分拣矸石的系统与方法与流程

本发明涉及煤矿除渣技术，尤其涉及一种分拣矸石的系统与方法。

背景技术：

现如今，在我国传统的煤矿生产中，由于地质结构的变化，煤炭采区都存在断层和煤层变化，会造成大量矸石随同煤炭一起进入生产系统被运输系统运至地面。

一般情况下，带有矸石的原煤先到达选矸车间，经振动筛分机筛分后，大于一定尺寸粒度的矸石及煤块将进入手选输送带由人工进行手选。由于我国大部分煤田地质条件复杂，煤质条件变化大，因此人工选矸的工作量非常大，工作强度高，工作环境恶劣。并且，从事这项工作的从业人员基本以女性为主导，长期在这种环境下工作，会极大损害人体的健康。

技术实现要素：

本发明提供一种分拣矸石的系统与方法，以解决现有技术中人工选矸对人体造成伤害的缺陷。

本发明第一个方面提供一种分拣矸石的系统，包括：

射线发生器，用于向传送带上的原煤发送射线，并识别位于传送带上的原煤中的矸石；

定位装置，用于根据所述射线的信息对所述矸石进行定位；

机械臂，用于根据所述定位的信息，将所述矸石从所述原煤中分拣出来。

本发明另一个方面提供一种分拣矸石的方法，包括：

向传送带上的原煤发送射线，并识别位于传送带上的原煤中的矸石；

根据射线的信息对所述矸石进行定位；

根据所述定位的信息，将所述矸石从所述原煤中分拣出来。

由上述技术方案可知，本发明提供的分拣矸石的系统与方法，通过采用射线识别矸石，并采用定位装置根据射线的信息对矸石进行定位，利用机械臂分拣矸石，既避免了人工分拣矸石对人体造成的伤害，又节省了人力。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的分拣矸石的系统的结构示意图；

图2为根据本发明另一实施例的分拣矸石的系统的结构示意图；

图3为根据本发明再一实施例的分拣矸石的方法的流程示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例提供过一种分拣矸石的系统，用于自动分拣原煤中的矸石。如图1所示，为根据本实施例的分拣矸石的系统的结构示意图。

本实施例的分拣矸石的系统包括射线发生器101、定位装置102和机械臂103。

其中，射线发生器101用于向传送带上的原煤发送射线，并识别位于传送带上的原煤中的矸石；定位装置102用于根据射线信息对矸石进行定位；机械臂103用于根据定位的信息，将矸石从原煤中分拣出来。

其中，射线发生器101与定位装置102连接，可以是有线连接，也可以是无线连接，定位装置102与机械臂103连接，连接方式也可以是有线连接或者是无线连接。原煤中包括矸石和煤块。射线发生器101的个数可以是一个，也可以是多个，具体根据实际需要设定。

射线发生器101具体可以向传送带上发出X射线，根据X射线的吸收率识别出矸石。具体地：射线发生器101可以获取穿透所述原煤的X射线的信息，然后根据所述X射线的初始信息和穿透所述原煤的X射线的信息识别出矸石，并向所述定位装置102发送穿透所述原煤的X射线的信息。X射线本身具有很高的穿透能力，能透过许多对可见光不透明的物质。X射线穿透不同的材料时，不同的材料对X射线的吸收率是不同的，例如，密度高的物体其吸收率高。因此，可以根据吸收率来区分物体。本实施例中可以利用X射线对矸石和煤块进行区分，其中，矸石的吸收率小于煤块的吸收率，根据两者不同的吸收率，射线发生器101就可以确定出是否有矸石。具体如何获取吸收率以及矸石对应的吸收率属于现有技术，在此不再赘述。在实际应用中，可以根据实际需要使射线发生器发出其它类型的射线，例如α射线、β射线、γ射线和中子射线等，在此不再赘述。

