工业技术
DOI：10.16660/jki.1674-098X.2008-5640-2022
甘海洋 代礼其
(筠连川煤芙蓉新维煤业有限公司 四川宜宾 644000)
摘 要：根据煤炭开采大型化、高效化、现代化要求，对煤矿机械设备的要求也就越来越高。随着科技技术水平的发展提高，为采用新技术、新设备提供了条件。论述了GBRT煤矸智能分选系统的原理及主要特点；该系统在新维煤业的应用表明，不但选后煤中的含矸率和矸中的含煤率符合要求，而且可大幅度减少选矸人员，降低人工成本和潜在的安全事故风险，具有建设周期短、见效快、节能减排效果明显等优点。关键词：选煤 GDRT煤矸智能分选系统 分选原理 特点 应用效果
中图分类号：TD11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)12(b)-0056-05
GDRT Coal Gangue Intelligent Separation System
GAN Haiyang LI Changchun DAI Liqi
(Junlian Furong Xinwei Coal Co., Ltd.,Sichuan Coal Group, Yibin, Sichuan Province, 644000 China)Abstract: According to the requirements of large-scale, high-efficiency and modernization of coal mining, the requirements of coal mine machinery and equipment are also higher and higher. With the development of science and technology, it provides conditions for the adoption of new technology and new equipment. The principle and main characteristics of GDRT coal gangue intelligent separation system are discussed. The application of the system in Xinwei coal industry shows that not only the gangue rate in the coal and the coal content in the gangue meet the requirements, but also can greatly reduce the gangue sorting personnel, reduce the labor cost and potential safety accident risk, and has the advantages of short construction period, quick effect, obvious energy saving and emission reduction effect.
Key Words: Coal preparation; GDRT coal gangue intelligent separation system; Separation principle; Characteristics; Application effect
①作者简介：甘海洋（1989—），男，汉族，四川珙县人，本科，机电助理工程师，研究方向为机电
一体化技术。
根据煤炭开采大型化、高效化、现代化要求，对煤矿机械设备的要求也就越来越高。随着科技技术水平的发展提高，为采用新技术、新设备提供了条件。在很长的一段时间内，煤矿选矸全部依赖人工拣选。人工拣矸存在效率低下、矸中带煤、疲劳度、责任心等诸多缺陷，再加上煤层中含矸石率高，因此导致很多矸石由于上述人为因素无法排出，影响成品煤的热值，最终降低了煤矿的效益。另外选矸人工费用的支出及选矸过程中潜在的安全隐患也是煤矿待解决的问题。同时根据国情，我国选煤的未来发展重点讲侧重于适用于缺水地区的干法或省水选煤技术，脱硫和排矸并举，提高选煤的自动化水平。“GDRT煤矸智能分选系统”正是这样一种干法分选设备。GDRT煤矸智能分选系统，作为基于γ射线传感器的干法块煤自动化分 选技术，可以直接在原有手选皮带上进行改造，不用新增厂房建设，同时该设备施工方便快捷、工期短，投资回收周期预短，运营成本低。新维煤矿选用GDRT煤矸智能分选系统，现已投用在煤坪使用，选用的是巨龙融智技术公司生产的系统，使用效果整体较良好。
1 系统原理
GDRT煤矸智能分选系统主要由原煤进料斗、传输皮带、排队系统、检测系统、控制系统、执行系统、煤和矸石出料斗七部分构成。
如图1传输皮带上设有若干个物料排队通道，每一通道都对应有一套由γ射线源、检测系统、控制系统、执行系统组成的识别与分选系统，提高了整机的运行可靠性。
当一定粒度的物料落到主皮带上以后，在排队机
工业技术
构的作用下，物料被排成直列顺序通过各个检测点。
检测系统由位于下方的γ射线源和位于上方的传感器构成。当被测物料通过检测点时，其内部分子结构的不同造成穿透出来的γ射线数量的差异，传感器将感应信号经过放大、整形后传送控制系统。
