CN113118060B - 一种大粒度煤的自动分选检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大粒度煤的自动分选检测装置及其方法，检测装置包括：X射线发生装置，位于输煤皮带的上方，向输煤皮带呈扇形发射入射X射线；第一X射线探测阵列装置，位于输煤皮带的下方，入射X射线的扇形区域均位于第一X射线探测阵列装置的视野范围内；第二X射线探测阵列装置也位于输煤皮带的上方，但不阻挡X射线的入射路径。输煤皮带将煤和矸石输送到扇形区域内，第一X射线探测阵列装置接收煤和矸石的透射X射线，第二X射线探测阵列装置接收煤和矸石的反射X射线，数据采集分析装置通过透射X射线分析出煤和矸石的轮廓，并根据煤和矸石对X射线的吸收差异，实现大粒度煤和矸石的分选。

Description

一种大粒度煤的自动分选检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及选煤领域，特别是涉及一种大粒度煤的自动分选检测装置及其方法。

背景技术

在煤炭开采和洗选加工过程中会排出一种固体废弃物——矸石。矸石是混杂在煤层中的石块，含有少量可燃物，但不易燃烧，同时矸石中含有大量的污染物质和重金属元素。将矸石与煤炭一同燃烧，不仅会影响煤炭的燃烧质量和效果，还会产生更加严重的大气污染和重金属污染。因此，实现煤与矸石的精确分选对保证煤的燃烧质量和效果来说至关重要。

现有根据煤炭粒度的不同，主要归为两类分选方式：当煤炭或矸石的粒度较小时，一般选用跳汰法、重介法、浮选法、风选法等。跳汰法是指在垂直升降的变速介质流中，按密度差异进行的分选。重介法是指通过配比密度大于水但介于煤和矸石密度之间的重液或重悬浮液，实现煤和矸石的分选。浮选法是指根据矿物表面物理、化学性质的差异从水的悬浮液中浮出固体矿物的分选过程。风选法是指利用物料和杂质之间悬浮速度的差异，借助风力除杂的方法。显然上述几种方法只适用于煤和矸石粒度很小，质量很轻的情况，不适用于煤和矸石粒度较大的情况。

当煤炭或矸石的粒度较大时，现有一般只能采用人工分选方式：工作人员站在输煤皮带的两侧，人眼观察输煤皮带上的物体是煤还是矸石。但显然该方式存在很多问题：1)大粒度煤和矸石的人工分选需要耗费大量人力物力，分选效率不高；2)参与人工分选的工作人员必须具备一定的分选经验，而且经验不同会导致分选精度存在差异；3)工作人员分选时在输煤皮带的位置会对人眼分选精度产生影响。

为了解决人工分选煤和矸石效率和精度较低的问题，现有已经提出了一种X射线透射检测方法。是将X射线发生装置放置在输煤皮带的正上方，将X射线探测装置放置在输煤皮带的正下方，并与X射线发生装置相对。X射线发生装置发出X射线，穿透煤或矸石后被X射线探测装置接收，通过检测X射线的能谱实现煤和矸石的区分。但该方法一般只适用于5cm-20cm粒度的煤和矸石的分选，当粒度超过20cm时，X射线需要穿透更厚的材质，致使X射线探测装置最终接收到的能谱均较弱，煤和矸石的能谱区别不明显，不能保证分选精度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种大粒度煤的自动分选检测装置及其方法。能够实现大粒度煤和矸石的自动分选，相比人工分选，能够有效提高分选效率，并保证具有较高的分选精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种大粒度煤的自动分选检测装置，包括：

输煤皮带，用于输送被测物料；所述被测物料为粒度超过粒度限值的大粒度煤或矸石；

X射线发生装置，位于所述输煤皮带的上方，用于向所述输煤皮带呈扇形垂直发射入射X射线，并在所述输煤皮带上呈现X射线照射区域；

第一X射线探测阵列装置，位于所述输煤皮带下方的空隙，用于接收所述入射X射线透射所述被测物料后的透射X射线；且使所述X射线照射区域均位于所述第一X射线探测阵列装置的视野范围内；

