煤與矸石機(jī)器人自動(dòng)分揀系統(tǒng)

一、項(xiàng)目背景

1、多年來(lái)在煤礦提升系統(tǒng)始終有一只敢于打硬仗的隊(duì)伍：揀矸隊(duì)。該隊(duì)伍承擔(dān)的任務(wù)就是煤矸分離：自主井提升上來(lái)的原煤，經(jīng)過(guò)初次篩分后，通過(guò)人工手動(dòng)分選原煤、矸石。環(huán)境惡劣，分揀效率低下，對(duì)操作人員造成重大身心傷害。

2、國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局 安監(jiān)總科技〔2015〕63號(hào)

關(guān)于開(kāi)展“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”科技強(qiáng)安專項(xiàng)行動(dòng)的通知 內(nèi)容重點(diǎn)：是以機(jī)械化生產(chǎn)替換人工作業(yè)、以自動(dòng)化控制減少人為操作，大力提高企業(yè)安全生產(chǎn)科技保障能力。

3、《煤礦安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》主要任務(wù)：（三）推進(jìn)煤礦安全基礎(chǔ)建設(shè)，推進(jìn)煤礦機(jī)械化 自動(dòng)化、信息化、智能化改造。

4、2016版本《煤礦安全規(guī)程》第657條 作業(yè)人員每天連續(xù)接觸噪聲時(shí)間達(dá)到或者超過(guò)8小時(shí)的，噪聲聲級(jí)限值為85dB。

第659條 應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用低噪聲設(shè)備，采取隔聲、消聲、吸聲、減振、減少接觸時(shí)間等措施降低噪聲危害。

5、2016版本《煤礦安全規(guī)程》第640條 作業(yè)場(chǎng)所空氣中粉塵濃度應(yīng)當(dāng)符合要求。不符合要求的，應(yīng)當(dāng)采取有效措施。

二、項(xiàng)目重大意義

1、填補(bǔ)國(guó)際、國(guó)內(nèi)技術(shù)空白，技術(shù)原創(chuàng)，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

2、切身保護(hù)員工身心健康，遠(yuǎn)離高濃度粉塵、噪音大空間。

3、擯棄人工揀矸，提高揀矸效率、準(zhǔn)確率。

4、機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人，減員增效。

5、打破行業(yè)內(nèi)頑疾，促進(jìn)煤炭工業(yè)科技進(jìn)步。

三、項(xiàng)目核心技術(shù)

1、圖像識(shí)別處理技術(shù)（基于大數(shù)據(jù)算法）

2、機(jī)器人智能分揀技術(shù)

四、煤矸手選現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題

1、手選皮帶現(xiàn)場(chǎng)是利用人工進(jìn)行手動(dòng)揀煤，矸石直接通過(guò)皮帶兩側(cè)漏斗分流至緩沖倉(cāng)內(nèi)，由緩沖倉(cāng)向軌道上礦車進(jìn)行矸石裝載，運(yùn)輸至矸石山。塊煤由人工挑選放在皮帶上繼續(xù)前行，經(jīng)破碎到達(dá)主運(yùn)皮帶匯入選煤廠。各個(gè)煤礦現(xiàn)場(chǎng)工藝路線各有不同，但最終都是通過(guò)人工手選進(jìn)行煤矸分離。

2、經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，基于人的視覺(jué)及手部頻繁重復(fù)運(yùn)動(dòng)的疲勞狀況，這種人工手動(dòng)篩分效果較差，誤揀率高，塊煤分揀成功率最多達(dá)到80%，造成一定程度的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)效率。

3、根據(jù)我們公司技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)研，在主井口原煤振動(dòng)篩處進(jìn)行噪聲分貝測(cè)試，在距離振動(dòng)篩1m處噪聲聲級(jí)普遍達(dá)到120dB，屬于嚴(yán)重超標(biāo)，違反了《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定。

