CN115488056B - 一种基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置，包括煤矸识别装置、粒径分选装置、传送装置、煤矸分离装置和控制装置；煤矸识别装置包括化学喷雾装置和摄像装置；传送装置包括改良皮带、外附皮带、传动装置和矸石刮板；粒径分选装置包括陶瓷滑槽、三叶拨片和可调高度支撑杆；煤矸分离装置包括机械爪、伸缩杆、限位开关、导轨和矸石槽；控制装置包括：处理器、气动控制器、电机驱动、图像处理模块、采集模块和存储模块。本发明通过普通相机识别煤料纹理特征和红外相机识别由化学药剂与矸石反应产生的热量，并使用了粒径分选装置弥补了单一人工智能图像识别中因为粒径大小相差太大导致识别准确率降低的缺陷，结果更加准确，且可以多级串联布置。

Description

一种基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置

技术领域

本发明涉及一种基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置，属于煤矿开采技术领域。

背景技术

长期以来，在煤矿生产实践中，采出的原煤要进行除矸，主要通过将原煤夹带矸石输送至地面后，在选煤厂进行洗选处理来实现。但是，随着生产的不断进行，分选出的矸石在地面堆积称为矸石山，不但带来了额外的矸石运输和处理费用，还造成了排矸场占用土地以及形成地面环境污染等问题。使煤炭开采矸石“不升井”，节能减排，井下矸石循环利用已成为急需攻克的关键问题。因此，推进井下分选技术的发展与完善，是煤炭行业未来发展的必由之路。对于智能煤矸识别技术，传统工艺大多采用物理方法(例如振动、密度区分等方法)，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；且受井下多因素干扰的影响，传统物理方法识别准确率低、识别过程中极易形成误判，加之有些方法成本较高，大都不易于在井下实施。且现有单一图像识别的智能煤矸分选由于井下粉尘大、照明程度低导致识别准确率不高。因此有必要提供一种能够精确地实现煤矸识别的装置。

发明内容

本发明旨在提供一种结构简单、操作方便、可靠性强、分选效果好的基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置。

本发明将化学喷雾和智能图像识别相结合，通过化学喷雾与煤矸石化学反应产生的热量提高摄像装置的煤矸识别率；通过三叶拨片不断将不同粒径大小的煤分离，减少因为粒径大小差距过大而降低图像识别率；通过机械爪将识别到的矸石抓起，放入矸石滑槽中，随皮带运回。

本发明提供了一种基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置，包括煤矸识别装置、粒径分选装置、传送装置和煤矸分离装置；

所述传送装置主要由改良皮带、外附皮带、传动装置和矸石刮板组成；改良皮带与传统皮带相比，通过增加一对托辊，使它上下两面皮带的间距变大，均可以起到运输的作用；改良皮带间距变大后，使在上方向前运行的皮带和在下方向后运行的皮带的垂直距离增大，使矸石可以在下方皮带通过；传动装置内部由齿轮、传动轴和轴承组成，皮带滚轴与传动轴通过联轴器连接，传动轴通过轴承安装在传动装置内部，使其可以顺畅的转动，传动装置拐角处通过齿轮连接两个垂直的传动轴，传递动力；传动装置带动皮带滚轴运动将力传递给三叶拨片；矸石刮板是一个90°弯折的L形刮板，固定安装在改良皮带的下方皮带上，用于清扫皮带，将改良皮带的下方皮带上的矸石和灰尘刮下皮带；外附皮带设置在改良皮带的侧下方；

所述煤矸识别装置主要由化学喷雾装置和摄像装置组成；化学喷雾装置由喷头和储存罐组成，持续的进行喷洒药剂；其中，喷头安装在改良皮带上方的顺槽顶板上，通过导管和储存罐相连，储存罐放置在顺槽底板上；摄像装置为两个平行排列的摄像机，在皮带上方间隔设置；