第二X射线探测阵列装置，位于所述输煤皮带的上方，且保证不阻挡所述入射X射线的入射路径，用于接收所述入射X射线经所述被测物料表面反射后的反射X射线；

数据采集分析装置，通过电缆与所述第一X射线探测阵列装置的输出端连接，用于采集所述透射X射线的强度；通过电缆与所述第二X射线探测阵列装置的输出端连接，用于采集所述反射X射线的能谱，根据所述透射X射线的强度和所述反射X射线的能谱实现所述被测物料的分选。

所述第一X射线探测阵列装置为X射线成像探测器。

所述第二X射线探测阵列装置包括至少一个X射线探测装置，使每个所述被测物料被至少一个所述X射线探测装置探测到。

所述X射线探测装置包括：

X射线探测器，用于探测所述反射X射线，将所述反射X射线的每一个光子均转变为电脉冲信号；

多道脉冲幅度分析器，通过导线与所述X射线探测器的输出端电连接，用于将所述X射线探测器输出的电脉冲信号转变为X射线的能谱；

所述多道脉冲幅度分析器作为所述第二X射线探测阵列装置的输出端。

所述X射线探测装置还包括：

准直器，将所述准直器设置在所述X射线探测器的前端；所述准直器用于阻止所述第二X射线探测阵列装置的检测范围外的所述反射X射线，而仅使所述第二X射线探测阵列装置的检测范围内的所述反射X射线进入所述第二X射线探测阵列装置。

所述数据采集分析装置包括能谱稳定装置，所述能谱稳定装置通过所述电缆与所述第二X射线探测阵列装置的输出端电连接，用于使所述反射X射线的能谱波动稳定在设定范围内，减少漂移。

所述输煤皮带与所述X射线发生装置之间的高度差为400mm-2000mm，所述高度差使所述大粒度煤和矸石能够顺利从所述输煤皮带与所述X射线发生装置之间通过。

根据所述透射X射线的强度测量出所述被测物料的轮廓，根据所述被测物料的轮廓判断出所述被测物料的粒度；若粒度小于或等于粒度限值，仅根据所述透射X射线判断所述被测物料是煤还是矸石；若粒度大于所述粒度限值，则根据所述反射X射线的能谱计算出所述被测物料是大粒度的煤还是大粒度的矸石。

一种大粒度煤的自动分选检测方法，基于大粒度煤的自动分选检测装置实现，具体包括：

步骤1：设定粒度限值，将粒度超过所述粒度限值的划分为大粒度，所述被测物料为煤和矸石的混合物；启动X射线发生装置；所述X射线发生装置呈扇形向输煤皮带发射入射X射线，并在所述输煤皮带上呈现X射线照射区域；

步骤2：所述输煤皮带将所述被测物料输送到所述X射线照射区域内；所述入射X射线经所述被测物料透射产生透射X射线，所述入射X射线经所述被测物料反射产生反射X射线；

步骤3：第一X射线探测阵列装置探测所述透射X射线；所述第二X射线探测阵列装置探测所述反射X射线；

步骤4：将所述透射X射线的强度探测结果和所述反射X射线的能谱探测结果均通过电缆输送到数据采集分析装置中；所述数据采集分析装置根据所述透射X射线的强度确定所述被测物料的轮廓；

另外，由于矸石对X射线的吸收能力比煤强，因此在同一能量段中，轮廓相近的大粒度煤与大粒度矸石相比，所述大粒度矸石对应的所述反射X射线的能谱强度要比所述大粒度煤对应的所述反射X射线的能谱强度小，进而根据所述大粒度煤和所述大粒度矸石的能谱强度差异，实现大粒度煤和矸石的分选。

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：

1)本发明的一种大粒度煤的自动分选检测装置及其方法，通过输煤皮带输送过程中的震颤，使煤和矸石在进入X射线照射区域前就已达到较大间距，避免煤和矸石间的重叠，有效提高了X射线光路照射准确性，以及利用X射线能谱分选煤和矸石的精度；

