一种基于温度识别煤与煤矸石的方法及专用设备与流程

本发明涉及一种基于温度识别煤与煤矸石的方法及专用设备,根据煤与煤矸石表面对红外线吸收率和内部导热率（热阻）不同，在线识别煤与煤矸石识并进行分拣，属于煤矿生产、加工技术领域。

背景技术：

煤矸石是煤生产、加工过程中的伴生物，发热量低、有害物质多，严重影响产品质量，需要及时进行识别和分拣。对粒径较小的煤与煤矸石可以通过介质洗煤或风选的方法去除煤中的煤矸石，对于块状煤与煤矸石，背景技术的识别方法主要有如下几种：1、人工进行分拣；存在问题是劳动强度大、作业环境恶劣、效率低下；2、图像识别方法；根据煤与煤矸石的颜色灰度进行识别，存在问题是难以识别与煤相似的黑色煤矸石；3、伽马射线识别方法；存在问题是难以识别厚度100mm以上的煤矸石，另外，伽马射线对人体和环境有潜在危害。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种基于温度识别煤与煤矸石的方法及专用设备，根据煤与煤矸石表面对红外线吸收率和内部导热率（热阻）不同进行识别，能够在线识别煤与煤矸石并进行分拣，安全环保，效率高，简单实用，不受物料粒径大小影响，解决背景技术存在的上述问题。

本发明技术方案是：

一种基于温度识别煤与煤矸石的专用设备，包含输送装置、排队机构、红外线加热装置、测温装置一、测温装置二、测距装置、控制装置和分拣执行机构，输送装置的头部设有排队机构，输送装置上方设有红外线加热装置；在输送装置上方，红外线加热装置前设有测温装置一，红外线加热装置后设有测温装置二和测距装置，测温装置一、测温装置二和测距装置分别与控制装置相连；分拣执行机构8设置在输送装置的尾部；煤与煤矸石为块状物料，在输送装置的头部经过排队机构排队，顺序移动到尾部；首先经过测温装置一检测加热前温度，然后通过红外线加热装置进行加热，测温装置二对加热后温度进行检测；煤与煤矸石表面对红外线吸收率和内部导热率（热阻）不同，经过红外线加热装置对煤与煤矸石加热后，煤的表面温度升高较快，煤矸石表面温度升高较慢，通过控制装置比较加热前后的温度差，识别煤与煤矸石；测距装置测定煤或煤矸石由于粒径不同造成上表面与红外线加热装置的距离不同，并对识别阈值进行修正。

所述分拣执行机构下方，设置与分拣执行机构匹配的煤矸石输送带和煤输送带。

所述输送装置，为挠性输送带，是耐受一定温度的橡胶输送带或金属链条；输送装置的作用是输送来至上位输送机构的煤和煤矸石。

所述排队机构，是楔形导流板，其作用是把煤和煤矸石沿输送方向排成一行或几行便于识别。

所述红外线加热装置，是利用红外线原理，通过电流使特定电热材料温度升高并产生一定波长的红外线，把热能以电磁波的形式传播出去，用辐射的方式来加热物体。

所述测温装置，是一种红外线温度检测传感器，能够以非接触的方式测定物体表面温度，并将温度参数变换成标准电信号。

所述测距装置，是一种超声波测距离传感器，采用超声波回波测距原理，检测传感器与目标物之间的距离，并将距离参数变换成标准电信号。

所述控制装置，可以是PLC、单片机或其他控制器，还兼顾控制其他设备，达到统一协调运动。

所述分拣执行机构，动力源可以是液压、气动、伺服电机等，带动特定机械把煤与煤矸石分别移动到煤输送带或矸石输送带运往不同地点。

一种基于温度识别煤与煤矸石的方法，据煤与煤矸石表面对红外线吸收率和内部导热率（热阻）不同，经过红外线加热装置对煤与煤矸石加热后，煤的表面吸收热量多且热量向内部传导慢，所以表面温度升高较快；煤矸石表面吸收热量少且热量向内部传导快，所以表面温度升高慢；通过测温装置测定煤与煤矸石加热前、后的温度差，当加热前后温差大于设定的阈值时判定为煤，小于设定的阈值时判定为煤矸石；通过测距装置测定煤或煤矸石由于粒径不同造成上表面与红外线加热装置的距离不同，并对识别阈值进行修正。

具体的识别步骤：

采用一种基于温度识别煤与煤矸石的专用设备进行识别，该设备包含输送装置、排队机构、红外线加热装置、测温装置一、测温装置二、测距装置、控制装置和分拣执行机构，输送装置的头部设有排队机构，输送装置上方设有红外线加热装置；在输送装置上方，红外线加热装置前设有测温装置一，红外线加热装置后设有测温装置二和测距装置，测温装置一、测温装置二和测距装置分别与控制装置相连；分拣执行机构设置在输送装置的尾部；

