专利名称：一种基于自然射线测量煤矸混合物中矸石量的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量煤矸混合物中矸石量的方法，尤其是一种适用于煤矸实时监测的基于自然射线测量煤矸混合物中矸石量的方法。
背景技术：
综采(放)工作面现场实践证明，综采放顶煤开采过程中，难题之一就是如何根据煤炭放落程度控制放煤窗口关窗时机。目前，放顶煤开采时，顶煤放落程度全靠人工目测和耳听来判断和控制。由于采煤工作面灰尘大，条件恶劣，人工很难准确判断顶煤放落程度，因此不可避免地导致放煤过程中的过放和欠放状况。过放状况是将顶板矸石大量放出而 造矸石含量变大，煤质下降，运输、洗选成本增加；欠放状况则造成煤炭资源丢失，回收率降低，造成资源浪费。为准确控制放煤程度，研究并制造测量放煤过程中煤矸混合物中矸石含量的装置已是迫在眉睫，综采放顶煤自动放煤的关键在于煤矸自动识别，测量煤矸混合物中的矸石量的装置的研发对于实现自动化放顶煤具有重要的意义。在实际的测量中发现，在顶板岩石和煤层中都存在着天然放射性元素的物质，图I是沉积岩放射性元素含量对比图，根据图I可以看出顶板岩石中天然Y射线量比煤中高的多，对页岩顶板，其Y射线量是煤层的20倍，对砂岩顶板，其Y射线量也要高出煤层10倍。因此，页岩或砂岩可以作为天然Y射线放射源。因煤是放射性很弱的岩石，对煤灰分物质的分析鉴定可以发现灰分中不含放射性物质，因此煤的放射性可以忽略不计。因此根据测量得到煤矸混合物中的放射性物质的含量可以测定煤矸混合物中的矸石量，基于此可以实现自动化放顶煤开采。
发明内容
技术问题本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种工艺简单、操作方便、控制性好、安全可靠、效果好的基于自然射线测量煤矸混合物中矸石量的方法。技术方案本发明的基于自然射线测量煤矸混合物中矸石量的方法，包括如下步骤
a.在液压支架设置能谱与射线分析仪和与能谱与射线分析仪相连的电液控制阀，在液压支架后方放顶煤窗口处设有Y射线探头；
b.依据矿井综放工作面的支架围岩关系及煤质要求确定顶煤的放出量，设定放煤口煤矸流中矸石量的阀值大小；
c.煤矸放出时，Y射线探头从放出的煤矸流量中获取矸石的自然Y射线辐射强度信息，并将所获取的Y射线辐射强度信息传递到能谱与射线分析仪上，能谱与射线分析仪将接收到的射线辐射强度信息进行处理分析，计算出当前煤矸混合物中矸石量，同时能谱与射线处理分析仪将计算出的矸石量与设定好的矸石量阈值进行比较，能谱与射线分析仪通过数据传输线将分析结果联入矿井监测系统，进行实时监测；
d.当测得的煤矸混合物中矸石含量达到或超过设定的矸石含量阈值时，数据分析仪向电液控制阀组发出关闭放煤窗口的指令，停止放煤。在所述Y射线探头上方设置保护Y射线探头被矸石砸坏的挡板。有益效果由于矸石中天然放射性物质所发射的Y射线量比较多，而煤炭中天然放射性物质所发射的Y射线量很少几乎，可以忽略不计，将矸石和煤按照不同的比例进行混合堆成堆，随着矸石比例的增加，探头探测到的Y射线辐射量也同样增加，根据所测到的Y射线量能够确定煤矸混合物中的矸石量。本发明通过探测放煤口放出煤矸流中一些天然放射性物质所发出的Y射线量来确定含矸量，在顶板岩石和煤层中都存在着这种含放射性元素的物质，由于顶板岩石中天然Y射线量比煤中高的多，并且煤的放射性可以忽略不计。所以可以通过测量煤矸混合物中的Y射线量确定混合物中的矸石量。本发明可以高效和准确地实现煤矸自动识别，提高综放开采顶煤的放出率，减员提效，使放煤工人远离井下工作面的恶劣环境，使煤矿真正意义上的煤炭综合机械化放顶煤自动化开采及自动选煤技术等成为可能。本发明还可用于煤矿井下其它工序的煤矸识别，达到自动化生产的目的。例如可以借助单片机技术，用于综合机械化掘进中的煤矸界面识别，实现巷道自动化掘进。对于提高煤炭资源的采出率，实现安全高效自动化开采具有重要的现实意义。