2)通过设置粒度限值，实现大粒度与小粒度的划分，并直接实现大粒度煤和矸石的分选。在第二X射线探测阵列装置中设置至少一个X射线探测器，并使每个被测物料的反射X射线被至少一个X射线探测器探测到，有效避免在对煤和矸石分选时，对煤和矸石的遗漏，间接提高了大粒度煤和矸石的分选精度；

3)通过在第二X射线探测阵列装置中加入准直器，阻止第二X射线探测阵列装置的检测范围外的反射X射线，而仅使第二X射线探测阵列装置的检测范围内的反射X射线进入第二X射线探测阵列装置，提高第二X射线探测阵列装置对反射X射线的探测精度，进而提高了对反射X射线的能谱峰值的分析精度，间接提高了大粒度煤和矸石的分选精度。

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为实施例1中大粒度煤的自动分选检测装置的结构示意图；

图2为实施例2中大粒度煤的自动分选检测装置中X射线探测阵列装置二的结构示意图。

符号说明：1、X射线发生装置；2、第一X射线探测阵列装置；3、第二X射线探测阵列装置；4、数据采集分析装置；5、入射X射线；6、透射X射线；7、反射X射线；8、被测物料；9、输煤皮带；10、电缆；

31、准直器；32、X射线探测器；33、多道脉冲幅度分析器；34、导线。

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大粒度煤的自动分选检测装置及其方法，大粒度煤的自动分选检测装置包括X射线发生装置、第一X射线探测阵列装置、第二X射线探测阵列装置、数据采集分析装置和输煤皮带。X射线照射煤和矸石产生透射光线或反射光线，根据煤和矸石吸收X射线能力的不同，实现大粒度煤和矸石的分选，并保证较高的分选精度。

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。

实施例1：

如图1所示，本实施例中提供了一种大粒度煤的自动分选检测装置，包括X射线发生装置1、第一X射线探测阵列装置2、第二X射线探测阵列装置3、数据采集分析装置4和输煤皮带9。

所述输煤皮带9用于输送被测物料8，所述被测物料8为粒度超过粒度限值的大粒度煤或矸石；

所述X射线发生装置1为X射线成像探测器，位于所述输煤皮带9的上方，并呈扇形向所述输煤皮带9发射入射X射线5，并在所述输煤皮带9上呈现X射线照射区域；

所述X射线发生装置1与所述输煤皮带9之间的高度差为400mm-2000mm，保证所述输煤皮带9上的所述被测物料8能够从所述X射线发生装置1与所述输煤皮带9之间顺利通过。

所述第一X射线探测阵列装置2位于所述输煤皮带9下方的空隙，用于接收所述入射X射线5透射所述被测物料8后的透射X射线6，且使所述X射线照射区域均位于所述第一X射线探测阵列装置2的视野范围内；所述第一X射线探测阵列装置2为X射线成像探测器。

所述第二X射线探测阵列装置3同样位于所述输煤皮带9的上方，且保证所述第二X射线探测阵列装置3的位置不阻挡所述入射X射线5的入射路径，同时能够接收到所述入射X射线5经所述被测物料8反射后的反射X射线7。所述第二X射线探测阵列装置3中包括至少一个X射线探测装置，在对所述被测物料8分选前，对所述X射线探测装置的数量进行调整，使每个所述被测物料8的所述反射X射线7至少被一个所述第二X射线探测阵列装置3接收到即可。

在实施例1中，每个所述X射线探测装置包括一个X射线探测器32和一个多道脉冲幅度分析器33，所述X射线探测器32的输出端通过导线34与所述多道脉冲幅度分析器33的输入端电连接，所述多道脉冲幅度分析器33的输出端作为所述第二X射线探测阵列装置3的输出端。

所述数据采集分析装置4通过电缆10与所述第一X射线探测阵列装置2的输出端电连接，用于采集所述透射X射线7；所述数据采集分析装置4还通过电缆10与所述第二X射线探测阵列装置3的输出端电连接，用于采集所述反射X射线6。