所述粒径分选装置主要由陶瓷滑槽、三叶拨片、可调高度支撑杆组成；三叶拨片由三个拨片组成,设置在改良皮带上方；三叶拨片固定在可调高度支撑杆上，可以随之转动，可调高度支撑杆由伸缩杆构成，可以随传动装置转动，可调高度支撑杆与传动装置的传动轴通过联轴器连接，传动轴转动带动可调高度支撑杆随之转动。陶瓷滑槽固定在外附皮带上，使三叶拨片所拨动的矸石可以从较高的改良皮带通过它滑落到较低的外附皮带上；

所述煤矸分离装置主要由机械爪、伸缩杆、限位开关、导轨和矸石槽组成；其中导轨固定在顺槽顶板上，导轨上设有滑块，伸缩杆固定在导轨的滑块上，使其可以在导轨上顺畅的滑动；伸缩杆一端固定在导轨滑块上，另一端固定机械爪，这样伸缩杆伸长或者收缩就可以改变机械爪和导轨间的距离，即可使机械爪上升或下降；限位开关安装在导轨的中间，矸石槽固定在限位开关的下方且矸石槽下方开口正对改良皮带的下方皮带。伸缩杆运行到导轨中间时触碰到限位开关，机械爪放下矸石，使矸石落入矸石槽中。

所述化学喷雾装置固定在改良皮带和外附皮带的中间，持续喷洒化学药剂，喷洒后化学药剂与矸石反应较强而与煤反应较缓慢，利用反应产生的热量提高摄像装置中红外相机的识别率；因煤矸石的主要成分为Al₂O₃、SiO₂；而煤中95%以上的成分为碳、氢、氧元素组成的高分子有机物，所以化学药剂应选用低浓度的氢氧化钠溶液，使其与煤矸石反应产生热，而与煤反应微弱。化学喷雾装置通过喷出化学药剂（低浓度的氢氧化钠溶液）与煤反应产生热量而不与矸石反应，从而增加了煤和矸石的区分度，使摄像装置的识别率更高。

所述粒径分选装置中的可调高度支撑杆的上部安装在传动装置的传动轴上，三叶拨片安装在可调高度支撑杆的下部，且一部分位于改良皮带的上方，另一部分位于陶瓷滑槽的上方，且通过传动装置从皮带滚轴（将滚轴的动力转换为三叶拨片的转动）获取动力；

所述煤矸识别装置中的化学喷雾装置和摄像装置均固定在井下顺槽顶板上；其中，化学喷雾装置安装在煤料运行的前方，而摄像装置安装在化学喷雾装置之后。摄像装置为两个平行排列的摄像机，分别为普通相机和红外相机，摄像装置既可以通过普通相机识别煤料的纹理特征区分煤和矸石，也可以通过红外相机识别煤与化学喷雾装置喷洒的化学药剂反应产生的热量区分煤和矸石。摄像装置识别后通过电缆传递信号给控制装置。

所述传送装置中的改良皮带和外附皮带均安装在顺槽中，矸石刮板位于改良皮带靠近工作面一侧的下方；

所述煤矸分离装置中的导轨横跨改良皮带和外附皮带，并固定在顺槽顶板上，伸缩杆上部安装在导轨滑块上可控制滑动，伸缩杆下部安装机械爪，且限位开关安装在导轨上，限位开关正下方对应矸石槽上方开口（当伸缩杆触碰到限位开关时即可使机械爪放下矸石，矸石正好落入矸石槽中）；机械爪由控制装置的气动控制器进行控制，可通过调节机械爪的大小以适应不同粒径大小的矸石；

矸石槽固定在改良皮带和外附皮带的中间，矸石槽上方开口在两部皮带中间位置，且上方开口高度低于改良皮带，这样两部皮带上的两个机械爪运行时不会相互干涉。矸石槽的上方开口在两部皮带中间，使机械爪抓取的矸石可以下放矸石到矸石槽中。矸石槽的下方开口在改良皮带的下方皮带上，使矸石随皮带返回。

传动装置用于将皮带运动的力传递到三叶拨片上，使三叶拨片无需额外动力来源；皮带通过摩擦力使传动装置的传动轴转动，且通过齿轮向不同方向的传动轴传递动力，从而使固定在传动轴上的三叶拨片随皮带转动而转动。

