CN110000109A - 一种x射线检测区分煤和矸石的方法及装置 - Google Patents

Abstract

基于X射线透射成像和双能X射线计算物质等效原子序数的特征，研发出一种区分矿石中杂质(比如煤块中矸石)的发明。可以实时对通过X射线检测的矿石进行成像分析，区分出杂质进行剔除。本发明包含X射线发射装置、X射线双能接收转换及数据采集传输装置、控制装置、主机及分析软件。

Description

一种x射线检测区分煤和矸石的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种x射线检测区分矿石中杂质(比如煤和矸石)的方法，以及应用于该方法的装置，实现检测区分矿石中的杂质(比如煤和矸石)，并将杂质剔除。

背景技术

洗选煤是利用煤与其它物质的不同物理、物理-化学性质，在选煤厂内用机械方法去除混在原煤中的杂质，把它分成不同质量、规格的产品，以适应不同用户的需求。煤中主要的杂质为矸石。

选煤方法分为湿法选煤和干法选煤，湿法选煤又有跳汰选煤法和重介选煤法。跳汰选煤是指在垂直脉动的介质中按颗粒密度差别进行选煤过程。跳汰选煤的介质是水或空气，个别的也用悬浮液。目前，选煤中以水力跳汰的最多。重介选煤是指在密度大于1g/cm^3的介质中，按颗粒密度的的大小差异进行选煤，选煤所用的重介质有重液和重选浮液两类。干法选煤法分为风选和射线选。风选又称气流分选，是基于固体颗粒在空气气流作用下，密度大的沉降末速度大，运动距离比较近；密度小的沉降末速度小，运动距离比较远的原理。此方法适用于颗粒的形状、尺寸相近的固体分选。射线法使用放射性同位素发出的双能γ射线，每一个通道配置一套双能γ射线源，射线传感器，控制仪表中的微处理器将射线信号依据煤矸石识别数学模型进行计算，得出此时穿过γ射线的物料的密度和权值，然后根据事先设定的权值阈值进行判断。干选法无需用水而实现煤与煤矸石的分离，使缺水地区、高寒地带建立洗煤厂成为可能。

1895年德国物理学家发现X射线后，首先被用到医学诊断上。在这一百多年当中，X射线在医学、安检、无损检测、工业探伤等领域中发挥了巨大作用。随着科技的进步，X线摄影经历了从最早的摄影干板到胶片/增感屏组合，到目前数字化X射线图像的各阶段的进步。二十世纪60年代末至70年代初以来，随着计算机与微电子技术的飞速发展，席卷全球的数字化技术和计算机网络与通信技术已经对X光影像设备产生广泛而深远的影响。

中国专利申请号CN201210045651.3提供了一种钢丝绳输送带x射线在线监测系统，该发明专利涉及一种钢丝绳芯输送带x射线在线监测系统由X射线发生器、X射线控制器和X射线探测接收器、图像采集卡、下位机、上位机以及供电电源等组成。所述X射线发生器和X射线控制器位于发射箱中，所述X射线探测接收器位于采集箱中，所述、下位机和供电电源位于控制箱中，所述图像采集卡在下位机的PCI插槽中，所述X射线控制器与下位机进行串口通讯，所述X射线探测接收器的输出接口与图像采集卡相连。该发明钢丝绳芯输送带x射线在线监测系统，可实现直观、高速的在线检测，并且利用图像处理技术，较准确地找到问题部位并加以记录报警，将较大程度地预防事故的发生，减少设备损毁、人员伤亡和停产，从而减少经济损失提高生产效率。

挑选煤矸石也可以人工手选，但是工作效率低，工人工作强度大，工作环境恶劣。目前大量使用还是机器挑选，但是湿法选煤设备庞大，工艺复杂，污染环境严重，风选法中也有同样的环境污染问题。使用双能γ射线进行筛选，γ射线源通过准直后成为点光源，只能计算出该点的密度和权值，而该点范围之外的部分无法知道，这就可能导致以偏概全的错分。另外γ射线源属于放射源，在使用的过程中要有专业的人员管理和维护，过了半衰期后需要专业公司回收深埋处理，这些都增加了使用单位的心理和运营负担。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种x射线对煤和矸石进行检测区分的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种x射线对煤和矸石进行检测区分的装置，用于区分煤和矸石并将杂质剔除。

