摘 要

為解決傳統(tǒng)選煤廠精煤產(chǎn)率低、能耗高、設(shè)備故障率高及安全風(fēng)險(xiǎn)大等問題，山東省三河口礦業(yè)有限責(zé)任公司選煤廠采用智能感知與優(yōu)化控制技術(shù)，通過圖像識(shí)別技術(shù)建立跑粗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基于機(jī)器視覺開發(fā)礦漿表面灰度特征分析系統(tǒng)，設(shè)計(jì)MPC控制算法，構(gòu)建多源數(shù)據(jù)融合的智能啟停系統(tǒng)，采用小波變換與LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立設(shè)備健康預(yù)測(cè)模型，結(jié)合UWB定位與YOLOv5 算法實(shí)現(xiàn)人員不安全行為的精準(zhǔn)識(shí)別。應(yīng)用結(jié)果顯示，精煤產(chǎn)率提升0.91%，噸煤電耗降低1.8 kW·h，設(shè)備故障率下降13%，重介分選密度波動(dòng)縮小至±0.003 g/cm3，連續(xù)安全生產(chǎn)436 天，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益385萬元，為行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)范式。

該成果在煤炭清潔高效利用智能化成果發(fā)布暨選煤廠智能化建設(shè)論壇上進(jìn)行了發(fā)布點(diǎn)擊此處鏈接查看詳情

文章來源：《智能礦山》2025年第10期“煤炭清潔高效利用智能化先進(jìn)成果專欄”

第一作者：張明剛，現(xiàn)任山東省三河口礦業(yè)有限責(zé)任公司選煤廠廠長，主要從事洗選工程的研究工作。E-mail： yuren8390@163.com

作者單位：山東省三河口礦業(yè)有限責(zé)任公司

引用格式：張明剛，郝金秋，藺昊，等.智能感知與優(yōu)化控制洗選流程創(chuàng)新應(yīng)用[J].智能礦山，2025，6(10)：68-71.

點(diǎn)擊文末左下角閱讀原文，免費(fèi)下載閱讀pdf全文

關(guān)注微信公眾號(hào)，了解更多礦山智能化建設(shè)進(jìn)展

傳統(tǒng)選煤廠在生產(chǎn)過程中面臨精煤產(chǎn)率低、能耗高、設(shè)備故障率高、安全風(fēng)險(xiǎn)大等挑戰(zhàn)，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，制約了煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。選煤作為煤炭清潔利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，智能化升級(jí)成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。智能化選煤廠通過引入人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、智能化和高效化，提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。

智能感知與優(yōu)化控制洗選關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn)

1.1 精煤提質(zhì)增效

（1）跑粗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在提高精煤產(chǎn)率方面，針對(duì)系統(tǒng)跑粗現(xiàn)象導(dǎo)致精煤回收率低的問題，通過對(duì)層疊篩篩下水、分級(jí)旋流器溢流2個(gè)部分，主要入浮系統(tǒng)原料進(jìn)行旁路引流脫水檢測(cè)，并通過圖像識(shí)別技術(shù)精準(zhǔn)識(shí)別大顆粒覆蓋篩面面積，判斷系統(tǒng)跑粗情況，并通過移動(dòng)端APP進(jìn)行相關(guān)人員精準(zhǔn)推送，加快對(duì)跑粗問題的治理，煤泥水跑粗檢測(cè)如圖1所示。

圖 1 煤泥水跑粗檢測(cè)

（2）浮選加藥及重介分選環(huán)節(jié)優(yōu)化

針對(duì)浮選環(huán)節(jié)加藥比例控制不精準(zhǔn)的難題，開發(fā)了基于機(jī)器視覺的礦漿表面灰度特征分析系統(tǒng)，通過高清攝像頭捕捉尾礦灰度狀態(tài)值，結(jié)合礦漿灰分儀，在浮精灰分在規(guī)定范圍區(qū)間內(nèi)，提高尾礦值，以此增加浮精抽出率。針對(duì)重介分選密度波動(dòng)導(dǎo)致精煤質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，通過在線灰分儀、密度計(jì)、磁性物含量的數(shù)據(jù)閉環(huán)反饋，設(shè)計(jì)了MPC控值算法，將分選密度波動(dòng)范圍從±0.01 g/cm3縮小至±0.003 g/cm3。