限位开关作为机械爪运动的零点，使机械爪放下矸石时位置归零，防止长时间运行积累误差。

控制装置使用现有的微型计算机和单片机即可实现所需功能。控制装置包括：气动控制器、电机驱动、图像处理模块、采集模块和存储模块，气动控制器控制机械爪，电机驱动控制伸缩杆和可调高度支撑杆；图像处理模块与摄像装置连接，用于处理图像并将数据反馈给存储模块；采集模块通过电缆与力矩传感器连接，控制可调高度支撑杆的伸缩。

控制过程如下：

①控制装置粒径分选过程：

采集模块通过电缆与三叶拨片相连，当三叶拨片的力矩传感器超过设定值（设定值根据现场实际状况设置）时，通过可调高度支撑杆提高三叶拨片的高度，减少三叶拨片可拨动的煤料从而防止外附皮带堵塞，而改良皮带上粒径不同的煤料可以通过下一个三叶拨片再次分离。根据三叶拨片分选煤料的力矩判断煤料的破碎程度，然后根据可调高度支撑杆来调节三叶拨片到改良皮带的高度，以适应分离不同破碎程度的煤，防止堵塞。

②控制装置识别煤矸过程：

图像处理模块通过电缆与摄像装置相连；通过摄像装置的红外相机识别矸石与化学药剂反应产生的热量区分煤和矸石，同时通过普通的光学相机识别煤和矸石的图像纹理特征区分煤和矸石，加权这两个结果从而区分煤和矸石，并标记出当前时刻矸石的位置。

③控制装置分选煤矸过程：

采集模块通过电缆与限位开关相连；电机驱动通过电缆与伸缩杆相连；气动控制器通过电缆与机械爪相连，通过②得出的矸石位置、皮带运行速度和伸缩杆运行的速度，经过计算后，控制伸缩杆移动到对应位置并使用机械爪抓取；随后伸缩杆移动到导轨中间，触发限位开关，机械爪把矸石丢到矸石槽中。

上述的煤矸识别装置、粒径分选装置、传送装置和煤矸分离装置均可多级串联，以增加识别的准确率。

本发明提供了上述基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置的使用方法，包括如下步骤：

a.煤料在改良皮带上运输，由距改良皮带一定高度的三叶拨片将所需粒径大小的煤料拨到陶瓷滑槽上并滑落到外附皮带上；

b.通过化学喷雾装置对改良皮带和外附皮带上的煤料喷洒化学药剂使矸石与药剂反应；通过药剂和矸石反应而和煤不反应或者反应微弱，从而反应释放的热量不同，使摄像装置中的红外相机可以有效识别煤和矸石；所述化学药剂为低浓度的氢氧化钠溶液。

c.摄像装置通过图像识别区分煤和矸石并标记煤和矸石的位置；

d.机械爪抓取被标记的矸石并投入到矸石槽中，触碰到限位开关时将位置归零，准备下次抓取；

电机在运动时是可以控制其运行距离的，但是往往由于高温、灰尘、装配、载荷等影响，在长时间运行后会积累误差，使位置控制出现偏差，因此本发明在导轨中间安装限位开关，当伸缩杆运行到导轨中间时，触碰到限位开关，使其闭合；限位开关闭合时，装置记录此时的位置为零点，这样在每次抓取放下时均会触碰一次限位开关将位置归零，防止长时间积累误差。

e.剩余煤料继续运输或者进入下一级分选，矸石由矸石槽滑落到改良皮带下方运回。

本发明的有益效果：

（1）本发明通过普通相机识别煤料纹理特征和红外相机识别由化学药剂与煤反应产生的热量，并使用了粒径分选装置弥补了单一人工智能图像识别中因为粒径大小相差太大导致识别准确率降低的缺陷，结果比现有的单一识别图像纹理特征的结果更加准确，且可以多级串联布置；