本发明提供的一种x射线对煤和矸石进行检测区分的方法，利用 x射线透射成像，然后从图像中分割出每一块煤和矸石区域，再利用每个区域中的每个像素点的双能量X射线透射数据，将该像素点的等价原子序数计算出来，最后计算各个区域中煤和矸石的百分比含量，根据预先设定的阈值区分煤和矸石。

本发明提供的方法中，x射线装置发出扇形x射线，对煤及矸石进行照射成像，x射线装置是指能够将电能转为x射线，断电即无x 射线影响的装置。

本发明提供的方法中，x射线是指连续能谱的x射线，其透过被检物被双能探测器吸收，双能探测器包含低能探测器和高能探测器。

本发明提供的方法中，使用四色灯表示设备工作状态，即时提醒操作者当前设备的运行状态。

本发明提供的方法中，使用工业空调保障x射线装置连续工作，不会因为发热而导致过热保护。

本发明提供的方法中，使用计算机作为计算和控制核心，计算机通过网络获取双能量x射线透射数据，计算每个点的等价原子序数，分割x射线透射图像区域，发出各种控制命令。

为实现本发明提供的上述各种方法区分煤和矸石，本发明提供的一种x射线对煤和矸石进行检测区分的装置，包括

x射线装置，能够发出连续能谱的扇形x射线，其高压可根据煤矸石的大小进行适当调整；

控制箱，包括：控制按钮、强电分配板、开关电源、控制板。为整个装置提供电源，执行计算机的各种指令，并实时向计算机反馈各个部件的状态，通过串口与计算机相连接；

接收箱，其内安装双能量x射线探测器，双能探测板，及数据采集传输板，通过网线将数据传输至计算机；

计算机及附件，包括高性能主机、显示器、键盘和鼠标。整个装置的核心部件，完成数据计算，图像显示，指令控制等。通过RS232 与控制箱连接，通过网线与接收箱相连；

四色信号灯，通过电缆与控制箱连接，由控制箱中的控制板控制信号灯的开关；

运输皮带，以一定速度运载煤及煤矸石通过本装置，煤及煤矸石以约定要求分布于其上；

工业空调，出风口对着x射线装置，以保障x射线装置长时间连续工作；

整机支架及导光罩，本装置的各个部件以固定的方式和位置安装于整机支架上，导光罩用于限制x射线的发散，减少x射线对周围环境的影响。

本发明技术方案实现的有益效果：

本发明提供的一种x射线检测区分煤和矸石进行的方法，完全不同于现有的洗煤技术，完全避免了现有技术的环境污染和复杂的工艺流程，提高了洗煤的效率。使用四色信号灯表示设备运行状态，让操作人员随时准确掌握设备相关信息，及时做出准确的判断，避免信息滞后造成的麻烦。

用于本发明提供的一种x射线检测区分煤和矸石的装置，包括x 射线装置、控制箱、接收箱、计算机及附件、四色信号灯、运输皮带、工业空调和整机支架及导光罩。通过计算机的调配和控制将所有部件组合成一个协作的整体。

附图说明

图1为本发明对煤和矸石进行检测区分的装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

图1为本发明一种x射线检测区分煤和矸石的装置实施例的示意图。如图1所示，本发明提供的装置，包括x射线装置1，通过电缆与控制箱3相连，导光罩2将x射线装置1发出的x射线限制在一定范围内，计算机4通过串口电缆与控制箱3相连，通过网线与接收箱12相连，计算机4的附属设备包含显示器10及键盘鼠标11，四色灯7通过电缆与控制箱3相连，整体支架8是整个装置的支撑框架，工业空调9安装在x射线装置1附近，运输皮带6和被检物(煤及矸石)5位于x射线装置1和接收箱12之间。

本实施例中，计算机4作为整个系统的核心部件，担负着命令控制，数据采集，实时成像处理，区分煤和矸石区域，发出剔除指令等一系列的工作。控制箱3为整个系统提供所需电源，并执行计算机4 的指令，对四色信号灯7进行控制。x射线装置1通过电缆与控制箱3连接，而控制箱3接收和执行计算机4的控制指令。接收箱12将x 射线透射光转换为双能数字信号，并通过网线将该双能数字信号传输给接计算机4，计算机4得到数据后进行实时图像重建，并计算图像中煤和煤矸石位置。

本发明实施例提供的一种x射线检测区分煤和矸石的方法和装置，实现了不用任何介质和水区分煤和矸石的目的。

Claims (16)

