一种基于物体反光性能差异的煤岩识别方法与流程

1.本发明涉及一种基于物体反光性能差异的煤岩识别方法，适用于综采机械化工作条件下工作面煤岩界面自动识别。


背景技术：

2.新一轮的科技革命随着5g时代的到来拉开帷幕，自动化、智能化、万物互联成为未来科技发展方向。煤炭行业作为我国主要能源供应，加快矿井现代化势在必行。实现无人化开采是未来煤炭安全、高效、绿色开采的技术发展趋势，其关键技术主要有以采煤机为核心的自动定位、自主导航、自动纠偏、自适割煤等，其中煤岩界面的无人实时在线识别一直是煤层自动截割的瓶颈性技术障碍，是当前实现无人化工作面尚未突破的关键难题之一。
3.矿井现代化发展方向为无人化、自动化、智能化。采煤工作面的煤岩界面自动识别是实现煤矿智能化开采的关键技术。通过煤岩界面自动识别,能够及时调整采煤机滚筒截割高度等,这既能提高煤炭资源采出率,又能减少截割岩石、降低煤中含矸量、提高运输效率；同时可减少由于截割岩石对截齿等磨损和破坏,也能避免截割岩石所产生的危险温度引爆瓦斯。近年来国内外都十分重视在煤岩界面识别领域的研究,提出了许多测量方法。其中有采用字典学习方法并结合分类算法对煤岩图像进行识别，此方法有较高的煤岩识别成功率。还有利用图像识别技术煤岩进行分布自动识别，并提出一种根据煤岩的灰度值与纹理差异来判断煤岩分布情况的方法。又有提出基于主动红外激励的煤岩界面识别，通过对煤岩进行一段时间的红外激励并结合红外热成像检测，达到了很高的煤岩识别精度。以上研究大多基于热成像技术进行，大都未考虑红外技术容易受各种热源和光源因素的干扰，识别率低，主动红外激励虽然抗干扰能力强，但需要长时间的红外激励，并不满足现代化矿井高效生产需求。
4.针对综采工作面采煤机智能化截割时存在的煤岩识别精度低、效率慢等问题，结合科学的方法，提出一种基于物体反光性能差异的煤岩识别方法。


技术实现要素：

5.本发明针对现有煤岩识别精度低、速度慢、可靠性差等一系列问题。提出一种基于物质反光性能差异的煤岩识别方法。基本方法是：根据煤炭与岩石两种物质颜色差异，对光线反射能力有所差异，通过传感器上的光敏电阻对这一差异进行捕捉识别，通过处理中心的判别，进行煤岩的界面识别。该装置操作简便，测量结果准确度高，具有广泛的实用性。
6.本发明技术方案：一种基于物质反光性能差异的煤岩识别方法，包括传感器、信号处理中心、反馈装置。传感器直接置于采煤机截齿部位，通过特殊的结构及材料，可以使传感器能安全并实时接触切割面，并在底部设有平衡装置，能减小传感器工作时的震动；信号处理装置即是一微型电脑，布置于煤机机箱内，传感器将电信号通过导线传输至采煤机机箱内的处理中心，电信号经处理后进行煤岩识别与反馈；反馈装置的行动主要是控制摇臂升降，通过信号处理中心给出的指令，快速的调整摇臂升降角度。
7.本发明的有益效果：装置结构简单易于检修，安装适应性强，可通过对各式采煤机截齿部位的改造，安装在各种采煤机上。传感器主体下设置伸缩结构，装置稳定性更强，能保证在工作面复杂的工作环境下装置固定更牢固。本发明操作简便，可以实现综合机械化采掘工作条件下工作面煤岩界面自动识别，识别结果更加直观，装置操作简单方便，具有广泛的实用性。
附图说明
8.图1是煤岩识别装置安装位置示意图。
9.图2是传感器识别图像对比图。
10.图3是采煤机滚筒割到顶板时的示意图。
11.图4是传感器与采煤滚筒相对位置示意图。
12.图中：1-传感器，2-传感器底座，3-采煤机截齿，4-滚筒割入围岩3cm 时传感器所识别图像图，5-滚筒在煤层中传感器识别图像图，6-图像中的白条为围岩；
具体实施方式
13.以下结合附图对本发明作进一步说明：
14.本发明的一种基于物体反光性能差异的煤岩识别方法及装置，由传感器 (1)、传感器底座(2)、信号处理中心、反馈装置组成。在实际运行过程中，传感器位于滚筒边缘的一个点，当采煤机完全在煤层中割煤时，传感器识别的轨迹全部是煤，即图二中(5)，当采煤机刚刚割到岩层3cm深时，此时传感器会有一段时间进入岩层，在采煤机运转过程中，传感器识别轨迹为图二中(4)，当传感器转至最高点时，识别到的图像为岩层(6)，这段时间很短，煤岩识别传感器可以捕捉到这种微小变化，进行精准快速的煤岩识别。
15.本发明的煤矿井下基于物体反光性能差异的煤岩识别方法及装置，具体操作步骤如下：
16.a、预先探测已知煤岩物质建立反光性能差异数据库；
17.b、调节信号处理中心参数准备对待测煤岩进行识别；
18.c、通过传感器的固定基座(2)将传感器(1)固定在采煤机滚筒截齿处；
19.c、按照安全手册打开采煤机进行割煤工作；
20.d、通过地面控制中心，可实时观测采煤机割煤轨迹。


技术特征：
1.一种基于物体反光性能差异的煤岩识别方法，其特征在于：对被测物体表面照射一定强度的自然光；通过光敏电阻来捕捉反射光信号，获得一系列电流信号；其中，所述煤岩传感器(1)固定在采煤机滚筒的切齿底座(2)上，所述识别信号带(3)是由传感器(1)经信号线传输给处理器。2.根据权利要求1所述的基于物体反光性能差异的煤岩识别方法，其特征在于，识别后的信号带(3)经处理器分析进行判别煤岩区域。3.根据权利要求1至2所述的一种基于物体反光性能差异的煤岩识别方法，包括以下步骤：a、预先探测已知煤岩物质建立电流信号数据库；b、校验传感器(1)能否正常工作；c、通过装置的固定基座(2)将传感器固定在采煤机滚筒上；d、开启设备进行实时进行煤岩识别。

技术总结
煤矿井下煤层基于物体反光性能差异的煤岩识别装置及方法，适用于综采机械化采掘工作条件下工作面煤岩界面自动识别。识别装置包括前端传感器、信号处理中心、反馈装置。基本方法是：据煤炭与岩石两种物质表面结构及颜色差异，对光的反射能力不同，用传感器来捕捉这一变化，再将信号传回处理中心，通过信号处理中心的识别处理，可快速对煤与岩石进行区分，获得煤矿井下工作面煤岩的实时分界情况，从而实现采煤机采煤工作路线的修正。该装置结构简单、测量结果准确度高，具有广泛的实用性。具有广泛的实用性。具有广泛的实用性。


技术研发人员：杨军 魏兴见 付强
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：2020.09.17
技术公布日：2022/3/18