CN114515703A - 一种多功能融合的煤矸分选系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多功能融合的煤矸分选系统，属于煤矸分选领域；一种多功能融合的煤矸分选系统包括煤泥去除单元、拨料单元、物料输送单元、识别与定位单元、控制单元、气动单元以及煤质分析单元；煤泥去除单元的出料口设置在物料输送单元的上方，拨料单元布置在物料输送单元的上方，识别与定位单元、煤质分析单元均垂直布置于物料输送单元的水平面；控制单元与气动单元布置在物料输送单元的周围，从而来实现煤矸的分选；本发明集煤质分析、煤矸识别与分选的功能于一体，不仅可以分选煤矸，也可以对不同灰分或发热量的煤进行分类，为煤矸分选设备提供一种新思路。
Description
技术领域
本发明属于煤矸分选领域，具体涉及一种多功能融合的煤矸分选系统。
背景技术
矸石是煤炭开采和洗选加工过程中排出的一种固体废弃物，会降低煤炭品质与燃烧质量。因此，煤矸分选技术是煤炭行业研究的重要方向之一；传统的煤矸分选技术存在劳动力大、非自动化、水资源浪费以及污染环境等缺点已不能满足绿色矿山和煤矿智能化的发展；随着计算机视觉技术的发展，图像选矸技术具有成本低、效率高、设备结构简单等优点成为煤矸分选领域研究的热点；但此技术受煤与矸石表面煤泥的影响，使得煤与矸石的表面和纹理差异不明显降低了煤矸识别的准确率；此外，到2050年，中国煤炭工业的目标是建成煤基多元、开放、协同、绿色开发利用的清洁能源基地，进入井下无人、地上无煤、纯清洁能源的煤炭工业5.0时代；然而，煤矸分选是实现煤矿智能化的重要研究项目之一，目前的煤矸分选设备功能单一，亟需开发多功能融合的煤矸分选系统与装置，实现设备的智能化与集成化；鉴于此，本发明提出了不同灰分的煤、不同发热量的煤、煤矸识别与分选功能于一体的多功能融合的煤矸分选系统。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多功能融合的煤矸分选系统，能够集不同灰分的煤、不同发热量的煤、煤矸识别与分选功能于一体。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种多功能融合的煤矸分选系统，包括支护单元，还包括煤泥去除单元、拨料单元、物料输送单元、识别与定位单元、控制单元、气动单元以及煤质分析单元；
所述煤泥去除单元和拨料单元均布置在物料输送单元布置的上方；识别与定位单元、煤质分析单元均垂直于物料输送单元所形成的水平面；控制单元、气动单元布置在物料输送单元的周围。
进一步地，所述煤泥去除单元包括筛箱、进料口、出料口、装在筛箱内的筛网、超声震荡装置以及底座，筛箱的底部安装有振动电机，底座通过减震弹簧与筛箱相连，通过超声震荡装置、筛网以及振动电机的共同作用将原煤表面的煤泥去除。
进一步地，所述拨料单元包括机械手、转动轴承、机械手臂、滑轨、控制器以及CCD相机；滑轨安装在所述支护单元上，与物料输送单元所形成的水平面平行，转动轴承用于连接机械手与机械手臂，使得机械手可以进行360°旋转，所述机械手臂安装在滑轨中，自由度为二，可以分别沿着相互垂直的两个方向滑动；控制器与CCD相机与控制单元相连。
进一步地，所述识别与定位单元包括激光发射装置、激光接收系统、信息处理系统以及照明装置；激光发射装置垂直于物料输送单元所形成的水平面，用于向煤与矸石及其周围所处环境发射激光信号；激光接收系统与激光发射装置固定在一起；信息处理系统用于对激光发射装置与激光接收系统所获取的数据进行处理，通过获取被反射回来的激光，准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间，已知光速即可将传播时间转换为对距离的测量，实现对目标的实时追踪与定位；照明装置用于向物料所处的环境提供灯光照明，布置在激光发射装置、激光接收系统的周围。