在对所述被测物料8分选前，先设定粒度限值；根据粒度限值将被测物料划分为大粒度和小粒度，其中，粒度大于粒度限值的被划分为大粒度，粒度小于或等于粒度限值的被划分为小粒度。

启动所述X射线发生装置1、所述第一X射线探测阵列装置2以及所述第二X射线探测阵列装置3；所述被测物料8通过所述输煤皮带9被输送到所述X射线照射范围内；在输送过程中，通过所述输煤皮带9的震颤会将所述被测物料8振动分开一定的间隔，保证所述被测物料8相互之间没有重叠。

当所述被测物料8通过所述输煤皮带9被输送到所述X射线照射范围内时，所述入射X射线5经所述被测物料8透射后产生所述透射X射线6；所述第一X射线探测阵列装置2为X射线成像探测器，所述X射线成像探测器获取所述透射X射线6，分析得到所述透射X射线6的强度，进而分析出该所述透射X射线6对应的被测物料8的轮廓；同时所述入射X射线5经所述被测物料8的表面反射后产生所述反射X射线7；所述第二X射线探测阵列装置2中的所述X射线探测器32获取所述被测物料8的轮廓内的所述反射X射线7，所述X射线探测器32将所述反射X射线7中的每一个光子均转变为电脉冲信号；并通过所述导线34将所述电脉冲信号传输给所述多道脉冲幅度分析器33；所述多道脉冲幅度分析器33将每一个光子的所述电脉冲信号综合分析后，转变为所述反射X射线7的能谱。

所述数据采集分析装置4通过电缆10与所述第一X射线探测阵列装置2的输出端电连接，并通过所述电缆10获取所述被测物料8的轮廓；所述数据采集分析装置4通过电缆10与所述第二X射线探测阵列装置3的输出端电连接，并通过所述电缆10获取所述被测物料8的所述反射X射线7的能谱。

由于矸石对所述入射X射线5的吸收能力比煤强，因此在同一能量段中，轮廓相近的大粒度煤与大粒度矸石相比，所述大粒度矸石对应的所述反射X射线7的能谱强度要比所述大粒度煤对应的所述反射X射线7的能谱强度小，进而根据所述大粒度煤和所述大粒度矸石的能谱强度的差异，实现大粒度煤和矸石的分选。

实施例2：

如图2为实施例1中煤和矸石的自动分选检测装置中所述第二X射线探测阵列装置3的结构示意图。在该实施例中，每个所述第二X射线探测阵列装置3中包括多个X射线探测装置，且每个所述X射线探测装置中包括多个准直器31、多个X射线探测器32和多个多道脉冲幅度分析器33。所述准直器31的输入端作为所述第二X射线探测阵列装置的输入端；将所述准直器31设置在所述X射线探测器32的前端，所述X射线探测器32的输出端通过所述导线34与所述多道脉冲幅度分析器33的输入端电连接，所述多道脉冲幅度分析器33的输出端作为所述第二X射线探测阵列装置3的输出端。

当对所述被测物料8分选时，经所述被测物料8的表面的所述反射X射线7先被所述第二X射线探测阵列装置3中的所述准直器31获取；通过调整所述准直器31的准直口径，使所述准直器31仅探测到视野范围内的唯一一个所述被测物料8的所述反射X射线7，进而保证所述第二X射线探测阵列装置3每次仅对一个所述被测物料8的所述反射X射线的能谱进行分析，避免了其他被测物料8对当前视野范围内的被测物料8的所述反射X射线7的能谱的影响，间接提高了大粒度煤和矸石的分选精度。