1.2 節(jié)能降耗

（1）智能啟停系統(tǒng)

在降低噸煤電耗方面，傳統(tǒng)啟停車模式依賴人工經(jīng)驗(yàn)判斷，空載運(yùn)行時(shí)間長。為此，構(gòu)建了多源數(shù)據(jù)融合的智能分析系統(tǒng)，整合電流、流量、液位、溫振、檢修完成度、設(shè)備停送電狀態(tài)等多項(xiàng)實(shí)時(shí)參數(shù)，利用模糊控制理論建立啟停車條件評(píng)價(jià)模型。在智能啟停系統(tǒng)部署階段，因現(xiàn)場(chǎng)PLC通信協(xié)議不統(tǒng)一導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集失敗，開發(fā)了Modbus-TCP協(xié)議轉(zhuǎn)換中間件，兼容7類工業(yè)接口標(biāo)準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)采集成功率超99.8%，智能啟停車系統(tǒng)界面如圖2所示。

圖2 智能啟停車系統(tǒng)界面

采用紅外熱成像與可見光雙光譜攝像頭協(xié)同工作的方式，解決了選煤廠高粉塵環(huán)境下視頻識(shí)別精度下降的問題，通過特征級(jí)數(shù)據(jù)融合提升異常行為識(shí)別準(zhǔn)確率至94.6%，實(shí)現(xiàn)了精煤產(chǎn)率提升3.2%，噸煤電耗降低1.8 kW·h，設(shè)備故障率下降13%，并創(chuàng)造了連續(xù)安全生產(chǎn)436天的行業(yè)新紀(jì)錄，為選煤廠智能化轉(zhuǎn)型提供了可復(fù)制的技術(shù)范式。

（2）設(shè)備健康管理

設(shè)備監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)面臨傳感器數(shù)據(jù)噪聲大、故障誤報(bào)率高的問題。采用小波變換算法降噪處理振動(dòng)信號(hào)，并開發(fā)了基于LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備健康狀態(tài)預(yù)測(cè)模型，通過分析溫度、振動(dòng)、電流數(shù)據(jù)的時(shí)序關(guān)聯(lián)性，提前4～8 h預(yù)警潛在故障，使設(shè)備非計(jì)劃停機(jī)減少40%，設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖3 設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面

1.3 安全管理創(chuàng)新

（1）人員行為識(shí)別

安全管理創(chuàng)新中最大的挑戰(zhàn)是精準(zhǔn)識(shí)別職工不安全行為，部署了UWB定位系統(tǒng)與多視角視頻融合分析系統(tǒng)，通過三維坐標(biāo)重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人員動(dòng)作軌跡追蹤，結(jié)合YOLOv5算法識(shí)別未佩戴安全帽、違規(guī)跨越危險(xiǎn)設(shè)備等多種風(fēng)險(xiǎn)行為，系統(tǒng)誤報(bào)率<3%，移動(dòng)端實(shí)時(shí)告警推送功能，使安全隱患響應(yīng)時(shí)間從15 min減少至2 min，廠區(qū)3D建模及UWB定位如圖4所示。

圖 4 廠區(qū)3D建模及UWB定位

（2）高粉塵環(huán)境下的視頻識(shí)別

針對(duì)選煤廠高粉塵環(huán)境下視頻識(shí)別精度下降的問題，采用紅外熱成像與可見光雙光譜攝像頭協(xié)同工作，通過特征級(jí)數(shù)據(jù)融合提升異常行為識(shí)別準(zhǔn)確率至94.6%。

先進(jìn)性成果

選煤廠智能化升級(jí)展現(xiàn)出顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和創(chuàng)新價(jià)值，通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)效率、能耗控制和安全管理水平的全面提升，主要體現(xiàn)在以下8個(gè)方面。