4、主井口原煤振動(dòng)篩在振動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生大量的粉塵，嚴(yán)重超標(biāo)，主要是因?yàn)檎駝?dòng)的原理，對(duì)篩面進(jìn)行密封難度太大。

5、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況觀察，手選皮帶走廊內(nèi)擁有大量的粉塵，以及嚴(yán)重超標(biāo)的噪音，嚴(yán)重傷害現(xiàn)場(chǎng)操作工的身心健康。

五、項(xiàng)目實(shí)施方案

1、通過(guò)對(duì)煤與矸石數(shù)字圖像頻譜分析，基于深度學(xué)習(xí)特征提取，利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算分析，最終由軟件對(duì)煤與矸石進(jìn)行了完全準(zhǔn)確識(shí)別。

2、在軟件識(shí)別煤與矸石的同時(shí)，發(fā)出信號(hào)給與機(jī)器人，由機(jī)器人在特定區(qū)域執(zhí)行智能分選的操作，將煤與矸石依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝路線進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)智能分揀，擯棄人工手選矸石的操作。

3、將現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)篩更換為滾動(dòng)篩，實(shí)現(xiàn)不振動(dòng)篩分，在篩分的過(guò)程中進(jìn)行篩片清掃處理，確保篩透率，提高篩分效率，確保小顆粒被篩分掉，不在進(jìn)入二次篩選。

4、將現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)篩更換為礦用滾動(dòng)篩，在距離滾動(dòng)篩1m處噪聲聲級(jí)普遍為75dB，中礦恒揚(yáng)設(shè)計(jì)的礦用滾動(dòng)篩是在完全密封的狀態(tài)下工作，不產(chǎn)生任何粉塵，完全符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。

六、改造效果總結(jié)

1、面對(duì)手選矸石現(xiàn)場(chǎng)存在的各種問(wèn)題，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)行逐條解決，做到完全符合2016年新版《煤礦安全規(guī)程》關(guān)于噪音、粉塵等相關(guān)規(guī)定，符合環(huán)保要求，將分選系統(tǒng)建設(shè)成為標(biāo)準(zhǔn)化礦井、本質(zhì)安全型礦井，在整個(gè)煤炭行業(yè)內(nèi)率先樹(shù)立起標(biāo)桿。

2、通過(guò)新產(chǎn)品、新技術(shù)的應(yīng)用，減員增效，實(shí)現(xiàn)煤與矸石智能化分選，達(dá)到“無(wú)人值守”狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)化程度極高，充分實(shí)現(xiàn)國(guó)家煤監(jiān)局要求的“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”的目標(biāo)；大幅提高企業(yè)的安全生產(chǎn)水平；大力推進(jìn)煤礦機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化和智能化的“四化”建設(shè)。

3、該項(xiàng)目建設(shè)具有極高的行業(yè)推廣價(jià)值，目前在國(guó)內(nèi)外煤礦行業(yè)內(nèi)，人工揀矸現(xiàn)象非常普遍，范圍之廣，上至央企諸如中煤集團(tuán)、神華集團(tuán)等，下至地方小型煤礦，全國(guó)一盤棋，均是采用人海戰(zhàn)術(shù)，在上井口手選皮帶動(dòng)態(tài)工作的情況下，需要揀矸工人眼疾手快，時(shí)刻保持精力充沛，不能有任何分心，而且必須保持站姿，勞動(dòng)強(qiáng)度之大，環(huán)境之惡劣，實(shí)屬常人難以承受。煤與矸石智能分離系統(tǒng)具有極高的推廣價(jià)值，為煤礦的篩分技術(shù)做出了極大的貢獻(xiàn)。

4、切身保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)操作工身心健康，遠(yuǎn)離高濃度粉塵、高噪音的生產(chǎn)空間。

5、擯棄人工揀矸，增強(qiáng)揀煤準(zhǔn)確率，提高煤礦生產(chǎn)效率。