基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备及方法

技术领域

本发明涉及矿山机械技术领域，具体而言，涉及基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备及方法。

背景技术

煤炭开采过程中会产生大量的固体污染物，矸石是其中最主要的一种，其混杂在煤中不仅会降低煤炭燃烧质量，还会加重污染物排放，因此，去除煤炭中混入的矸石是煤炭高质量燃烧和降低环境污染的重要步骤。煤矸石识别技术是实现煤矸石分选的重要环节，准确识别煤矸石有助于提高分选设备的自动化、智能化水平，减少煤矸石入洗成本，提高煤矿经济效益同时加强对煤矸石综合治理也是绿色发展的需要。先进的分选方式与方法研究是实现煤矸石的自动剔选的技术要求之一，干式分选方式是目前煤矸石分选领域的研究热点。

现有干选分离法主要有风选和射线选，其基能是通过射线对煤矸石进行精准识别然后气阀喷吹分离煤和矸石。国内的矸石分选设备一般都采用双γ射线探测技术，但γ射线对人体健康威胁较大，相比γ射线来说，x射线的辐射量比γ射线小很多，对生物破坏能力相对较小。但在选煤过程中x射线对煤和矸石的衰减程度感知不如γ射线，会降低识别精度，导致实际分拣效率低下，降低了煤矸石的分离效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的提出了基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备及方法，能够更加准确地确定煤矸石厚度信息，快速、准确地实现煤和矸石的分离，提高了分离机识别精度。

为了实现上述技术目的，本发明提供了基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备，包括第一支架，所述第一支架设置为两个，两个所述第一支架一端固定安装喷吹设备，两个所述第一支架之间固定安装传送机构，所述传送机构中部固定安装设备箱，所述设备箱顶部的一侧固定安装有x射线发射器，所述设备箱的顶部且位于所述x射线发射器一侧安装超声波传感器，所述设备箱内腔的底部且位于所述x射线发射器的正下方固定安装有x射线探测器，所述设备箱顶部的上方设置有计算箱，所述计算箱与所述超声波传感器、x射线发射器、x射线探测器连接，所述计算箱用于获取所述超声波传感器、x射线发射器、x射线探测器的信号，所述传送机构一侧设有排队装置输送机，所述排队装置输送机设置有进料口，所述进料口位于所述传送机构的正上方。

优选地，所述喷吹设备包括第二支架、储气罐、导气管和电磁气阀，所述第二支架上端固定安装所述储气罐，所述储气罐顶部的一侧连通有所述导气管，所述导气管的一端与所述电磁气阀的一侧连通。

优选地，所述排队装置输送机的末端设有面块分流装置，所述面块分流装置用于将所述排队装置输送机的输送通道中的煤矸石有序的释放到所述传送机构的工作面的面块上，所述面块分流装置设置有若干个分流槽道，所述若干个分流槽道的上方设置有转轴，所述转轴上设置有凸轮，所述凸轮连接有摆轴，所述凸轮与所述摆轴之间设置有横轴，所述横轴上对应设置有进料口。

