天地王坡董事长付天光：选煤厂智能化建设实践

山西天地王坡煤业有限公司（简称天地王坡）隶属于中国煤炭科工集团有限公司，煤矿井田面积25.35km²，地质储量2.1亿t，生产能力300万t/a，配套建有选煤厂和铁路专用线。天地王坡选煤厂建成投产至今，历经3次升级改造，受技术条件限制，多次技术改造在提质增效、完善洗选工艺的同时，仍然存在着生产控制系统功能单一、智能化程度较低的问题。因此，对选煤厂各类数据进行结构化梳理，建设与当前国内先进选煤厂生产和管理接轨的智能化系统，为全厂科学化管理提供决策支撑是十分必要的。

天地王坡选煤厂智能化系统建设方案由管理信息、末煤智能重介、智能压滤、智能视频管理、智能机器人巡检、煤泥自动冲洗、3D可视化、智能供配电、设备健康监测诊断、智能铁路装车和智能汽车装车系统11部分组成。针对天地王坡选煤厂现状及发展需要，结合当前技术发展趋势，在保证生产系统本质安全的前提下，以期实现选煤生产透明化、信息管理精细化、生产工艺最优化、管理决策智能化的目标。2023年4月，天地王坡选煤厂通过了国家能源局组织的国家首批智能化示范煤矿建设现场验收，达到中级智能化建设水平，2024年1月被认定为第一批国家智能化示范煤矿。

文章来源：《智能矿山》2024年第1期“智能示范矿井”专栏

作者简介：付天光，正高级工程师，现任山西天地王坡煤业有限公司党委书记、董事长，《智能矿山》常务理事

作者单位：山西天地王坡煤业有限公司

引用格式：付天光，王磊，苌延辉.天地王坡选煤厂智能化建设实践[J].智能矿山，2024，5（1）：51-59.

选煤厂一体化管控平台是信息集成的纽带和核心，是智能化选煤厂的基础，具备生产调度、煤质管理、设备全生命周期管理、材料配件管理、绩效分析、能耗分析、运销数据分析、实时工况、管理座舱、报警与事件中心、移动客户端等功能。该平台将生产控制系统、视频监控系统、故障诊断系统、机器人巡检系统、管理办公网络相连接，可实现数据自由互通，消除数据孤岛，生产管理业务在线化、生产过程数据归档自动化，以及全方位数据综合分析和一站式数据分析，从而实现节能减排、减员增效。选煤厂一体化管控平台界面如图1所示，其应用效果如下：

（1）通过设备全生命周期功能的应用，使设备巡检、维护效率提升了20%。

（2）通过隐患管理功能的应用，使隐患管理效率提升了50%，实现了无纸化隐患管理。

（3）通过定期保养功能的应用，使设备保养效率提升了20%。

（4）通过报警与事件中心的应用，使得全厂报警事件处理效率提升了20%。

（5）选煤厂一体化管控平台的应用，使调度员信息掌握更及时、决策更准确、工作更高效。

图1　选煤厂一体化管控平台界面

末煤智能重介系统通过智能算法分析，建立了灰分和密度之间的关系模型，在灰分仪测量精度内，根据灰分实时变化，可以自动设定末煤重介系统的目标密度，并根据目标密度变化情况自动调整加水量和分流量，实现了产品灰分与密度的智能调节。末煤智能重介系统界面如图2所示，其应用效果如下：

（1）分选密度保持稳定，误差控制在±0.015g/L内，无需人工操作和调节，提高了精煤回收率；通过严控洗选精煤产品灰分，提高精煤本级回收率约为1.72%。

（2）无需人工调控密度，减少了人工频繁操作劳动强度，减少集控司机劳动强度约30%。

图2　末煤智能重介系统界面

智能压滤系统基于专家知识控制算法，现场增加通信模块，将压滤机控制系统接入集中控制系统，通过安装滤液监测装置、入料泵电流检测装置等，该系统可以根据滤液流量、电流情况实现自动统筹压滤、自动结束进料、多台压滤机自动排队进料卸料。巡检人员在移动端、调度人员在洗选控制系统中可以对压滤过程进行实时监测及控制，系统安全闭锁可靠，大幅降低了人员需求，实现了压滤系统自动统筹生产，提高了生产效率。智能压滤系统界面如图3所示，其应用效果如下：

