杨金祥

(1.煤炭科学技术研究院有限公司检测分院，北京 100013；2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013)

一套适用于北方煤炭四港的机械化采制样系统

杨金祥1，2

(1.煤炭科学技术研究院有限公司检测分院，北京 100013；2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013)

北方煤炭四港煤种多，煤质情况复杂，对机械化采制样系统要求高，通过研究北方煤炭四港的煤质情况设计出一套机械化采制样系统。阐述了系统工艺流程，对组成系统的单体设备、电控系统和工业电视监控系统分别介绍其工作原理、性能参数等，总结了本系统的技术特色。由第三方鉴定机构分别对应用于北方某港的卸车线采制样系统和装船线采制样系统进行了系统性能鉴定试验，得到了系统偏倚和精密度试验结果。试验和工业运行结果表明：系统能够完成大粒度、高水、高灰煤炭的机械化采制样工作，系统偏倚、精密度都达到了国家标准要求，提高了进出港煤炭采样的机械化作业率。

北方煤炭四港；机械化采样；性能鉴定试验；偏倚；精密度

北方煤炭四港是指我国北部承担国家“北煤南运”中转装卸任务的秦皇岛港、京唐港、曹妃甸港和天津港四大港口。秦皇岛港是世界第一大能源输出港，是我国“北煤南运”大通道的主枢纽港；京唐港、曹妃甸港作为大秦铁路扩能煤炭分流港口，张唐铁路煤炭运输的主要下水港，同样承担着国家“北煤南运”、煤炭出口的中转装卸任务；天津港是我国综合运输体系的重要枢纽，是京津冀现代化综合交通网络的重要节点和对外贸易的主要口岸。

北方四港煤炭货源覆盖矿区广，煤种多，煤质情况复杂，本文在分析各港煤种、粒度、水分、灰分、粘性、运量等因素后，设计机械化采制样系统工艺流程，并重点对系统组成设备和系统整体性能进行研究。

1 系统工艺介绍

本系统按如下基本能力要求进行设计：煤炭公称最大粒度100mm；输煤皮带额定流量8000t/h；输煤皮带额定带速5.8m/s；煤炭最高灰分30%；煤炭最高水分20%。

经计算，设计系统工艺流程如图1所示，按照批煤量和初级子样量，计算采样单元数、初级子样数、各级缩分比和设备能力。

图1 工艺流程图

2 系统设备组成

系统组成设备在设计和选型上充分考虑设备处理能力、系统整体匹配性和处理湿黏煤的能力。

2.1 初级采样设备

初级采样器用于从输煤皮带上全断面地采集初级子样，配置电机功率为55kW，型号为R147DVE 250M4/BMG122/HF，额定扭矩6420Nm。该电机具有快速制动功能，能保证采样斗在旋转一周后停在初始位置。

2.2 送料设备

皮带给料机为慢速送料设备，带速为0.08～0.1m/s，用于将初级子样较均匀地输送至一级破碎机。输送机外壳全封闭，防止煤尘外溢，并配有物料整形装置。输送机胶带宽度650mm，输送能力20t/h，并具备除铁功能。

弃料皮带输送机，带速约为0.5m/s，胶带宽度400mm，输送能力30t/h，用以将缩分后的弃样输送至斗式提升机。

2.3 破碎设备

本系统破碎机配置电动疏通装置，用于应对湿煤、黏煤粘附破碎机内腔壁，造成堵塞的情况。

一级锤式破碎机可将最大粒度200mm的煤破碎为≤40mm，为减少水分损失，破碎机转子转速设计为600r/min，综合破碎能力为20t/h。

二级锤式破碎机将一级缩分后的煤样进行二级破碎。出料粒度为≤13mm，转子转速600r/m，综合破碎能力为5t/h。

2.4 缩分设备

2.4.1 皮带缩分机

皮带缩分机带宽650mm，缩分器安装在皮带机上，截料斗开口宽度为150mm，通过联轴器与快速制动电机连接，全断面截取煤样。缩分比通过计算在控制系统中设定。

2.4.2 旋转式缩分器

旋转式缩分器是针对本系统研发的高精度缩分器，用于煤样的二级缩分。入料粒度≤20mm，缩分比1/12～1/36可调。旋转缩分器配置振动电机，防止缩分时末煤粘附在管壁上，造成设备堵塞。

