陕煤黄陵矿业一号煤矿:智能化选煤厂建设与应用


前言


矿业是国民经济发展的重要支柱性产业,智能化建设是推动矿山 安全发展、保障国家能源资源安全的重要举措。我国高度重视矿山的 数字化、智能化发展工作,持续完善相关政策体系,各地矿企与数字 服务商等携手合作,结合各地、各矿具体情况,因地制宜推进矿山智 能化建设,涌现出一批优秀的应用案例。

这些案例在数字矿山基础研究、关键技术、核心装备等创新方面 实现了积极进展,在加快危险繁重岗位作业机器人替代、强化矿山开 采作业智能化、提升灾害智能防控水平、提高应急救援保障能力等应 用方面取得了显著成效。

为更好地发挥优秀案例的示范引领作用,进一步推动矿山行业安 全、绿色、高质量发展,在 2023 年数字矿山融合发展提升本质安全水 平典型案例征集和评选的基础上,中国矿山安全学会、新华社中国经 济信息社联合组织开展 2024 年数字矿山融合发展提升本质安全水平 典型案例征集工作。

经专家评审,遴选出 20 个技术先进、成效显著、能复制推广的典 型应用入围 2024 年数字矿山融合发展提升本质安全水平优秀案例, 现编辑成册,供各地、各有关企业和研究机构在工作实践中学习借鉴。

中国矿山安全学会

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新华社中国经济信息社

案例 20


智能化选煤厂建设与应用


申报单位: 陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿、 北京龙软科技股份有限公司

一、案例基本情况介绍
黄陵一号煤矿选煤厂位于陕西省延安市黄陵县店头镇,是陕西境内最大的炼焦煤选煤厂。为实现煤炭清洁高效利用和商品煤质量提升,并助力安全生产管理,黄陵一号煤矿选煤厂加快了“智能化选煤厂”的建设,其重要举措包括:TDS智能干选技术的引进,智能采制化系统的应用,智能供电、重介、浮选、装车等子系统的建设,智能综合管控平台及数字孪生系统的研究与应用等。这些创新与应用解决了生产中的诸多难题,不仅提高了生产效率和经济效益,还增强了安全保障能力和职工幸福感。
“智能化选煤厂”是以选煤智能装备和合理的选煤工艺为重要基础, 以传感检测、物联网、工业互联网、移动互联网、云平台、大数据和人工智能等技术为手段,实现设备智能运行与运维、状态智能监测、过程智能控制、工艺参数智能设定、管理智能精细和决策智能调节的新模式与新业态,最终实现产品质量稳定、劳动强度低、作业人员数量少、经济效益高等多重目标。对进一步提高选煤厂管理水平、降低生产成本、挖掘企业经济效益、实现选煤厂正常连续及安全生产具有重要意义。
二、做法与亮点
本案例创新应用激光扫描、工业物联网、大数据模型分析等先进技术, 通过建设智能化选煤厂独立私有云及数据库,打造全域感知、全局协同、 全线智能的洗选系统,实现对生产、安全、调度等系统的全面监测、控制, 再与业务管理系统融合共享,最终实现减人提效的选煤厂智能化建设目标。
(一)主要做法
1.实现选煤厂资料的信息化、网络化、规范化管理。通过实现选煤信息 的融合与共享、业务协同及大数据分析、智能分析预警,提升了选煤厂工 作的一体化、智能化管控水平,为选煤厂安全生产提供了有效决策支持。
2.实现各业务系统协同管理。采用稳定、可靠的数据交换方式,通过标 准接口与其他系统数据交互,实现与各专业子系统可靠、实时、高效地信 息交互。实现了子系统设备与数据采集服务器之间的物理链路连接,并对 交互信息内容、格式进行具体规范描述;同时提供了灵活、标准、丰富的 多种数据交互方式。
3.构建选煤厂智能决策管理平台。利用大数据技术,结合相关专业知 识,建设专家知识库,通过对选煤厂生产经营管理数据进行分析处理,实 现生产过程控制和管理智能化,不断优化选煤厂生产经营管理模式,提升 选煤厂经营管理水平。
(二)项目亮点
1.基于数字孪生的多维时态系统协同联动
(1)基于数字孪生的设备模型构建。以数字孪生技术为基础,搭建 完成了一个与选煤厂现实一致的虚拟化选煤厂。系统能够以三维立体的 形式显示选煤厂内的场景结构及设备模型,满足可视化展示、数字驱动、 协同控制、大数据分析、信息反馈等技术的要求,并以数字孪生应用为 最终目的。

