CN107983662A - 一种矿料干法分选系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿料干法分选系统及方法，包括振动给料机、设置在所述振动给料机出料端的滑槽缓冲仓、设置在所述滑槽缓冲仓出料端的矿料分离装置、设置在所述矿料分离装置出料端的矿料分选装置以及与所述矿料分离装置和矿料分选装置均连接的PLC控制器；所述矿料分离装置包括从左至右依次设置在所述滑槽缓冲仓出料端的第一传送带、第二传送带和第三传送带，所述第二传送带处设置第一接近传感器，称重装置和体积测量装置分别与PLC控制器连接，本发明特别适用于粒度80mm～300mm的块煤与块矸石的干法分选，也适用于井下大块矿料的分选，同时本发明也适用于其他有密度差矿料的分选。具有分选精度高、工艺路线简单、投资少、运行成本低的特点。

Description

一种矿料干法分选系统及方法

技术领域

本发明涉及一种矿料干法分选系统及方法，属于矿料分选技术领域。

背景技术

目前，煤炭等矿料的分选主要有水洗和干法二个方向。水洗以处理量大、精度高的优点仍为煤炭分选的主流，但是其存在工艺系统复杂、投资高、运行成本高、占地面积大、水资源消耗高等缺陷，干法分选具有不用水、工艺路线简单、投资少、运行成本低的特点，因此干法分选在缺水地区、易泥化煤、动力煤、褐煤、焦煤预排矸、矸石易泥化、化工用煤等分选领域有较广的市场空间。

国内外应用于工业生产的干法分选机，主要以九十年代中国专利 CN2101532、CN2314850中分别公开的复合式干法分选机为主，它是采用自生介质（入选原煤中所含细粒煤）与空气组成气固两相混合介质分选；借助机械振动使被分选矿料作螺旋翻滚运动，形成多次分选；利用振动力和上升气流的综合作用造成床层松散和矿粒按密度分层，并充分利用逐渐提高的床层矿料的密度所产生的颗粒相互作用的浮力效应而进行分选。该技术对煤炭水分有较高的要求（外水不能超过9%），分选矿料的颗粒上限一般为80mm。

中国专利 CN101637765、CN105499154为基于双γ和X射线识别的块煤煤矸自动分选技术，均采用在皮带机上对矿料进行识别，执行机构采用高压气吹除技术，主要存在识别粒度小（一般不超过100mm），双γ和X射线的识别方式对人体有害，生产设备需要采取屏蔽措施防止射线对人体的伤害，生产者需要办理放射源使用环保手续及年检手续。煤矸分离采用高压气吹除技术，功率消耗大，在对煤炭外水较小的块煤进行气吹时会产生较大的粉尘污染，影响工人工作环境。实际生产应用表明，上述两项专利为代表的块煤煤矸自动分选系统存在分选精度不高、处理矿料粒度不大、识别技术对人体有危害需要特殊防护措施、粉尘污染严重、系统装机功率高等缺点，与复合式干法分选机在分选粒度上有较大的重合，适应性不够强，适用范围不够广。

中国专利CN 106733684A为采用在线检测装置对矿料的种类进行判断、筛选并通过导料机构进行分离，但是其采用的复合式无辐射在线无损检测技术存在制造成本高、间隔输送存在一定难度的缺陷。

目前煤矿无法解决粒度80mm～300mm块煤的分选，只能采用人工手捡的方式，该工艺主要存在人工成本过高；漏拣率、误拣率高；劳动强度大，工作环境恶劣；人员素质参差不齐分拣效率低下；人员情绪波动直接影响分拣效率等缺陷。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种矿料干法分选系统，具有分选精度高、工艺路线简单、投资少、运行成本低的特点，替代目前煤矿普遍采用的人工手捡分选的工艺路线。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种矿料干法分选系统，包括振动给料机、设置在所述振动给料机出料端的滑槽缓冲仓、设置在所述滑槽缓冲仓出料端的矿料分离装置、设置在所述矿料分离装置出料端的矿料分选装置以及与所述矿料分离装置和矿料分选装置均连接的PLC控制器；

所述矿料分离装置包括从左至右依次设置在所述滑槽缓冲仓出料端的第一传送带、第二传送带和第三传送带，所述第二传送带处设置第一接近传感器，所述第二传送带下侧设置称重装置，所述第二传送带上方设置体积测量装置，所述称重装置和体积测量装置分别与PLC控制器连接。

进一步的，所述矿料分选装置包括倾斜设置在所述第三传送带出料端的轨道、设置在所述轨道上侧的第一分选口以及设置在所述第一分选口处的第一翻转分离装置。

进一步的，所述第一翻转分离装置包括通过第一电磁铁驱动且铰接设置在第一分选口一侧的第一上翻板、与所述第一上翻板呈夹角固定设置的第一下翻板，所述第一电磁铁和PLC控制器连接。