控制系统中的微处理器将信号依据煤矸石识别数学模型进行运算，得出此时被测物料的密度加权值。此加权值与事前设定的加权值相比较，高于设定值的判断为矸石，低于设定值的判断为煤。
当判断为矸石时，经过控制系统设定的延时时间后，在矸石抛落过程中经过高频气阀时，控制系统打开高频气阀，高压气流冲出气阀并击中抛落过程中的矸石，使其偏离原来的轨迹，落入矸石料斗进入返矸皮带。没有被击打的煤块按原轨迹抛入煤斗进入返煤皮带。
2 设备组成
GDRT煤矸智能分选系统由原煤进料斗、传输皮带、排队系统、检测系统。控制系统、执行系统几部分组成。
2.1 传输皮带
GDRT煤矸智能分选系统采用的传输皮带的带速为每秒0.8m。要求带速稳定，带面平整，不跑偏。皮带宽度根据所需的通道数量而定。2.2 排队系统
设备采用的是分散型、动态线接触方式机械排队系统。该系统位于传送皮带表面上方。在传送皮带连续运行的过程中，排队系统可以在不损伤皮带的情况下使物料移动到通道中线，从而将待检测物料按顺序经过有γ射线源和传感器构成检测点中央，如图2。将待检测物料正确的进行排队是整个分选过程的一个重要环节，它一方面是待检测物料能够被检测和识别的基础，另一方面也是矸石能够被准确击打的保证。排队效果对系统的分选率有直接的影响。
分散型、动态线接触式机械排队机构在有物料夹入皮带与分料器缝隙时自动抬起分料器，不但保护了皮带，而且保证系统安全正常运行。2.3 γ
射线源456gan
系统采用的γ射线源是镅-241，
出厂活度为300毫
图1 GDRT智能选矸系统示意图
图2 排队系统示意图
工业技术
居，属于Ⅳ类源，每个通道对应设置一枚。该光子辐射输出器是中国原子能科学研究院的系列产品之一，采用贫化铀作为γ射线源，外面包有屏蔽材层。该输出器设计安全、操作方便，性能稳定，准直孔定位准确。输出器由罐体、转鼓。安装板和防尘板组成。2.4 检测系统
检测系统采用的是γ射线投射法和复合传感器技术。该技术是在γ射线衍射方式的基础上增加了辅助式的复合传感器检测方式，进一步避免了以往单一接收传感器带来的检测随机误差。
由于射线通过被检测物料时，物料的密度等级、物
料的厚度及物料的外表形状均对射线的衰减产生影响。系统利用主传感器测量物料对射线的衰减，利用辅助传感器测量物料使射线产生的在不同方向上衍射角及衍射强度，实现了实时地全方位检测，克服了不同性质的物料、不同形状的物料均对单一传感器检测产生误差。这样可完全在物质密度等级上区分煤和矸石，确保在线识别不漏检。
每个通道对应设置了一套复合型传感器。检测系统向计算机控制系统实时的提供其接受到的光子脉冲量、检测点下方空间的距离、探测器箱内的环境温度等数据信号。
表1新维煤业40～80mm物料选后测试数据
序号选后矸中含煤率%
选后煤中含矸率%
原煤含矸率%
处理量t/h
1 3.611.332.1844
2 1.86 6.4227.6242
人的光芒
3 1.16 5.4926.9838
三星e5684 1.78 5.6228.113950.98 4.8129.3235
平均值 1.876 6.72828.842
河南妇女毛深深的沟WCD
表2新维煤业80 ～ 200mm 物料选后测试数据
序号选后矸中含煤率%
选后煤中含矸率%
原煤含矸率%
处理量t/h
1 1.35 5.1426.2324
2 1.46 6.2227.1225
3 3.510.826.783040.78 4.1929.14205 1.13 4.8828.9122
平均值 1.644 6.24627.636
序
号品名数量（t）热值（千卡/千克）
单价（元/千卡.吨）
单价（元/t）金额（元）1原煤2000
32460.10446339.0771*******.322筛下煤176934350.10635365.31225646237.37033选精块16243760.13711 600972004选矸69506 53455小计2000 743782.37036利润
65628.05025
序
号
品名数量（t）热值（千卡/千克）科技情报开发与经济
单价（元/千卡.吨）
单价（元/t）金额（元）1原煤18503246
0.10446339.0771*******.7462筛下煤163634350.10635365.31225597650.8413选精块15543760.13711 600930004选矸59506 52955小计1850 690945.8416利润
63653.095
表3 2019年5月31日新维煤矿煤矸智能分选系统经济效益测算情况表
表4 2019年6月1日新维煤矿煤矸智能分选系统经济效益测算情况表
2.5 控制系统
控制系统主要由控制柜、净化滤波电源、UPS不间断电源、温控装置、示波器、核源输出器远程控制装置、控制仪表构成。控制系统对检测系统传输来的信号进行数据处理，并按照预先设定好的模型进行判断，然后根据数据的不同内容向电磁阀发出相应的指令。即：如果判定被识别物为煤时，控制系统则发出不动作的指令，而判定被识别物为矸石时，控制系统向电磁阀发出动作指令。
控制系统采用的是分散控制结构，即每个通道对应一个单独的控制仪表。这样一方面可以根据各用户对处理量的不同需求灵活配置。另一方面也可在即使有一个通道出现故障，设备也能降级运行，从而保证了生产的连续性。2.6 执行系统