（2）本发明使用的矸石刮板可以有效的回收矸石并清理皮带；

（3）本发明的三叶拨片可以根据煤料的破碎程度和采煤速度自动调节到改良皮带的高度，防止堵塞；

（4）本发明将限位开关作为原点布置在矸石槽上方使机械爪每次在固定的位置将坐标归零，防止长时间运行积累误差。

附图说明

图1为本发明装置的立体结构图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的主视图；

图4为传动装置图；

图5为煤矸分离装置图；

图6为控制装置连接图；

图7为控制装置流程图。

图中：1-三叶拨片；2-可调高度支撑杆；3-传动装置；4-改良皮带；5-陶瓷滑槽；6-化学喷雾装置；7-摄像装置；8-导轨；9-限位开关；10-伸缩杆；11-矸石槽；12-机械爪；13-矸石刮板；14-外附皮带；15-控制装置；16-锥齿轮；17-传动轴；18-直线轴承；19-皮带滚轴；20-传动装置外壳。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1~7所示，本发明提供了一种基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置，包括煤矸识别装置、粒径分选装置、传送装置和煤矸分离装置；

所述传送装置主要由改良皮带4、外附皮带14、传动装置3和矸石刮板13组成；改良皮带4与传统皮带相比，通过增加一对托辊，使它上下两面皮带的间距变大，上下两面皮带均可以起到运输的作用；改良皮带4间距变大后，使在上方向前运行的皮带和在下方向后运行的皮带的垂直距离增大，使矸石可以在下方皮带通过；

具体地，如图4所示，传动装置3为凹形结构，其竖直方向的传动装置外壳20内部设有竖直方向的传动轴17，传动轴17的上下两端分别连接锥齿轮16，上、下端的锥齿轮16分别垂直连接锥齿轮且二者啮合，该锥齿轮固定在水平的传动轴17上，传动装置下端水平的传动轴另一端连接皮带滚轴19，传动装置上端水平的传动轴通过锥齿轮啮合传动给另一竖直方向的传动轴17，该传动装置下端水平的传动轴17下端连接可调高度支撑杆2。传动轴17通过直线轴承18安装在传动装置内部，使其可以顺畅的转动，直线轴承18对传动轴17起承载作用。

皮带滚轴与传动轴通过联轴器连接，传动装置带动皮带滚轴运动将力传递给三叶拨片1；矸石刮板13是一个90°弯折的L形刮板，固定安装在改良皮带4的下方皮带上，用于清扫皮带，将改良皮带4的下方皮带上的矸石和灰尘刮下皮带；外附皮带14设置在改良皮带4的侧下方。

所述煤矸识别装置主要由化学喷雾装置6和摄像装置7组成；化学喷雾装置6由喷头和储存罐组成，持续的进行喷洒药剂；其中，喷头安装在改良皮带上方的顺槽顶板上，通过导管和储存罐相连，储存罐放置在顺槽底板上；摄像装置为两个平行排列的摄像机，在皮带上方间隔设置；

所述粒径分选装置主要由陶瓷滑槽5、三叶拨片1、可调高度支撑杆2组成；三叶拨片1由三个拨片组成,设置在改良皮带上方；三叶拨片1固定在可调高度支撑杆2上，可以随之转动，可调高度支撑杆由伸缩杆构成，可以随传动装置转动，可调高度支撑杆与传动装置的传动轴通过联轴器连接，传动轴转动带动可调高度支撑杆随之转动。陶瓷滑槽5固定在外附皮带14上，使三叶拨片所拨动的矸石可以从较高的改良皮带4通过它滑落到较低的外附皮带14上；

所述煤矸分离装置主要由机械爪12、伸缩杆10、限位开关9、导轨8和矸石槽11组成；其中导轨固定在顺槽顶板上，导轨上设有滑块，伸缩杆固定在导轨的滑块上，使其可以在导轨上顺畅的滑动；伸缩杆一端固定在导轨滑块上，另一端固定机械爪，这样伸缩杆伸长或者收缩就可以改变机械爪和导轨间的距离，即可使机械爪上升或下降；限位开关安装在导轨的中间，矸石槽固定在限位开关的下方且矸石槽下方开口正对改良皮带的下方皮带。伸缩杆运行到导轨中间时触碰到限位开关，机械爪放下矸石，使矸石落入矸石槽中。