进一步的，所述轨道下侧设置第二分选口，所述第二分选口处设置第二翻转分离装置。

进一步的，所述第二翻转分离装置包括通过第二电磁铁驱动且铰接设置在第二分选口一侧的第二上翻板、与所述第二上翻板呈夹角固定设置的第二下翻板，所述第二电磁铁和PLC控制器连接。

进一步的，所述第一传送带速度设置为0.1-0.4m/s。

进一步的，所述第二传送带速度设置为0.5-1.5m/s。

利用矿料干法分选系统进行矿料干法分选方法，包括如下步骤：

步骤A、矿料分离：矿料在振动给料机内实现均匀逐粒按一定时间间隔往振动给料机出料端行进，并通过滑槽缓冲仓传输到第一传送带上，利用第二传送带和第一传送带之间的速度差实现矿料分离；

步骤B、矿料在线检测：第一接近传感器感应到信号后，将通过第二传送带的矿料经过称重装置的称重信号作为实时重量值存入内部寄存器，并与通过体积测量装置数字总线传来的体积值做在线矿料的密度计算，以该密度做为分选的依据，实现煤、中煤、矸石三级分选。

步骤C、矿料分选：根据矿料的属性，PLC控制器控制矿料分选装置将该粒矿料分选导向至与该矿料属性对应的工位。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明采用FPGA嵌入式技术对通过矿料进行高速三维重构，进而计算出矿料的体积值，并通过大数据分析的原理对计算出的矿料体积值进行基于几何特征的形状的在线修正，实现在线快速对任意物体体积精确测量，设置第一接近传感器，在第一接近传感器感应到信号时，将通过第二传送带的矿料经过称重装置的信号通过多种数字滤波、标定、线性修正、置零、去皮、将实时重量值存入内部寄存器，通过以上方式精确测量出体积和重量后，实现在线矿料的密度计算，该密度可做为分选的依据，密度值在1.2-1.5g/cm³的为煤，密度值在1.5-1.8g/cm³之间的为中煤，密度值在1.8g/cm³以上的为矸石， 采用此种方式实现煤、中煤、矸石三级分选，对比水洗法分选煤具有不用水、工艺路线简单、投资少、运行成本低的优点，对比传统干法选煤具有分选精度高、处理矿料粒度大、识别技术对人体无危害等优点。

本发明利用测量的体积和重量计算出矿料密度，并以此做为分选的依据，实现煤、中煤、矸石三级分选，通过第二传送带和第一传送带的速度差值将矿料之间进行分离，实现单块测量，称量的重量更为准确，体积测量装置可将分选数据存入内部寄存器并实现报表统计功能，功能更为全面，采用矿料分选装置对矿料进行机械分选，实现煤、中煤、矸石等高精度的无水分选，具有自动化程度高、工作效率高，节能效果佳的特点。

