近红外线光谱识别煤矸及含矸量控制方法.pdf

一种近红外线光谱识别煤矸及含矸量控制方法，在放顶煤液下方的刮板输送机上设置多个发射光波探头和接收光波探头，通过近红外线分析装置接收发射光波探头和接收光波探头的信号转换识别煤矸含量，在探测之前对近红外线分析装置设定一个矸石含量的阀值，然后通过探头对输送机上的煤矸混合物进行多方位探测，实时采集数据，分析处理出煤矸混合物中的矸石含量，并与设定的阀值进行比较，当测定的矸石含量达到或超过设定的矸石含量阀值时，通过电液阀控制器控制放煤口的自动关窗，实现自动化放煤。提高综放开采顶煤的放出率，减人提效，使煤矿工人远离井下工作面的恶劣环境。其方法简单，操作方便，控制性好，安全可靠。

1.  一种近红外线光谱识别煤矸及含矸量控制方法，其特征在于：步骤如下：
a、在放顶煤液压支架(5)下方的刮板输送机(9)内侧帮上设置多个发射光波探头(10)，外侧帮上设置与多个发射光波探头(10)相对应的多个接收光波探头(8)，并在放顶煤液压支架(5)上设置接收发射光波探头(10)和接收光波探头(8)信号的近红外线分析装置(6)，近红外线分析装置(6)与控制放煤口开、关的电液阀控制器(7)相连接；
b、工作运行之前，先根据现场煤质的实际情况，调节近红外线分析装置(6)，设定与实际煤质相匹配的煤矸含量比的阀值；
c、工作运行时，放顶煤通过刮板输送机(9)向外输送，此时设在刮板输送机(9)内侧帮上的发射光波探头(10)发射的近红外光束透过煤矸混合物被设在刮板输送机(9)外侧帮上的接收光波探头(8)接收，接收光波探头(8)将接收到的近红外线信号传送给近红外线分析装置(6)，通过近红外线分析装置(6)将接收到的光波信号进行处理，产生干涉图像、近红外光谱图像，并通过其内的A/D转换器得到刮板输送机(9)上的煤矸混合物中碳氢官能团的含量；
d、近红外线分析装置(6)将接收到的光波信号通过数据转换得到煤矸含量比与预先设定的煤矸含量比的阀值进行比较；
e、当输出放顶煤的煤矸含量显示大于设定的煤矸含量比的阀值时，近红外线分析装置(6)将信号传给电液阀控制器(7)，电液阀控制器(7)关闭放煤口(11)停止放煤。

2.  根据权利要求1所述的近红外线光谱识别煤矸及含矸量控制方法，其特征在于：所述每台液压支架(5)下的刮板输送机(9)的内帮上至少设有一个接收发射光波探头(10)，外帮设有与接收发射光波探头(10)数量相对应的接收光波探头(8)。

近红外线光谱识别煤矸及含矸量控制方法
技术领域
本发明涉及一种煤矸识别方法，尤其是一种煤炭开采过程中进行煤矸实时监测的近红外线光谱识别煤矸及含矸量控制方法。
背景技术
自动化开采是煤矿安全高效开采的发展趋势，而要实现采掘自动化必须先解决煤矿井下煤矸自动识别的问题。我国从20世纪80年代就开始了对于煤矸识别的研究，由于矿井下环境复杂，至今在煤矸识别方面仍没有行之有效的方法。虽然在此期间有过图像处理与识别法、γ射线探测法、纹理特征融合法、经验模态分解法(EMD)等技术的应用，即使γ射线探测法、图像处理与识别法在理论上可行，实验室内做实验也能很好的识别煤矸，但是当应用于矿下的复杂环境时，结果很不理想。所以到现在还没有很好的方法和仪器实现煤矸自动识别，因而其成为煤炭生产中待研究解决的重点和难点问题。
