CN113000409A - 一种井下煤矸石分级高精度智能分选系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下煤矸石分级高精度智能分选系统，涉及煤矸分选领域。本发明包括整列喂料装置、第一皮带输送装置、降温除尘装置、升温分级装置、第二皮带输送装置、红外识别装置、智能分拣中枢、煤矸分离装置。采出原煤经整列后由皮带输送先后经历降温除尘、升温分级之后进行红外识别，在智能分拣中枢和煤矸分离装置作用下进行煤矸分选，且上述各装置均可进行拆卸重组，受环境影响小、安装拆卸简单、识别精度高、井下适应性强，优化了选煤工艺，减小了硐室占用面积，同时分选矸石可直接井下回填，提高了煤矸分选效率并有效节约了生产成本，减少了工艺浪费。
Description
技术领域
本发明属于煤矸分选技术领域，特别是涉及一种井下煤矸石分级高精度智能分选系统及方法。
背景技术
原煤中矸石的存在，影响了开采煤炭的品质，增加了煤炭的运输成本；传统的煤矸分选方法主要分为湿选和干选两种方式，通过将原煤运输至地面洗选厂进行相关筛分工作，筛选出其中的碎煤和矸石杂质，部分充填矿井还需将筛选出的矸石二次破碎后进行回填；该作业方法工序复杂，步骤繁琐，极大的影响了煤矿的实际产能。
随着绿色开采技术的发展，部分矿区开始将煤矸分选地点转移至井下，重介质选煤法、动筛跳汰法等已经在井下取得初步应用，但是其工艺过程复杂、设备占地面积大、需要另建硐室；除此之外，近年来新兴的煤矸识别方法如：雷达探测、电磁波探测、图像识别等得到一定应用，但煤矿井下实际开采环境复杂，工作环境恶劣，上述煤矸识别方式均易受到外界环境干扰，装置适应性差，实际工作中识别精度不高，极易发生误判、漏判等情况，分选矸石不彻底，遗漏矸石较多。
因此，为改善甚至解决上述问题需要研制一种可靠、高效、高精度的井下源头煤矸石分级智能分选系统及方法。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，提高井下煤矸分选的精度，本发明的目的在于克服现有煤矸分选系统及方法的不足，提供一种工艺流程简单、适用性强、分选效率高、能够精确识别煤矸石的一种井下煤矸石分级高精度智能分选系统及方法。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种井下煤矸石分级高精度智能分选系统，所述系统主要包括整列喂料装置、第一皮带输送装置、降温除尘装置、升温分级装置、第二皮带输送装置、红外采集装置、智能分拣中枢、煤矸分离装置。
所述整列喂料装置连接第一皮带输送装置，用于将工作面采出原煤，尽可能的平铺展开；
所述第一皮带输送装置连接升温分级装置，且上设有降温除尘装置，用于将整列后原煤依次过渡至降温除尘、升温分级装置内；
所述降温除尘装置为两侧开口的箱体结构，箱体顶部预设有两个喷洒装置，每个喷洒装置下端连接四个喷头，且喷洒装置下端可带动喷头自动旋转，以使喷洒效果均匀且覆盖范围更广，用于将工作面采出后原煤降至同一温度，避免因采煤机械碰撞摩擦引起的局部煤或矸石高温造成误判，同时减少运输扬尘；
所述升温分级装置连接第一、第二皮带输送装置，用于将降温后原煤按粒级筛分后重新加热，依据煤矸石热容差异，使开采原煤加热相同时间后温度上升幅度不同，升温分级装置由上、中、下三部分组成，上部为两端开口箱体且箱体顶部依次安装有两个半球形卤素光照灯源，中部为自旋式可替换圆柱钢管，钢管内嵌有恒温加热灯柱，各钢管按所需粒度级别等间距排列，当原煤块度大小低于预设粒度级别时进入下部，下部内设煤粉筛分装置，该装置底部为一倾斜布置滤网，下接可伸缩弹簧，装置外壁安装震动机带动煤粉筛分装置做水平震动，筛分后煤粉进入底部煤粉仓，余下碎煤及矸石顺滤网溜入下级处理装置；
所述第二皮带输送装置与升温分级装置相连，上设有煤矸分离装置，用于将升温处理后原煤送至煤矸识别区域而后进行分选；
所述红外采集装置与智能分拣中枢相连，布置于煤矸分离装置上部，用于收集煤矸红外信号；
所述智能分拣中枢包括红外信号处理单元、煤矸识别单元、分拣控制单元；