优选地，所述凸轮设置为若干个，若干个所述凸轮的外轮廓工作曲面相同且呈错位布置。

优选地，所述计算箱内设置有数据处理卡和中央计算器，所述x射线发射器的输出端与所述数据处理卡的输入端连接，所述数据处理卡的输出端与所述中央计算器的输入端连接。

优选地，所述超声波传感器的输出端与所述数据处理卡的输入端连接，所述数据处理卡的输出端与所述中央计算器的输入端连接。

优选地，所述电磁气阀连接有电磁气阀控制模块，所述中央计算器的输出端与所述电磁气阀控制模块电性连接，所述中央计算器用于调节所述电磁气阀的风力大小。

基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离方法，应用于所述的基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备，所述x射线发射器发射x射线，开采的所述煤矸石通过进料口进入所述排队装置输送机，所述排队装置输送机将所述煤矸石输送至所述分流槽道后经过所述出料口输送至所述传送机构，所述传送机构对所述煤矸石进行移动进入所述设备箱，利用所述超声波探测器收集所述煤矸石的厚度信息，利用所述x射线探测器采集衰减后的x射线，经过所述计算箱对所述煤矸石进行区分，确定不同大小的所述煤矸石，并根据不同大小的所述煤矸石调节所述电磁气阀的风力大小，所述电磁气阀对所述煤矸石进行喷吹，实现煤和矸石的分离。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明所述的基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备，通过x射线在穿透物质时，被原子所散射和吸收的程度来实现煤中矸石的分选，其中衰减后的射线强度主要取决于物质化学成分有关的质量衰减系数和质量厚度，由煤和矸石的质量衰减系数与射线能量的基本变化，可知在射线能量在低能段时煤矸石的质量衰减系数存在较明显差异的特点，因此通过测量煤矸石穿过线束时段的辐射强度和质量厚度数据，输入中央计算器求出质量衰减系数，然后利用高频电磁气阀打击矸石，最终快速、准确地实现煤和矸石的分离。

(2)本发明基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备，采用更优于图像化计算的算法，利用射线与物质的相互作用理论，不同强度的窄速射线在穿透物质时原子散射和吸收指数定律来计算煤和矸石质量衰减系数，在射线能量处于低能段时分离出煤和矸石，提高了分离机识别精度，便于高频电磁气阀对不同质量厚度煤矸石进行分离。

(3)本发明基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备，采用了超声波传感器，超声波探头与传送带的距离是固定的，通过计算超声波探头发射时间与接收时间间隔可求出探头到煤矸石表面的距离，进而求得煤矸石厚度，较利用机器视觉技术获得的图像处理算法后的煤矸石厚度信息更为准确，提高了分离机识别精度。

(4)本发明所述的基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备，采用了排队装置输送机，实现了输送通道中煤矸石块有序的接一定时间间隙释放到输送机上，确保了输送机上煤矸石快排列的顺序性，减少了煤矸石重叠和堆积现象，以减少喷吹阶段的碰撞现象，提高了分离机分离精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备的外部结构示意图；

图2为本发明所述的设备箱的剖面图；

图3为本发明所述的计算箱的剖面图。

图中：1.储气罐；2.导气管；3.电磁气阀；4.竖杆；5.矸石出料斗；6.煤出料斗；7.第一支架；8.传送机构；9.设备箱；10.计算箱；11.可视化窗口；12.排队装置输送机；13.进料口；14.x射线发射器；15.x射线探测器；16.超声波传感器；17.中央计算器；18.蓄电池；19.第二支架。

具体实施方式

下为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据煤和矸石对x射线的吸收量不同，可以通过x射线探测器来判别煤和矸石，但判别精度取决于质量衰减系数和质量厚度，而超声波测厚度，具有测量精度高、测试仪器轻便、操作简单和可实现连续监测的优点，采用超声波传感器可以为分选机系统提供精确计算数据，能搞好提高分选机识别精度，为此，提供一种基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备及方法。

如图1-图3所示，本发明提供了基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备，包括第一支架7，所述第一支架7设置为两个，两个所述第一支架7一端固定安装喷吹设备，两个所述第一支架7之间固定安装传送机构8，所述传送机构8中部固定安装设备箱9，所述设备箱9顶部的一侧固定安装有x射线发射器14，所述设备箱9的顶部且位于所述x射线发射器14一侧安装超声波传感器16，所述设备箱9内腔的底部且位于所述x射线发射器14的正下方固定安装有x射线探测器15，所述设备箱9顶部的上方设置有计算箱10，所述计算箱10与所述超声波传感器16、x射线发射器14、x射线探测器15连接，所述计算箱10用于获取所述超声波传感器16、x射线发射器14、x射线探测器15的信号，所述传送机构8一侧设有排队装置输送机，所述排队装置输送机设置有进料口13，所述进料口13位于所述传送机构8的正上方。

传送机构8末端底部右侧连通有煤出料斗6，传送机构8末端底部左侧连通有矸石出料斗5，矸石出料斗5上部安装有高频电磁气阀3。

进一步地，所述喷吹设备包括第二支架19、储气罐1、导气管2和电磁气阀3，所述第二支架19上端固定安装所述储气罐1，所述储气罐1顶部的一侧连通有所述导气管2，所述导气管2的一端与所述电磁气阀3的一侧连通，所述电磁气阀3为高频电磁气阀3，所述第二支架19设置为两个；

