CN111636874B - 一种微波辅助破碎岩石系统及其控制方法 - Google Patents

一种微波辅助破碎岩石系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种微波辅助破碎岩石系统及其控制方法，属于岩石破碎技术领域。所述微波辅助破碎岩石系统包括控制中心、电源供应模块、微波发生器、微型摄像头和裂纹测深探测仪，控制中心包括计算机、运动控制器一、运动控制器二和运动控制器三，计算机分别通过运动控制器一与微波发生器相连、通过运动控制器二与裂纹测深探测仪相连、通过运动控制器三与掘进机钻头电性连接，电源供应模块分别与微波发生器和微型摄像头电性连接，微型摄像头与计算机电性连接。所述微波辅助破碎岩石系统及其控制方法能够降低对岩石的扰动，根据岩石表面裂纹深度进行实时开采，提高了工作效率和加工精度，延长了掘进机钻头的使用寿命。

Description

一种微波辅助破碎岩石系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及岩石破碎技术领域，特别涉及一种微波辅助破碎岩石系统及其控制方法。
背景技术
随着科学技术的发展，煤炭行业正在寻找新的破碎岩石方法。对于一些软岩可以通过连续采煤机进行开采，而对于硬岩来说传统意义上的爆破开采还是占据主导地位。虽然爆破法在开采金属硬矿石领域具有效率高、技术成熟等优势，但是该方法存在对岩石扰动性较大，施工精度较低的劣势，易造成周边岩石破坏，存在支护困难、破碎岩石块度不均匀的问题。爆破法必须依靠钻孔、装药和爆破等多种工序操作，而且在装药和爆破过程实现机械化和自动化的难度较大。
发明内容
为了解决现有技术存在的传统破碎岩石方法对岩石扰动性大、施工精度低等技术问题，本发明提供了一种微波辅助破碎岩石系统及其控制方法，能够降低对岩石的扰动，根据岩石表面裂纹深度进行实时开采，提高了工作效率和加工精度，延长了掘进机钻头的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种微波辅助破碎岩石系统，设置于掘进机，所述微波辅助破碎岩石系统包括控制中心、电源供应模块、微波发生器、微型摄像头和裂纹测深探测仪；
所述控制中心包括计算机、运动控制器一、运动控制器二和运动控制器三，所述计算机分别与运动控制器一的输入端、运动控制器二的输入端以及运动控制器三的输入端电性连接，所述运动控制器一输出端与微波发生器输入端电性相连；所述运动控制器二输出端与裂纹测深探测仪输入端电性相连，所述裂纹测深探测仪的输出端与计算机的输入端电性连接；所述运动控制器三输出端与掘进机钻头电性相连；
所述电源供应模块的输出端分别与微波发生器的输入端和微型摄像头的输入端电性连接；所述微型摄像头的输出端与计算机的输入端电性连接。
进一步的，所述计算机通过信号发射器分别与运动控制器一的输入端、运动控制器二的输入端以及运动控制器三的输入端电性连接。
进一步的，所述电源供应模块包括直流电源和逆变器。
一种微波辅助破碎岩石系统的控制方法，用于上述微波辅助破碎岩石系统，包括如下步骤：
启动电源供应模块，微波发生器和微型摄像头同时开始工作，其中，微波发生器对金属岩石表面进行持续性照射；微型摄像头采集金属岩石表面照片，并将采集到的金属岩石表面照片传输给计算机，计算机通过视觉识别系统判断金属岩石表面照片是否存在裂纹；
如果金属岩石表面照片存在裂纹，则计算机通过运动控制器二控制裂纹测深探测仪工作，裂纹测深探测仪采集裂纹深度数据，并将采集到的数据发送给计算机，计算机通过设定的程序判断裂纹深度是否大于等于3cm，当裂纹深度大于等于3cm时，计算机通过运动控制器一控制微波发生器停止工作、通过运动控制器二控制裂纹测深探测仪停止工作、通过运动控制器三控制掘进机钻头开始工作，进行金属岩石的开采；