相应的，本实施例的定位装置102具体可以用于：获取X射线的初始信息；根据所述X射线的初始信息和穿透所述原煤的X射线的信息，获取所述矸石的位置信息。定位装置102获取X射线的初始信息的方式有很多种，例如由射线发生器101发送给定位装置102，也可以是预先输入到定位装置102中的，只要能够保证X射线的初始信息被定位装置102获取到即可。当然，定位装置102还可以根据X射线的初始信息和穿透原煤的X射线的信息，获取矸石的体积信息和质量信息。定位装置102可以对原煤进行图像采集，根据射线的信息和图像采集的信息对矸石进行定位，该射线的信息包括X射线的初始信息和穿透所述原煤的X射线的信息。该定位的信息除了矸石的位置信息、体积信息和重量信息，还可以包括矸石的轮廓信息等，具体可以根据实际需要获取，在此不做限定。

机械臂103可以是位于一个机械臂群组中，根据定位的信息，分拣矸石。具体地，可以由定位装置102触发机械臂103进行相应的操作，也可以定位装置102向机械臂103的控制元件发送定位的信息，并由控制元件进行相应的分析之后触发机械臂103进行分拣矸石的操作，还可以根据实际需要采用其它方式，具体不再赘述。

根据本实施例的分拣矸石的系统，通过采用射线识别矸石，并采用定位装置根据射线的信息对矸石进行定位，利用机械臂分拣矸石，既避免了人工分拣矸石对人体造成的伤害，又节省了人力。

实施例二

本实施例对上述实施例的分拣矸石的系统做进一步具体说明。

如图2所示，本实施例的射线发生器可以包括发射器1011和接收器1012。其中发射器1011设置在传送带110的下方，接收器1012设置在传送带110的上方且与发射器1011相对，发射器1011用于向原煤120发出射线，接收器1012用于接收穿透原煤120的射线并对该射线进行分析，生成穿透原煤的X射线的信息。其中，传送带110的行进可以通过传送带轮111来实现。

本实施例的接收器1012可以包括带闪烁晶体的硅光电二极管阵列、信号处理电路和数据采集电路。其中，硅光二极管阵列用于将穿透原煤120的射线转化为微弱的电流信号，信号处理电路用于将微弱的电流信号经积分放大、A/D(Analog/Digital，数模)转换后按照预定的协议发送到总线上，数据采集电路与总线连接，接收信号处理电路发送的电流信号，并经过预设算法将结果通过TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协议/互联网络协议)协议或其他协议上发送至定位装置，或者发送到其他装置再由其他装置发送到定位装置上。数据采集电路也可以通过射线的原始信息和穿透射线的信息确定出哪里是矸石，并将对应矸石的射线的原始信息和穿透射线的信息发送至定位装置。

可选地，定位装置包括视频监控器1021和控制器(图中未示出)，其中，视频监控器1021设置在传送带110的上方，用于采集矸石的图像信息，控制器分别与视频监控器1021和射线发生器连接，该控制器用于根据图像信息X射线的初始信息和穿透原煤的X射线的信息对矸石进行定位。

具体地，控制器可以采用下面的方式确定矸石的重量：

根据公式G＝ρ×V获取第一质量G，V是矸石的体积，ρ是原煤的密度；

根据公式获取矸石在原煤中的重量比Ad，其中μz为原子序数大于预设阈值的元素的质量衰减系数，μc为质量序数小于或等于预设阈值的元素的质量衰减系数，I₀是X射线的初始能量，I是穿透原煤的X射线的能量，d是原煤的厚度；

根据公式G’＝A_d×G获取矸石的质量。

首先，可以通过视频监控器1021获取原煤120的图像，然后控制器根据视频监控器1021获取的图像以及现有技术中的边缘检测算法获取矸石的体积，具体如何采用边缘检测算法获取物体的体积属于现有技术，在此不再赘述。