所述准直器31通过所述导线34将接收到的所述反射X射线7传送给与之电连接的所述X射线探测器32，所述X射线探测器32测量出所述反射X射线7中的每一个光子，并将所述每一个光子转变为一个电脉冲信号。之后所述X射线探测器32将所述反射X射线7的每一个电脉冲信号通过所述导线34传送给所述多道脉冲幅度分析器33；所述反射X射线7中包含了大量的电脉冲信号，将大量的所述电脉冲信号引入到大粒度煤和矸石的分选过程中，保证了分选分析时样本的丰富性，避免因样本数量较少出现分选精度较低的情况。

所述多道脉冲幅度分析器33接收所述X射线探测器32产生的大量的电脉冲信号，将大量的所述电脉冲信号结合后获得所述X射线7的能谱。

将所述透射X射线6的强度探测结果和所述反射X射线7的能谱探测结果均通过所述电缆10输送到所述数据采集分析装置4中。由于在同一能量段中，轮廓相近的大粒度煤与大粒度矸石相比，所述大粒度矸石对应的所述反射X射线7的能谱强度要比所述大粒度煤对应的所述反射X射线7的能谱强度小，进而根据所述大粒度煤和所述大粒度矸石的能谱强度差异，即可实现大粒度煤和矸石的分选。

同时，可在以上对大粒度煤和矸石分选过程的基础上，通过在所述第二X射线探测阵列装置3中适当增加所述准直器31、所述X射线探测器32以及所述多道脉冲幅度分析器33的数量，在相同入射X射线5发射密度的条件下提高所述发散的反射X射线7的获取效率，进而提高所述反射X射线7经所述准直器31准直后的所述电脉冲信号的丰富度，从而提高分选所述被测物料8所需的信号样本数量，进一步提高大粒度煤和矸石的分选精度。

实施例3：

在实施例1和实施例2中所述的大粒度煤和矸石的分选过程的基础上，还可在所述数据采集分析装置4中加入能谱稳定装置。在该实施例中，所述能谱稳定装置作为所述数据采集分析装置4的输入端，通过所述电缆10分别与所述第一X射线探测阵列装置2的输出端和所述第二X射线探测阵列装置3的输出端电连接。所述能谱稳定装置能够使所述透射X射线6的强度变化稳定在设定范围内，同时能够使所述反射X射线7的能谱幅值变化稳定在设定范围内，减少漂移。通过引入所述能谱稳定装置，可进一步提高所述透射X射线6的强度变化稳定性和所述反射X射线7的能谱幅值变化稳定性，进一步提高大粒度煤和矸石的分选精度。

需要说明的是，除图1中所示的所述X射线发生器1和所述第二X射线探测阵列装置3的位置关系外，所述第二X射线探测阵列装置3还可以选择其他放置位置，只要同时保证所述第二X射线探测阵列装置3位于所述输煤皮带9的上方、所述第二X射线探测阵列装置3不阻挡所述X射线发生装置1发射的X射线5的入射路径，且所述第二X射线探测阵列装置3能够接收到所述X射线5经所属被测物料8的反射X射线7即可，同时满足上述所有条件的所述第二X射线探测阵列装置3的位置均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，除图2中所示的所述第二X射线探测阵列装置3包含3个所述准直器31、3个所述X射线探测器32以及3个所述多道脉冲幅度分析器33外，只要能够实现所述准直器31、所述X射线探测器32以及所述多道脉冲幅度分析器33在本发明中的作用，其数量均在本发明的保护范围内。

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 (7)

1.一种大粒度煤的自动分选检测装置，其特征在于，包括：

输煤皮带，用于输送被测物料；所述被测物料为粒度超过粒度限值的大粒度煤或矸石；

X射线发生装置，位于所述输煤皮带的上方，用于向所述输煤皮带呈扇形垂直发射入射X射线，并在所述输煤皮带上呈现X射线照射区域；

第一X射线探测阵列装置，位于所述输煤皮带下方的空隙，用于接收所述入射X射线透射所述被测物料后的透射X射线；且使所述X射线照射区域均位于所述第一X射线探测阵列装置的视野范围内；