在开采过程中，如果视觉识别系统判断微型摄像头采集的金属岩石表面照片没有裂纹时，计算机通过运动控制器一控制微波发生器开始工作并通过运动控制器三控制掘进机钻头停止工作，直到视觉识别系统判断微型摄像头采集的金属岩石表面照片再次存在裂纹时，计算机通过运动控制器二控制裂纹测深探测仪开始工作，裂纹测深探测仪采集裂纹深度数据并将数据传输给计算机，重复上述步骤，直到金属岩石开采完毕，关闭电源供应模块。
进一步的，所述计算机通过运动控制器一控制微波发生器开始或者停止工作；计算机通过运动控制器二控制裂纹测深探测仪开始或者停止工作；计算机通过运动控制器三控制掘进机钻头开始或者停止工作。
本发明的有益效果：
1)本发明中对金属岩石表面进行微波照射，通过微型摄像头、计算机的视觉识别系统和裂纹测深探测仪判断金属岩石表面的裂纹以及裂纹破裂深度，加快了对金属岩石的实时开采，大大提搞了工作效率；
2)本发明中对金属岩石进行微波照射，在时间上微波加热操作可迅速加热和无惰性的随输出功率变化而改变，功率大、电场强度大、加热速度快；在效果上通过微波发生器对金属岩石进行照射，通过微型摄像头和裂纹测深探测仪发现岩石表面的破裂程度，并及时将信号传输给控制中心，再通过运动控制器三启动掘进机钻头对岩石进行实时开采，大大提高工作效率，同时也大大延长了钻头的使用寿命。
本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种微波辅助破碎岩石系统安装于掘进机的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种微波辅助破碎岩石系统的工作流程图；
图3是本发明实施例提供的金属岩石表面有裂纹时微波辅助破碎岩石系统工作流程图；
图4是本发明实施例提供的金属岩石表面无裂纹时微波辅助破碎岩石系统工作流程图；
图5是本发明实施例提供的视觉识别系统的工作流程图。
说明书附图中的附图标记包括：
1-微波发生器，2-微型摄像头，3-裂纹测深探测仪，4-掘进机钻头，5-掘进机摇臂。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
为了解决现有技术存在的问题，如图1至图5所示，本发明提供了一种微波辅助破碎岩石系统，安装在掘进机上，微波辅助破碎岩石系统包括控制中心(图中未示出)、电源供应模块(图中未示出)、微波发生器1、微型摄像头2和裂纹测深探测仪3；
控制中心包括计算机、运动控制器一、运动控制器二和运动控制器三，计算机分别与运动控制器一的输入端、运动控制器二的输入端以及运动控制器三的输入端电性连接，运动控制器一输出端与微波发生器1输入端电性相连；运动控制器二输出端与裂纹测深探测仪3输入端电性相连，裂纹测深探测仪3的输出端与计算机的输入端电性连接；运动控制器三输出端与掘进机钻头4电性相连；
电源供应模块的输出端分别与微波发生器1的输入端和微型摄像头2的输入端电性连接；微型摄像头2的输出端与计算机的输入端电性连接。
本实施例中，计算机通过信号发射器分别与运动控制器一的输入端、运动控制器二的输入端以及运动控制器三的输入端电性连接。运动控制器一、运动控制器二和运动控制器三均分别采用基于PC总线的以DSP或FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器，运动控制器一输出端通过主线束与微波发生器1输入端电性相连，计算机通过运动控制一控制微波发生器1是否对金属岩石表面进行照射；运动控制器二输出端通过主线束与裂纹测深探测仪3输入端电性相连，计算机根据金属岩石表面是否存在裂纹，通过运动控制器二控制裂纹测深探测仪3是否工作以采集金属岩石表面裂纹的深度数据，裂纹测深探测仪3的输出端通过主线束与计算机的输入端电性相连，裂纹测深探测仪3将采集到的深度数据传输给计算机，以进行裂纹深度判断，裂纹测深探测仪3安装在掘进机摇臂5；运动控制器三输出端通过主线束与掘进机钻头4输入端电性相连，计算机通过运动控制器三控制掘进机钻头4是否工作。
