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平煤神马集团谱写智能高效选煤新篇章 ——智能选矸机器人与5G 技术在绿色高效选煤中的应用研究

2024-09-25 14:40:06  来源:智能矿山杂志  作者:刘素华
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煤炭是国家能源安全的压舱石和稳定器。习近平总书记指出:“煤炭作为我国主体能源,要按照绿色低碳的发展方向,推进煤炭消费转型升级”。二十大报告习近平总书记再次强调:要“深入推进能源革命,加强煤炭清洁高效利用”。面对世界能源格局的变化,推进煤炭消费转型升级,就必须实现煤炭资源的高效开发、利用和转化。必须要加强行业的自主创新,通过提升煤炭开采利用效率,减少对进口煤炭和国外技术的依赖。

选煤排矸工艺的现状和问题

传统选煤排矸工艺的现状和问题

近年来,随着煤炭资源的开发和利用,选煤工艺中存在的问题也逐渐浮现。传统的选煤工艺存在效率低、能耗高、环境污染重等问题。“采煤出产量,选煤提质量”,原煤入洗前预排矸,提升入洗煤煤质和煤炭利用效率,减少污染物排放和运力浪费。原煤预排矸是煤矿生产过程中的必要工序,也是实现煤炭清洁高效利用的重要环节。研究表明炼焦煤灰分降低1%,炼铁焦炭耗量降低约3%,炼铁高炉利用系数提高4%。

传统选煤工艺主要采用物理或化学方法,如重介洗选、跳汰洗选、浮选、磁选等,此类方法效率低,能耗高,处理能力有限。传统选煤过程中需要大量电能和其他能源供应,增加了生产成本。此外,选煤过程中产生大量固体废弃物,对环境造成严重污染。

平煤集团预排矸工艺的关键痛点

中国平煤神马集团是集煤炭采选、尼龙化工、煤焦化工、煤盐化工4 大核心产业于一体的国有特大型能源化工企业。下辖18 个矿井和4 个炼焦煤选煤厂,是我国品种最全的炼焦煤、动力煤生产基地,主焦煤品质世界第二,全国第一。随着集团开采规模不断扩大,各生产矿逐步向深部开采,原煤中矸石含量逐步增加,据统计全集团每年矸石入洗量近千万吨规模,为此投入了巨大的人力、运力、财力,多数生产矿预排矸工艺仍采用传统人工拣矸方式。人工分拣依赖选矸工主观经验判断,作业效率低、误检率高。选矸工劳动强度大、职业健康风险高。

平煤集团智能高效选煤的创新成果

智能选矸机器人

为革新煤矿预排矸工艺,提升矸石排除率,彻底替代人工选矸。中国平煤神马集团秉承“感知新技术,创造新动能”的理念,在集团内部大力推进“数智化”改革创新实践,授权中平自动化公司,研发煤、矸分选成套技术装备,开展智能选矸机器人的产品研发与应用实践。

历时2 年半,经过3 代产品迭代,研发出具有完全自主知识产权的智能煤矸分选成套技术装备,第3 代智能干选机如图1 所示。该系统针对煤与矸石的不同物理特征,利用深度学习和图像识别技术,双能X射线精准识别煤与矸石;智能多源异构算法模型如图2 所示,运用图像控制技术,控制高灵敏气阀阵列高速气流喷吹,实现煤矸分离作业。

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图1 第3代智能干选机

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图2 多源异构算法模型

智能选矸机器人技术优势

与其它预排矸工艺和装备相比,矸石粒级为25~300 mm,X射线识别及干式分选方式技术相对成熟,识别精度高、处理能力大、分选效果好,系统稳定性强。

(1) 智能感知与控制

智能干选机采用先进的传感技术,实时感知物料颗粒尺寸、形状、密度等属性,通过智能控制系统准确分类和分选。与传统的干选机相比,智能干选机感知和控制能力更精准、智能化。

(2) 高效分选

智能干选机采用高速图像处理技术和机器学习算法,快速准确地识别和分离不同颗粒物料。煤矸识别算法达到了国际领先水平,煤矸分选精度大于97 %,生产效率和分选质量均高于传统干选机。

(3) 可调性和灵活性

智能干选机具有多种可调参数和模式,可根据不同物料特性和需求个性化设置。灵活应对不同规格、形状和颜色的物料分选,具有较强的适应性和通用性。

(4) 低能耗和环保

智能干选机采用先进的光学系统和高效的电气设计,分选效果良好,且环境污染和资源消耗较低。

(5) 数据化管理和远程控制

智能干选机通过网络连接,实现数据化管理和远程控制,实时监测和调整分选过程中的各项参数,提高了生产管理效率,具备故障诊断和监测预警功能。

5G 在智能矸选中的应用

5G 在矸选智能控制系统中的应用

5G在高效选煤中的智能控制系统中,与传感器网络结合,实时监测和分析智能矸选选煤过程中的关键参数,智能控制系统自动调整设备工作状态,提高选煤效率,降低能耗和生产成本,实现了煤炭加工设备的智能化控制和自动化运行。5G网络应用结构如图3所示。

