煤工艺的智能控制，实现精准分选。

大数据、工业物联网等信息技术与传感器检测技术的融合使用，是选煤厂智能化发展的主要研究方向；传感器的开发、应用和采集数据的集成分析是核心。选煤厂智能化建设重点体现在集中控制技术、传感器检测技术、数据传输、分析和应用等方面。

选煤厂智能化系统应该包括生产管理模块和安全管理模块。其中，生产管理模块要涵盖设备全生命周期、生产工艺系统、生产辅助系统管理等；生产工艺系统应包含智能块煤(重介/跳汰)分选系统、智能煤泥分选系统、智能浓缩压滤系统等；生产辅助系统应包含智能仓储和配煤、智能装车、智能加药、智能加介、智能脱水脱介等。

安全管理模块重点建设智能化安全保障系统，要涵盖人员实时定位系统和视频监控系统。视频监控系统可以根据现场实际，考虑设置电子围栏等。安全保障系统要和操作系统连锁，采集数据要进行大数据比对分析，判断哪些是高危行为进行相应禁止，从而提升企业的本质安全能力。

2.2 选煤厂智能化建设三个阶段

根据我国选煤厂实际，笔者认为选煤厂智能化建设应该分成三个层次：

第一层次是初级智能化建设，主要实施的项目有：① 进行基础设备设施升级，全部工艺设备及附属阀门、闸板实现远程集中控制，补齐自动化短板；② 完善底层自动化系统，实现洗选数据在线监测，提高检测设备精度；③ 推进各类无人操控设备和无人值守系统的应用，达到减人提效的目的。通过上述建设，实现固定岗位无人值守，操作远程控制，关键设备设施有人巡视的目标。

第二层次是中级智能化建设，主要实施：① 统一、规范的数据采集存储的规则与标准，建设通用的标准选煤数据库；② 分选环节实现根据产品质量反馈的智能闭环控制，浓缩压滤环节实现智能闭环控制，实现生产过程控制和管理智能化；③ 重要设备设施、危险岗位全部实现无人设备智能值守。通过上述建设，实现生产过程少人干预，重要场所、危害场所无人巡视。

第三层次是高级智能化建设，主要实施：① 全面大数据技术与选煤专业知识的深度结合与应用，建设选煤专家知识库；② 所有设备设施可靠性大幅度提高，设备与设备之间信息互联互畅，分选环节形成完善的集感知、分析、决策、执行等智能化闭环系统；③ 推进无人操控设备和无人值守系统，形成决策智能、无人干预、无人巡视的黑灯工厂。通过上述建设，全面建成安全、高效、节能、环保的智能化选煤厂。

2.3 选煤厂智能化建设实践

2.3.1 选煤厂智能化建设的一般途径

选煤厂智能化建设应根据选煤厂类别、服务年限、煤质特征、产品定位、规模大小、工艺特征，因地制宜，分步实施[3]。一般需要分“五步走”：

设备高可靠性是选煤厂智能化建设的基础。智能化建设要求设备可靠高效、系统通畅，因此，选煤厂智能化建设第一步需要完善基础设备设施，确保设备设施的可靠性。

智能化需要对外界信息进行实时采集和精准感知，因此，完善实时检测仪器仪表，提高其检测精度和时效性是选煤厂智能化建设的第二步。

第三步，智能化要求执行机构快捷高效，所以要对阀门等控制部件进行自动化、可靠性投入和改造。

第四步，设备与设备数据互联是智能化的必然要求。目前，选煤行业还没有强制性通信标准与规范，这就要求提升各类技术装备和应用平台间的集成性、交互性、兼容性，消除技术壁垒，打破选煤厂信息孤岛，实现真正的物联网。

第五步，重点分选过程智能化是选煤智能化的核心。智能化是选煤厂提效降耗的核心技术支撑，也是智能化建设的目标和归宿。这就要求对仪器仪表的自动控制、数学模型的建立、工艺参数的确定以及现场设备设施的控制等进行融合。分选过程智能化要求解决以下问题：① 仪器仪表安装位置合适；② 仪器仪表测量数据的稳定性和准确性；③ 仪器仪表输出数据的分析处理；④ 分选参数调控周期的确定；⑤ 设备及执行机构的精度、频次、可靠性的保证。

