激光盘煤仪在煤炭盘库中的应用

激光盘煤仪在煤炭盘库中的应用

王尧

中韩（武汉）石油化工有限公司，湖北 武汉 430000

摘要：针对储煤场盘煤效率低、精度不高的问题，设计了激光扫描盘煤系统，通过激光扫描仪完成储煤场全覆盖扫描，在通过计算得到储煤量。该套系统的应用解决了盘煤过程中出现的一些问题，进一步的缩短了盘煤时间，提高了盘煤的准确度。

关键词：激光盘煤仪；煤炭；盘库；计量

一、问题的提出

煤炭在工业企业能源消耗中占有重要的地位，煤炭盘库的计量方式多种多言，通常采用人工目测拉尺测量、激光雷达盘煤测量、无人机盘煤等。所以选取何种手段来对煤场的库存进行准确的测量是一个重要的课题。

二、原因分析

采用人工目测和拉尺计量方式对煤场盘库的方法是：煤炭计量人员根据煤堆情况合理调配新煤堆放位置，并按照煤场内的煤堆分布，通过铲车和煤场内的取料设备将煤分为若干堆并分别进行平整，平整后的煤堆形状应为梯形或接近长方形。计量人员使用皮尺甚至采用目测的方法对煤堆进行测量，记录煤堆的长、宽、高，根据煤堆最接近的形态计算出煤堆体积，最后将煤堆体积乘以煤堆密度得到煤场存煤量。但因煤堆形状复杂，且煤堆密度测量也存在较大的不确定性，人工计量的准确度非常低。而且人工现场测量劳动强度大，工作环境差，人员不能长时间停留，导致耗费时间也较长。

借助无人机技术进行盘煤虽然解决了工作强度大及工作环境差等问题，但是由于其操作困难，受到设备自身的限制会出现难以控制定位精度、无人机抖动拍照模糊等问题，且由于煤场内部粉尘浓度大等问题，也难以对煤场内部存煤情况进行精准的盘点。

三、解决措施

为了提高煤场盘库计量准确度，激光盘煤仪计量方案日益受到重视。激光盘煤仪具有自动化程度高、测量准确、使用方便、安全可靠等特点，可有效改善人工煤场盘库计量误差大、费时耗力等问题。

激光盘煤仪的测量远离是采用激光测距技术，快速测量没对上特征点的三维数据，并自动记录其空间坐标。然后，将测量数据传到PC机上，采用数字内插技术拟合煤堆表面形状，从而求出整个煤场的存煤体积。

1盘煤仪的分类

盘煤仪分为固定式和便携式两种。

固定式盘煤仪的激光扫描仪安装在煤场的取料臂门架或煤堆的行车架上，通过取料臂门架的旋转或行车移动对煤堆切面进行扫描，再将扫描获得的数据形成煤堆模型，由计算软件对煤堆模型进行处理获得煤堆体积。

便携式盘煤仪是一人手持（夹在单脚架上）仪器测量，适用于露天煤场及干煤棚内任何形状煤堆体积的测量，煤堆不需要严格整形；便携式测量，不需要借助龙门吊、斗轮机、标杆、棱镜等辅助设备和工具。

2盘煤仪主要功能

（1）测量球形煤场的储煤量；

（2）计量人员能在输煤控制室进行盘煤计量操作；

（3）提供计算数值和三维彩色图形，可360°多视角观察煤堆三维立体图，3D动画图形显示，可在任意时刻对图像进行自由旋转、放大、缩小，便于观察存煤形状；

（4）用不同颜色分区域显示可调阅煤堆任意扫描断面的技术参数，具有校核、监控功能，任意点位图上的高度可以与煤堆实际高度比较；

（5）扫描仪扫描角度：0°～180°(角度可调控），扫描全过程无任何死角、盲区；

（6）数据接口为Modbus,RS232/485,配置相关图形处理和计算软件。

四、应用效果

某公司有两个球形煤场配置了固定式盘煤仪，因考虑到结构和形状相同，从节约投资考虑，在每个球形煤场内安装了一台激光扫描仪，两个球形煤场配置一套便携式图形处理和计算软件。固定式盘煤仪的盘煤模型如图1所示。

图1 盘煤模型图

虽然盘煤仪安装方便但如何确认测量准确度难度很大，应感觉实际测量条件，因地制宜地考虑比对方案。

1验证方案

采用将进入球形煤仓的煤炭通过电子皮带秤的计量来验证与盘煤仪测得的提及量及实测的煤场堆密度所得到的煤炭量进行比对的方法，较好地解决了现场环境不具备比对标准体积的难题。

