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(xiàn)狀

長平公司洗煤廠系現(xiàn)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(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、體力勞動強，職工長期在這樣的環(huán)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(huán)節(jié)，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(tǒng)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(tǒng)（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(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10%甚至更高。手選矸石粒度通常為80～400 mm。

當前工業(yè)機器人技術已經(jīng)為包括能源行業(yè)在內(nèi)的各個行業(yè)領域所認可，并能夠在煤礦生產(chǎn)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(jīng)達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(chǎn)及生產(chǎn)效率的提高具有重要的意義。

2 研究內(nèi)容

1）智能煤矸分選機器人系統(tǒng)是目前國內(nèi)采用AI 技術實現(xiàn)的產(chǎn)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(jīng)網(wǎng)絡技術，用視覺對煤和矸石進行深度學習，利用大數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)接口傳送至控制中心，控制中心發(fā)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(zhí)行機構，從而實現(xiàn)智能煤矸分選。

智能煤矸分選機器人系統(tǒng)包括整列系統(tǒng)、識別系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動作系統(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）本項目建設包含對目前生產(chǎn)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(tǒng)及管道建設，控制系統(tǒng)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(jīng)網(wǎng)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(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記的具體實現(xiàn)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(tǒng)將識別裝置傳送來的數(shù)據(jù)進行識別、處理，從而控制執(zhí)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(zhí)行機構，從而實現(xiàn)智能煤矸分選?？刂乒ぷ髟恚缦马搱D4 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(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200 t/h；選后矸中帶煤（質(zhì)量百分比）≤5%。

2）煤矸識別率達到85%以上。

3）執(zhí)行機構揀選效率達到90%以上。