进一步地，所述排队装置输送机的末端设有面块分流装置，所述面块分流装置能够将所述排队装置输送机的输送通道中的煤矸石有序的按一定时间间隙释放到所述传送机构8的工作面的面块上，所述面块分流装置设置有若干个分流槽道，所述若干个分流槽道的上方设置有转轴，所述转轴上设置有凸轮，所述凸轮连接有摆轴，所述凸轮与所述摆轴之间设置有横轴，所述横轴上对应设置有进料口13。

进一步地，所述凸轮设置为若干个，若干个所述凸轮的外轮廓工作曲面相同且呈错位布置，能够对所述煤矸石进行破碎。

进一步地，所述计算箱10内设置有数据处理卡、中央计算器17和蓄电池18，所述x射线发射器14的输出端与所述数据处理卡的输入端连接，所述数据处理卡的输出端与所述中央计算器17的输入端连接。

进一步地，所述超声波传感器16的输出端与所述数据处理卡的输入端连接，所述数据处理卡的输出端与所述中央计算器17的输入端连接。

进一步地，所述电磁气阀3连接有电磁气阀3控制模块，所述中央计算器17的输出端与所述电磁气阀3控制模块电性连接，所述中央计算器用于调节所述电磁气阀的风力大小。

基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离方法，应用于所述的基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备，所述x射线发射器14发射x射线，开采的所述煤矸石通过进料口13进入所述排队装置输送机，所述排队装置输送机将所述煤矸石输送至所述分流槽道后经过所述出料口输送至所述传送机构8，具体地，所述排队装置输送机对所述煤矸石进行破碎和以块面为单位将所述煤矸石进行输送至所述传送机构8，所述传送机构8对所述煤矸石进行移动进入所述设备箱9，利用所述超声波探测器收集所述煤矸石的厚度信息，利用所述x射线探测器15采集衰减后的x射线，经过所述计算箱10对所述煤矸石进行区分，确定不同大小的所述煤矸石，并根据不同大小的所述煤矸石调节所述电磁气阀3的风力大小，所述电磁气阀3对所述煤矸石进行喷吹，实现煤和矸石的分离。

本发明提出了基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备及方法，能够更加准确地确定煤矸石厚度信息，快速、准确地实现煤和矸石的分离，提高了分离机识别精度。

本发明所述的基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备，通过x射线在穿透物质时，被原子所散射和吸收的程度来实现煤中矸石的分选，其中衰减后的射线强度主要取决于物质化学成分有关的质量衰减系数和质量厚度，由煤和矸石的质量衰减系数与射线能量的基本变化，可知在射线能量在低能段时煤矸石的质量衰减系数存在较明显差异的特点，因此通过测量煤矸石穿过线束时段的辐射强度和质量厚度数据，输入中央计算器17求出质量衰减系数，然后利用高频电磁气阀3打击矸石，最终实现煤和矸石的分离。

本发明基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备，采用更优于图像化计算的算法，利用射线与物质的相互作用理论，不同强度的窄速射线在穿透物质时原子散射和吸收指数定律来计算煤和矸石质量衰减系数，在射线能量处于低能段时分离出煤和矸石，提高了分离机识别精度。

本发明基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备，采用了超声波传感器16，超声波探头与传送带的距离是固定的，通过计算超声波探头发射时间与接收时间间隔可求出探头到煤矸石表面的距离，进而求得煤矸石厚度，较利用机器视觉技术获得的图像处理算法后的煤矸石厚度信息更为准确，提高了分离机识别精度。

本发明所述的基于x射线与超声波结合探测的煤矸石分离设备，采用了排队装置输送机，实现了输送通道中煤矸石块有序的接一定时间间隙释放到输送机上，确保了输送机上煤矸石快排列的顺序性，减少了煤矸石重叠和堆积现象，以减少喷吹阶段的碰撞现象，提高了分离机分离精度。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。