煤质快速检测技术及其在选煤厂中的实践应用研究

王蛟龙

(晋能控股煤业集团地煤公司，山西 大同 037000)

在矿井中采集得到煤矿资源需要通过选煤厂进行进一步处理才能交付给客户进行使用[1]。煤矿资源的来源不同、处理工艺不同，得到的煤炭质量也会存在一定程度的差异，选煤厂需要对生产得到的煤炭进行检验以确定其质量等级[2]。基于煤质检测结果，选煤厂可以对选煤工艺进行调整，从而提升选煤厂的生产质量[3]。另外，还可以将不同等级的煤炭发送给对应的客户，在最大限度上提升煤炭资源的利用率[4]。近年来，随着选煤厂生产效率以及市场对煤炭资源要求的不断提升，对煤质检验的质量和效率要求也有了很大程度的提升[5]。为应对市场需求，很多选煤厂都开始应用煤质快速检测技术[6]。本文主要分析了基于交流阻抗谱技术的煤质快速检验技术，及其在选煤厂中的实践应用效果。对于提升选煤厂煤质检测精度和效率具有重要的实践意义。

某选煤厂设计的年生产能力为500万t/a。在矿井中采集得到的煤矿资源，运输到选煤厂后，经过初步洗选，再进一步输送到运销车间进行配煤，然后经过煤质检验工序确定煤炭的质量等级，再进行单点装车。但选煤厂的煤质检验结果精度不是很高，导致装车合格率无法得到有效提升，很大程度上制约了选煤厂的经济效益。出现这种问题的原因是多方面的，结合具体情况分析认为原因主要包含以下两点：第一，运输到选煤厂中的原煤来自于不同的矿井、不同的煤层，导致原煤质量和属性存在差异，在相同的洗选工艺条件下，得到的煤炭产品质量存在明显的波动。这对煤质检验技术提出了相对较高的要求，传统的检测方法无法进行精确检测；第二，检测速度较慢，结果严重滞后。传统煤质检验方法中，需要在皮带机中进行煤炭取样，并将样品送到化验室中进行检验。从取样到获得最终检验结果需要持续2 h左右。再加上选煤厂设计生产能力为500万t/a，但该选煤厂在实际操作过程中生产量达到了700万t/a。实际生产量远超过设计生产能力。上述两个因素导致煤质检验速度无法跟上实际生产节奏。

煤质检验结果不准会导致煤炭产品的效能无法得到最大限度发挥。不仅会造成煤炭资源的浪费，也会导致选煤厂经济效益受损。基于此，选煤厂设计研制了煤质快速检验技术，不仅显着提升了煤质检验精度，还极大地缩短了煤质检验时间。

如第165页图1所示，为煤质快速检测系统整体结构框图。从图1中可以看出，检测系统利用水分传感器对煤炭中包含的水分进行检测，利用插式传感器对煤炭中的灰分进行检测。其中，水分传感器检测得到的是数字量信号，可以直接传输到微处理器中进行分析。插式传感器检测得到的信号为模拟量信号，需要通过A/D转换器将其转换成数字量信号后再传输到微处理中进行分析。微处理器可以通过键盘输入相关的信息，可以通过LCD显示屏对相关处理结果进行显示，可以通过RS232通道与上位机PC进行连接。

图1 煤质快速检测系统整体结构框图

在已知煤炭水分含量的基础上，不同灰分含量的煤炭产品，对于不同激励源的响应存在一定差异，这种差异可以通过插式传感器进行检测。考虑到激励源经过煤炭产品后信号会出现明显的衰减，专门设置了调理电路对衰减后的信号进行调整和扩大，以保障信号的稳定性。然后还需要基于A/D转换电路将相关信号转换成数字量信号，最核心的部件为CS5532转换器，该型号转换器在实践中表现出很多优势，比如噪音低、分辨率高等。可有效降低信号转换过程中的误差，保障转换效率，完全能够满足煤质快速检测系统的实际使用需要。

如图2所示，为煤质快速检测系统的基本工作流程框图。由图2可知，检测系统启动后，首先对系统进行初始化处理，确保系统各项功能都能够正常运行且设置都归零。然后基于水分传感器对煤炭中的水分含量进行检测，在获得水分含量的基础上，利用插式传感器对煤炭中的阻抗值进行检测。最后对检测信号进行处理分析，得到最终的煤炭质量检测结果，并对结果进行显示和保存。整个过程不断的循环操作，实现煤炭质量的持续性检测。煤质快速检测系统采用的是模块化设计，不同模块之间只进行数据信息传递，功能上完全相互独立，哪个模块出现问题就只针对该模块进行检修即可，因此方便后期的维护保养，节省维护保养成本。

图2 煤质快速检测系统的基本工作流程框图

为了对煤质快速检测系统的效果进行检验，将该系统应用到选煤厂工程实践中，并对其应用效果进行了实践测试。提取了检测系统运行过程中的数据信息，并对数据进行统计分析，为了对煤质在线检测系统的检测精度进行验证，检测系统运行过程中还利用常规的线下化验方法对煤炭中的灰分进行了检测，结果如图3所示。

图3 煤炭灰分持续检测结果

从图3中可以看出，煤质快速检测系统得到的灰分测量结果与传统的线下化验结果之间虽然存在一定程度的差异，但这种差别相对较小，在工程实践中是可以接受的，可以认为化验值与测量值之间整体上吻合得较好。说明煤质快速检测系统能够得到相对比较准确的结果。造成误差的原因主要是因为本系统为在线检测系统，对样品的检测时间相对较短，实践过程中系统对每个样品检测的时间只有10 s～20 s。如果想进一步提高煤质在线检测系统的化验精度，可以适当延长每个样品的检测时间，但这势必会影响在线检测系统的检测效率。所以选煤厂需要充分结合实际情况来设置每个样品的检测时间，在检测效率和检测精度之间掌握平衡。

综上，煤质快速在线检测系统在选煤厂中的实践应用，取得了很好的应用效果，在很大程度上提升了煤质检验的效率和精度，提升了单点装车的合格率。为选煤厂创造了良好的经济效益，得到了技术人员的一致认可。

选煤厂中对煤质进行检验是必不可少的环节，直接决定着选煤厂的经济效益，还会影响煤炭资源的利用效率。随着煤矿领域技术水平的不断提升，对煤质检验的效率、质量、精度等提出了更高的要求，很多选煤厂开始使用煤质快速在线检测技术。在充分分析选煤厂实际需求的基础上，研究了一种煤质快速检测系统，首先利用水分传感器对煤炭中包含的水分进行检测，在此基础上利用插式传感器对煤炭中灰分进行检测。将煤质快速检测系统的检测结果与线下化验结果进行对比，发现两者之间吻合相对较好，误差在可接受范围内。可见，煤质快速检测系统在实践中取得了较好的应用效果，为选煤厂创造了良好的经济效益。