CN112459843A - 一种基于热量检测的煤矸识别系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于热量检测的煤矸识别系统及方法，通过N组同方向并排设置的放顶煤液压支架的第n‑2个放煤口向位于下方的刮板运输机上排放煤岩混合物并运输，且依次经过各放顶煤液压支架的放煤口；通过化学喷雾装置，向当前位置的刮板运输机上的煤岩混合物喷洒化学试剂；通过红外热量检测装置检测所述煤岩混合物与所述化学试剂发生反应后的热信号并转换为电信号发送到控制器，控制器根据电信号控制对应的放煤口、化学喷雾装置、红外热量检测装置开闭，实现循环放煤和检测。本发明通过化学反应区分煤岩混合物，识别速度快、准确率高。
Description
技术领域
本发明涉及煤矸识别技术领域，特别是涉及一种基于热量检测的煤矸识别系统及方法。
背景技术
我国厚煤层储量丰富，综放开采技术是开采这类煤层的主要手段之一。目前综放开采仍普遍采用人工放煤方式，放煤的智能化是制约智能化综放开采的主要技术瓶颈。由于井下放煤环境存在照度低、电磁/振动信号干扰多等特点，虽然国内外对智能放煤进行了长期的探索，但目前为止尚未取得关键突破。目前现有的智能放煤技术要么利用率较低、识别准确率不高、要么因为井下的恶劣工程环境较难实现，除此之外降低原料成本也是一大难题。对于智能放顶煤技术的实现，首先要考虑其效率和效益，也就是说，放顶煤的过程中煤矸识别装置要精准迅速地对放出的矸石进行识别，并反馈给液压支架使其执行关闭或打开放煤口的操作，其次要考虑其经济合理性，要保证原料成本以及装置安装费用。
对于放顶煤智能煤矸识别技术，传统工艺大多采用物理方法(例如振动、图像等方法)，通过煤与矸石的物理性质差别进行区分，但由于煤和矸石同属于煤系地层，两者的物理性质一般较为接近；且受井下的照明程度低、粉尘大、电磁/振动信号干扰多等因素影响，传统物理方法识别准确率低、识别过程中极易形成误判，加之部分方法成本较高大都不易于在井下实施，因此有必要提供一种能够精确地实现煤矸识别的系统及方法。
发明内容
本发明提供了一种基于热量检测的煤矸识别系统及方法，能够通过化学反应区分煤岩混合物，识别速度快、准确率高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于热量检测的煤矸识别系统，所述煤矸识别系统包括：
N组同方向并排设置的放顶煤液压支架，通过放顶煤液压支架的放煤口向外排放煤岩混合物，且各所述放顶煤液压支架的下方为运输通道；N≥3；
刮板运输机，位于所述运输通道上，用于接收第n-2个放煤口排放的煤岩混合物并运输，且依次经过各放顶煤液压支架的放煤口；3≤n≤N；
N-1个化学喷雾装置，各化学喷雾装置分别位于除首个放顶煤液压支架以外的各放顶煤液压支架上，第n-2个化学喷雾装置用于向当前位置的所述刮板运输机运输的煤岩混合物喷洒化学试剂；
N-1个红外热量检测装置，各红外热量检测装置分别位于除首个放顶煤液压支架以外的各放顶煤液压支架上，第n-2个红外热量检测装置用于检测所述煤岩混合物与所述化学试剂发生化学反应后放出的热量，得到第n-2个热量值，根据所述热量值产生热信号并转化成电信号；
控制器，分别与各所述化学喷雾装置、各所述红外热量检测装置及各所述放顶煤液压支架连接，用于根据所述电信号控制第n-2个放煤口、第n-2个化学喷雾装置及第n-2个红外热量检测装置关闭，以及第n-1个放煤口、第n-1个化学喷雾装置、第n-1个红外热量检测装置打开。
可选地，各所述化学喷雾装置均包括：
进液管，与化学试剂存储装置连接，用于暂时盛放所述化学试剂；
喷嘴，与所述进液管连接，用于喷洒所述化学试剂；
电磁阀，设置在所述进液管上，且与所述控制器连接，用于在所述控制器的控制下控制所述化学试剂的喷洒。
可选地，所述喷嘴位于所述放顶煤液压支架内侧。
可选地，各所述红外热量检测装置均包括：
红外探测器，用于检测所述化学试剂与所述煤岩混合物反应是否放出热量及放出热量的大小；
信号处理器，分别与所述控制器、所述红外探测器连接，用于将所述红外探测器检测到的热信号转换为电信号并发送至所述控制器；