PLC控制器对测量的体积信息和重量信息进行收集测算，对比密度值，识别出矿料的属性是中煤时，通过PLC控制器给第一电磁铁发出指令，驱动第一翻转分离装置进行翻转，中煤从第一分选口落下，落下过程中，中煤带动第一翻转分离装置进行复位，当识别出矿料的属性是矸石是，PLC控制器发出指令给第二电磁铁，驱动第二翻转分离装置进行翻转，矸石从第二分选口落下，落下过程中，矸石带动第二翻转分离装置进行复位，煤沿着轨道下滑到收集煤的传送带上进行分离，快速高效精准的对三种矿料进行分离，具有结构合理，性能可靠的特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中，1、振动给料机，2、滑槽缓冲仓，3、第一传送带，4、第二传送带，5、第一接近传感器，6、称重装置，7、体积测量装置，8、轨道，9、第一分选口，10、第一上翻板，11、第一电磁铁，12、第一下翻板，13、第二分选口，14、第二电磁铁，15、第二上翻板，16、第二下翻板，17、第三传送带。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1所示，一种矿料干法分选系统，包括振动给料机1、设置在所述振动给料机1出料端的传输带2、设置在所述滑槽缓冲仓2出料端的矿料分离装置、设置在所述矿料分离装置出料端的矿料分选装置以及与所述矿料分离装置和矿料分选装置均连接的PLC控制器；振动给料机1的振动电机选用变频调速型有效调节矿料的给料量，在激振力的作用下，矿料被均匀的送向振动给料机1的出料端，所述滑槽缓冲仓2倾斜设置且一端与振动给料机1固定连接，滑槽缓冲仓2为振动给料过程提供缓冲供料作用，且随着振动给料机1不断振动防止物料互相卡壳和排成一路纵队，所述矿料分离装置包括从左至右依次设置在所述滑槽缓冲仓2出料端的第一传送带3、第二传送带4和第三传送带17，所述第一传送带、第二传送带4和第三传送带17可采用皮带式传送带、链板式传送带等带式传送带中的一种，所述第二传送带4处设置第一接近传感器5，所述第一接近传感器5型号采用BFT-40，第一接近传感器5与PLC控制器相连接，不同属性的矿料通过逐粒的在线检测获得一组重量数据和体积数据，各检测数据通过采集卡汇集到PLC控制器，所述PLC控制器型号采用S7-300，所述第二传送带4下侧设置称重装置6，所述称重装置6采用ICS-80型号的称重传感器，称重传感器设置在第二传送带4的两侧或者四个角处，称重数据更为精准，所述第二传送带4上方设置体积测量装置7，所述体积测量装置7为在第二传送带4上方以设定的位置和角度安装的两个相机，所述相机型号采用in-sight8000机器视觉系统，所述体积测量装置7建立了双相机立体视觉系统，利用线形激光对通过第二传送带上的任意形状的矿料进行照射并拍照，同时获取同一矿料的立体图像，采集数字图像，找到图像对中相对应的匹配点，再利用双目视觉成像原理，将图像像素点所对应的矿料的点的三维坐标计算出来，将这些三维坐标点通过构建以FPGA嵌入式技术高速进行三维重构，进而计算出矿料的体积值，并通过大数据分析的原理对计算出的矿料体积值进行基于几何特征的形状的在线修正，实现在线快速对任意物体体积精确测量，在第一接近传感器5感应到信号时，将通过第二传送带4的矿料经过称重装置6的称重信号通过数字滤波、标定、线性修正、置零、去皮、将实时重量值存入内部寄存器，通过以上方式精确测量出体积和重量后，实现矿料在线密度计算，该密度可做为分选的依据，分选数据还可存入内部寄存器可实现报表统计功能，计算出的密度值在1.2-1.5g/cm³的为煤，密度值在1.5-1.8g/cm³之间的为中煤，密度值在1.8g/cm³以上的为矸石， 采用此种方式实现煤、中煤、矸石三级分选，对比水洗法分选煤具有不用水、工艺路线简单、投资少、运行成本低的优点，对比传统干法选煤具有分选精度高、处理矿料粒度大、识别技术对人体无危害等优点。

所述矿料分选装置包括倾斜设置在所述第三传送带17出料端的轨道8、设置在所述轨道8上侧的第一分选口9以及设置在所述第一分选口9处的第一翻转分离装置，所述第一翻转分离装置包括通过第一电磁铁11驱动且铰接设置在第一分选口9一侧的第一上翻板10、与所述第一上翻板10呈夹角固定设置的第一下翻板12，所述第一电磁铁11和PLC控制器连接，所述第一电磁铁11和第二电磁铁14型号采用HZT-1240L，所述轨道8下侧设置第二分选口13，所述第二分选口13处设置第二翻转分离装置，所述第二翻转分离装置包括通过第二电磁铁14驱动且铰接设置在第二分选口13一侧的第二上翻板15、与所述第二上翻板15呈夹角固定设置的第二下翻板16，所述第二电磁铁14和PLC控制器连接，所述第一传送带3速度设置为0.1-0.4m/s，所述第二传送带4速度设置为0.5-1.5m/s，本发明首先通过振动给料机1的不断振动均匀给料，通过倾斜设置的滑槽缓冲仓2将矿料排队，然后通过第二传送带4和第一传送带3的速度差值将矿料之间进行完全分离，振动给料机1、滑槽缓冲仓2、第二传送带4和第一传送带3联合作用实现单块测量，称量的重量和体积更为准确，PLC控制器对采集测量到的体积和重量进行计算得出矿料密度，并以此做为分选的依据，配合控制矿料分选装置对矿料进行机械分选，实现煤、中煤、矸石的高精度无水分选，具有自动化程度高、工作效率高，节能效果佳的特点，PLC控制器可将分选数据存入内部寄存器并实现报表统计功能，功能更为全面。

工作过程如下：

PLC控制器对测量的体积信息和重量信息进行收集测算，对比密度值，识别出矿料的属性是中煤时，通过PLC控制器给第一电磁铁11发出指令，驱动第一翻转分离装置进行翻转，中煤从第一分选口9落下，落下过程中，中煤带动第一翻转分离装置进行复位，当识别出矿料的属性是矸石时，PLC控制器发出指令给第二电磁铁14，驱动第二翻转分离装置进行翻转，矸石从第二分选口13落下，落下过程中，矸石带动第二翻转分离装置进行复位，煤沿着轨道下滑到收集煤的传送带上进行分离，快速高效精准的对三种矿料进行分离，具有结构合理，性能可靠的特点。当中煤、矸石和煤的量有变化时，可以任意调整它们的次序，总体上以方便使用、减少设备损耗为基本原则。