数字孪生选煤厂
(2)基于空间脚本拓扑关系的数据驱动。基于数字孪生技术构建全量 数据模型,通过业务流程梳理设备逻辑关系,将实时数据映射到设备模型, 应用脚本驱动技术,形成具有真实位置关系的数字孪生选煤厂,实现真实 三维空间场景下选煤厂设备的数据远程驱动。实现选煤工艺流程协同联控 和信息互馈,包括启停前进行人机环境整体评估;启动过程中按序协同控 制;生产过程中对设备进行优化控制;异常状态下联动指挥。

设备数据孪生展示
(3)基于数字孪生的人员定位、智能照明。人员定位通过磁场数据采 集、磁场数据库制作以及环境绝对坐标地图制作,实现人员位置的精准定 位。通过蓝牙、无线等技术实现与管控平台的融合。应用绝对坐标,构建 环境中人员与照明灯具的时空关系,基于跨库多源融合技术,应用磁耘精 确人员定位技术,在数字孪生选煤厂中实现与各类智能物联系统的融合联动。

智能照明联动控制
(4)基于气象仪的天气动态转换。系统具备高度智能化和自动化特点, 能够实时接收并解析天气情况、日历日期、时间、空气湿度、温度、风力 等关键参数。基于这些参数,系统能够精准判断当前环境状态,并自动调 整场景设置。这种智能化场景变换功能,为用户提供了更加贴近实际、生动逼真的体验。

气象变幻
2.基于数字孪生平台的跨数据库多源数据融合应用
(1)基于大数据的管理智能化。基于厂区各监测系统实时采集数据, 应用时间序列的危险源预警分析、安全隐患预判预警分析、安全生产动态 评估分析建立管理智能化模型,分析选煤厂在生产过程中存在的风险,并 利用人工智能和机器学习,不断积累优化模型库、知识库。
(2)基于数字孪生的协同联控。构建全生产系统顺序启停的联动控制 模型,在启动前充分结合环境监测、人员定位、AI 视频等监测数据进行安 全评估,在启动中通过一键协同控制完成对所有设备的一键启动和运行监 测,实现全生产系统的检测智能化、作业标准化、控制协同化、操作便捷 化,大大提高了选煤厂生产控制效率。

协同联控
(3)基于数据孪生的时空回溯。实现对选煤厂当日的工作流程、报警 事件进行数字孪生:功能包括查看现场视频、监控场地信息、作业状况孪 生、查看设备轨迹信息、监控设备信息、全方位全视角监控,实现时空回 溯,为选煤厂的日常管理和应急响应提供有力支持。

时空回溯
(4)基于智能 AI 识别的协同应用。将先进控制模型与机器视觉技术 应用到智能视频分析系统、胶带机智能视频分析各项环节中,解决了洗煤 厂过程控制的关键问题,令选煤厂生产管理更加秩序化、合理化,稳定产 品质量,提高产率,增强了选煤厂的市场竞争力,实现了产品质量与选煤 厂经济效益“双增值”。
3.基于大数据计算的智能生产
(1)智能分选模型。根据在线灰分仪监测的灰分值,提取传感器获取 的循环介质密度、磁性物含量、桶位等分选工艺参数,通过该数据与设定 灰分数据对比,记录数据偏差,建立产品质量与分选密度之间的关系模型, 实现循环介质密度和产品质量等分选工艺参数的在线跟踪,用于指导集控 生产。