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图3 5G网络应用结构

5G 星云平台赋能智能干选机器人

为提升装备整体性能,强化产品竞争力,打造“云边端一体化”5G智能选煤数字星云平台。整体架构以5G精准云网为数字基座,建设可视化数字星云平台(矿山工业互联网),支撑生产系统、安全生产、辅助系统等智能化应用,实现了选煤厂生产管理各环节数据可视、可管、可控,打造绿色节能、精细可控的智能化生产体系。5G数字星云平台界面如图4 所示。

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图4 5G数字星云平台界面

5G星云平台按照“云端训练管理、边缘分析处理、终端数据采集”的设计思路,通过数据积累与自主学习,逐步提升分选精度与识别速度。同时系统为用户提供了设备在线健康检测、预测性维护、远程故障运维及能耗分析等多项增值服务。

5G智能选矸机器人在地面选煤厂提升入洗煤煤质,降低主洗系统生产负荷及水、电、介、药剂等耗费;在煤矿地面生产系统,替代传统人工选矸,提升选煤厂入洗煤煤质,减少煤炭资源浪费;在井下应用实现矸石不升井,助力煤矿实现“采-选-充”一体化绿色开采;在露天煤矿小型化选矸机与车板集装箱组合,智能选矸可随采场移动不断延伸,实现安全生产效益最大化。

5G 星云平台建设情况

针对当前选煤厂内信息化子系统多,数据接入难、数据共享应用难,系统联动难、数据资产不沉淀等问题,项目针对性地建设数字星云平台,部署于矿山云基础设施。5G数字星云平台架构如图5 所示。

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图 5 5G数字星云平台架构

平煤集团依托自主建设的5G专网,积极建设完善5G智能选煤数字星云系统,逐步实现单机设备数字化,到全局系统信息化,未来向全过程生产数字化迈进。

通过技术能力的组件化封装,数字星云平台(Digital Nebula:DN) 为选煤厂提供了3 大类平台化能力:DN InOne 矿山融合集成平台,DN Enabler矿山赋能平台、DN Studio 矿山应用开发平台,支撑选煤厂内各类生产、装车、供电、保障、通信、运维等环节应用的智能化应用。

应用推广应用效果

2023 年,平煤神马集团大力实施“大精煤”战略,把5G智能干选机的应用作为实施“大精煤”战略的重要措施。集团内部部署了7 套5G智能选矸机器人,实现了规模化复制推广。截止2024 年6 月,第1 批5 套已经全部实施完成并投入运行,智能选矸系统通过5G数据采集,与云边端协同,实现了设备安全稳定运行,提质增效和减人提效方面成效突出。

(1) 有效降低了原煤灰分

第1 批项目使用后,在平煤股份五矿、九矿、十一矿、十二矿,分别在生产过程中采样化验,分析智能干选运行效果。实践证明智能干选有效降低了原煤灰分,其中:九矿在原有筛选基础上降低原煤灰分 6%~7%,最高能降低灰分达到10%,毛煤质量越差,提质效果越明显;十一矿降低原煤灰分约2%;五矿降低原煤灰分约1%~2%;十二矿能降低原煤灰分约3%。

(2) 提升了矿井排矸量

智能干选系统投入使用后,大幅增加了矿井矸石排出率,提高了整体煤炭质量。其中:九矿智能干选系统投用前矸石筛选率约10%,系统投用后矸石筛选率增加到18 %,排矸量提高了8%;十一矿排矸率增加2%~3%;五矿根据外排矸石输送带电子秤显示,5 月份外排矸石298 万t,7 月份外排矸石314 万t,单月外排矸石增加1 600 t。

(3) 有效回收煤炭资源

智能干选系统投用后,矸石含煤率降至最低,有效提升了预排矸工艺的资源回收率。据测算,十一矿 8 月份回收煤炭资源400 t;九矿因原煤质量较差,矸石含煤率就低,原煤中煤炭资源回收率不足0.01%,经智能干选系统后提高至0.1%;五矿矸石含煤率从原来的5%下降到1%。

(4) 实现了减人提效

智能干选系统替代人工捡矸,运维人员数量减少,大幅降低了职工劳动强度。据统计,十一矿通过智能化干选项目后,核减选矸岗位人员18 人;五矿核减人员10 人;九矿核减4 名/班;十二矿核减人员12 人。

结 语

项目实施过程中,受到了行业的广泛关注,“5G煤矿智能分选数字星云平台”项目,在河南省省委省政府举办的数字经济峰会上举办了上线启动仪式。得到各级领导、业内学术专家的参观指导,同时在国内行业论坛、科研机构中也获得广泛认可。中国平煤神马集团依托5G智能化,努力向“加快煤炭企业数字化转型 建成世界一流企业”的宏伟目标砥砺奋进!

智能选矸机器人在原煤预排矸领域的独特优势。智能选矸机器人替代了手选落后工艺,推动了原煤预排矸领域的技术性变革。

下一步,将以河南为起点,携手行业伙伴,以“助推煤炭清洁高效利用、打造智能洗选新标杆”为目标,通过深化产学研合作,加速推进装备的深度迭代,不断研发新产品,在智能选煤领域,输出更多的“中国制造”。


策划:赵瑞 编辑:王晓珍

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