长平公司洗煤厂智能煤矸分选机器人技术研究

李阳阳

（晋能控股山西科学技术研究院（晋城）技术研究院有限责任公司， 山西 晋城 048000）

1 研究现状

长平公司洗煤厂系现代化大型洗煤厂，主要负责对煤炭进行洗选加工，除去原煤中的矿物杂质，生产加工不同规格、质量的煤炭产品。其中，煤矸分拣工序是洗煤厂生产不可或缺部分，但拣矸石车间粉尘大、噪声大、体力劳动强，职工长期在这样的环境下工作，其身心健康受到严重的威胁。同时，拣矸石工作存在人工分拣环节，工作效率低，安全性不高。故需要研制一套可进行煤矸智能识别、智能分拣的自动化系统设备。

目前长平公司洗煤厂筛分破碎车间布置两套手选煤矸系统（两台振动筛、两条手选皮带、两台破碎机），手选皮带机带宽B=1 400 mm，能力Q=112 t/h，机长L=12.3 m，倾角α=0°，带速v=0.30 m/s，每个系统配备10 名捡矸工，人工拣矸能力为50～60 t/h，原煤含矸率5%～7%，最大可达10%甚至更高。手选矸石粒度通常为80～400 mm。

当前工业机器人技术已经为包括能源行业在内的各个行业领域所认可，并能够在煤矿生产方面起到巨大作用。而基于机器视觉的智能选矸机器人技术，已经达到或接近人工肉眼区分煤、煤矸石和石头、杂物的视觉水平，通过机械臂代替人工从皮带机上取下矸石及杂物，对洗煤厂安全生产及生产效率的提高具有重要的意义。

2 研究内容

1）智能煤矸分选机器人系统是目前国内采用AI 技术实现的产品自动化程度较高的自动选矸设备，该设备采用AI 技术中卷积神经网络技术，用视觉对煤和矸石进行深度学习，利用大数据识别煤和矸石，并将煤或矸石的形状、大小、方位、速度等处理好的信息通过数据接口传送至控制中心，控制中心发出动作指令后，用X、Y、Z 轴运动方式模拟人工抓取动作作为执行机构，从而实现智能煤矸分选。

智能煤矸分选机器人系统包括整列系统、识别系统、控制系统、动作系统、辅助系统、软件系统六大系统，具体如图1 所示。

图1 系统组成图

2）本项目建设包含对目前生产线的改造，智能拣矸机器人的建设，包括以下需求：基础建设包括增加振动布料机、皮带加宽改造、溜槽改造、龙门架搭建、空压系统及管道建设，控制系统及涉及的安装及土建工程等建设。

3 技术原理

1）识别技术原理：采用AI 技术中卷积神经网络技术，用视觉对煤和矸石进行深度学习，通过增加一个卷积层去除相关性，提取有效特征。其关键性在于：关键技术是色选和深度智能自学习，对煤块和矸石的灰度与纹理进行研究，研究二者的灰度分布函数，以及在图像处理中的表示；研究煤块和矸石图像的边缘提取方法及边界的跟踪与标记的具体实现方法；对煤块和矸石的灰度直方图分布、均值和方差的不同特征进行灰度分析和判别分类。识别过程示意图与识别原理框图，如下页图2、图3 所示。

图2 识别过程示意图

图3 识别工作原理框图

2）控制工作原理：控制系统将识别装置传送来的数据进行识别、处理，从而控制执行机构进行相关操作，用X、Y、Z 轴运动方式模拟人工抓取动作作为执行机构，从而实现智能煤矸分选。控制工作原理，如下页图4 所示。

图4 控制工作原理框图

4 结论

通过在洗煤厂开展智能选矸机器人的实施，通过运行测试达到以下指标：

1）系统处理物料粒度为80～450 mm；系统过煤能力为150 t/h 以上，最大能力达200 t/h；选后矸中带煤（质量百分比）≤5%。

2）煤矸识别率达到85%以上。

3）执行机构拣选效率达到90%以上。