在综合机械化放顶煤开采方面，要实现自动化开采的瓶颈难题就是如何自动监测放煤口煤矸流中矸石的含量，依据放煤口的矸石量来终止放煤，进行放煤口关窗。放煤口是否该关窗一般靠工人目测来判断和控制；且由于放煤口粉尘大，能见度低，导致有时放煤工人目测和听声音辨别的误差较大。到目前为止，在一些所谓的自动化综放工作面，放煤口的放煤也只能是基于实测统计的平均放煤时间来控制放煤的关窗，即给定每个放煤口的放煤时间，到时间后放煤口自动关窗，但此时并不清楚放煤口是否见矸，必然会导致顶煤的过放状况和欠放状况，且需要人工检查补放，所以严格的讲只是实现了半自动化放煤，没有实现真正意义上的自动化放煤。因此，迫切需要寻找一种有效的方法解决煤矿生产自动化的煤矸自动识别难题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种方法简单，操作方便，控制性好，安全可靠，在线监测的近红外线光谱识别煤矸及含矸量控制方法。
技术方案：本发明近红外线光谱识别煤矸及含矸量控制方法的步骤如下：
a、在放顶煤液压支架下方的刮板输送机内侧帮上设置多个发射光波探头，外侧帮上设置与多个发射光波探头相对应的多个接收光波探头，并在放顶煤液压支架上设置接收发射光波探头和接收光波探头信号的近红外线分析装置，近红外线分析装置与控制放煤口开、关的电液阀控制器相连接；
b、工作运行之前，先根据现场煤质的实际情况，调节近红外线分析装置，设定与实际煤质相匹配的煤矸含量比的阀值；
c、工作运行时，放顶煤通过刮板输送机向外输送，此时设在刮板输送机内侧帮上的发射光波探头发射的近红外光束透过煤矸混合物被设在刮板输送机外侧帮上的接收光波探头接收，接收光波探头将接收到的近红外线信号传送给近红外线分析装置，通过近红外线分析装置将接收到的光波信号进行处理，产生干涉图像、近红外光谱图像，并通过其内的A/D转换器得到刮板输送机上的煤矸混合物中碳氢官能团的含量；
d、近红外线分析装置将接收到的光波信号通过数据转换得到煤矸含量比与预先设定的煤矸含量比的阀值进行比较；
e、当输出放顶煤的煤矸含量显示大于设定的煤矸含量比的阀值时，近红外线分析装置将信号传给电液阀控制器，电液阀控制器关闭放煤口停止放煤。
所述每台液压支架下的刮板输送机的内帮上至少设有一个接收发射光波探头，外帮设有与接收发射光波探头数量相对应的接收光波探头。
有益效果：本发明利用近红外线照射到煤矸混合物上时，从煤或矸石的红外光谱上得到煤或矸石的特征波长的原理，在放顶煤液下方的刮板输送机上设置多个发射光波探头和接收光波探头，通过对煤或矸石特征波长的吸光度分析来判别是煤还是矸石。再根据煤矸内的有机成分在不同波数对红外光吸收能量的不同，通过对煤矸中碳氢官能团对红外光吸收各有差异的特点，依据碳氢官能团的含量确定煤矸混合物中的煤矸含量比，以煤矸含量比作为终止放煤的特征参数，通过近红外线分析装置接收发射光波探头和接收光波探头的信号转换识别煤矸含量，在探测之前对近红外线分析装置设定一个矸石含量的阀值，然后通过探头对输送机上的煤矸混合物进行多方位探测，实时采集数据，分析处理出煤矸混合物中的矸石含量，并与设定的阀值进行比较，当测定的矸石含量达到或超过设定的矸石含量阀值时，通过电液阀控制器控制放煤口的自动关窗，实现自动化放煤。能高效和准确地实现煤矸自动识别，使煤矿真正意义上的综合机械化放顶煤自动化开采及自动选煤技术变为可能，提高综放开采顶煤的放出率，减人提效，使煤矿工人远离井下工作面的恶劣环境。其方法简单，操作方便，控制性好，安全可靠，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明近红外线光谱识别煤矸及含矸量控制方法的示意图；
