長平公司洗煤廠智能煤矸分選機(jī)器人技術(shù)研究

李陽陽

（晉能控股山西科學(xué)技術(shù)研究院（晉城）技術(shù)研究院有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048000）

1 研究現(xiàn)狀

長平公司洗煤廠系現(xiàn)代化大型洗煤廠，主要負(fù)責(zé)對(duì)煤炭進(jìn)行洗選加工，除去原煤中的礦物雜質(zhì)，生產(chǎn)加工不同規(guī)格、質(zhì)量的煤炭產(chǎn)品。其中，煤矸分揀工序是洗煤廠生產(chǎn)不可或缺部分，但揀矸石車間粉塵大、噪聲大、體力勞動(dòng)強(qiáng)，職工長期在這樣的環(huán)境下工作，其身心健康受到嚴(yán)重的威脅。同時(shí)，揀矸石工作存在人工分揀環(huán)節(jié)，工作效率低，安全性不高。故需要研制一套可進(jìn)行煤矸智能識(shí)別、智能分揀的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)（兩臺(tái)振動(dòng)篩、兩條手選皮帶、兩臺(tái)破碎機(jī)），手選皮帶機(jī)帶寬B=1 400 mm，能力Q=112 t/h，機(jī)長L=12.3 m，傾角α=0°，帶速v=0.30 m/s，每個(gè)系統(tǒng)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(dá)10%甚至更高。手選矸石粒度通常為80～400 mm。

當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)為包括能源行業(yè)在內(nèi)的各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域所認(rèn)可，并能夠在煤礦生產(chǎn)方面起到巨大作用。而基于機(jī)器視覺的智能選矸機(jī)器人技術(shù)，已經(jīng)達(dá)到或接近人工肉眼區(qū)分煤、煤矸石和石頭、雜物的視覺水平，通過機(jī)械臂代替人工從皮帶機(jī)上取下矸石及雜物，對(duì)洗煤廠安全生產(chǎn)及生產(chǎn)效率的提高具有重要的意義。

2 研究內(nèi)容

1）智能煤矸分選機(jī)器人系統(tǒng)是目前國內(nèi)采用AI 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品自動(dòng)化程度較高的自動(dòng)選矸設(shè)備，該設(shè)備采用AI 技術(shù)中卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用視覺對(duì)煤和矸石進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，利用大數(shù)據(jù)識(shí)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(shù)據(jù)接口傳送至控制中心，控制中心發(fā)出動(dòng)作指令后，用X、Y、Z 軸運(yùn)動(dòng)方式模擬人工抓取動(dòng)作作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)智能煤矸分選。

智能煤矸分選機(jī)器人系統(tǒng)包括整列系統(tǒng)、識(shí)別系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動(dòng)作系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)六大系統(tǒng)，具體如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)組成圖

2）本項(xiàng)目建設(shè)包含對(duì)目前生產(chǎn)線的改造，智能揀矸機(jī)器人的建設(shè)，包括以下需求：基礎(chǔ)建設(shè)包括增加振動(dòng)布料機(jī)、皮帶加寬改造、溜槽改造、龍門架搭建、空壓系統(tǒng)及管道建設(shè)，控制系統(tǒng)及涉及的安裝及土建工程等建設(shè)。

3 技術(shù)原理

1）識(shí)別技術(shù)原理：采用AI 技術(shù)中卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用視覺對(duì)煤和矸石進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，通過增加一個(gè)卷積層去除相關(guān)性，提取有效特征。其關(guān)鍵性在于：關(guān)鍵技術(shù)是色選和深度智能自學(xué)習(xí)，對(duì)煤塊和矸石的灰度與紋理進(jìn)行研究，研究二者的灰度分布函數(shù)，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(biāo)記的具體實(shí)現(xiàn)方法；對(duì)煤塊和矸石的灰度直方圖分布、均值和方差的不同特征進(jìn)行灰度分析和判別分類。識(shí)別過程示意圖與識(shí)別原理框圖，如下頁圖2、圖3 所示。

圖2 識(shí)別過程示意圖

圖3 識(shí)別工作原理框圖

2）控制工作原理：控制系統(tǒng)將識(shí)別裝置傳送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、處理，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)操作，用X、Y、Z 軸運(yùn)動(dòng)方式模擬人工抓取動(dòng)作作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)智能煤矸分選。控制工作原理，如下頁圖4 所示。

圖4 控制工作原理框圖

4 結(jié)論

通過在洗煤廠開展智能選矸機(jī)器人的實(shí)施，通過運(yùn)行測試達(dá)到以下指標(biāo)：

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

2）煤矸識(shí)別率達(dá)到85%以上。

3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)揀選效率達(dá)到90%以上。