X射线穿透原煤120时，X射线吸收与原煤120的成分和质量密度有关系。根据X射线衰减公式可知：I＝I_{_0}e^-μρd (公式1)；

其中I为X射线穿透原煤之后的能量，I_{_0}为X射线的初始发射能量，μ为X射线的衰减系数，单位是cm²/g，d为原煤的厚度，单位为cm，ρ为煤的密度，单位g/cm。元素的质量衰减系数是与X射线的初始发射能量有关系的，例如，对于低于200keV的X射线来说，各元素的质量衰减系数随着原子序数的增大而增加。虽然原煤120的组成非常复杂，但是可以认为原煤120是以C为代表的低原子序数的元素和以Si为代表的高原子序数的元素组成的。预设阈值就可以设置在C的原子序数和Si的原子序数之间。如果高原子序数的元素的质量分数为Cz，则低原子序数的元素的质量分数为1-Cz。假设高原子序数的元素的质量衰减系数为μz，低原子序数的元素的质量衰减系数为μc，则对于X射线，原煤120的质量衰减系数为:

μ＝Czμz+(1-Cz)μc 公式(2)

根据公式(1)和公式(2)可以得到如下公式：

由于矸石是灰分的主要成分，因此，可以将矸石的单位质量的吸收率看做灰分的单位质量的吸收率，而根据经验，灰分的单位质量的吸收率是高原子序数的元素的单位质量的吸收率的2倍，因此，根据公式(3)可以得到矸石在原煤中的重量比Ad：

而根据之前获取矸石的体积和原煤的密度能够获取第一质量G，再根据公式G’＝＝A_d×G获取矸石的质量G’。

当然，控制器还可以采用其它方式确定矸石的质量信息，具体属于现有技术，在此不再赘述。

本实施例中，机械臂103可以是预先设置的一组机械臂群组中的一个，系统中机械臂103的个数可以为多个。为了使分拣矸石的效率更高，可以设置多个机械臂共同操作，每个机械臂可以负责位置、体积和质量在一定范围内的矸石，并可以根据预先设定的程度避免相互之间影响。可选的，本实施例的定位装置还可以用于：根据矸石的位置信息、体积信息和质量信息，从预先设置的机械臂群组中选择出能够分拣矸石的机械臂。

这样，本实施例的机械臂103具体用于：根据定位信息将相应位置上的矸石进行拾取操作，和/或改变该矸石从传送带110掉落的方向，以使矸石落到指定区域。即机械臂103根据定位信息将该位置上的矸石分拣出来。

机械臂103可以设置在传送带110行进方向上的前方，如图2所示。本实施例的分拣矸石的操作可以包括拾取操作和改变矸石从传送带110上掉落的方向的操作。拾取操作即机械臂103从传送带110上将矸石拿出来并放置到指定地点；改变矸石从传送带110上掉落的方向包括：沿着传送带110的行进方向打击矸石以及向偏离传送带110的行进方向打击矸石，这个操作可以在矸石即将从传送带110掉落的时候进行，例如在位置210处进行。具体举例来说，如果不对矸石进行任何操作，矸石应该掉落在煤块料仓201中，如果机械臂103沿着传送带110的行进方向打击矸石，则可以给矸石一个加速度，使矸石掉落在矸石料仓202中，机械臂103如果向偏离传送带110的行进方向打击矸石，则矸石会掉落在煤块料仓201旁边的另外一个矸石料仓(图中未示出)。可以同时设置多个矸石料仓，这样可以使得不同的机械臂沿着不同的方向打击矸石，以避免之间相互影响。具体机械臂103可以根据获取的矸石的位置信息、质量信息和体积信息计算出需用多大的力打击矸石，以使矸石落到指定矸石料仓。

可选的，本实施例的分拣矸石的系统还可以包括激光标线发生器203，该激光标线发生器203与定位装置102连接，可以根据矸石的定位信息发出激光，以指示该被定位的矸石，还可以使操作人员观测到该矸石。该激光标线发生器203可以设置在传送带110的上方。