1.一种x射线检测区分煤和矸石的方法，其特征在于利用x射线照射运输皮带上的煤和矸石，然后将透射的x射线转换为双能x射线图像，再计算各像素点等效原子序数，并对图像进行区域分割和识别，其中煤和矸石都可以定义为杂质，最后发出杂质剔除信号，同时使用四色信号灯表示各种状态。

2.根据权利要求1所述的一种x射线检测区分煤和矸石的方法，其特征在于所述x射线装置，发出连续能谱的扇形x射线。

3.根据权利要求1所述的一种x射线检测区分煤和矸石的方法，其特征在于双能x射线图像，该双能图像由高能和低能探测器分别转换而来，低能探测器接收低能谱段的x射线透射光，高能探测器接收高能谱段的x射线透射光。

4.根据权利要求1所述的一种x射线检测区分煤和矸石的方法，其特征在于所述像素点等效原子序数，等效原子序数表征了纯煤和纯矸石的混合比例关系，不同的等效原子序数对应着不同的煤或者煤矸石的含量比，等效原子序数是根据高低能数据计算得来。

5.根据权利要求1所述的一种x射线检测区分煤和矸石的方法，其特征在于所述杂质阈值，设定一个合理的等效原子序数范围为杂质阈值，在设定范围内的为杂质，在范围外的为保留物，或者设定阈值范围内的为保留物，范围外的为杂质。

6.根据权利要求1所述的一种x射线检测区分煤和矸石的方法，其特征在于所述图像区域分割，将图像中的每一块被检物分割为独立的一个区域。

7.根据权利要求1所述的一种x射线检测区分煤和矸石的方法，其特征在于所述图像区域内的杂质含量百分比，统计分割区域内杂质的像素数量，统计的杂质数量与该区域总像素的比值即为杂质百分比。

8.根据权利要求1所述的一种x射线检测区分煤和矸石的方法，其特征在于所述杂质百分比阈值，杂质百分比阈值为预设的一个合理的杂质含量百分比值范围，含量在这个范围内的杂质需要被剔除。

9.根据权利要求1所述的一种x射线检测区分煤和矸石的方法，其特征在于所述四色信号灯，红色表示射线开，绿色表示电源开，白色表示检测中，黄色表示检出杂质。

10.一种用于权利要求1所述的一种x射线检测区分煤和矸石的装置，其特征在于包括

x射线发生装置，能够发出合适的连续能谱的x射线，出射光束为扇形面；

接收箱，其内安装双能量x射线探测器，双能探测板和数据采集传输板；

计算机，通过网线与接收箱中的数据传输板相连；

控制箱，为上述所有部件提供所需电源，通过串口线与计算机相连，接收来自计算机的控制指令，并执行之；

四色状态信号灯，与控制箱电缆连接，红色表示射线开，黄色表示有杂质，绿色表示电源开，白色表示检测中。

整体支架及导光罩，整个装置的支撑框架，所有的部件都安装在支架上，传输皮带穿过x射线发生装置和接收箱之间。

11.根据权利要求10所述的一种x射线检测区分煤和矸石的装置，其特征在于所述的x射线发生装置，扇形出光束，能够将电能转换为连续能谱的x射线，高压和束流值可以调节。

12.根据权利要求10所述的一种x射线检测区分煤和矸石的装置，其特征在于所述的接收箱，接收箱内安装多个双能探测板，每个探测板上安装一定数量的双能探测器，双能探测板的数量与接收箱的长度成正比，而接收箱的长度需要保证运输皮带宽带方向上的检测没有盲区，接收箱组成了一个x射线的线阵相机，采集速率与运输皮带的速度匹配。

13.根据权利要求10所述的一种x射线检测区分煤和矸石的装置，其特征在于所述的计算机，计算机接收x射线数据，进行实时图像重建，并在显示器上实时显示，杂物识别后发出剔除指令。

14.根据权利要求10所述的一种x射线检测区分煤和矸石的装置，其特征在于所述的控制箱，控制箱有控制按钮，控制整个装置的上电、断电、启动检测和停止检测。

15.根据权利要求10所述的一种x射线检测区分煤和矸石的装置，其特征在于所述的四色状态信号灯，使用不同的颜色的灯区分不同的信号状态。

16.根据权利要求10所述的一种x射线检测区分煤和矸石的装置，其特征在于所述的整体支架及导光罩，传输皮带穿过x射线发生装置和接收箱之间。导光罩中心为空，扇形x射线束无阻挡通过，导光罩四壁贴防护铅板，阻挡x射线散射到周围。