2.5 样品收集设备

样品收集器用于将分析用煤样收集到不锈钢样品罐，为6工位，每个工位放置容量为30L的样品收集罐，位置传感器能够定位样品罐的位置和编号，收集一定数量的子样后更换样品罐，并在控制室监控界面上显示目前接样罐的编号。

2.6 斗提机

斗提机配置型号为TD250，浅斗，用于将弃料皮带输送的物料提升返回到港口输煤皮带上。

2.7 电控系统

电控系统由配电系统、PLC控制系统、系统运行操作软件、工业电视监控系统等部分组成，通过操作界面控制系统启停，输入采样周期、批煤量、编号、煤种等参数和信息[1]。

配电系统如图2所示，具有过流、过载等完善的报警和保护功能。操作台布置如图3所示，配置工控机、UPS、系统运行操作显示屏、工业电视监控显示屏、打印机、电话、蜂鸣器以及系统启停、远程/就地切换、急停、复位等按钮。

2.8 工业电视监控系统

工业电视监控系统由摄像头、光端机、ITV监控站，工业电视、视频线、光缆及控制电缆等部分组成，系统设备配置如图4所示。

3 技术特色

3.1 适应大块煤的机械化采制样

北方煤炭四港货源来自山西、陕西、内蒙等矿区，煤炭粒度不均，本系统能完成公称最大粒度100mm，最大粒度200mm煤炭的采制样。

图2 配电系统

图3 操作台布置图

3.2 适应湿黏煤的机械化采制样

溜煤管内衬防粘煤的耐磨材料，能有效减轻湿黏煤在溜槽内的粘附现象。

在溜煤管最易堵料部位(旋转缩分器入料口上部)增加主动送料装置，保证煤流在此位置顺畅进入下级设备。

旋转缩分器设计增加震动疏料装置，使设备管路的末煤在粘附初期被振动脱落。设备支架设计为橡胶减震柱结构，隔离震动对其他设备的影响，降低噪声污染。

3.3 能够实时监控采样设备的运行情况

在初级采样器、给料皮带机、皮带缩分机设备内部安装了红外摄像头，通过控制室的监控屏幕可以实时掌握输煤皮带煤流情况、切割器停止位置及设备运转情况。

4 系统性能

为鉴定本套机械化采制样系统的性能，委托两家第三方鉴定机构分别对应用于北方某港的卸车线和装船线机械化采制样系统进行了性能鉴定。

卸车线系统偏倚试验选用平混7#煤种，试验批量为8000t，起始试验对数为40对。全水分试验结构如表1所示，灰分试验结果如表2所示。

经全水分偏倚试验结果统计和灰分偏倚试验结果统计，按GB/T19494.3进行显著偏倚判定、实质性偏倚判定、0偏倚判定后，试验结果的全水分最大允许便宜B值为0.6%时存在小于B的偏倚，水分系统偏低。试验结果的灰分最大允许偏倚B值为0.45%时无实质性偏倚。