（1）在精煤提質(zhì)增效方面，開發(fā)了基于圖像識(shí)別的跑粗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用高精度工業(yè)相機(jī)對(duì)層疊篩篩下水與分級(jí)旋流器溢流進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集，通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法分析大顆粒物料覆蓋面積，相比傳統(tǒng)人工巡檢方式，檢測(cè)響應(yīng)速度提升20倍，跑粗問題處理時(shí)效性提高90%，填補(bǔ)了國內(nèi)選煤行業(yè)在線跑粗監(jiān)測(cè)的技術(shù)空白。

（2）浮選環(huán)節(jié)創(chuàng)新應(yīng)用礦漿表面灰度特征分析技術(shù)，通過自主研發(fā)的灰度-灰分關(guān)聯(lián)模型，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制加藥量，浮選藥劑消耗降低至0.12 kg/t（原煤），尾礦灰分提升至82%以上，浮精抽出率同比提高0.83%，突破了傳統(tǒng)依賴人工經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)的局限性。

（3）在節(jié)能降耗領(lǐng)域，多參數(shù)融合智能啟停系統(tǒng)整合了電流、流量、液位等12類設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，結(jié)合溫振監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)備檢修狀態(tài)，構(gòu)建了基于模糊綜合評(píng)價(jià)的啟停決策模型，系統(tǒng)空載運(yùn)行時(shí)間縮短41%，年節(jié)約電耗為18萬kW·h，創(chuàng)造了選煤行業(yè)能耗管控的新標(biāo)桿。

（4）設(shè)備健康管理方面，采用小波降噪與LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，開發(fā)了具有自學(xué)習(xí)功能的預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)，通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行多尺度分解重構(gòu)，有效濾除現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪聲，故障預(yù)警準(zhǔn)確率達(dá)到92%，較傳統(tǒng)閾值報(bào)警方式提升40%，設(shè)備非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間壓縮36%。

（5）安全管控體系方面，構(gòu)建了空間定位+行為識(shí)別的雙重防護(hù)網(wǎng)絡(luò)，UWB定位系統(tǒng)采用TDOA算法實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)人員追蹤，配合多視角視頻智能分析，可精準(zhǔn)識(shí)別未系安全繩、未戴安全帽、違規(guī)跨越設(shè)備、進(jìn)入吊裝區(qū)域等多類危險(xiǎn)行為，系統(tǒng)誤報(bào)率<3%，響應(yīng)速度達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。

（6）研發(fā)的MPC控值算法，通過在線灰分儀、密度計(jì)和磁性物含量的多變量耦合控制，重介分選密度波動(dòng)范圍<±0.003 g/cm3，精煤灰分合格率提升至98.5%，該項(xiàng)控制精度達(dá)到國際先進(jìn)水平。

（7）技術(shù)集成方面，開發(fā)的Modbus-TCP協(xié)議轉(zhuǎn)換中間件支持7類工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)，解決了異構(gòu)設(shè)備數(shù)據(jù)采集的行業(yè)難題；雙光譜視頻分析技術(shù)通過特征級(jí)數(shù)據(jù)融合，高粉塵環(huán)境下識(shí)別準(zhǔn)確率>94.6%。

（8）智能化解決方案已在多個(gè)選煤廠成功應(yīng)用，平均實(shí)現(xiàn)精煤產(chǎn)率提升0.91%，噸煤電耗降低1.8 kW·h，設(shè)備故障率下降13%，創(chuàng)造了連續(xù)安全生產(chǎn)436天的行業(yè)新紀(jì)錄。

實(shí)施效果與效益分析

（1）經(jīng)濟(jì)效益

通過智能化系統(tǒng)的全面應(yīng)用，精煤產(chǎn)率平均提升0.91%；噸煤電耗降低至6.7 kW·h，年節(jié)約電耗達(dá)18萬kW·h；設(shè)備故障率下降13%，減少非計(jì)劃停機(jī)損失23余萬元，累計(jì)年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益385萬元，三河口選煤廠智能化系統(tǒng)的應(yīng)用取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）社會(huì)效益與安全生產(chǎn)