智能重介分选
(2)智能浓缩模型。通过读取的澄清层厚度及清水浊度数据,检测絮 凝剂和凝聚剂自动加药装置的加药量,及浓缩池底流口浓度计监测的底流 浓度,为压滤系统提供反馈参数,同时检测浓缩机底流排放情况。参考系统给定的初始加药量(前馈调整),随后根据界面仪和浊度计的检测结果, 对浓缩机溢流情况进行动态跟踪,进而对加药量进行后馈。同时,对浓缩 机生产情况进行自动统计分析,生成絮凝剂和凝聚剂加药量与主洗系统原 煤处理量和煤种、浓缩机入料浓度和流量、溢流澄清水层和浊度等相关性, 建立图表信息,为优化洗选系统及加药系统提供参考。
三、取得成效
本案例在陕煤黄陵一号煤矿选煤厂进行了现场研究与应用。经过 6 个 月的开发实施与运行培训,系统在该选煤厂得到了全面应用,提高了选煤 厂的智能化管理水平,同时通过了首批智能化选煤厂验收,实现了设备状 态智能监测、生产系统智能调整、产品质量智能检测,整体技术水平国内领先。
整个系统平台功能和技术成熟,可精细指导选煤厂生产,降低生产运 营成本,提高分选效率和产率,稳定产品质量,增加经济效益。现阶段介 耗控制在 1.4kg/t,药耗控制在 0.15kg/t,中煤损失控制在 2%以内,矸石带 煤为 0,精煤灰分控制在 7.5%~8.0%,有效提升精煤采出率 1%。建成煤 质激光在线检测及原煤、商品煤智能化采样、制样、化验、信息质量控制 的全套智能化系统。
黄陵矿业一号煤矿选煤厂成为全国智能选煤厂建设的典范,真正实现 了“人与煤样分离、人与数据分离、人与控制分离”,对实现生产工艺过程 控制与产品质量保障意义重大,煤炭化验过程中分析检验的准确率从 95% 提升至 99%以上;有效降低了煤炭贸易过程中的质量分歧;实现人员组织 的精干高效,大幅减轻工人劳动强度,改善作业环境,简化组织机构,提 高工作效率,达到了减员增安的目的,累计减少作业人员 30 人以上。
同时,黄陵一号煤矿选煤厂高效监控选煤设备性能,及时掌握设备状态,消除隐患,延长设备使用寿命和配件更换时间,减少事故发生率以及  停产维修时间,统筹管理配件和大型部件资源,实现了对矿井生产的“零” 影响;提升安全管理水平,实现安全生产和科技强安,连续实现安全生产  “零”伤害;建立畅通、准确的信息流机制,以信息系统支撑精细化管理  模式运行,以生产调度为中心指挥全部生产流程,实现选煤厂生产运营的  集中管控,使选煤厂业务高效运转,保障生产顺畅运行;有效促进了选煤  行业持续发展和产业深度变革,推动形成新型选煤模式。
四、经验启示及推广前景
(一)经验启示
1.技术创新引领。该选煤厂在智能化建设中,积极引入 5G、云计算、 大数据、人工智能等先进技术,实现了从原煤入厂、洗选、质检、仓储、 装运等各环节的智能化升级。这种以技术创新为引领的发展模式,为洗选 行业的智能化转型提供了宝贵经验。
2.科学分步实施。该选煤厂在智能化建设的过程中,遵循了系统规划与 分步实施的原则。通过构建“一个智能管控云平台引领、一个数据中心支 撑、N 个子系统保障”的“1+1+N”建设模式,有序推进了各项智能化项目 的建设。这种科学规划、分步实施的方法,确保了智能化建设的推进和成 效。
3.注重人才培养。智能化建设离不开高素质的人才队伍,黄陵一号煤矿 选煤厂在推进智能化建设的同时,注重人才培养与引进工作。通过加强职 工培训、引进专业人才等方式,为智能化建设提供了有力的人才保障。
(二)推广前景
近年来,国家出台了一系列政策文件,支持煤矿智能化发展,煤矿智 能化建设已成为行业发展的必然趋势。黄陵一号煤矿选煤厂的智能化建设成果将满足市场对高效、安全、环保的煤炭生产技术的需求。作为全国首 批、陕西省首家智能化示范矿井,黄陵一号煤矿选煤厂的智能化建设成果 得到了业内的广泛认可。其成功经验将为其他煤矿企业提供有益的借鉴和 参考,助推整个煤炭行业的智能化转型。
未来,随着政策的持续落地和资金的不断投入,煤矿智能化建设的推 广前景将更加广阔。同时, 5G、大数据、人工智能等先进技术的不断发展 和应用,也将为煤矿智能化建设提供更多的技术支持和创新动力。黄陵一 号煤矿选煤厂等企业将继续加大技术创新力度,推动智能化建设向更高水 平迈进。


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发布于 2025-03-10 11:27:29
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