長平公司洗煤廠智能煤矸分選機器人技術研究

李陽陽

（晉能控股山西科學技術研究院（晉城）技術研究院有限責任公司， 山西 晉城 048000）

1 研究現狀

長平公司洗煤廠系現代化大型洗煤廠，主要負責對煤炭進行洗選加工，除去原煤中的礦物雜質，生產加工不同規格、質量的煤炭產品。其中，煤矸分揀工序是洗煤廠生產不可或缺部分，但揀矸石車間粉塵大、噪聲大、體力勞動強，職工長期在這樣的環境下工作，其身心健康受到嚴重的威脅。同時，揀矸石工作存在人工分揀環節，工作效率低，安全性不高。故需要研制一套可進行煤矸智能識別、智能分揀的自動化系統設備。

目前長平公司洗煤廠篩分破碎車間布置兩套手選煤矸系統（兩臺振動篩、兩條手選皮帶、兩臺破碎機），手選皮帶機帶寬B=1 400 mm，能力Q=112 t/h，機長L=12.3 m，傾角α=0°，帶速v=0.30 m/s，每個系統配備10 名撿矸工，人工揀矸能力為50～60 t/h，原煤含矸率5%～7%，最大可達10%甚至更高。手選矸石粒度通常為80～400 mm。

當前工業機器人技術已經為包括能源行業在內的各個行業領域所認可，并能夠在煤礦生產方面起到巨大作用。而基于機器視覺的智能選矸機器人技術，已經達到或接近人工肉眼區分煤、煤矸石和石頭、雜物的視覺水平，通過機械臂代替人工從皮帶機上取下矸石及雜物，對洗煤廠安全生產及生產效率的提高具有重要的意義。

2 研究內容

1）智能煤矸分選機器人系統是目前國內采用AI 技術實現的產品自動化程度較高的自動選矸設備，該設備采用AI 技術中卷積神經網絡技術，用視覺對煤和矸石進行深度學習，利用大數據識別煤和矸石，并將煤或矸石的形狀、大小、方位、速度等處理好的信息通過數據接口傳送至控制中心，控制中心發出動作指令后，用X、Y、Z 軸運動方式模擬人工抓取動作作為執行機構，從而實現智能煤矸分選。

智能煤矸分選機器人系統包括整列系統、識別系統、控制系統、動作系統、輔助系統、軟件系統六大系統，具體如圖1 所示。

圖1 系統組成圖

2）本項目建設包含對目前生產線的改造，智能揀矸機器人的建設，包括以下需求：基礎建設包括增加振動布料機、皮帶加寬改造、溜槽改造、龍門架搭建、空壓系統及管道建設，控制系統及涉及的安裝及土建工程等建設。

3 技術原理

1）識別技術原理：采用AI 技術中卷積神經網絡技術，用視覺對煤和矸石進行深度學習，通過增加一個卷積層去除相關性，提取有效特征。其關鍵性在于：關鍵技術是色選和深度智能自學習，對煤塊和矸石的灰度與紋理進行研究，研究二者的灰度分布函數，以及在圖像處理中的表示；研究煤塊和矸石圖像的邊緣提取方法及邊界的跟蹤與標記的具體實現方法；對煤塊和矸石的灰度直方圖分布、均值和方差的不同特征進行灰度分析和判別分類。識別過程示意圖與識別原理框圖，如下頁圖2、圖3 所示。

圖2 識別過程示意圖

圖3 識別工作原理框圖

2）控制工作原理：控制系統將識別裝置傳送來的數據進行識別、處理，從而控制執行機構進行相關操作，用X、Y、Z 軸運動方式模擬人工抓取動作作為執行機構，從而實現智能煤矸分選?？刂乒ぷ髟?，如下頁圖4 所示。

圖4 控制工作原理框圖

4 結論

通過在洗煤廠開展智能選矸機器人的實施，通過運行測試達到以下指標：

1）系統處理物料粒度為80～450 mm；系統過煤能力為150 t/h 以上，最大能力達200 t/h；選后矸中帶煤（質量百分比）≤5%。

2）煤矸識別率達到85%以上。

3）執行機構揀選效率達到90%以上。