本实施例中，电源供应模块包括直流电源和逆变器，为系统供电，电源供应模块的输出端通过主线束与微波发生器1的输入端电性相连；电源供应模块的输出端通过主线束与微型摄像头2的输入端电性相连；微型摄像头2的输出端通过主线束与计算机的输入端电性相连，微型摄像头2在整个开采过程中，连续对微波发生器1照射的位置进行照片拍摄，并将采集到的照片实时传输给计算机，通过计算机内设的视觉识别系统将接收到的微型摄像头2拍摄的照片与视觉识别系统内设的模板匹配模型进行对比分析，其中，模板匹配模型是根据事先传入视觉识别系统的有裂纹的金属岩石表面照片和无裂纹的金属岩石表面照片设定的，视觉识别系统可采用现有技术。在实际工作中，根据开采位置的要求，设定微波发生器1照射位置和微型摄像头2拍摄位置，并通过掘进机钻头4进行开采。
如图2至图5所示，一种微波辅助破碎岩石系统的控制方法，用于上述微波辅助破碎岩石系统，包括如下步骤：
启动电源供应模块，微波发生器1和微型摄像头2同时开始工作，其中，微波发生器1对金属岩石表面进行持续性照射；微型摄像头2采集金属岩石表面照片，并将采集到的金属岩石表面照片传输给计算机，计算机通过视觉识别系统判断金属岩石表面照片是否存在裂纹；
如果金属岩石表面照片存在裂纹，则计算机通过运动控制器二控制裂纹测深探测仪3工作，裂纹测深探测仪3采集裂纹深度数据，并将采集到的数据发送给计算机，计算机通过设定的程序判断裂纹深度是否大于等于3cm，当裂纹深度大于等于3cm时，计算机通过运动控制器一控制微波发生器1停止工作、通过运动控制器二控制裂纹测深探测仪3停止工作、通过运动控制器三控制掘进机钻头4开始工作，进行金属岩石的开采；
在开采过程中，如果视觉识别系统判断微型摄像头2采集的金属岩石表面照片没有裂纹时，计算机通过运动控制器一控制微波发生器1开始工作并通过运动控制器三控制掘进机钻头4停止工作，直到视觉识别系统判断微型摄像头2采集的金属岩石表面照片再次存在裂纹时，计算机通过运动控制器二控制裂纹测深探测仪3开始工作，裂纹测深探测仪3采集裂纹深度数据并将数据传输给计算机，重复上述步骤，直到金属岩石开采完毕，关闭电源供应模块。
计算机通过运动控制器一控制微波发生器1开始或者停止工作；计算机通过运动控制器二控制裂纹测深探测仪3开始或者停止工作；计算机通过运动控制器三控制掘进机钻头4开始或者停止工作。
本实施例中，启动直流电源，直流电经过逆变器转化为交流电输出，为系统供电，微波发生器1和微型摄像头2同时开始工作，随着微波发生器1对金属岩石表面的持续性照射，微型摄像头2采集金属岩石表面照片，并传输给计算机的视觉识别系统，采用计算机视觉识别系统中的模板匹配模型，事先将金属岩石有裂纹的照片和无裂纹的照片存储在计算机视觉识别系统中，计算机视觉识别系统进行识别判断照片有无裂纹；如果金属岩石表面照片存在裂纹，计算机控制裂纹测深探测仪3工作，裂纹测深探测仪3采集裂纹深度数据，并传输给计算机，计算机通过设定的程序判断裂纹深度是否大于等于3cm，当裂纹深度大于等于3cm时，计算机同时控制微波发生器1停止工作、裂纹测深探测仪3停止工作、掘进机钻头4开始工作，进行金属岩石的开采；裂纹深度小于3cm时，一直保持微波发生器1照射；微型摄像头2在开采工作的全过程都进行照片采集，在开采过程中，如果视觉识别系统判断金属岩石表面没有裂纹时，计算机控制微波发生器1开始工作对岩石表面进行照射，同时控制掘进机钻头4停止开采工作，直到视觉识别系统判断金属岩石表面再次存在裂纹，计算机控制裂纹测深探测仪3开始采集裂纹深度数据并传输给计算机，计算机对裂纹深度进行判断，重复上述步骤，直到金属岩石开采完毕，关闭电源供应模块。