（1）通过安装微小流量计对滤液水流量进行检测，反馈调节压滤各环节，真正实现了通过压滤效果反馈压滤流程的智能化管理，取消了6名压滤司机固定岗，在行业内首次采用压滤效果检测手段实现了煤泥压滤环节的智能压滤系统，解决了煤泥压滤环节的智能化难题。

（2）智能压滤系统的成果应用，实现了压滤机现场无人操作，压滤机生产工序安全系数和压滤机排队上料、卸料工序效率均有显著提升。

图3　智能压滤系统监控界面

智能视频管理系统通过对采集的视频进行实时分析，综合运用计算机视觉、人工智能、深度学习等技术，理解画面内容，对视频图像中的目标物进行检测、识别和跟踪，进而主动发现违规行为、可疑目标和潜在危险，并发出警报，指导启动相应的联动控制措施，最大限度地避免或降低损失。该系统可实现视频联动和安全管理预警等功能，视频联动可实现与工艺设备安全起车监控、集控系统及报警信息视频联动等；视频安全管理预警可起到加强安全管理、监测选煤厂主要设备运行状态和减员提效等作用。智能视频管理如图4所示，其应用效果如下：

（1）智能视频的安全帽监测和电子边界功能，加大了不安全行为的监测力度，减少了“三违”现象，使得现场安全性提高15%。

（2）智能视频的浅槽刮板斜链监测功能，可及时发现浅槽异常情况，使设备安全性和可靠性提高20%。

（3）智能视频的大块异物识别可以减轻巡检工劳动强度10%。

图4　视频管理系统

采用挂轨式巡检机器人完成主厂房的高效巡检，通过搭载红外热像仪、可见光摄像头、危险气体及相关其他传感器，融合多种智能巡检分析技术，实现了对厂内电控设备的实时监测、分析，发现异常并及时报警。对振动筛等设备的实时监测，可通过服务器边缘计算将监控数据图像直观的呈现给监控人员。智能机器人巡检系统功能包括：视频采集、红外测温、音频采集、气体检测、烟雾探测、定点监测、物料异物识别、遥控定位、远程视频对讲、无线通信、自动电量监测、自主充电、数据存储查询等。智能机器人巡检系统如图5所示。通过智能机器人的应用，局部环节可以替代人工，减少了现场岗位工巡检劳动强度。

图5　智能机器人巡检系统

煤泥自动冲洗系统由栈桥冲洗水管、电磁阀、PLC集控箱等部分组成，通过各分支管路的电磁阀及预设的PLC程序控制，实现了对带式输送机栈桥冲洗水管路的分段控制。同时与集控生产系统结合，实现了按顺序自动分段冲洗、一键冲洗和定时冲洗等自动化控制功能。煤泥自动冲洗系统及现场应用效果如图6、图7所示。

图6　煤泥自动冲洗系统界面

图7　煤泥冲洗系统的带式输送机现场效果

通过应用煤泥自动冲洗系统，使带式输送机下方实现了煤泥自动冲洗，效率高，代替人工打扫或者冲洗，降低了该区域清扫工的劳动强度。

采用3D建模工具对选煤厂各独立车间、生产辅助车间建筑及机电设备建立模型，3D可视化系统接入集中控制系统、密度控制系统、设备健康监测诊断系统数据，实时显示设备动态运行数据，可实现对各类设施设备运行监控的精确管理。通过对收集的数据进行报警判读，并在管理系统中通过将设备信息以三维视图形式投射到大屏中的方式高亮显示当前设备运行状态，对于运行异常的设备或者运行参数超过阈值的设备进行报警提醒；通过可视化查看设备运行状态，能够为设施设备维修维护和故障排查提供支持依据。3D可视化系统如图8所示。基于三维实景建模，将选煤厂建筑、设备、主要管道、厂区设施数字化，利用虚拟现实技术将选煤厂数字化模型与监测、控制任务结合，对工艺原理进行动态展示，对生产系统运行详细参数进行直观显示，实现了三维动态调度功能。

图8 3D可视化系统

智能供配电系统由配电柜、低压断路器、电压监测装置和集中控制系统组成。新增远程停送电、参数采集及远程监控功能，实现了配电室无人值守，将各配电设备运行状态发送至集控中心，供相关人员随时监视、查询、控制，通过控制系统和电操作装置可以实现就地远程开合闸，可远程辅助人工进行操作；具备智能门禁功能，可通过远程、指纹、人脸、短信等多种方式打开配电室，并记录在案，有效阻止未经许可人员进入配电室重地。