所述红外信号处理单元连接红外摄像头，用于将红外样本数据进行滤波、去噪和坐标定位；所述煤矸识别单元连接红外信号处理单元，用于将处理后样本数据进行预测识别并传输至分拣控制单元；所述分拣控制单元连接煤矸分离装置，用于依据识别结果进行煤矸分离；
所述煤矸分离装置包括机械手臂和矸石滑槽，筛分后矸石由机械手臂抓取进入矸石滑槽，后输送至工作面采空区进行破碎充填。
进一步地，根据本发明所述煤矸分选系统，所述升温分级装置上部卤素光照灯源及中部恒温加热灯柱所施加热源温度控制在35℃，温度波动正负0.5℃，自旋式可替换钢管间距根据所需粒度级别可进行微调，针对原煤若无需粒度分级，则可将自旋式可替换钢管间距设为0cm。
进一步地，根据本发明所述煤矸分选系统，所述智能分拣中枢位于防爆金属壳内，安装于第二输送装置机械手臂上方，所述红外摄像头左右对称布置于防爆金属壳内，视角范围呈交叉布置聚焦第二输送装置原煤入口，所述金属防爆外壳红外摄像头正对煤矸对象处布置两面透视窗。
进一步地，根据本发明所述煤矸分选系统，所述煤矸识别单元为自行研制红外识别软件，针对升温后煤矸石温度差异进行识别。
进一步地，根据本发明所述煤矸分选系统，所述机械手臂由智能分拣中枢内分拣控制单元控制，若为精煤则不启动机械手臂使其平稳过渡至下一皮带输送进入煤仓提升出井，若为矸石则由机械手臂抓取至矸石滑槽进入二次输送装置，处理后回填采空区。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明原煤进行红外识别之前，历经降温、升温二次作用过程，降温过程将整列装置所输入原煤降至同一温度，减少因采煤机械碰撞摩擦引起的局部煤或矸石高温导致初始温度误差；升温分级装置采用上部卤素光照灯源、中部恒温加热灯柱双向热源，且原煤在自旋式钢管运动下翻滚前进，使原煤块体均匀受热，避免因原煤形状不规则或红外识别视角差异产生的二次误差；红外识别过程中，采用双摄像交叉识别，分拣控制单元作用前二次甄别进一步减少装置误差；该发明在井下工作过程中受环境影响较小，极大限度的减小了工作面开采过程中粉尘、光源、噪音等限制因素对煤岩识别结果的影响，从而达到高精度识别的目的。
2、本发明升温分级装置中部自旋式受热钢管间距可按照筛选粒度需要进行调节，筛选粒度之上原煤进入第二运输装置，筛选粒度之下原煤进入煤粉筛分装置进行二次筛选，煤粉进入底部煤粉仓，碎煤及小块矸石顺滤网溜入下级处理装置，进行采空区回填或二次分选。
3、本发明所述整列喂料装置、降温除尘装置、升温分级装置、红外识别装置、智能分拣中枢、煤矸分离装置均可进行拆卸重组，拆装方便，适用性强，可在井下实现煤矸分选的整个作业流程。相比于跳汰机、重介旋流器等，优化了选煤工艺，减小了硐室占用面积，同时分选矸石可直接井下回填，提高了煤矸分选效率并有效节约了生产成本，减少了工艺浪费。
附图说明
图1为本发明提供的井下煤矸石分级高精度智能分选系统结构示意图；
图2为本发明提供的所有两侧开口箱体框架安装结构示意图；
图3为本发明提供的升温分级装置中部结构示意图；
图4为本发明提供的井下煤矸石分级高精度智能分选系统工作流程图；
图中：1—整列喂料装置；2—第一皮带输送装置；3—降温除尘装置；4—升温分级装置；5—第二皮带输送装置；6—红外识别装置；7—智能分拣中枢；8—煤矸分离装置；9—主动滚筒；10—从动滚筒；11—输送带；12—护罩；13—水平杆；14—竖直杆；15—螺栓；16—护板；17—喷洒装置；18—喷头；19—水箱；20—护帮板；21—卤素光照灯源；22—自旋式可替换圆柱钢管；23—恒温加热灯柱；24—自旋式钢管接口；25—环形卡尺结构；26—煤粉筛分装置；27—滤网；28—挡板；29—可伸缩弹簧；30—震动机；31—煤粉仓；32—防爆箱体；33—红外摄像头；34—机械手臂；35—矸石滑槽。
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，本领域的普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“中”、“下”、“顶部”、“底部”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。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，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。