其中，电子皮带秤配备了实物校验装置，实物校验装置是一台静态料斗秤，其测量范围为0～40t。同时，为了保证料斗秤的准确性，料斗秤配有20个标准砝码（总质量为20t），用于料斗秤自身准确度的校准，20个标准砝码定期由法定检定机构进行检定。因此，实物校验装置的准确度较高，测量误差优于±0.1%。用校准好的实物校验装置在线标定电子皮带秤，确保电子皮带秤的最大允许误差在±0.5%以内。

2比对数据

    （1）A仓盘煤仪比对

    ①先对A仓库存煤用盘煤仪进行重复性测量，两次测量结果分别为16904.74m³和16952.07m³，重复性为0.28%；

②通过皮带秤进煤2732.5t，再次用盘煤仪对A仓库存煤进行测量，测量结果为19436.74m³；同时对A仓新进两次采样测量密度，两次采样测量结果分别为1.06g/cm³和1.07g/cm³,平均密度为1.065g/cm³；

③盘煤仪测量A仓新进没数据：

（19436.32-16904.74）m³×1.065≈2696.1(t)

④皮带秤进煤量：2732.5t；

⑤盘煤仪与皮带秤比对误差：

[(2696.1-2732.5)/2732.5]×100%=-1.33%

（2）B仓盘煤仪比对

①对B仓库存煤用盘煤仪进行重复性测量，两次测量结果分别为24321.83m³和24324.25m³，重复性为0.1%；

②通过皮带秤进煤3143.2吨，再次对B仓进行测量结果为27279.29m³；同时对B仓新进的煤进行两次采样测量密度，两次采样测量结果分别为1.04g/cm³和1.6g/cm³，平均密度为1.05g/cm³；

③盘煤仪测量B仓新进煤数据：

(27279.29-24321.83)m³×1.05cm³=3105.3(t)

④皮带秤进料量：3143.2吨；

⑤盘煤仪与皮带秤比对误差：

[(3105.3-3143.2)/3143.2]×100%=-1.21%

3.数据分析

    （1）)A仓数据分析

A仓盘煤仪重复性为0.28%，超过了重复性<0.2%的技术要求，且与皮带秤比对误差为-1.33%。经深入查找原因，主要是扫描仪的扫描角度边界确认没有自动控制装置，人工定点，扫描边界无法准确定位，扫描过程中存在盲区或重复扫描。

    (2)B仓数据分析

    B仓盘煤仪重复性为0.1%，满足重复性<0.2%的技术要求，与皮带秤比对误差为

-1.18%。

    首先从实际测量过程看，起步点选择与此处的煤量有关，若选择不当，则测量过程中盘煤仪扫描角度超过或不到360°，容易产生计量误差，因此需确定边界控制方案；其次是可储煤约50000t的煤仓仅进行 3000t的比对，比对数据偏小也会产生计量误差。

    4.改进措施

    经过多次比对并调整盘煤仪扫描起点和终点，控制扫描角度，重新测量后的结果较为理想，煤仓测量重复性小于0.20%、测量误差小于0.5%，各项技术指标基本达到技术要求，盘煤综合误差由原来的1.3%提高到0.5%。

    盘煤仪投用后，为球形煤场的煤堆体积快捷、准确计量和煤炭平衡计量创造了良

好的条件。同时，针对在实际盘煤时需要人工确定盘煤的起点和终点，致使测量过程中盘煤仪扫描角度超过或不到360°问题，通过在堆取料机的刮板机的行走小车上增加行走编码器，解决盘煤过程中起点和终点不能准确定位的问题，进一步提高了盘煤的

准确度。

五、结语

通过对本文的研究，为建立一种适用于大型储煤场的自动盘煤系统提供了一定的参考，尤其是可以应用于大型储煤场的煤炭储存数量大、工作流程复杂、人工盘煤效率低等特点，能够较好地实现自动化、智能化，满足企业的生产要求，并且为煤炭储存行业的发展做出贡献。自动盘煤系统在煤炭储存领域的应用尚处于起步阶段，目前仅应用于部分大型储煤场，且与其他系统融合程度不高，需在后期研究中不断进行优化和完善。针对该自动盘煤系统中存在的问题和不足，需进行深入研究，提升其自动化、智能化水平，为我国大型储煤场建设提供一定参考。