开关，分别与所述控制器、所述红外探测器连接，用于控制所述红外探测器电源信号接通或断开；
所述控制器还用于根据所述电信号通过所述开关控制所述红外探测器的通断。
可选地，所述红外探测器位于所述放顶煤液压支架内侧。
可选地，所述煤矸识别系统还包括：
延时器，与所述控制器连接，用于在第n-1个放顶煤液压支架打开第n-1个放煤口时延时触发所述控制器打开第n-1个红外热量检测装置。
可选地，所述延时器为时钟延时电路。
为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：
一种基于热量检测的煤矸识别方法，所述煤矸识别方法应用于上述基于热量检测的煤矸识别系统，所述煤矸识别方法包括：
通过控制器控制第1个放煤口开启并开始进行放煤；
3≤n≤N-1时，当所述煤岩混合物经所述刮板运输机运输到第n-1个放顶煤液压支架下方，通过第n-2个红外热量检测装置检测所述煤岩混合物和化学试剂放出的热量，获得第n-2个热量值，根据所述热量值产生热信号并转换成电信号；
所述控制器根据所述电信号，控制第n-2个放煤口关闭、第n-2个红外热量检测装置关闭及第n-2个化学喷雾装置关闭，并控制第n-1个放顶煤液压支架的放煤口开启、第n-1个红外热量检测装置开启、第n-1个化学喷雾装置开启；
n＝N时，第N个放煤口不放煤，所述控制器控制第N-1个放煤口关闭、第N-1个红外热量检测装置关闭、第N-1个化学喷雾装置关闭，放煤结束。
可选地，所述通过第n-2个红外热量检测装置检测所述煤岩混合物和化学试剂反应放出的热量，获得第n-2个热量值，根据所述热量值产生热信号并转换成电信号具体包括：
判断各所述顶煤液压支架的所述红外热量检测装置检测获得的热量值是否大于设定值；
当各所述顶煤液压支架的所述红外热量检测装置的红外探测器检测获得的热量值大于设定值时，所述红外探测器产生热信号并将所述热信号发送给信号处理器，所述信号处理器将所述热信号转化为电信号并传输给所述控制器，通过所述控制器控制所述第n-2个放顶煤液压支架的放煤口关闭、所述第n-2个红外热量检测装置的开关关闭及所述第n-2个化学喷雾装置的所述电磁阀关闭，并控制第n-1个放顶煤液压支架的放煤口开启、第n-1个红外热量检测装置的开关开启及第n-1个化学喷雾装置的所述电磁阀开启；
当所述红外热量检测装置检测获得的热量值小于设定值时，当前工作的放煤口就会一直放煤，直到所述红外热量检测装置检测到热量值大于设定值才停止放煤。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明中的基于热量检测的煤矸识别系统及方法，通过N(N≥3)组同方向并排设置的放顶煤液压支架的第n-2个(3≤n≤N)放煤口向位于下方运输通道的刮板运输机上排放煤岩混合物并运输，且依次经过各放顶煤液压支架的放煤口；通过化学喷雾装置，向当前位置的所述刮板运输机运输的煤岩混合物喷洒化学试剂；通过红外热量检测装置检测所述煤岩混合物与所述化学试剂发生反应后放出的热量值，产生热信号并转换为电信号发送到控制器，控制器根据电信号控制第n-2个放煤口、第n-2个化学喷雾装置、第n-2个红外热量检测装置关闭，以及第n-1个放煤口、第n-1个化学喷雾装置、第n-1个红外热量检测装置打开。通过化学反应区分煤岩混合物，识别速度快、准确率高。
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为本发明基于热量检测的煤矸识别系统的单个放顶煤液压支架装置示意图；
图2为本发明基于热量检测的煤矸识别系统的放煤口开闭示意图；
图3为本发明基于热量检测的煤矸识别系统实施例的工作情况示意图；
图4为本发明基于热量检测的煤矸识别系统的模块结构图；
图5为本发明基于热量检测的煤矸识别系统的化学喷雾装置模块图；
图6为本发明基于热量检测的煤矸识别系统的红外热量检测装置模块图；
图7为本发明基于热量检测的煤矸识别方法的流程图。
符号说明：
4-放顶煤液压支架，5-化学喷雾装置，51-喷嘴，52-进液管，53-电磁阀，6-红外热量检测装置，61-红外探测器，62-信号处理器，63-开关，7-控制器，8-刮板运输机，9-延时器；