可选地，分拣矸石的系统还可以包括以下设备中的至少一种：传送带110、煤块料仓201、矸石料仓202。

根据本实施例的分拣矸石的系统，通过机械臂自动分拣矸石，避免了人工分拣矸石对人体造成的伤害，节省了人力。

实施例三

本实施例提供过一种分拣矸石的方法，执行该分拣矸石的方法的执行主体可以是分拣矸石的装置。

如图3所示，为根据本实施例的分拣矸石的方法的流程示意图。该分拣矸石的方法包括：

步骤301，向传送带上的原煤发送射线，并识别位于传送带上的原煤中的矸石。

分拣矸石的系统可以向原煤发送X射线，通过X射线的吸收率识别矸石。即该步骤具体可包括：

向所述传送带上的原煤发送X射线；

获取穿透所述原煤的X射线的信息；

根据所述X射线的初始信息和穿透所述原煤的X射线的信息识别出矸石，并向所述定位装置发送所述X射线的初始信息和穿透所述原煤的X射线的信息。

步骤302，根据X射线的信息对矸石进行定位。

分拣矸石的系统可以定位出矸石的位置信息，当然，还可以定位出矸石的体积信息和质量信息。

该步骤具体可以包括：

获取X射线的初始信息；

根据所述X射线的初始信息和穿透所述原煤的X射线的信息，获取所述矸石的位置信息。

其中，所述根据所述X射线的初始信息和穿透所述原煤的X射线的信息，获取所述矸石的质量信息包括：

根据公式G＝ρ×V获取第一质量G，V是所述矸石的体积，ρ是所述原煤的密度；

根据公式获取所述矸石在所述原煤中的重量比Ad，其中μz为原子序数大于预设阈值的元素的质量衰减系数，μc为质量序数小于或等于预设阈值的元素的质量衰减系数，I₀是X射线的初始能量，I是穿透所述原煤的X射线的能量，d是所述原煤的厚度；

根据公式G’＝A_d×G获取所述矸石的质量。

步骤303，根据定位的信息，将矸石从原煤中分拣出来。

该步骤具体可以包括：

根据矸石的位置信息、体积信息和质量信息，从预先设置的机械臂群组中选择出能够分拣矸石的机械臂；

采用该机械臂将矸石从原煤中分拣出来。

可选地，获取穿透原煤的X射线的信息之后，且在步骤303之前，还包括：

根据穿透原煤的X射线的信息，获取矸石的体积信息和质量信息。

本实施例的分拣矸石的系统的操作方法与上述实施例一致，且该分拣矸石的系统的结构也与上述实施例一致，在此不再赘述。

根据本实施例的分拣矸石的方法，通过采用射线识别矸石，并采用定位装置根据射线的信息对矸石进行定位，利用机械臂分拣矸石，既避免了人工分拣矸石对人体造成的伤害，又节省了人力。

实施例四

本实施例对实施例三的分拣矸石的方法做进一步具体说明。本实施例中，上述实施例的将矸石从原煤中分拣出来的操作具体包括：

根据定位信息将相应位置上的矸石进行拾取操作，和/或改变矸石掉落传送带的方向，以使矸石落到指定区域。

本实施例的分拣矸石的操作可以包括拾取操作和改变矸石从传送带上掉落的方向的操作。拾取操作即机械臂从传送带上将矸石拿出来并放置到指定地点；改变矸石从传送带上掉落的方向包括：沿着传送带的行进方向打击矸石以及向偏离传送带的行进方向打击矸石，这个操作可以在矸石即将从传送带掉落的时候进行。

本实施例的分拣矸石的系统的操作方法与上述实施例一致，且该分拣矸石的系统的结构也与上述实施例一致，在此不再赘述。

根据本实施例的分拣矸石的方法，通过机械臂自动分拣矸石，不仅避免了人工分拣矸石对人体造成的伤害，节省了人力，而且不同分拣矸石的方式，能够避免不同机械臂之间分拣矸石相互影响。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。