化学喷雾装置固定在改良皮带和外附皮带的中间，持续喷洒化学药剂，喷洒后化学药剂与矸石反应较强而与煤反应较缓慢，利用反应产生的热量提高摄像装置中红外相机的识别率；因煤矸石的主要成分为Al₂O₃、SiO₂；而煤中95%以上的成分为碳、氢、氧元素组成的高分子有机物，所以化学药剂应选用低浓度的氢氧化钠溶液，使其与煤矸石反应产生热，而与煤反应微弱。化学喷雾装置通过喷出化学药剂（低浓度的氢氧化钠溶液）与煤反应产生热量而不与矸石反应，从而增加了煤和矸石的区分度，使摄像装置的识别率更高。

所述粒径分选装置中的可调高度支撑杆2的上部安装在传动装置的传动轴上，三叶拨片安装在可调高度支撑杆的下部，且一部分位于改良皮带的上方，另一部分位于陶瓷滑槽的上方，且通过传动装置从皮带滚轴（将滚轴的动力转换为三叶拨片的转动）获取动力；

所述煤矸识别装置中的化学喷雾装置和摄像装置均固定在井下顺槽顶板上；其中，化学喷雾装置安装在煤料运行的前方，而摄像装置安装在化学喷雾装置之后。 具体地，摄像装置为两个平行排列的摄像机，分别为普通相机和红外相机，摄像装置既可以通过普通相机识别煤料的纹理特征区分煤和矸石，也可以通过红外相机识别煤与化学喷雾装置喷洒的化学药剂反应产生的热量区分煤和矸石。摄像装置识别后通过电缆传递信号给控制装置。

所述传送装置中的改良皮带4和外附皮带14均安装在顺槽中，矸石刮板13位于改良皮带4靠近工作面一侧的下方；

所述煤矸分离装置中的导轨8横跨改良皮带4和外附皮带14，并固定在顺槽顶板上，伸缩杆10上部安装在导轨8的滑块上可控制滑动，伸缩杆10下部安装机械爪12，且限位开关9安装在导轨上，限位开关9正下方对应矸石槽11上方开口（当伸缩杆触碰到限位开关时即可使机械爪放下矸石，矸石正好落入矸石槽中）；机械爪由控制装置的气动控制器进行控制，可通过调节机械爪的大小以适应不同粒径大小的矸石；

矸石槽固定在改良皮带和外附皮带的中间，矸石槽上方开口在两部皮带中间位置，且上方开口高度低于改良皮带，这样两部皮带上的两个机械爪运行时不会相互干涉。矸石槽的上方开口在两部皮带中间，使机械爪可以下放矸石到矸石槽中。矸石槽的下方开口在改良皮带的下方皮带上，使矸石随皮带返回。

传动装置用于将皮带运动的力传递到三叶拨片上，使三叶拨片无需额外动力来源；皮带通过摩擦力使传动装置的传动轴转动，且通过齿轮向不同方向的传动轴传递动力，从而使固定在传动轴上的三叶拨片随皮带转动而转动。本发明传动原理为：依靠皮带带动皮带滚轴转动，皮带在传动时处于一个绷紧的状态，皮带滚轴和皮带的接触面会因为绷紧获得一个很大的正压力，从而获得一个较大的摩擦力；如，皮带带速一般是3~4m/s，三叶拨片需要的叶片边缘到轴心垂直距离是一个皮带宽度（1.5m左右），所以三叶拨片转速在0.38~0.53r/s即可满足需求，假设滚轴直径为20cm，带速为3m/s，那么滚轴转速约为5r/s，通过三对锥齿轮的减速将转速降低10倍，并且按照较低的传动效率70%来计算，皮带滚轴的摩擦力矩为三叶拨片转动力矩的1/7就足以带动三叶拨片。因此本发明中三叶拨片转动由传动装置即可提供。