在安全管控方面，通過UWB定位與AI視頻分析系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作，累計(jì)預(yù)警危險(xiǎn)行為183次，安全事故直接經(jīng)濟(jì)損失歸零。系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，重介分選密度控制精度穩(wěn)定在±0.004 g/cm3范圍內(nèi)，精煤灰分合格率提升至98.5%，浮選藥劑消耗降至0.12 kg/t（原煤），尾礦灰分達(dá)到82%以上，各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)均處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

（3）示范意義

三河口選煤廠智能化系統(tǒng)應(yīng)用的示范意義主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。構(gòu)建了工藝優(yōu)化-能耗控制-設(shè)備運(yùn)維-安全管理的四位一體智能化選煤廠建設(shè)范式，為傳統(tǒng)選煤廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了完整解決方案；將深度學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)與選煤工藝深度融合，開發(fā)出圖像識(shí)別跑粗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、多參數(shù)智能啟停系統(tǒng)等，填補(bǔ)了行業(yè)空白。

結(jié) 語

智能化選煤廠建設(shè)是煤炭行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的必由之路。通過關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，三河口選煤廠在精煤產(chǎn)率提升、能耗降低、設(shè)備故障率下降和安全生產(chǎn)周期延長等方面取得了顯著成效。為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，在推動(dòng)煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型方面發(fā)揮了重要作用。未來，隨著智能化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，煤炭行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型將為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供有力支持。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡(jiǎn)介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

刊載欄目：企業(yè)/團(tuán)隊(duì)/人物專訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對(duì)話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報(bào)道等。

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

?? 征稿函詳見鏈接： 征稿┃《智能礦山》面向廣大讀者征稿，歡迎投稿

期刊成果：創(chuàng)刊5年來，策劃出版了“中國煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團(tuán)智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)”“煤炭清潔高效利用先進(jìn)成果發(fā)布會(huì)”“《智能礦山》理事、特約編輯年會(huì)暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運(yùn)維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動(dòng)20余次。組建了理事會(huì)、特約編輯團(tuán)隊(duì)、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團(tuán)隊(duì)，打造了“刊-網(wǎng)-號(hào)-群-庫”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺(tái)，全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗(yàn)。

?? 具體詳見鏈接：《智能礦山》創(chuàng)刊4周年回顧

聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

郵發(fā)代號(hào)：82-476

?? 期刊訂閱詳見鏈接：歡迎訂閱┃《智能礦山》雜志2026年訂閱開始了！

往期薦讀

• 行業(yè)聚焦┃2025年礦山智能化建設(shè)運(yùn)維與技術(shù)創(chuàng)新高級(jí)研修班成功在威海舉辦

• 行業(yè)聚焦┃2025智慧礦山技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇（新疆）成功召開

• 行業(yè)聚焦┃2024年煤炭清潔高效利用智能化成果發(fā)布暨選煤廠智能化建設(shè)論壇順利召開

• 征稿┃《智能礦山》面向廣大讀者征稿，歡迎投稿

• 歡迎訂閱┃《智能礦山》雜志2026年訂閱開始了！

• 行業(yè)聚焦┃2024年煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)成功召開

• 《智能礦山》創(chuàng)刊4周年回顧

• 王國法院士煤礦智能化觀點(diǎn)集錦

• 新書訂閱 ┃《中國煤礦智能化發(fā)展報(bào)告（2024年）》（王國法，劉峰 主編）

往期特刊

中國煤科特刊

陜煤集團(tuán)特刊

神東專欄

重大進(jìn)展特刊

露天礦特刊

理事單位特刊

紅柳林煤礦特刊

創(chuàng)新技術(shù)特刊

創(chuàng)刊號(hào)

版權(quán)聲明

本刊對(duì)已出版文章持有電子版、網(wǎng)絡(luò)版及進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)交流和與各網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫合作的權(quán)利，稿酬一次性付清，版權(quán)歸本刊與作者共同所有，如不同意，請(qǐng)?jiān)谕陡鍟r(shí)聲明。

聲明：本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng)，請(qǐng)讀者僅作參考，并自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。若對(duì)該稿件內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑，請(qǐng)立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系，本網(wǎng)將迅速給您回應(yīng)并做處理，再次感謝您的閱讀與關(guān)注。