a-放煤口关闭，b-放煤口开启；
c-放煤口关闭，d-放煤口开启，e-放煤口关闭、化学喷雾装置开启、红外热量检测装置开启。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
本发明的目的是提供一种基于热量检测的煤矸识别系统，通过化学反应区分煤岩混合物，识别速度快、准确率高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图4所示，本发明基于热量检测的煤矸识别系统包括：放顶煤液压支架4，化学喷雾装置5，红外热量检测装置6，控制器7，刮板运输机8。
具体地，N组同方向并排设置的放顶煤液压支架4通过放顶煤液压支架4的放煤口向外排放煤岩混合物，且各所述放顶煤液压支架4的下方为运输通道；N≥3；
所述刮板运输机8位于所述运输通道上，用于接收第n-2个放煤口排放的煤岩混合物并运输，且依次经过各放顶煤液压支架4的放煤口；3≤n≤N；所述刮板运输机8的运输速度为V0；
所述化学喷雾装置5的数量为N-1个，各化学喷雾装置5分别位于除首个放顶煤液压支架4以外的各放顶煤液压支架4上，第n-1个化学喷雾装置5用于向当前位置的所述刮板运输机8运输的煤岩混合物喷洒化学试剂；
所述红外热量检测装置6的数量为N-1个，各红外热量检测装置6分别位于除首个放顶煤液压支架4以外的各放顶煤液压支架4上，第n-1个红外热量检测装置6用于检测所述煤岩混合物与所述化学试剂发生化学反应后放出的热量，得到第n-1个热量值，根据所述热量值产生热信号并转化成电信号。其中，第1个放顶煤液压支架4不需要进行化学试剂的喷洒和热量检测，因此没有设置化学喷雾装置5和红外热量检测装置6。
控制器7分别与各所述化学喷雾装置5、各所述红外热量检测装置6及各所述放顶煤液压支架4连接，用于根据所述电信号控制第n-2个放煤口、第n-2个化学喷雾装置5、第n-2个红外热量检测装置6关闭，以及第n-1个放煤口、第n-1个化学喷雾装置5、第n-1个红外热量检测装置6打开。
进一步地，如图5所示，各所述化学喷雾装置均包括：进液管52，喷嘴51和电磁阀53。
所述进液管52与化学试剂存储装置连接，用于暂时盛放所述化学试剂；
所述喷嘴51与所述进液管52连接，用于喷洒所述化学试剂；
所述电磁阀53设置在所述进液管52上，且与所述控制器7连接，用于在所述控制器7的控制下控制所述化学试剂的喷洒。
为了实现更好的喷洒效果，所述喷嘴51位于所述放顶煤液压支架4内侧。
如图6所示，各所述红外热量检测装置6均包括：红外探测器61、信号处理器62和开关63。
所述红外探测器61用于检测所述化学试剂与所述煤岩混合物反应是否放出热量及放出热量的大小；
所述信号处理器62分别与所述控制器7、所述红外探测器61连接，用于将所述红外探测器61检测到的热信号转换为电信号并发送至所述控制器7；
所述开关63分别与所述控制器7、所述红外探测器61连接，用于控制所述红外探测器61电源信号接通或断开；
所述控制器7还用于根据所述电信号通过所述开关63控制所述红外探测器61的通断。
为了获得较好的检测效果，提高检测的准确度，所述红外探测器61位于所述放顶煤液压支架4内侧。
进一步地，如图4所示，所述基于热量检测的煤矸识别系统还包括：延时器9。
所述延时器9与所述控制器7连接，用于在第n-1个放顶煤液压支架4打开第n-1个放煤口时延时触发所述控制器7打开第n-1个放顶煤液压支架4的红外热量检测装置6。
所述控制器7还用于在放煤口打开时触发所述延时器9发送延时信号，并接收所述延时信号，进而延时触发所述红外热量检测装置6打开。
优选的，所述延时器9为时钟延时电路。
通过获得所述后刮板运输机8的运动速度V0、第n-2个放煤口与第n个放煤口的间距X0，计算T0＝X0/V0，获得一个延时信号T0，由此设定时钟延时信号T0。根据所述延时信号延时T0触发所述控制器7打开第n个放顶煤液压支架4的所述第n-1个红外热量检测装置6，从而保证第n-2个放煤口放出的所述煤岩混合物经第n-2个红外热量检测装置检测后，已经通过第n个放顶煤液压支架4下方位置，避免第n-2个放煤口放出的所述煤岩混合物未及时被所述刮板运输机8运走，造成第n-1个红外热量检测装置6打开后重复检测导致误判。