限位开关作为机械爪运动的零点，使机械爪放下矸石时位置归零，防止长时间运行积累误差。

控制装置使用现有的微型计算机和单片机即可实现所需功能。控制装置包括：气动控制器、电机驱动、图像处理模块、采集模块和存储模块，气动控制器控制机械爪（限位开关将指令传递给控制装置，控制装置进一步通过气动控制器来控制机械爪进行抓取和放下的动作），电机驱动控制伸缩杆和可调高度支撑杆（电机驱动只控制可调高度支撑杆通过收缩或者伸长来调节高度，可调高度支撑杆的转动由传动装置控制）；图像处理模块与摄像装置连接，用于处理图像并将数据反馈给存储模块；采集模块通过电缆与力矩传感器连接，控制可调高度支撑杆的伸缩。

控制过程如下：（如图7所示）

①控制装置粒径分选过程：

采集模块通过电缆与三叶拨片相连，当三叶拨片的力矩传感器超过设定值（设定值根据现场实际状况设置）时，通过可调高度支撑杆提高三叶拨片的高度，减少三叶拨片可拨动的煤料从而防止外附皮带堵塞，而改良皮带上粒径不同的煤料可以通过下一个三叶拨片再次分离。

根据三叶拨片分选煤料的力矩判断煤料的破碎程度，然后根据可调高度支撑杆来调节三叶拨片到改良皮带的高度，以适应分离不同破碎程度的煤，防止堵塞。

②控制装置识别煤矸过程：

图像处理模块通过电缆与摄像装置相连；通过摄像装置的红外相机识别矸石与化学药剂反应产生的热量区分煤和矸石，同时通过普通的光学相机识别煤和矸石的图像纹理特征区分煤和矸石，加权这两个结果从而区分煤和矸石，并标记出当前时刻矸石的位置。

③控制装置分选煤矸过程：

采集模块通过电缆与限位开关相连；电机驱动通过电缆与伸缩杆相连；气动控制器通过电缆与机械爪相连，通过②得出的矸石位置、皮带运行速度和伸缩杆运行的速度，经过计算后，控制伸缩杆移动到对应位置并使用机械爪抓取；随后伸缩杆移动到导轨中间，触发限位开关，机械爪把矸石丢到矸石槽中。

进一步地，上述控制装置中，图像处理模块使用NVIDIA公司生产的jetson nano，处理器使用ST公司生产的STM32F407系列;存储模块使用工业级硬盘，采集模块作为缓冲器，隔离处理器和外部信号，可以使用STM32F030系列。

上述的煤矸识别装置、粒径分选装置、传送装置和煤矸分离装置均可多级串联，以增加识别的准确率。

本发明提供了上述基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置的使用方法，包括如下步骤：

a.煤料在改良皮带上运输，由距改良皮带一定高度的三叶拨片将所需粒径大小的煤料拨到陶瓷滑槽上并滑落到外附皮带上；

b.通过化学喷雾装置对改良皮带和外附皮带上的煤料喷洒化学药剂使矸石与药剂反应；通过药剂和矸石反应而和煤不反应或者反应微弱，从而反应释放的热量不同，使摄像装置中的红外相机可以有效识别煤和矸石；所述化学药剂为低浓度的氢氧化钠溶液。

c.摄像装置通过图像识别区分煤和矸石并标记煤和矸石的位置；

d.机械爪抓取被标记的矸石并投入到矸石槽中，触碰到限位开关时将位置归零，准备下次抓取；

电机在运动时是可以控制其运行距离的，但是往往由于高温、灰尘、装配、载荷等影响，在长时间运行后会积累误差，使位置控制出现偏差，因此本发明在导轨中间安装限位开关，当伸缩杆运行到导轨中间时，触碰到限位开关，使其闭合；限位开关闭合时，装置记录此时的位置为零点，这样在每次抓取放下时均会触碰一次限位开关将位置归零，防止长时间积累误差。

e.剩余煤料继续运输或者进入下一级分选，矸石由矸石槽滑落到改良皮带下方运回。

Claims (8)

1.一种基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置，其特征在于：包括煤矸识别装置、粒径分选装置、传送装置、煤矸分离装置和控制装置；