执行系统由分气包、输气管、喷气嘴和防爆高频电磁阀构成。其中喷气嘴和防爆高频电磁阀每个通道对应设置一套。
从定速主皮带末端自然抛落轨迹基本一致的事实，利用执行系统，对正处于自然抛落的矸石施加一个法向外力，使之改变原抛落轨迹而落入矸石料斗。
执行系统选用的是一种高频电磁式控制阀，受电信号控制。防爆高频电磁阀平时处于关闭状态，当矸石被识别后，控制系统经过设定的延时时间后，向电磁阀发出—动作指令。防爆高频电磁阀接受到动作指令，则电磁阀开启，高压气体通过喷气嘴，高速冲向从
主皮带过来正在进行自由下落的矸石，由高压气产生的巨大的冲力，将矸石改变原轨迹而落入到矸石料斗，完成一个分选动作。若被识别的是煤，则不生成上述操作，使煤沿其自然抛落轨迹落入煤料斗。执行系统接受连续不断的指令，即可进行连续分选。
防爆高频电磁阀的有效闭合频率每秒钟7次，但考虑到电磁阀开启后高压气流形成的延时性，为保证有效击打，每个通道设置了两个电磁阀。这两个电磁阀始终处于轮流工作状态。2.7 辅助设备
辅助设备是指为了使GDRT煤矸智能分选系统嵌入生产环节的设备。这部分设备根据各用户具体生产环节而有所不同，其大体分为上游设备和下游设备两部分。
上游设备是为了向GDRT煤矸智能分选系统提供符合设计要求的物料，可以使破碎类、筛分类、给料类、运送类等通用设备。
下游设备是为了将分选后的煤、矸石送出。主要有分流器、返煤皮带、返矸皮带。
3 应用情况
3.1 施工方案科技创新导报
根据新维煤业的实际生产情况，200mm以上的大块矸石偏多，以此确定使用三个振动筛：一是对原有1#振动筛进行改造，筛板孔径改为200mm，筛去200mm以上大块，200mm以下进入2#弛张筛，筛去
序
号品名数量（t）热值（千卡/千克）单价（元/千卡.吨）单价（元/吨）
金额（元）1原煤2100
32460.10446339.0771*******.0362筛下煤183234350.10635365.31225669252.0423选精块18943760.13711 6001134004选矸79506 53955小计2100 783047.0426利润
70985.006
序
号品名数量（t）热值（千卡/千克）单价（元/千卡.吨）单价（元/吨）
金额（元）1原煤1970
32460.10446339.0771*******.00522筛下煤173834350.10635365.31225634912.69053选精块16743760.13711 6001002004选矸65506 53255小计1970 735437.69056利润
67455.6853
(下转75页)
表5 2019年6月2日新维煤矿煤矸智能分选系统经济效益测算情况表
表6 2019年6月3日新维煤矿煤矸智能分选系统 经济效益测算情况表
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(上接59页)
40mm以下末煤。40～200mm进入3#振动分级筛，筛分后的物料分别进入对应40～80 mm、80～200mm的进料斗，进料斗下分别安装了两台智能振动给料机匀速给料至GDRT煤矸智能分选系统;。根据新维煤业的产量数据，最终确定设备选型为：GDRT煤矸智能分选系统40～80mm（4通道）、80～200 mm（2通道）各一套。
3.2 检测指标
入选总量：进入煤矸智能分选系统的总入料量; 原含矸率：（选后矸石堆中矸石总量+选后煤堆中矸石总量）/入选总量；选后含矸率：选后煤中矸石总量/选后煤堆总量；选后矸石中含煤率：选后矸石中煤总量/ 矸石堆总量；选净率：选后矸石堆中矸石总量/（分选后矸石中矸石总量+分选后煤中矸石总量）；选后煤中含矸率不高于10%；选后矸中含煤率不高于3%。
3.3 检测结果
（1）40～80mm物料分选结果（见表1）。
（2）80～200mm物料分选结果（见表2）。
表1，2数据表明，GDRT煤矸智能分选系统的分选结果完全达到了既定的性能指标。
4 GDRT智能分选系统的优势特点及增效
4.1 社会效益
（1）减少了在恶劣环境下工作的人数，降低了职业病的发生率。（2）降低了安全事故的发生率。（3）减少人工误捡煤率，节约了煤炭资源。（4）绿环保，不消耗水资源和其他介质；（5）自动化程度高，操作简单，维护方便；（6）分选效率高，矸石选净率大于95％，选后矸中带煤小于1%；（7）可分选的煤种广，对各煤种排矸均能适应；（8）环境适应性强，适用所有地区使用，在寒冷或缺水地区优势更为明显。
4.2 直接增效
（1）通过表3-6采样效益测算表，根据新维煤业公司年产60WT计算，年直接增效2000万余元。
5 结语
GDRT 煤矸智能分选系统，作为基于γ 射线传感器的干法块煤自动化分选技术，填补了国内该领域的技术空白，在国内许多选煤厂得到了成功应用。国外厂商目前还没有在中国应用的案例，而国内尚无同类产品的厂商。通过研究和论证，GDRT 系统可以直接在原有手选皮带上进行改造，不用新增厂房建设，同时该设备施工方便快捷、工期短，可结合煤矿休息和检修的时间开展安装，对生产几乎不造
成影响，投资回收周期预短，运营成本低。该系统还有进一步在集团公司其他矿井实施的前景。该技术根据其特点，还有更广的应用创新价值，比如研究矿井下煤矸分选等，值得集团公司持续关注，响应国家的政策与号召。
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