如图1所示，所述井下煤矸石分级高精度智能分选系统，包括整列喂料装置1、第一皮带输送装置2、降温除尘装置3、升温分级装置4、第二皮带输送装置5、红外识别装置6、智能分拣中枢7、煤矸分离装置8；
整列喂料装置1布置于第一皮带输送装置2一端，由进料口、出料口、整列滑槽、金属外壳组合而成，便于人们拆卸安装，用于将工作面所采出原煤，尽可能的平铺展开，避免物料出现堆叠；
第一皮带输送装置2由主动滚筒9、从动滚筒10、输送带11和框架组成，第一皮带输送装置2与升温分级装置4相连处设有护罩12，防止热源长时间接触对皮带损坏；
降温除尘装置3箱体框架结构由两组水平杆13和四根竖直杆14通过螺栓15连接而成，安装于第一皮带输送装置上方，外接三块护板16，箱体顶部护板内壁预设有两个喷洒装置17，每个喷洒装置下端连接四个喷头18，且喷洒装置17下端可带动喷头18自动旋转，用于将工作面采出后原煤降至同一温度，避免因采煤机械碰撞摩擦引起的局部煤或矸石高温造成误判，同时减少运输扬尘，整套喷洒系统由第一输送装置底部水箱19供给水源；
升温分级装置4按照层位关系分为上、中、下三部分，均可单独拆卸，上部为两端开口箱体，箱体框架结构由两组水平杆13和四根竖直杆14通过螺栓15连接而成，通过螺栓安装于升温分级装置中部两侧护帮板20上方，外接三块护板16，且箱体顶部护板内壁依次安装有两个半球形卤素光照灯源21，中部为自旋式可替换圆柱钢管22，钢管内嵌有恒温加热灯柱23，中部两帮设有护帮板20防止煤矸石运移过程中翻滚掉落，护帮板下侧预留自旋式钢管接口24，接口为上下两排卡尺结构，自旋式可替换圆柱钢管22两端为环形卡尺结构25，各钢管按设置粒度级别等间距排列，通过两帮护帮板20连接为一体，当原煤块度大小低于预设粒度级别时进入下部，下部为箱体外壳，内设煤粉筛分装置26，该装置底部为一倾斜布置滤网27，滤网四周外接挡板28，下接可伸缩弹簧29，靠近第一输送装置一侧挡板外壁安装震动机30带动煤粉筛分装置26做水平震动，筛分后煤粉进入底部煤粉仓31，余下碎煤及矸石顺滤网27溜入下级处理装置；
第二皮带输送装置5与升温分级装置4相连，上设有煤矸分离装置8，用于将升温处理后原煤送至煤矸识别区域而后进行分选；
红外识别装置6与智能分拣中枢7相连，共同布置于防爆箱体32内部，箱体内前半部分为左右两个区域，左右区域独立，分别布置一个红外摄像头33，防爆外壳面向煤矸对象一面左右分别设置一透视窗，智能分拣中枢7布置于箱体后部，整个箱体结构通过螺栓与煤矸分离装置8上部连接，用于识别煤矸红外图像；
所述智能分拣中枢包括红外信号处理单元、煤矸识别单元、分拣控制单元；
所述红外信号处理单元连接红外摄像头33，用于将红外样本数据进行滤波、去噪和坐标定位；所述煤矸识别单元连接红外信号处理单元，用于将处理后样本数据进行预测识别并传输至分拣控制单元；所述分拣控制单元连接煤矸分离装置8，用于依据识别结果进行煤矸分离；
所述煤矸分离装置框架由四根竖直杆14和两组水平杆13通过螺栓15连接而成，由螺栓固定于第二输送装置上部，框架内接有一组机械手臂34，底部与第二输送装置5皮带相连处一侧连接一矸石滑槽35，筛分后矸石由机械手臂34抓取进入矸石滑槽35，后输送至工作面采空区进行破碎充填。
一种井下煤矸石分级高精度智能分选系统的实施方法，利用上述分选系统，主要包括如下步骤:
S1.原煤整列：装置启动，整列喂料装置将工作面采出原煤经整列平铺后输送至第一皮带输送装置，防止物料堆叠。
S2.样本降温：整列后原煤输送至降温装置，喷洒装置洒水降温除尘，使原煤温度处于同一水平，避免因采煤机械摩擦碰撞而导致的煤或矸石局部高温。
S3.升温分级：降温后原煤进入升温分级装置，设置筛选粒度之上原煤加温后送入第二输送装置，筛选粒度之下碎煤或矸石进入下部煤粉筛分装置，筛分煤粉由底部煤粉仓收集，余下碎煤或矸石进入下级处理，若碎煤粒度太小无收集必要则随矸石一起运回工作面直接充填采空区，若设置粒度较大，则将碎煤和矸石利用湿法分选后收集碎煤，余下矸石充填。