图2是本发明近红外线光谱识别煤矸及含矸量控制方法的工艺流程框图。
图中：1-煤层，2-岩层，3-矸石，4-采煤机，5-液压支架，6-近红外线分析装置，7-电液阀控制装置，8-接收光波探头，9-刮板输送机，10-发射光波探头，11-放煤口，12-发射光波线路，13-接收光波线路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施作进一步描述：
图1所示，以某矿为例，其煤层1的平均厚度为9m，岩层2比较稳定，煤层硬度为f＝3，煤层倾角为5°，采用综合机械化放顶煤开采，采放比为1∶2(即采煤机4采3米，放顶煤放6米)。根据工作面煤质情况及煤炭市场情况确定煤矸含量比的阀值，煤质优良时可设定煤矸含量比的阀值为50％；煤质一般时可设定煤矸含量比的阀值为30％；煤质较差时可设定煤矸含量比的阀值为10％。采煤机4沿工作面割煤，液压支架5滞后一段距离放顶煤及移液压支架5和刮板输送机9。
首先在每台液压支架5下的刮板输送机9的内侧帮上设置至少一个接收发射光波探头10，根据实际需要，一般设置3～6个，并在外侧帮设置与发射光波探头10数量相对应的接收光波探头8；然后在放顶煤液压支架5上设置接收发射光波探头10和接收光波探头8信号的近红外线分析装置6，近红外线分析装置6与控制放煤口开、关的电液阀控制器7相连接；在工作运行之前，依据矿井的综放工作面的支架围岩关系确定顶煤的放出程度，同时考虑市场对煤质的要求，先调节近红外线分析装置6，设定与实际煤质相匹配的煤矸含量比的阀值(根据工作面煤质的优良、中、差，设定煤矸含量比的阀值为50％、30％、10％)，并以此作为放煤口关窗的阀值；当工作运行时，放顶煤通过刮板输送机9向外输送，此时近红外线分析装置6通过发射光波线路12控制设在刮板输送机9内侧帮上的发射光波探头10发射的近红外光束透过煤矸混合物被设在刮板输送机9外侧帮上的接收光波探头8接收，接收光波探头8将接收到的近红外线信号通过接收光波线路13传送给近红外线分析装置6；通过接收光波探头8将刮板输送机9上的煤矸混合体的近红外线信号传到近红外线分析装置6上，进而分析出放煤口11放出来的是煤还是矸石；再通过近红外线分析装置6将接收到的光波信号进行处理，产生干涉图像、近红外光谱图像，并通过其内的经过A/D转换器得到刮板输送机9上的煤矸混合物中碳氢官能团的含量；近红外线分析装置6将接收到的光波信号通过数据转换得到煤矸含量比与预先设定的煤矸含量比的阀值进行比较；当测定的矸石含量达到或超过近红外线分析装置6设定的矸石含量阀值时，近红外线分析装置6给出指令，此时电液阀控制器7控制放煤口11终止放煤。
图2所示，本发明的工艺流程：首先通过近红外线分析装置及发射、接收光波探头，对现场的煤质标定，调节近红外分析装置，设定关闭放煤口的煤矸含量比阀值；由电液阀打开放煤口，开启近红外分析装置，开始采集近红外信号；由近红外分析装置处理光波信号得到干涉图、近红外光谱图及煤矸混合物中的碳氢官能团含量；经过A/D转换器转换，再由近红外分析装置内的计算机处理得到混合物中的煤矸含量比；近红外分析装置内的计算机将实时测量得到的煤矸含量比与设定阀值相比较；若含量比大于阀值时，近红个分析装置传出信号，电液阀控制器动作，关闭放煤口，停止放顶煤，若含量比小于阀值，则放煤口继续放煤，直至含量比大于阀值才由电液阀关闭放煤口，终止放顶煤。