本发明中，微波是指频率为300MHz-3000MHz，是无线电波中一个有限频带，即波长在0.1毫米至1米之间的电磁波。微波频率比一般的无线频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收。微波由于加热不需要介质传热，穿透性较强、升温速度较快、过程易于控制，对金属岩石表面的扰动性较低，能够迅速使金属岩石的抗冲击性能迅速下降使微裂纹扩展。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种微波辅助破碎岩石系统的控制方法，微波辅助破碎岩石系统设置于掘进机，其特征在于，所述微波辅助破碎岩石系包括控制中心、电源供应模块、微波发生器、微型摄像头和裂纹测深探测仪；
所述控制中心包括计算机、运动控制器一、运动控制器二和运动控制器三，所述计算机分别与运动控制器一的输入端、运动控制器二的输入端以及运动控制器三的输入端电性连接，所述运动控制器一输出端与微波发生器输入端电性相连；所述运动控制器二输出端与裂纹测深探测仪输入端电性相连，所述裂纹测深探测仪的输出端与计算机的输入端电性连接；所述运动控制器三输出端与掘进机钻头电性相连；
所述电源供应模块的输出端分别与微波发生器的输入端和微型摄像头的输入端电性连接；所述微型摄像头的输出端与计算机的输入端电性连接；
所述微波辅助破碎岩石系统的控制方法，包括如下步骤：
启动电源供应模块，微波发生器和微型摄像头同时开始工作，其中，微波发生器对金属岩石表面进行持续性照射；微型摄像头采集金属岩石表面照片，并将采集到的金属岩石表面照片传输给计算机，计算机通过视觉识别系统判断金属岩石表面照片是否存在裂纹；
如果金属岩石表面照片存在裂纹，则计算机通过运动控制器二控制裂纹测深探测仪工作，裂纹测深探测仪采集裂纹深度数据，并将采集到的数据发送给计算机，计算机通过设定的程序判断裂纹深度是否大于等于3cm，当裂纹深度大于等于3cm时，计算机通过运动控制器一控制微波发生器停止工作、通过运动控制器二控制裂纹测深探测仪停止工作、通过运动控制器三控制掘进机钻头开始工作，进行金属岩石的开采；
在开采过程中，如果视觉识别系统判断微型摄像头采集的金属岩石表面照片没有裂纹时，计算机通过运动控制器一控制微波发生器开始工作并通过运动控制器三控制掘进机钻头停止工作，直到视觉识别系统判断微型摄像头采集的金属岩石表面照片再次存在裂纹时，计算机通过运动控制器二控制裂纹测深探测仪开始工作，裂纹测深探测仪采集裂纹深度数据并将数据传输给计算机，重复上述步骤，直到金属岩石开采完毕，关闭电源供应模块。
2.根据权利要求1所述的微波辅助破碎岩石系统的控制方法，其特征在于，所述计算机通过信号发射器分别与运动控制器一的输入端、运动控制器二的输入端以及运动控制器三的输入端电性连接。
3.根据权利要求1所述的微波辅助破碎岩石系统的控制方法，其特征在于，所述电源供应模块包括直流电源和逆变器。
4.根据权利要求1所述的微波辅助破碎岩石系统的控制方法，其特征在于，所述计算机通过运动控制器一控制微波发生器开始或者停止工作；计算机通过运动控制器二控制裂纹测深探测仪开始或者停止工作；计算机通过运动控制器三控制掘进机钻头开始或者停止工作。
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