本系统结构简单，操作使用方便，适应范围广，分选效率高，便于拆装、运输、安装，保证工作环境和大气不受粉尘污染，矿料识别采用无损无辐射的无水密度测量方式，保证了使用的安全性和环保性，应用价值极高，本分选方法不用水，节约水资源，节能环保，利国利民。

本系统可根据实际需要设置并列的多条分选线，分选线上设置独立的分选、分离、称重、体积测量装置由PLC控制器进行统一控制，提高分选效率，满足大型选矿厂生产需要。

利用矿料干法分选系统进行矿料干法分选方法，包括如下步骤：

步骤A、矿料分离：矿料在振动给料机1内实现均匀逐粒按一定时间间隔往振动给料机1出料端行进，并通过滑槽缓冲仓2传输到第一传送带3上，利用第二传送带4和第一传送带3之间的速度差实现矿料分离；

步骤B、矿料在线检测：第一接近传感器5感应到信号后，将通过第二传送带7的矿料经过称重装置6的信号通过多种数字滤波、标定、线性修正、置零、去皮、将实时重量值存入内部寄存器，并与通过体积测量装置7数字总线传来的体积值做在线矿料的密度计算，以该密度做为分选的依据，实现煤、中煤、矸石三级分选。

步骤C、矿料分选：根据矿料的属性，PLC控制器控制矿料分选装置将该粒矿料分选导向至与该矿料属性对应的工位。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下，对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种矿料干法分选系统，其特征在于：包括振动给料机（1）、设置在所述振动给料机（1）出料端的滑槽缓冲仓（2）、设置在所述滑槽缓冲仓（2）出料端的矿料分离装置、设置在所述矿料分离装置出料端的矿料分选装置以及与所述矿料分离装置和矿料分选装置均连接的PLC控制器；

所述矿料分离装置包括从左至右依次设置在所述滑槽缓冲仓（2）出料端的第一传送带（3）、第二传送带（4）和第三传送带（17），所述第二传送带（4）处设置第一接近传感器（5），所述第二传送带（4）下侧设置称重装置（6），所述第二传送带（4）上方设置体积测量装置（7），所述称重装置（6）和体积测量装置（7）分别与PLC控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种矿料干法分选系统，其特征在于，所述矿料分选装置包括倾斜设置在所述第三传送带（17）出料端的轨道（8）、设置在所述轨道（8）上侧的第一分选口（9）以及设置在所述第一分选口（9）处的第一翻转分离装置。

3.根据权利要求2所述的一种矿料干法分选系统，其特征在于，所述第一翻转分离装置包括通过第一电磁铁（11）驱动且铰接设置在第一分选口（9）一侧的第一上翻板（10）、与所述第一上翻板（10）呈夹角固定设置的第一下翻板（12），所述第一电磁铁（11）和PLC控制器连接。

4.根据权利要求3所述的一种矿料干法分选系统，其特征在于，所述轨道（8）下侧设置第二分选口（13），所述第二分选口（13）处设置第二翻转分离装置。

5.根据权利要求4所述的一种矿料干法分选系统，其特征在于，所述第二翻转分离装置包括通过第二电磁铁（14）驱动且铰接设置在第二分选口（13）一侧的第二上翻板（15）、与所述第二上翻板（15）呈夹角固定设置的第二下翻板（16），所述第二电磁铁（14）和PLC控制器连接。

6.根据权利要求1所述的一种矿料干法分选系统，其特征在于，所述第一传送带（3）速度设置为0.1-0.4m/s。

7.根据权利要求6所述的一种矿料干法分选系统，其特征在于，所述第二传送带（4）速度设置为0.5-1.5m/s。

8.一种利用权利要求1-7任一所述的矿料干法分选系统进行矿料干法分选方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A、矿料分离：矿料在振动给料机（1）内实现均匀逐粒按一定时间间隔往振动给料机（1）出料端行进，并通过滑槽缓冲仓（2）传输到第一传送带（3）上，利用第二传送带（4）和第一传送带（3）之间的速度差实现矿料分离；

步骤B、矿料在线检测：第一接近传感器（5）感应到信号后，将通过第二传送带（7）的矿料经过称重装置（6）进行称重，将实时重量值存入内部寄存器，并与通过体积测量装置（7）数字总线传来的体积值做在线矿料的密度计算，以该密度做为分选的依据，实现煤、中煤、矸石三级分选；

步骤C、矿料分选：根据矿料的属性，PLC控制器控制矿料分选装置将该粒矿料分选导向至与该矿料属性对应的工位。