天然γ射线测灰仪在 邯郸洗选厂原煤检测中的应用
邯郸洗选厂是我国自行设计的选煤厂，1959年投产，位于邯郸市西南方向，隶属于邯郸市复兴区，属于中央型洗煤厂，年处理能力为3. 50 Mt0目前主要入洗峰峰集团梧桐庄矿、牛儿庄矿、羊东矿三个煤矿的原煤。梧桐庄矿位于峰峰东南部，属稳定煤层，煤种为肥煤，是优质稀缺煤种，年产约260万t,是峰峰集团主力矿井之一;羊东矿位于峰峰东中部，煤层较多，原煤煤质极不稳定，煤种有贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤，年产约150万t,是峰峰集团主力矿井之一；牛儿庄属于老矿井，煤层相对较为稳定，煤种为瘦煤，生产能力较低，邯选入洗比例相对较少，年入洗其矿原煤约50余万t。梧桐庄、羊东矿和牛儿庄三矿原煤质量均表现为不稳定，灰分较高，煤质特征指标波动较大。
煤中的灰分是不能燃烧的矿物，是评价煤炭质量的一项重要指标，也是煤炭贸易计价的主要指标，煤炭洗选加工的主要目的是降低灰分。煤灰分是称量一定量的空气干燥煤样，放入马弗炉中，以一定的速度加热到815 ± 10°,灰化皿灼烧到质量恒定，以残留物的质量占煤样质量百分数作为灰分产率。其测定方法即便是快速灰化法，经过现场车厢人工采样、制样、化验到报出结果，至少需要3h （化验60分钟，采样时间和卸车时间密切相关），效率低，且存在装车不匀，车顶采样代表性差、人为误差等因素影响，无法准确及时实时检测煤炭质量，对煤炭洗选加工不能及时起到洗煤监测作用，为实现高效生产，满足对煤炭快速测灰、在线检测的需求，在集团公司的大力支持下，于2019年4月份，邯郸洗选厂安装了新型NGAM - 2008伽马天然射线在线测灰仪。
1 NGAM -2008天然在线测灰仪的工作原理
1. 1测灰原理
放射性核素在自然界中普遍存在，煤炭也不例外，且煤炭中有一定量的天然放射性元素（主要钾40、铀系和铉系），煤炭中的矿物质（灰分）相比于有机质（挥发分）含有更多的天然放射性元素［2'41o这些天然放射性元素可以看做是一些小的放射源，同一煤种，煤的单位重量天然放射性强弱与煤灰分呈正相关的关系。其灰分含量与自身发出的Y离子数量呈正相关性，灰分含量越大，其发射出的丫粒子越多⑸。因此，通过高灵敏度的丫射线探测器探测皮带上煤流发出的Y射线离子，并结合负荷称重装置给出煤流瞬时负荷信号，通过一系列反推运算，从而计算出煤流中灰分的含量，达到在线检测灰分的目的。
1. 2结构
天然射线灰分测量系统由高性能y射线探测器、环境射线屏蔽体、能谱分析仪表，高精度在线负荷秤重装置等测量探测装置；主机、打印机等显示处理设备组成⑷。测量探测装置如图1—图3所示。
1.3 功能与技术特点
1.3. 1功能
(1) 实时灰分测量。可给出1 min, 10 min, 小时及累计灰分。
(2) 累积量计量。实现精确在线测量煤流累积量。
(3) 报表功能。给出1 min, 10 min,小时灰分统计报表，可供区间査询；给出班产量、日产量报表统计、可供区间查询。
(4) 具有网络功能，可接入局域网，实现网络数据共享。
(5) 可预置8种煤质特征谱线参数。
1.3.2特点
(1) 无放射源。没有辐射安全隐患，更安全，简化了现场管理，不存在与放射源有关的任何管理，运行成本低。
(2) 实时性强。可测得最短10秒的有效灰分，远优于其它灰分仪的实时性。
(3) 实用性强。对灰分上限无限制，对煤流量(面密度)无限制，适用于普通皮带机、钢丝芯皮带机上煤灰分的测量。
(4) 安装简单。模块化设计，安装简单易行。
(5) 全范围检测。煤流全断面灰分信号、面密度采样检测，灰分数据更准确、更有代表性。
2 应用效果
2019年4月下旬至5月，邯郸洗选厂分别对入洗原煤的来源矿别：梧桐庄、羊东矿、牛儿庄三个矿的灰分分别进行多批次、大批量、高频率的人工采制、化验，积累大量数据，建立该厂入洗不同矿别的人工化验数据库，在大数据的基础上，适宜调整数学模型的标定系数，最终确定了三个入洗矿灰分的初步系数，进入测灰试运行期。2019年6月邯郸洗选厂质量检验车间分别对进厂三个矿的原料煤，进行每天与比对人工化验灰分检测结果，以检查其实际使用效果。