图4 工业电视监控系统设备配置图

样号机采样Mt(%)参比样Mt，r(%)d=Mt-Mt，r(%)d2114．814．9-0．10．01214．515．0-0．50．25314．815．0-0．20．04414．814．80．00．00514．814．8-1．01．00614．214．6-0．40．16714．115．0-0．90．81814．114．8-0．70．49914．715．1-0．40．161014．615．0-0．40．161114．615．0-0．40．491214．415．0-0．60．361314．215．0-0．80．641414．415．0-0．60．361514．415．0-0．60．361614．015．0-1．01．001715．015．4-0．40．161814．315．0-0．70．491914．615．2-0．60．362014．915．3-0．40．162114．715．2-0．50．252214．415．0-0．60．362314．615．0-0．40．162414．415．0-0．60．362514．815．2-0．40．162614．615．2-0．60．362713．714．8-1．11．212814．014．6-0．60．362914．215．0-0．80．643014．315．2-0．90．813114．915．6-0．70．493214．415．0-0．60．363314．314．8-0．50．253415．015．2-0．20．043515．215．4-0．20．043614．415．0-0．60．363714．615．3-0．70．493815．015．2-0．20．043914．414．6-0．20．044014．315．0-0．70．49Σ---14．40平均值14．515．0-0．5-Sd--0．2541-

注：Mt为机采样品全水分值，Mt，r为参比样品全水分值，下同。

表2 灰分试验结果

注：Ad为机采样品灰分值，Ad，r为参比样品灰分值，下同。

对于灰分为21%的平混7#，以6666t作为一个采样单元煤量，使用该卸车线例行采样程序，如每个单元采40个子样，精密度见式(1)。

(1)

精密度核验试验，测定水分和灰分并计算其Ad后，按式(2)、式(3)计算精密度。

(2)

表3 全水分试验结果

(3)

精密度上限=auP=1.75×0.191=0.33%；精密度下限=auP=0.70×0.191=0.13%。

所以，真实精密度在95%置信概率下落在0.13%和0.33%之间，优于期望精密度1.0%，可达0.48%。

装船线系统偏倚试验全水分试验结构如表3所示，灰分试验结果如表4所示。

表4 灰分试验结果

经全水分偏倚试验结果统计和灰分偏倚试验结果统计，当B=0.5%时，在现行试验条件下，系统在线水分不存在实质性偏倚；当B=0.5%时，在现行试验条件下，系统在线灰分可接受无偏倚。真实精密度在95%置信概率下落在0.22%和0.56%之间，优于期望精密度1.0%，可达0.318%。

5 结 语

这套机械化采制样系统针对北方煤炭四港设计，能够完成大粒度、高水分、高灰分煤炭的机械化采制样，通过性能鉴定，系统偏倚、精密度都达到了国家标准要求。经过工业运行两年证明：该采制样系统将进出港煤炭采样的机械化作业率提高到了95%以上。

[1] 金祥，王琦，何明.大流量带式输送机中部机械化煤样采制系统的单元化设计[J].煤矿机电，2012(5)：38-40.

[2] 刘金国.宽胶带大流量移动煤流自动化采制样技术[J].煤炭学报，2008(6)：690-693.

[3] GB/T19494-2004 煤炭机械化采制样[S].中国标准出版社，2004.[4] ISO13909 Hard coal and coke-Mechanical sampling[S].2001.

A set of coal mechanical sampling system suitable for the four coal ports in North China

YANG Jinxiang1，2

(1.Test Branch of China Coal Research Institute，Beijing 100013，China；2.State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization，Beijing 100013，China)

Higher requirements are put forward in the mechanical sampling system because of complex coal sources and quality in the four coal ports in North China.Designed the sampling system through the research of coal quality of the four coal ports in North China，expounds the system process，introduces the composition of system equipment，power supply and control system，industrial television monitoring system，and the working principle and performance parameters of the component parts，summarizes the technical features of this system.Third-party accreditation body does performance evaluation tests respectively to the unloading and loading sampling systems applied in a northern port of China，and get the test results of systematic bias and precision.Test and industrial operation results show that：system is able to complete mechanization sampling work to large size，high moisture content，high-ash coal，systematic bias and precision have met the national standard requirements，improved the coal mechanization sampling rate of unloading and loading.

the four coal port in North China；mechanical sampling；performance evaluation test；bias；precision

2016-04-22

杨金祥(1983-)，男，汉族，山东寿光人，工程师。从事煤炭机械化采制样系统设计及设备研发工作。

TQ531

A

1004-4051(2016)12-0148-05