通过应用智能供配电系统，强化了配电室的远程管理和关键参数监测，实现了配电室的无人值守和管理，智能供配电系统界面如图9所示。

图9　智能供配电系统

设备健康诊断系统（图10）由安装在振动筛、渣浆泵、刮板输送机等大型机电设备重要部件上的振动、温度等检测装置、监测分站、信号传输线路以及上位机等组成。该系统采用有线/无线融合感知技术，实现了设备运行状态全面感知；采用多信息专家诊断技术，实现了设备故障综合诊断与状态评估；采用实时智能诊断技术实现了设备故障就地诊断分析；采用故障定量诊断技术实现了故障部位准确识别，故障严重程度定量诊断；采用大数据诊断分析技术实现了预警预报、报警查询与趋势分析、振动谱分析、数据管理等功能；通过对大型机电设备的健康信息收集、处理、查询、统计、分析等功能实现了对设备存在问题严重程度定级，并给出诊断分析结果与诊断报告。

图10　设备故障诊断系统

智能铁路装车系统主要由大型钢结构主体结构、输送带及给料机上料控制系统、定值配料系统、大型料斗动态称重系统、液压系统、装车溜槽精确控制系统、电控系统、计算机管控平台系统、车厢动态跟踪系统等组成，实现了列车装运全过程监控，所有设备的运行状态及装车数据的实时监测和显示。该系统能够全面检测装车站各个环节，根据物料种类、车辆状态、设备状况等，自适应调整装车过程控制参数，自动自主完成物料上料、配料、车厢识别、车辆动态跟踪、溜槽精确控制、自动卸料、坏车跳车等全部装车工序，装车过程做到无人操作、有人值守状态。智能铁路装车流程及系统界面如图11、图12所示。

图11　智能铁路装车流程

图12　智能铁路装车系统界面

通过应用智能铁路装车系统，实现了从产品上料到装车卸料的全系列智能装车作业过程和装车过程无人操作、有人值守状态。单班次装车人员由2人操作变为1人值守，单列装车时间由90min缩减为45min，同时借助自动上料、车辆动态跟踪、溜槽自动控制、自动卸料等功能，解决了手动装车时偏载、超吨、亏吨现象。

智能汽车装车系统包括高精度自动配料、机械控制、车辆检测和语音指挥系统。高精度自动配料和机械控制系统与铁路装车原理相同。车辆检测系统分为车厢测量和动态跟踪技术，这2项技术都是采用光电雷达传感设备并利用点云处理技术进行智能识别，车厢测量技术可高精度测量汽车车厢大小及形态，并将处理数据传输给机械控制系统及语音系统；动态跟踪技术可动态跟踪车辆位置，并将位置数据传输给机械控制系统及语音指挥系统。语音指挥系统能根据接收到车辆检测系统和机械控制系统的数据信息进行智能化指挥车辆行驶进速度及位置，实现了汽车智能化自动装车。智能汽车装车系统自动控制界面如图13所示。

图13　智能汽车装车系统自动控制界面

通过应用智能汽车装车系统，实现了整个汽运装车全流程的闭环控制，通过一卡通及多种防作弊手段，规范业务流程，管控关键环节点风险，实现了全产品无人化自动装车。装车全环节由33人减为10人，汽运自动装车时间由铲车装车的5min缩减为30s，汽运出厂时间由6min缩减为3min，大幅提高了装车外运效率。

通过上述智能化功能系统建设和应用实践，天地王坡选煤厂实现了从煤炭洗选、煤泥处理到产品储装、外运全流程的智能化管理模式，实现了“岗位巡视向区域巡视和无人值守转变、经验管理向大数据智能管理转变、生产控制由人工干预向智能控制转变、安全监控由人工监视向智能监控”的4大转变；取消了“压滤机司机”等固定岗，缩减了40%的生产岗位人员；通过智能一键起车系统，缩短了系统空转时间，可多洗选原煤30万t/a，生产效率提升了10%以上；洗选智能控制系统的应用，使产品回收率由66%提高到79%，每年可为天地王坡增加6000余万元的经济效益；未来，天地王坡选煤厂将持续优化、迭代升级智能化系统，积极推进“黑灯”选煤厂建设，力争打造一个集绿色、高效、节能、安全和可持续发展于一体的行业一流、国内领先的智能化选煤厂。