具体地，在本发明实施例中，所述放顶煤液压支架4包括：
顶梁，用于支撑和维护顶板；
立柱，用于支撑顶梁、调节工作面的高度；
尾梁，用于承载前移垮落的顶煤及顶板；
尾梁千斤顶，用于支撑和调节所述尾梁的活动；
放煤板，用于实现放煤口的开闭；
放煤板千斤顶，分别与所述放煤板、所述控制器7连接，用于支撑和调节所述放煤板的活动进而控制所述放煤口的开闭。
优选地，在本发明的实施例中，所述化学喷雾装置5、所述红外热量检测装置6均位于所述尾梁内侧。
所述化学喷雾装置5向所述煤岩混合物喷洒化学试剂时，由于所述化学试剂(以氢氧化钠溶液为例)与煤在常温下不发生反应，而与矸石(以砂岩为例，其主要成分为SiO2和Al2O3)在常温下存在如下化学反应：
2NaOH+SiO2＝Na2SiO3+H2O ΔH＜0
2NaOH+Al2O3＝2NaAlO2+H2O ΔH＜0
以上两个反应均为放热反应，在放煤过程中所述刮板输送机8上一旦出现矸石，与化学试剂发生反应后放出热量达到设定值，会立即被第n-1放顶煤液压支架4上的所述红外热量检测装置6检测到。
进一步地，基于上述提供的煤矸识别系统，本发明还提供了一种具有识别速度快、准确率高等特点的基于热量检测的煤矸识别方法，能够通过化学反应区分煤岩混合物。如图7所示，本发明提供的基于热量检测的煤矸识别方法包括：
通过控制器控制第1个放煤口开启并开始进行放煤；
3≤n<N时，当所述煤岩混合物经所述刮板运输机运输到第n-1个放顶煤液压支架下方，通过第n-2个红外热量检测装置检测所述煤岩混合物和化学试剂放出的热量，获得第n-2个热量值，根据所述热量值产生热信号并转换成电信号；
所述控制器根据所述电信号，控制第n-2个放煤口关闭、第n-2个红外热量检测装置关闭及第n-2个化学喷雾装置关闭，并控制第n-1个放顶煤液压支架的放煤口开启、第n-1个红外热量检测装置开启、第n-1个化学喷雾装置开启。
n＝N时，第N个放煤口不放煤，所述控制器控制第N-1个放煤口关闭、第N-1个红外热量检测装置关闭、第N-1个化学喷雾装置关闭，放煤结束。
进一步地，所述通过第n-2个红外热量检测装置检测所述煤岩混合物和化学试剂反应放出的热量，获得第n-2个热量值，根据所述热量值产生热信号并转换成电信号具体包括：
判断各所述顶煤液压支架的所述红外热量检测装置检测获得的热量值是否大于设定值；
当各所述顶煤液压支架的所述红外热量检测装置的红外探测器检测获得的热量值大于设定值时，所述红外探测器产生热信号并将所述热信号发送给信号处理器，所述信号处理器将所述热信号转化为电信号并传输给所述控制器，通过所述控制器控制所述第n-2个放顶煤液压支架的放煤口关闭、所述第n-2个红外热量检测装置的开关关闭及所述第n-2个化学喷雾装置的所述电磁阀关闭，并控制第n-1个放顶煤液压支架的放煤口开启、第n-1个红外热量检测装置的开关开启及第n-1个化学喷雾装置的所述电磁阀开启；
当所述红外热量检测装置检测获得的热量值小于设定值时，当前工作的放煤口就会一直放煤，直到所述红外热量检测装置检测到热量值大于设定值才停止放煤。
进一步地，为了获得更精确的检测效果，当第n-1个放顶煤液压支架打开第n-1个放煤口时会延时T0时间段后打开所述第n-1个红外热量检测装置。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种基于热量检测的煤矸识别系统，其特征在于，所述煤矸识别系统包括：
N组同方向并排设置的放顶煤液压支架，通过放顶煤液压支架的放煤口向外排放煤岩混合物，且各所述放顶煤液压支架的下方为运输通道；N≥3；
刮板运输机，位于所述运输通道上，用于接收第n-2个放煤口排放的煤岩混合物并运输，且依次经过各放顶煤液压支架的放煤口；3≤n≤N；
N-1个化学喷雾装置，各化学喷雾装置分别位于除首个放顶煤液压支架以外的各放顶煤液压支架上，第n-2个化学喷雾装置用于向当前位置的所述刮板运输机运输的煤岩混合物喷洒化学试剂；