进一步地，所述控制单元包括PC端和单片机；单片机通过串口与PC端、煤泥去除单元、拨料单元、煤质分析单元、物料输送单元、识别与定位单元以及气动单元相连，通过PC端对单片机进行操作，保证各单元之间可以进行实时通信。
进一步地，所述气动单元包括气泵站、高压管、电磁阀和喷嘴，喷嘴和电磁阀连接在一起，气泵站和电磁阀之间通过高压管连接，控制单元根据识别与定位单元给出的矸石位置信息，向电磁阀发出指令，使喷嘴吹出高压气体将矸石分离出去。
进一步地，所述煤质分析单元包括激光器、光机结构、光谱仪、时序控制器、激光雷达以及电源；激光器用于发射激光照射在煤样上，垂直于物料输送单元所形成的水平面；光机结构主要为由透镜组成的激光光路；光谱仪用于采集等离子激光诱导光谱；时序控制器用于对激光进行信号施加时间上的控制；激光雷达用于目标物的定位，垂直于物料输送单元所形成的水平面。
一种煤矸分选方法，包括：
S1：原煤经过煤泥去除单元，将包裹在表面的煤泥去除，提高原煤识别特征的辨识度；
S2：将步骤S1所得的原煤经过拨料单元，进入到物料输送单元，防止物料堆积；
S3：将步骤S2所得的原煤通过物料输送单元运输至识别与定位单元，通过激光雷达技术对煤与矸石进行识别，并对煤与矸石的位置进行实时追踪；
S4：根据步骤S3中获取的矸石位置，通过控制单元给气动单元发出指令，精准地分离矸石；
S5：经过步骤S1-步骤S4后，物料输送单元将煤运至煤质分析单元，使用等离子激光诱导技术对煤进行实时在线检测，获取煤质信息，可对不同灰分、发热量的煤进行分类。
本发明的有益效果：
1、本发明的煤泥去除单元可有效解决煤泥覆盖时，煤与矸石识别特征提取困难的问题，提高煤矸识别的精度，降低错误分离概率。
2、本发明采用激光雷达技术获取煤与矸石的识别特征，对煤与矸石进行实时定位与追踪，便于对气动单元进行指挥，精准的分离矸石。
3、本发明将煤质分析功能嵌入在煤矸分选装置中，本发明不仅可以实现对煤与矸石的分选，同时可以实时获取煤的煤质信息，实现不同煤质的分选，优化资源结构，提高能源利用率。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的工作流程图；
图3是本发明实施例的煤泥去除单元结构示意图；
图4是本发明实施例的拨料单元结构示意图；
图5是本发明实施例的识别与定位单元结构示意图
图6是本发明实施例的煤质分析单元结构示意图。
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作出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。
如图1所示，一种多功能融合的煤矸分选系统包括：对煤与矸石表面的煤泥进行去除的煤泥去除单元2、用于防止物料堆积的拨料单元3、对物料进行运输的物料输送单元4、用于对煤与矸石识别特征提取、识别及定位的识别与定位单元5、用于对各个单元发出工作指令的控制单元6、用于矸石分离的气动单元7以及对煤进行灰分、发热量检测的煤质分析单元8；上述各个单元均由支护单元进行支撑固定；
煤泥去除单元2布置在物料输送单元4的上方，拨料单元3布置在物料输送单元4上方；识别与定位单元5、煤质分析单元8均垂直于物料输送单元4所形成的水平面；控制单元6、气动单元7合理的布置在物料输送单元4的周围；
物料输送单元4包括驱动装置41、输送带42、主动滚筒43、换向滚筒44，输送带42绕经主动滚筒43和换向滚筒44形成一个环形带，在驱动装置41的作用下，借助于滚筒43、44与输送带42之间的摩擦力实现物料的传输。
如图3所示，煤泥去除单元2包括筛箱21、进料口22、出料口23、装在筛箱内的筛网24、超声震荡装置25以及底座28，在筛箱21的底部安装有振动电机26，底座28通过减震弹簧29与筛箱21相连，通过超声震荡装置25、筛网24以及振动电机26的共同作用将原煤表面的煤泥去除。