所述传送装置包括改良皮带、外附皮带、传动装置和矸石刮板；改良皮带与传统皮带相比，通过增加一对托辊，使它上下两面皮带的间距变大，起到运输的作用；改良皮带间距变大后，使在上方向前运行的皮带和在下方向后运行的皮带的垂直距离增大，使矸石能在下方皮带通过；传动装置内部由齿轮、传动轴和轴承组成，皮带滚轴与传动轴通过联轴器连接，传动轴通过轴承安装在传动装置内部，使其能顺畅的转动，传动装置拐角处通过齿轮连接两个垂直的传动轴，传递动力；传动装置带动皮带滚轴运动将力传递给三叶拨片；矸石刮板是一个90°弯折的L形刮板，固定安装在改良皮带的下方皮带上，用于清扫皮带，将改良皮带的下方皮带上的矸石和灰尘刮下皮带；外附皮带设置在改良皮带的侧下方；

所述煤矸识别装置包括化学喷雾装置和摄像装置；化学喷雾装置包括喷头和储存罐，持续进行喷洒药剂；其中，喷头安装在改良皮带上方的顺槽顶板上，通过导管和储存罐相连，储存罐放置在顺槽底板上；摄像装置为两个平行排列的摄像机，在皮带上方间隔设置；所述化学喷雾装置固定在改良皮带和外附皮带的中间，持续喷洒化学药剂，喷洒后化学药剂与矸石反应较强而与煤反应较缓慢，利用反应产生的热量提高摄像装置中红外相机的识别率；化学药剂选用低浓度的氢氧化钠溶液；

所述粒径分选装置包括陶瓷滑槽、三叶拨片、可调高度支撑杆；三叶拨片由三个拨片组成,设置在改良皮带上方；三叶拨片固定在可调高度支撑杆上，随之转动，可调高度支撑杆由伸缩杆构成，随传动装置转动，可调高度支撑杆与传动装置的传动轴通过联轴器连接，传动轴转动带动可调高度支撑杆随之转动；陶瓷滑槽固定在外附皮带上，使三叶拨片所拨动的矸石从较高的改良皮带通过它滑落到较低的外附皮带上；所述粒径分选装置中的可调高度支撑杆的上部安装在传动装置的传动轴上，三叶拨片安装在可调高度支撑杆的下部，且一部分位于改良皮带的上方，另一部分位于陶瓷滑槽的上方，且通过传动装置从皮带滚轴获取动力；

所述煤矸分离装置包括机械爪、伸缩杆、限位开关、导轨和矸石槽；其中导轨固定在顺槽顶板上，导轨上设有滑块，伸缩杆固定在导轨的滑块上，使其在导轨上顺畅的滑动；伸缩杆一端固定在导轨滑块上，另一端固定机械爪，这样伸缩杆伸长或者收缩就能改变机械爪和导轨间的距离，即可使机械爪上升或下降；限位开关安装在导轨的中间，矸石槽固定在限位开关的下方且矸石槽下方开口正对改良皮带的下方皮带；伸缩杆运行到导轨中间时触碰到限位开关，机械爪放下矸石，使矸石落入矸石槽中；

所述控制装置包括处理器、气动控制器、电机驱动、图像处理模块、采集模块和存储模块；气动控制器控制机械爪，电机驱动控制伸缩杆和可调高度支撑杆；图像处理模块与摄像装置连接，用于处理图像并将数据反馈给存储模块；采集模块通过电缆与力矩传感器连接，控制可调高度支撑杆的伸缩。

2.根据权利要求1所述的基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置，其特征在于：所述煤矸识别装置中的化学喷雾装置和摄像装置均固定在井下顺槽顶板上；其中，化学喷雾装置安装在煤料运行的前方，而摄像装置安装在化学喷雾装置之后；摄像装置为两个平行排列的摄像机，分别为普通相机和红外相机，摄像装置既能通过普通相机识别煤料的纹理特征区分煤和矸石，也能通过红外相机识别煤与化学喷雾装置喷洒的化学药剂反应产生的热量区分煤和矸石；摄像装置识别后通过电缆传递信号给控制装置。

3.根据权利要求1所述的基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置，其特征在于：所述传送装置中的改良皮带和外附皮带均安装在顺槽中，矸石刮板位于改良皮带靠近工作面一侧的下方。