煤与煤矸石为块状物料，在输送装置的头部经过排队机构排队，顺序移动到尾部；首先经过测温装置一检测加热前温度，然后通过红外线加热装置进行加热，测温装置二对加热后温度进行检测；煤与煤矸石表面对红外线吸收率和内部导热率（热阻）不同，经过红外线加热装置3对煤与煤矸石加热后，煤的表面温度升高较快，煤矸石表面温度升高较慢，通过控制装置比较加热前后的温度差，识别煤与煤矸石；测距装置测定煤或煤矸石由于粒径不同造成上表面与红外线加热装置的距离不同，并对识别阈值进行修正。

详细识别步骤：煤和煤矸石进入输送装置，排队机构把煤和煤矸石沿输送方向排成一行或几行便于识别；输送装置上面的煤和煤矸石沿输送方向移动，块状物料依次排队并留有间隙，在经过测温装置一下方时，测得块状物料表面被加热前的温度（加热前煤与煤矸石表面温度接近，可以取平均值）并将温度参数t0输入控制装置；块状物料经过红外线加热装置下方时，吸收红外线辐射的热能，表面温度升高；由于煤的表面是黑色的较煤矸石表面颜色深，故单位面积吸收的热量比煤矸石多，煤的导热率比煤矸石小，故煤表面的热量向内部传导的慢，这两个因素导致煤表面温度比煤矸石高；块状物料经过测温装置二和测距装置时，依次测得经过红外线加热后每一块煤或煤矸石的温度以及距测距装置的距离 ，并将温度参数t1和距离参数d输入控制装置，通过比较温度差（t1- t0）并参考距离参数进行修正，当加热前后温差大于设定的阈值时判定为煤，小于设定的阈值时判定为煤矸石；控制装置识别为煤，执行分拣机构无动作，煤块经过输送装置前方落下时，落入煤输送带；控制装置识别为煤矸石，执行分拣机构动作，煤矸石块经过导电输送装前方落下时，落入煤矸石输送带。

本发明的积极效果是：识别准确度高、简单实用、故障率低、不受物料粒径大小影响，可以代替人工或其他方式进行煤与煤矸石识别和分拣，对人和环境无危害，特别适应煤矿、煤场等作业环境。

附图说明

图1为本发明实施例设备布置图；

图2为本发明实施例输送装置结构示意图；

图中：输送装置1、排队机构2、红外线加热装置3、测温装置一4、测温装置二5、测距装置6、控制装置7、分拣执行机构8、煤矸石输送带9、煤输送带10、驱动滚筒11、托辊12、挠性输送带13、滚筒14。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

一种基于温度识别煤与煤矸石的专用设备，包含输送装置1、排队机构2、红外线加热装置3、测温装置一4、测温装置二5、测距装置6、控制装置7和分拣执行机构8，输送装置1的头部设有排队机构2，输送装置1上方设有红外线加热装置3；在输送装置1上方，红外线加热装置3前设有测温装置一4，红外线加热装置3后设有测温装置二5和测距装置6，测温装置一4、测温装置二5和测距装置6分别与控制装置7相连；分拣执行机构8设置在输送装置1的尾部；煤与煤矸石为块状物料，在输送装置1的头部经过排队机构2排队，顺序移动到尾部；首先经过测温装置一4检测加热前温度，然后通过红外线加热装置3进行加热，测温装置二5对加热后温度进行检测；煤与煤矸石表面对红外线吸收率和内部导热率（热阻）不同，经过红外线加热装置3对煤与煤矸石加热后，煤的表面温度升高较快，煤矸石表面温度升高较慢，通过控制装置7比较加热前后的温度差，识别煤与煤矸石；测距装置6测定煤或煤矸石由于粒径不同造成上表面与红外线加热装置3的距离不同，并对识别阈值进行修正。