如图4所示，拨料单元3包括机械手31、转动轴承32、机械手臂33、滑轨34、控制器35以及CCD相机36；滑轨34安装在支护单元上，与物料输送单元4所形成的水平面平行，转动轴承32用于连接机械手31与机械手臂33，使得机械手31可以360°进行旋转，所述机械手臂33安装在滑轨34中，自由度为2，可以分别沿着相互垂直的两个方向滑动；控制器35与CCD相机36与控制单元6相连。
如图5所示，识别与定位单元5包括激光发射装置51、激光接收系统52、信息处理系统53以及照明装置54；激光发射装置51垂直于物料输送单元4所形成的水平面，用于向煤与矸石及其周围所处环境发射激光信号；激光接收系统52与激光发射装置51固定在一起；信息处理系统53用于对激光发射装置51与激光接收系统52所获取的数据进行处理，通过获取被反射回来的激光，准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间，已知光速即可将传播时间转换为对距离的测量，实现对目标的实时追踪与定位；照明装置54用于向物料所处的环境提供灯光照明，合理的布置在激光发射装置51、激光接收系统52的周围。
控制单元6包括PC端61和单片机62；单片机62通过串口与PC端61、煤泥去除单元2、拨料单元3、煤质分析单元8、物料输送单元4、识别与定位单元5以及气动单元7相连，通过PC端61对单片机62进行操作，保证各单元之间可以进行实时通信。
气动单元7包括气泵站71、高压管72、电磁阀73和喷嘴74，喷嘴74和电磁阀73连接在一起，气泵站71和电磁阀73之间通过高压管72连接，控制单元6根据识别与定位单元5给出的矸石位置信息，向电磁阀73发出指令，使喷嘴74吹出高压气体将矸石分离出去。
如图6所示，煤质分析单元8包括激光器81、光机结构82、光谱仪83、时序控制器84、激光雷达85以及电源86；激光器81用于发射激光照射在煤样上，垂直于物料输送单元4所形成的水平面；光机结构82主要为由透镜821组成的激光光路；光谱仪83用于采集等离子激光诱导光谱；时序控制器84用于对激光进行信号施加时间上的控制；激光雷达85用于目标物的定位，垂直于物料输送单元4所形成的水平面；电源86用于控制煤质分析单元8是否进行工作
如图2所示，该煤矸分选系统的工作流程为；
S1：原煤经过煤泥去除单元2，将包裹在表面的煤泥去除，提高原煤识别特征的辨识度；
S2：将步骤S1所得的原煤经过拨料单元3，进入到物料输送单元4，防止物料堆积；
S3：将步骤S2所得的原煤通过物料输送单元4运输至识别与定位单元5，通过激光雷达技术对煤与矸石进行识别，并对煤与矸石的位置进行实时追踪；
S4：根据步骤S3中获取的矸石位置，通过控制单元6给气动单元7发出指令，精准地分离矸石；
S5：经过步骤S1-步骤S4后，物料输送单元4将煤运至煤质分析单元8，使用等离子激光诱导技术对煤进行实时在线检测，获取煤质信息，可对不同灰分、发热量的煤进行分类。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (8)
1.一种多功能融合的煤矸分选系统，包括支护单元，其特征在于，包括煤泥去除单元(2)、拨料单元(3)、物料输送单元(4)、识别与定位单元(5)、控制单元(6)、气动单元(7)以及煤质分析单元(8)；
所述煤泥去除单元(2)和拨料单元均布置在物料输送单元(4)布置的上方；识别与定位单元(5)、煤质分析单元(8)均垂直于物料输送单元(4)所形成的水平面；控制单元(6)、气动单元(7)布置在物料输送单元(4)的周围。
2.根据权利要求1所述的一种多功能融合的煤矸分选系统，其特征在于，所述煤泥去除单元(2)包括筛箱(21)、进料口(22)、出料口(23)、装在筛箱内的筛网(24)、超声震荡装置(25)以及底座(28)，筛箱(21)的底部安装有振动电机(26)，底座(28)通过减震弹簧(29)与筛箱(21)相连，通过超声震荡装置(25)、筛网(24)以及振动电机(26)的共同作用将原煤表面的煤泥去除。