例如，重介分选系统智能化建设要根据入洗原煤煤质的变化和产品的要求，在线动态调节分选参数，建立分选密度、介质粘度、浓介密度关联的数学模型，通过自动加水、自动加浓介、自动调节分流，实现分选参数的自动控制。

现场除了安装灰分仪、密度计、胶带秤等常规装置外，还要增加流量计、浓度计、在线粒度监测仪、磁性物含量仪、高精度调节阀等。重点设备应安装位移传感器、温度震动传感器，精准感知设备的状态。

2.3.2 选煤厂智能化建设实践

山西焦煤某选煤厂智能化建设情况如下：该选煤厂是由两套入洗能力400万t/a的系统组成的炼焦煤选煤厂，对其中一套系统进行了重介分选系统智能化改造。改造的系统于2005年建成，厂型比较老旧，自动化欠账较多，完善基础设备设施投资较大，累计投资了2 880万元。改造前后的效果如表1所示。

表1 某选煤厂重介分选系统智能化建设前后效果比较

通过两套系统实际运行情况对比，智能化改造后系统精煤回收率提高了1.16%，按年入洗400万t计，每年多回收精煤4.64万t；岗位操作人员配置降低了34%，经济和安全效益可观。

3 选煤厂智能化建设的建议

(1)一般来说，企业对选煤厂智能化建设的关注点是：减人要安全，提高数质量要效益。智能化建设投资是否合适，投资多少合适，投资后的效果能否达到——减了多少人，降低了多少能耗，成本降低了多少，安全保障提升了多少等，这些都是智能化建设中首先需要解答的问题。

(2)选煤厂智能化是人工智能、信息通讯和选煤专业知识多方面的融合，是选煤生产革命性技术创新，会引起管理理念、管理制度、运营模式的重大变革。各级监管部门要根据情况及时修改、调整监管内容和要求。

(3)选煤工艺的稳定可靠是智能化的基本要求。从这个角度来说，设备可靠、系统流畅、原煤质量稳定可控是智能化选煤厂建设的保障。因此，需要解决以下问题：选煤系统关键节点的设备高可靠性问题；选煤厂溜槽的堵煤问题；原煤仓储系统给料不均匀问题。

(4)设备与设备数据互联是智能化的必然要求。目前选煤行业没有强制性通信标准与规范，如果为了竞争，人为设置技术壁垒，智能化可能是“行百里半九十”。所以要实现数据的简约化、有效化、标准化，打破选煤厂各系统、各设备设施的信息孤岛，实现真正的物联网。

(5)控制的精度是永远低于测量的精度。所以，要保证控制精度，监测仪器仪表要进一步攻关完善。初步设计时，仪器仪表选型与主要设备选型应分开，要单独选型成章；阀门等控制部件的动作要精准、灵活、可靠。

(6)选煤厂智能化建设需要采集的数据将以指数倍增长，需要的主机容量大，传统的PLC控制系统数据收集、处理能力弱。应参照电厂，优先选用DCS系统。

(7)选煤厂智能化建设可以达到减人、少人，甚至能实现黑灯工厂，但是对运维操作人员提出了更高的要求。选煤厂操作人员需要掌握的知识交叉跨度大，操作人员的用、管、修水平需要提升；除了需要配备常规的选煤工程师和设备工程师，还应将仪表仪器类单列出来，配备仪表仪器工程师。

4 结 论

总之，选煤厂智能化是方向，是产业发展方向的指引，是为选煤的生产、安全、效益服务，脱离了这些，选煤厂智能化就是空中楼阁。当然罗马也不是一天建成的，选煤厂智能化建设需要时间与坚守，需要持之以恒，久久为功，需要锲而不舍地推进，不能人走思想变，更不能是运动式、一窝蜂式地推进。