图I是沉积岩放射性元素含量对比图。图2是本发明用于放顶煤的实例示意图。图中I-煤层，2-岩层，3-矸石，4-采煤机，5-液压支架，6-能谱与射线分析仪，7-电液控制阀，8-刮板输送机，9-Y射线探头，10-数据传输线。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述
本发明的基于自然射线测量煤矸混合物中矸石量的方法，通过在放顶煤开采过程中，来实现放顶煤的放煤口的自动控制。如图2所示，煤层I上方为岩层2，利用采煤机4割底煤，利用液压支架5支撑顶煤及顶板，在采煤过程中，随着煤层的采出，局部岩层2破碎为矸石3，放出顶煤的过程中矸石3和煤体I都会从液压支架5后方的放煤窗口落到后部的刮板输送机8上，放煤口的开启与闭合可以控制顶煤的冒落，在采煤的过程中，需控制后方刮板输送机8上的煤炭中的矸石含量。具体实施步骤如下
a.在液压支架5设置能谱与射线分析仪6和与能谱与射线分析仪6相连的电液控制阀7，能谱与射线分析仪6安设在放顶煤液压支架5中部，在液压支架5后方放顶煤窗口处设置Y射线探头9，以探测刮板输送机8上的煤矸流中的Y射线的辐射强度，在Y射线探头9上方设置保护Y射线探头9被矸石砸坏的挡板；
b.依据矿井综放工作面的支架围岩关系及煤质要求确定顶煤的放出量，设定放煤口煤矸流中矸石量的阀值大小，根据煤矿的具体条件，例如设定在放煤过程中刮板输送机上测量的砰石量阈值为20kg ；
c.煤矸放出时，Y射线探头9从放出的煤矸流量中获取矸石的自然Y射线辐射强度信息，并将所获取的Y射线辐射强度信息传递到能谱与射线分析仪6上，能谱与射线分析仪6将接收到的射线辐射强度信息进行处理分析，计算出当前煤矸混合物中矸石量，同时、能谱与射线处理分析仪6将计算出的矸石量与设定好的矸石量阈值进行比较，能谱与射线分析仪6通过网络传输线将分析结果联入矿井监测系统，进行实时监测；
d.当测得的煤矸混合物中矸石含量达到或超过能谱与射线分析仪6设定的矸石含量阈值时，能谱与射线分析仪6向电液控制阀7发出关闭放煤窗口的指令，通过电液控制阀7控制放顶煤液压支架的尾梁伸出，自动终止放煤，完成一次放顶煤的作业； e.待进行下一循环的放顶煤作业进，重复上述过程，实现整个工作面的自动化放煤。
权利要求
1.一种基于自然射线测量煤矸混合物中矸石量的方法，其特征在于包括如下步骤 a.在液压支架(5)设置能谱与射线分析仪(6)和与能谱与射线分析仪(6)相连的电液控制阀(7)，在液压支架(5)后方放顶煤窗口处设有Y射线探头(9); b.依据矿井综放工作面的支架围岩关系及煤质要求确定顶煤的放出量，设定放煤口煤矸流中矸石量的阀值大小； c.煤矸放出时，Y射线探头(9)从放出的煤矸流量中获取矸石的自然Y射线辐射强度信息，并将所获取的Y射线辐射强度信息传递到能谱与射线分析仪(6)上，能谱与射线分析仪(6)将接收到的射线辐射强度信息进行处理分析，计算出当前煤矸混合物中矸石量，同时能谱与射线处理分析仪(6)将计算出的矸石量与设定好的矸石量阈值进行比较，能谱与射线分析仪(6)通过网络传输线将分析结果联入矿井监测系统，进行实时监测； d.当测得的煤矸混合物中矸石含量达到或超过设定的矸石含量阈值时，数据分析仪(6)向电液控制阀(7)发出关闭放煤窗口的指令，停止放煤，完成一次放顶煤作业。
2.根据权利要求I所述的基于自然射线测量煤矸混合物中矸石量的方法，其特征在于在所述Y射线探头(9)上方设置保护Y射线探头(9)被矸石砸坏的挡板。
全文摘要
一种基于自然射线测量煤矸混合物中矸石量的方法，通过探测放煤口放出煤矸流中一些天然放射性物质所发出的γ射线量来确定含矸量，将γ射线探头布置在液压支架插板后方，通过γ射线探头探测煤矸混合物中的γ射线强度，实时采集数据并将数据进行分析处理，计算出煤矸混合物中的矸石量，并与设定的矸石含量阀值进行比较，当测定的矸石含量达到或超过设定的矸石含量阀值时，通过电液阀控制放煤口的自动关窗，实现自动化放煤。
文档编号E21D23/12GK102635381SQ201210131250
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月2日 优先权日2012年5月2日
发明者刘长友, 刘长郄, 卫建清, 康庆涛, 张宁波, 王飞龙, 鲁岩 申请人:中国矿业大学