第二X射线探测阵列装置，位于所述输煤皮带的上方，且保证不阻挡所述入射X射线的入射路径，用于接收所述入射X射线经所述被测物料表面反射后的反射X射线；所述第二X射线探测阵列装置包括至少一个X射线探测装置，使每个所述被测物料被至少一个所述X射线探测装置探测到；所述X射线探测装置包括：

X射线探测器，用于探测所述反射X射线，将所述反射X射线的每一个光子均转变为电脉冲信号；

多道脉冲幅度分析器，通过导线与所述X射线探测器的输出端电连接，用于将所述X射线探测器输出的电脉冲信号转变为X射线的能谱；

所述多道脉冲幅度分析器作为所述第二X射线探测阵列装置的输出端；

数据采集分析装置，通过电缆与所述第一X射线探测阵列装置的输出端连接，用于采集所述透射X射线的强度；通过电缆与所述第二X射线探测阵列装置的输出端连接，用于采集所述反射X射线的能谱，根据所述透射X射线的强度和所述反射X射线的能谱实现所述被测物料的分选；

根据所述透射X射线的强度测量出所述被测物料的轮廓，根据所述被测物料的轮廓判断出所述被测物料的粒度；若粒度大于所述粒度限值，则根据所述反射X射线的能谱计算出所述被测物料的轮廓对应的是大粒度的煤还是大粒度的矸石。

2.根据权利要求1所述的大粒度煤的自动分选检测装置，其特征在于，所述第一X射线探测阵列装置为X射线成像探测器。

3.根据权利要求1所述的大粒度煤的自动分选检测装置，其特征在于，所述X射线探测装置还包括：

准直器，将所述准直器设置在所述X射线探测器的前端，用于阻止所述第二X射线探测阵列装置的检测范围外的所述反射X射线，而仅使所述第二X射线探测阵列装置的检测范围内的所述反射X射线进入所述第二X射线探测阵列装置。

4.根据权利要求1所述的大粒度煤的自动分选检测装置，其特征在于，所述数据采集分析装置包括能谱稳定装置，所述能谱稳定装置通过所述电缆与所述第二X射线探测阵列装置的输出端电连接，用于使所述反射X射线的能谱波动稳定在设定范围内，减少漂移。

5.根据权利要求1所述的大粒度煤的自动分选检测装置，其特征在于，所述输煤皮带与所述X射线发生装置之间的高度差为400mm-2000mm，所述高度差使所述大粒度煤和矸石能够顺利从所述输煤皮带与所述X射线发生装置之间通过。

6.根据权利要求1所述的大粒度煤的自动分选检测装置，其特征在于：若粒度小于或等于粒度限值，仅根据所述透射X射线判断所述被测物料是煤还是矸石。

7.一种基于权利要求1至6任一项所述的大粒度煤的自动分选检测装置的大粒度煤的自动分选检测方法，其特征在于，具体包括：

步骤1：设定粒度限值，将粒度超过所述粒度限值的划分为大粒度，所述被测物料为煤和矸石的混合物；启动X射线发生装置；所述X射线发生装置呈扇形向输煤皮带发射入射X射线，并在所述输煤皮带上呈现X射线照射区域；

步骤2：所述输煤皮带将所述被测物料输送到所述X射线照射区域内；所述入射X射线经所述被测物料透射产生透射X射线，所述入射X射线经所述被测物料反射产生反射X射线；

步骤3：第一X射线探测阵列装置探测所述透射X射线；所述第二X射线探测阵列装置探测所述反射X射线；

步骤4：将所述透射X射线的强度探测结果和所述反射X射线的能谱探测结果均通过电缆输送到数据采集分析装置中；所述数据采集分析装置根据所述透射X射线的强度确定所述被测物料的轮廓；

另外，由于矸石对X射线的吸收能力比煤强，因此在同一能量段中，轮廓相近的大粒度煤与大粒度矸石相比，所述大粒度矸石对应的所述反射X射线的能谱强度要比所述大粒度煤对应的所述反射X射线的能谱强度小，进而根据所述大粒度煤和所述大粒度矸石的能谱强度差异，实现大粒度煤和矸石的分选。

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