4.根据权利要求1所述的基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置，其特征在于：所述传动装置用于将皮带运动的力传递到三叶拨片上，使三叶拨片无需额外动力来源；皮带通过摩擦力使传动装置的传动轴转动，且通过齿轮向不同方向的传动轴传递动力，从而使固定在传动轴上的三叶拨片随皮带转动而转动。

5.根据权利要求1所述的基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置，其特征在于：所述煤矸分离装置中的导轨横跨改良皮带和外附皮带，并固定在顺槽顶板上，伸缩杆上部固定在导轨的滑块上，伸缩杆下部安装机械爪，且限位开关安装在导轨上，限位开关正下方对应矸石槽上方开口，当伸缩杆触碰到限位开关时即可使机械爪放下矸石，矸石正好落入矸石槽中；机械爪由控制装置的气动控制器进行控制，通过调节机械爪的大小以适应不同粒径大小的矸石。

6.根据权利要求5所述的基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置，其特征在于：矸石槽固定在改良皮带和外附皮带的中间，且矸石槽上方开口高度低于改良皮带；矸石槽上方开口在两部皮带中间位置，使机械爪能下放矸石到矸石槽中，矸石槽的下方开口在改良皮带的下方皮带上，使矸石随皮带返回。

7.根据权利要求1所述的基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置，其特征在于：控制装置的控制过程如下：

①控制装置粒径分选过程：

采集模块通过电缆与三叶拨片相连，当三叶拨片的力矩传感器超过设定值时，通过可调高度支撑杆提高三叶拨片的高度，减少三叶拨片可拨动的煤料从而防止外附皮带堵塞，而改良皮带上粒径不同的煤料通过下一个三叶拨片再次分离；根据三叶拨片分选煤料的力矩判断煤料的破碎程度，然后根据可调高度支撑杆来调节三叶拨片到改良皮带的高度；

②控制装置识别煤矸过程：

图像处理模块通过电缆与摄像装置相连；通过摄像装置的红外相机识别矸石与化学药剂反应产生的热量区分煤和矸石，同时通过普通的光学相机识别煤和矸石的图像纹理特征区分煤和矸石，加权这两个结果从而区分煤和矸石，并标记出当前时刻矸石的位置；

③控制装置分选煤矸过程：

采集模块通过电缆与限位开关相连；电机驱动通过电缆与伸缩杆相连；气动控制器通过电缆与机械爪相连，通过②得出的矸石位置、皮带运行速度和伸缩杆运行的速度，经过计算后，控制伸缩杆移动到对应位置并使用机械爪抓取；随后伸缩杆移动到导轨中间，触发限位开关，机械爪把矸石丢到矸石槽中。

8.一种权利要求1~7任一项所述的基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

a.煤料在改良皮带上运输，由距改良皮带一定高度的三叶拨片将所需粒径大小的煤料拨到陶瓷滑槽上并滑落到外附皮带上；

b.通过化学喷雾装置对改良皮带和外附皮带上的煤料喷洒化学药剂使矸石与药剂反应；通过药剂与矸石反应而与煤不反应或者反应微弱，从而反应释放的热量不同，使摄像装置中的红外相机有效识别煤和矸石；所述化学药剂为低浓度的氢氧化钠溶液；

c.摄像装置通过图像识别区分煤和矸石并标记煤和矸石的位置；

d.机械爪抓取被标记的矸石并投入到矸石槽中，触碰到限位开关时将位置归零，准备下次抓取；

电机在运动时控制其运行距离，但是往往由于高温、灰尘、装配、载荷影响，在长时间运行后会积累误差，使位置控制出现偏差，因此在导轨中间安装限位开关，当伸缩杆运行到导轨中间时，触碰到限位开关，使其闭合；限位开关闭合时，装置记录此时的位置为零点，这样在每次抓取放下时均会触碰一次限位开关将位置归零，防止长时间积累误差；

e.剩余煤料继续运输或者进入下一级分选，矸石由矸石槽滑落到改良皮带下方运回。