3.根据权利要求1所述的一种多功能融合的煤矸分选系统，其特征在于，所述拨料单元(3)包括机械手(31)、转动轴承(32)、机械手臂(33)、滑轨(34)、控制器(35)以及CCD相机(36)；滑轨(34)安装在所述支护单元上，与物料输送单元(4)所形成的水平面平行，转动轴承(32)用于连接机械手(31)与机械手臂(33)，使得机械手(31)可以进行360°旋转，所述机械手臂(33)安装在滑轨(34)中，自由度为二，可以分别沿着相互垂直的两个方向滑动；控制器(35)与CCD相机(36)与控制单元(6)相连。
4.根据权利要求1所述的一种多功能融合的煤矸分选系统，其特征在于，所述识别与定位单元(5)包括激光发射装置(51)、激光接收系统(52)、信息处理系统(53)以及照明装置(54)；激光发射装置(51)垂直于物料输送单元(4)所形成的水平面，用于向煤与矸石及其周围所处环境发射激光信号；激光接收系统(52)与激光发射装置(51)固定在一起；信息处理系统(53)用于对激光发射装置(51)与激光接收系统(52)所获取的数据进行处理，通过获取被反射回来的激光，准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间，已知光速即可将传播时间转换为对距离的测量，实现对目标的实时追踪与定位；照明装置(54)用于向物料所处的环境提供灯光照明，布置在激光发射装置(51)、激光接收系统(52)的周围。
5.根据权利要求1所述的一种多功能融合的煤矸分选系统，其特征在于，所述控制单元(6)包括PC端(61)和单片机(62)；单片机(62)通过串口与PC端(61)、煤泥去除单元(2)、拨料单元(3)、煤质分析单元(8)、物料输送单元(4)、识别与定位单元(5)以及气动单元(7)相连，通过PC端61对单片机62进行操作，保证各单元之间可以进行实时通信。
6.根据权利要求1所述的一种多功能融合的煤矸分选系统，其特征在于，所述气动单元(7)包括气泵站(71)、高压管(72)、电磁阀(73)和喷嘴(74)，喷嘴(74)和电磁阀(73)连接在一起，气泵站(71)和电磁阀(73)之间通过高压管(72)连接，控制单元(6)根据识别与定位单元(5)给出的矸石位置信息，向电磁阀(73)发出指令，使喷嘴(74)吹出高压气体将矸石分离出去。
7.根据权利要求1所述的一种多功能融合的煤矸分选系统，其特征在于，所述煤质分析单元(8)包括激光器(81)、光机结构(82)、光谱仪(83)、时序控制器(84)、激光雷达(85)以及电源(86)；激光器(81)用于发射激光照射在煤样上，垂直于物料输送单元(4)所形成的水平面；光机结构(82)主要为由透镜(81)组成的激光光路；光谱仪(83)用于采集等离子激光诱导光谱；时序控制器(84)用于对激光进行信号施加时间上的控制；激光雷达(85)用于目标物的定位，垂直于物料输送单元(4)所形成的水平面。
8.一种煤矸分选方法，使用权利要求1-7任一所述的系统，其特征在于，包括：
S1：原煤经过煤泥去除单元(2)，将包裹在表面的煤泥去除，提高原煤识别特征的辨识度；
S2：将步骤S1所得的原煤经过拨料单元(3)，进入到物料输送单元(4)，防止物料堆积；
S3：将步骤S2所得的原煤通过物料输送单元(4)运输至识别与定位单元(5)，通过激光雷达技术对煤与矸石进行识别，并对煤与矸石的位置进行实时追踪；
S4：根据步骤S3中获取的矸石位置，通过控制单元(6)给气动单元(7)发出指令，精准地分离矸石；
S5：经过步骤S1-步骤S4后，物料输送单元(4)将煤运至煤质分析单元(8)，使用等离子激光诱导技术对煤进行实时在线检测，获取煤质信息，可对不同灰分、发热量的煤进行分类。
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