S4.识别预测：红外摄像头对设别区域内煤矸样本进行拍摄，样本数据输送至红外信号处理单元进行滤波、降噪和坐标定位，并将输出结果转入煤矸识别单元进行处理及煤矸识别，得出预测结果，由原划分坐标及皮带输送速度预判目标到达煤矸分拣装置下部时间。
S5.煤矸分选：预测结果输入分拣控制单元，控制机械手臂根据预判结果进行煤矸分选，抓取后矸石进入矸石滑槽，后续处理后充填采空区，余下精煤随皮带输送进入煤仓提升出井。
以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种井下煤矸石分级高精度智能分选系统，其特征在于：所述系统主要包括整列喂料装置、第一皮带输送装置、降温除尘装置、升温分级装置、第二皮带输送装置、红外识别装置、智能分拣中枢、煤矸分离装置；
所述降温除尘装置为两侧开口的箱体结构，箱体顶部预设有两个喷洒装置，每个喷洒装置下端连接四个喷头，且喷洒装置下端可带动喷头自动旋转；
所述升温分级装置由上、中、下三部分组成，上部为两端开口箱体且箱体顶部依次安装有两个半球形卤素光照灯源，中部为自旋式可替换圆柱钢管，钢管内嵌有恒温加热灯柱，下部内设煤粉筛分装置；
所述第二皮带输送装置与升温分级装置相连，上设有煤矸分离装置，用于将升温处理后原煤送至煤矸识别区域而后进行分选；
所述红外识别装置与智能分拣中枢相连，布置于煤矸分离装置上部，用于识别煤矸红外图像；
所述智能分拣中枢包括红外信号处理单元、煤矸识别单元、分拣控制单元；
所述煤矸分离装置包括机械手臂和矸石滑槽，筛分后矸石由机械手臂抓取进入矸石滑槽，后输送至工作面采空区进行破碎充填。
2.根据权利要求1所述的一种井下煤矸石分级高精度智能分选系统，其特征在于：所述升温分级装置上部卤素光照灯源及中部恒温加热灯柱提供双向热源，所施加热源温度控制在35℃，温度波动正负0.5℃。
3.根据权利要求1所述的一种井下煤矸石分级高精度智能分选系统，其特征在于：所述升温分级装置中部自旋式可替换钢管通过两帮护帮板连接，护帮板下侧预留自旋式钢管接口，排列间距可根据现场所需粒度级别进行微调。
4.根据权利要求1所述的一种井下煤矸石分级高精度智能分选系统，其特征在于：所述红外摄像头对称布置于防爆金属壳内前部左右独立区域内，视角范围呈交叉布置聚焦第二输送装置原煤入口，所述金属防爆外壳红外摄像头正对煤矸对象处布置两面透视窗。
5.根据权利要求1所述的一种井下煤矸石分级高精度智能分选系统，其特征在于：所述整列喂料装置、降温除尘装置、升温分级装置、红外识别装置、智能分拣中枢、煤矸分离装置均可进行拆卸重组。
6.根据权利要求1所述一种井下煤矸石分级高精度智能分选系统的分选方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.原煤整列：装置启动，整列喂料装置将工作面采出原煤经整列平铺后输送至第一皮带输送装置，防止物料堆叠。
S2.样本降温：整列后原煤输送至降温装置，喷洒装置洒水降温除尘，使原煤温度处于同一水平，避免因采煤机械摩擦碰撞而导致的煤或矸石局部高温。
S3.升温分级：降温后原煤进入升温分级装置，设置筛选粒度之上原煤加温后送入第二输送装置，筛选粒度之下碎煤或矸石进入下部煤粉筛分装置，筛分煤粉由底部煤粉仓收集，余下碎煤或矸石进入下级处理，若碎煤粒度太小无收集必要则随矸石一起运回工作面直接充填采空区，若设置粒度较大，则将碎煤和矸石利用湿法分选后收集碎煤，余下矸石充填。
S4.识别预测：红外摄像头对设别区域内煤矸样本进行拍摄，样本数据输送至红外信号处理单元进行滤波、降噪和坐标定位，并将输出结果转入煤矸识别单元进行处理及煤矸识别，得出预测结果，由原划分坐标及皮带输送速度预判到达煤矸分拣装置下部时间。
S5.煤矸分选：预测结果输入分拣控制模块，控制机械手臂根据预判结果进行煤矸分选，抓取后矸石进入矸石滑槽，后续处理后充填采空区，余下精煤随皮带输送进入煤仓提升出井。
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2021
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