N-1个红外热量检测装置，各红外热量检测装置分别位于除首个放顶煤液压支架以外的各放顶煤液压支架上，第n-2个红外热量检测装置用于检测所述煤岩混合物与所述化学试剂发生化学反应后放出的热量，得到第n-2个热量值，根据所述热量值产生热信号并转化成电信号；
控制器，分别与各所述化学喷雾装置、各所述红外热量检测装置及各所述放顶煤液压支架连接，用于根据所述电信号控制第n-2个放煤口、第n-2个化学喷雾装置及第n-2个红外热量检测装置关闭，以及第n-1个放煤口、第n-1个化学喷雾装置、第n-1个红外热量检测装置打开。
2.根据权利要求1所述的基于热量检测的煤矸识别系统，其特征在于，各所述化学喷雾装置均包括：
进液管，与化学试剂存储装置连接，用于暂时盛放所述化学试剂；
喷嘴，与所述进液管连接，用于喷洒所述化学试剂；
电磁阀，设置在所述进液管上，且与所述控制器连接，用于在所述控制器的控制下控制所述化学试剂的喷洒。
3.根据权利要求2所述的基于热量检测的煤矸识别系统，其特征在于，所述喷嘴位于所述放顶煤液压支架内侧。
4.根据权利要求1所述的基于热量检测的煤矸识别系统，其特征在于，各所述红外热量检测装置均包括：
红外探测器，用于检测所述化学试剂与所述煤岩混合物反应是否放出热量及放出热量的大小；
信号处理器，分别与所述控制器、所述红外探测器连接，用于将所述红外探测器检测到的热信号转换为电信号并发送至所述控制器；
开关，分别与所述控制器、所述红外探测器连接，用于控制所述红外探测器电源信号接通或断开；
所述控制器还用于根据所述电信号通过所述开关控制所述红外探测器的通断。
5.根据权利要求1所述的基于热量检测的煤矸识别系统，其特征在于，所述红外探测器位于所述放顶煤液压支架内侧。
6.根据权利要求1所述的基于热量检测的煤矸识别系统，其特征在于，所述煤矸识别系统还包括：
延时器，与所述控制器连接，用于在第n-1个放顶煤液压支架打开第n-1个放煤口时延时触发所述控制器打开第n-1个红外热量检测装置。
7.根据权利要求6所述的基于热量检测的煤矸识别系统，其特征在于，所述延时器为时钟延时电路。
8.一种基于热量检测的煤矸识别方法，其特征在于，所述煤矸识别方法应用于权利要求1-7中任一项所述的基于热量检测的煤矸识别系统，所述煤矸识别方法包括：
通过控制器控制第1个放煤口开启并开始进行放煤；3≤n<N时，当所述煤岩混合物经所述刮板运输机运输到第n-1个放顶煤液压支架下方，通过第n-2个红外热量检测装置检测所述煤岩混合物和化学试剂放出的热量，获得第n-2个热量值，根据所述热量值产生热信号并转换成电信号；
所述控制器根据所述电信号，控制第n-2个放煤口关闭、第n-2个红外热量检测装置关闭及第n-2个化学喷雾装置关闭，并控制第n-1个放顶煤液压支架的放煤口开启、第n-1个红外热量检测装置开启、第n-1个化学喷雾装置开启；
n＝N时，第N个放煤口不放煤，所述控制器控制第N-1个放煤口关闭、第N-1个红外热量检测装置关闭、第N-1个化学喷雾装置关闭，放煤结束。
9.根据权利要求8所述的基于热量检测的煤矸识别方法，其特征在于，通过第n-2个红外热量检测装置检测所述煤岩混合物和化学试剂反应放出的热量，获得第n-2个热量值，根据所述热量值产生热信号并转换成电信号具体包括：
判断各所述顶煤液压支架的所述红外热量检测装置检测获得的热量值是否大于设定值；
当各所述顶煤液压支架的所述红外热量检测装置的红外探测器检测获得的热量值大于设定值时，所述红外探测器产生热信号并将所述热信号发送给信号处理器，所述信号处理器将所述热信号转化为电信号并传输给所述控制器，通过所述控制器控制所述第n-2个放顶煤液压支架的放煤口关闭、所述第n-2个红外热量检测装置的开关关闭及所述第n-2个化学喷雾装置的所述电磁阀关闭，并控制第n-1个放顶煤液压支架的放煤口开启、第n-1个红外热量检测装置的开关开启及第n-1个化学喷雾装置的所述电磁阀开启；
当所述红外热量检测装置检测获得的热量值小于设定值时，当前工作的放煤口就会一直放煤，直到所述红外热量检测装置检测到热量值大于设定值才停止放煤。
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