所述分拣执行机构8下方，设置与分拣执行机构8匹配的煤矸石输送带9和煤输送带10。

所述输送装置1，为挠性输送带，是耐受一定温度的橡胶输送带或金属链条；输送装置的作用是输送来至上位输送机构的煤和煤矸石。

所述排队机构，是楔形导流板，其作用是把煤和煤矸石沿输送方向排成一行或几行便于识别。

所述红外线加热装置，是利用红外线原理，通过电流使特定电热材料温度升高并产生一定波长的红外线，把热能以电磁波的形式传播出去，用辐射的方式来加热物体。

所述测温装置，是一种红外线温度检测传感器，能够以非接触的方式测定物体表面温度，并将温度参数变换成标准电信号。

所述测距装置，是一种超声波测距离传感器，采用超声波回波测距原理，检测传感器与目标物之间的距离，并将距离参数变换成标准电信号。

所述控制装置，可以是PLC、单片机或其他控制器，还兼顾控制其他设备，达到统一协调运动。

所述分拣执行机构，动力源可以是液压、气动、伺服电机等，带动特定机械把煤与煤矸石分别移动到煤输送带或矸石输送带运往不同地点。

一种基于温度识别煤与煤矸石的方法，据煤与煤矸石表面对红外线吸收率和内部导热率（热阻）不同，经过红外线加热装置对煤与煤矸石加热后，煤的表面吸收热量多且热量向内部传导慢，所以表面温度升高较快；煤矸石表面吸收热量少且热量向内部传导快，所以表面温度升高慢；通过测温装置测定煤与煤矸石加热前、后的温度差，当加热前后温差大于设定的阈值时判定为煤，小于设定的阈值时判定为煤矸石；通过测距装置测定煤或煤矸石由于粒径不同造成上表面与红外线加热装置3的距离不同，并对识别阈值进行修正。

具体的识别步骤：

采用一种基于温度识别煤与煤矸石的专用设备进行识别，该设备包含输送装置1、排队机构2、红外线加热装置3、测温装置一4、测温装置二5、测距装置6、控制装置7和分拣执行机构8，输送装置1的头部设有排队机构2，输送装置1上方设有红外线加热装置3；在输送装置1上方，红外线加热装置3前设有测温装置一4，红外线加热装置3后设有测温装置二5和测距装置6，测温装置一4、测温装置二5和测距装置6分别与控制装置7相连；分拣执行机构8设置在输送装置1的尾部；

煤与煤矸石为块状物料，在输送装置1的头部经过排队机构2排队，顺序移动到尾部；首先经过测温装置一4检测加热前温度，然后通过红外线加热装置3进行加热，测温装置二5对加热后温度进行检测；煤与煤矸石表面对红外线吸收率和内部导热率（热阻）不同，经过红外线加热装置3对煤与煤矸石加热后，煤的表面温度升高较快，煤矸石表面温度升高较慢，通过控制装置7比较加热前后的温度差，识别煤与煤矸石；测距装置6测定煤或煤矸石由于粒径不同造成上表面与红外线加热装置3的距离不同，并对识别阈值进行修正。

参照附图1，在实施例中详细识别步骤：煤和煤矸石进入输送装置1，排队机构把煤和煤矸石沿输送方向排成一行或几行便于识别；输送装置1上面的煤和煤矸石沿输送方向移动，块状物料依次排队并留有间隙，在经过测温装置一4下方时，测得块状物料表面被加热前的温度（加热前煤与煤矸石表面温度接近，可以取平均值）并将温度参数t0输入控制装置7；块状物料经过红外线加热装置3下方时，吸收红外线辐射的热能，表面温度升高；由于煤的表面是黑色的较煤矸石表面颜色深，故单位面积吸收的热量比煤矸石多，煤的导热率比煤矸石小，故煤表面的热量向内部传导的慢，这两个因素导致煤表面温度比煤矸石高；块状物料经过测温装置二5和测距装置6 时，依次测得经过红外线加热后每一块煤或煤矸石的温度以及距测距装置6的距离 ，并将温度参数t1和距离参数d输入控制装置7，通过比较温度差（t1- t0）并参考距离参数进行修正，当加热前后温差大于设定的阈值时判定为煤，小于设定的阈值时判定为煤矸石；控制装置识别为煤，分拣执行机构8无动作，煤块经过输送装置1前方落下时，落入煤输送带10；控制装置识别为煤矸石，分拣执行机构8动作，煤矸石块经过输送装置1前方落下时，落入煤矸石输送带9。

参照附图2，所述输送装置1，由驱动滚筒11、托辊12、挠性输送带13和滚筒14构成，环状的挠性输送带13两端分别设置在驱动滚筒11和滚筒14，挠性输送带13匹配若干个托辊12。挠性输送带，是能耐受一定温度橡胶输送带或金属链条。

本发明在某煤矿进行煤与煤矸石温度变化对比实验：红外线加热装置为红外线发热板，测温装置为红外线测温枪；块状物料的粒径大小100mm左右，放在800瓦红外线发热板下对其进行加热，块状物料上部与红外线发热板之间的距离为150mm左右，室温30℃，块状物料的温度也为30℃。经过15秒加热后用，用红外线测温枪测得被加热表面温度：煤块60℃、煤矸石42℃；经过30秒加热后，煤块表面温度85℃，煤矸石表面温度67℃。利用煤与煤矸石加热前、后的温度差，判定煤与煤矸石，是可行的。