2. 1试验数据分析
邯郸洗选厂梧桐庄、羊东矿、牛儿庄数据分析见表1。
2.2 应用分析
从表1测灰仪与人工采制化对比结果可以看出，测灰仪检测值与人工采样化验值单批次差值较大，且无明显规律可循，但对于洗选入洗原料煤来说影响不大，单有个别单批数据偏离较大，根据升高或降低趋势即可合理调整配煤，粗略掌控煤劣优变化；
从表2可以看出，上旬多批次的加权灰分差值较小，加权灰分均在误差范围之内。可以作为每旬厂矿结算数据的灰分参考依据。为保证测灰仪检测值更加接近真实值，经实践经验表明，初定每十天及时对测灰仪进行不同矿别校准、核对后，差值通常在1.5%以内，经过多次数据加权验证，平均偏差均在误差范围之内。
3 关键技术及创新点
天然射线无源测灰仪不使用放射源，安全环保；该测灰仪建立了有效的数学模型；可停皮带、安全、可靠的实现静态标定。
4 效益评价
(1) 经济效益。
安装无源测灰仪后，减轻了工人的劳动强度。使用初期，路运原煤班组由原來的8人减为6人，每人每月平均工资按5000元计算，每人每年节约开支6万，两人共节省工资支出12万元。
(2) 社会效益。
天然无源测灰仪属绿色、安全、环保、无辐射产品。且可以及时、快速指导洗煤生产，调节洗煤生产参数，提高精煤回收率，有较好的推广价值。
5 运行中存在的问题及需要改进的方面
(1) 不同煤种切换问题。该厂进厂原煤共有三个矿别，经常会遇到不同时段、不同班别、不同矿别原煤灌仓情况，操作人员一旦忘记换煤种，将会导致测灰仪检测灰分差异大，因此，建议添加换煤提醒信号，避免忘记换煤种造成的数据错误损失。
(2) 断电造成数据丢失问题。测灰仪意外断电，数据将会丢失，给指导生产及企业厂矿之间的结算，造成一定困难。建议添加有记忆功能的元器件。
(3) 矿井煤层配比变化的影响。在使用中，多个工作面同时生产的矿井，原煤混合进厂用改测灰仪检测，与人工采样化验误差大，需要矿方固定不同煤层的掺配比例。由于不同远近的工作面原煤放射性元素量差距较大所致，因此，一定要关注矿井配比。如矿方在更换较远工作面或工作面采配比例发生改变时，一定及时对原煤人工材质化验并重新标定测灰仪。
(4) 由多个路由器连接造成无数据显示的问
题。该厂最初光纤与上位机和显示器相距较远，期间中间由3个路由器连接，经常会出现无数据显示现象。而后把上位机和显示器由操作室搬移到光纤接入点后，有效避免了掉线现象发生，同时也保证数据检测的准确性、及时向、完整性。
(5) 检测值波动幅度变大。当在线测灰仪探
测器外壳上有煤粉等污染物厚度达到1 mm或更厚时，将影响检测性能，故需要根据环境的条件，定期清理污物、煤尘。初定每周清理一次，条件好的场所每月清理一次也可，但必须定期检查，做好灰分仪的管理维护，做好校验皮带秤的清零工作，安装初期需要每天要检查一次零点。
(6) 混合煤对测量精度的影响。进厂原煤一旦混仓卸煤，造成测量值不准，必须每次一定把受煤坑的存煤带干净后，再卸另一矿别原煤，避免不同矿别之间的相互污染。
(7) 皮带秤不准对灰分检测值的影响。需要定期检查皮带秤的称架螺丝是否松动，称重托辐是否粘有脏污或不与皮带接触的现象。定期对托辐润滑，检查皮带是否跑偏。需要经常性、定期比对抽查，发现数据偏离误差较大，及时调整相关参数。
(8) 原煤粒度变化对检测值的影响。遇到原煤粒度变化较大时，测灰仪的检测值与真实值差异较大。
(9) 原煤皮带带煤不均衡对检测值的影响。
当带煤量忽大忽小，出现断煤流或皮带上煤层厚度不均匀时，影响测灰精度，检测值与真实值偏差较大。因此要求皮带给煤机调节好进煤量，尽量避免该因素干扰。
(10) 切换煤种后，没有运行记录对检测值得影响。操作人员已经切换煤种，但是没有运行记录，导致灰分值为混合煤种灰分检测值，造成灰分检测值错误。
