CN112845039B - 一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法 - Google Patents

Abstract

一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法，利用上下间隔设置的上振动筛和下振动筛对煤和矸石按粒度大小进行分级；通过溜料板将筛选出的原煤导入到单层布料机中进行布料，使原煤在皮带输送机上形成多条煤带；利用微波加热装置对原煤进行加热，同时，通过温度传感器采集原煤的温度变化数据，采用摄像机实时采集原煤的图像数据，工业计算机通过温度变化识别出煤和矸石，通过边缘特征识别出异物，并将识别结果发送给PLC控制器；PLC控制器控制对应分选执行机构动作以进行煤、矸石和异物的分离。该方法能快速高效的实现煤矸分选和精煤的分级，能有效降低原煤中的各种杂质、降低原煤中灰和硫含量，提高煤炭的质量和利用率的目的，降低企业的运营成本。

Description

一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法

技术领域

本发明属于煤矸分选技术领域，具体是一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法。

背景技术

近年来，随着综采工作面机械化程度的不断提高,所采集的原煤中矸石的含量也在不断的增加。另外，在采煤过程中，因机械设备零部件的损坏而混杂着像螺丝等其他异物都会导致煤炭利用率的降低，同时，还会加重对环境的污染。因此，煤矸分选环节已成为煤炭开采过程当中不可或缺的一个重要步骤。目前国内存在的煤矸筛选方法主要有湿法选煤和干法选煤。其中干法选煤在空气中进行选煤作业，而湿法选煤利用水作为介质进行煤矸分选。由于我国煤矿多存在于中西部地区，水资源短缺问题较为严重，并且湿法选煤会造成水资源的大量浪费以及受到季节的限制问题较为明显，因此湿法选煤的应用受到了一定的限制。

现有技术中，无论是湿法选煤还是干法选煤，均不能快速高效的实现煤矸分选和精煤的分级，同时，自动化分选的效率均较低。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法，该方法有助于提高原煤分选的自动化，并能快速高效的实现煤矸分选和精煤的分级；还能有效降低原煤中的各种杂质、降低原煤中灰和硫含量，提高煤炭的质量和利用率的目的，降低企业的运营成本。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法，包括煤矸高效分选***，所述煤矸高效分选包括煤矸初选机构、第一煤矸识别机构、第一单层布料机、多个第一分选执行机构、第二煤矸识别机构、第二单层布料机、多个第二分选执行机构、数据采集卡、工业计算机和PLC控制器；所述煤矸初选机构包括机架、上振动筛、下振动筛、下料缓冲单元B、集料漏斗和集料箱；所述上振动筛左高右低倾斜的安装在机架的顶部；所述下振动筛位于上振动筛的下方，下振动筛的筛孔小于上振动筛的筛孔，且左低右高倾斜的安装在机架的中部；所述下料缓冲单元B设置在上振动筛和下振动筛之间，下料缓冲单元B由横向排布的多根弹力绳组成，所述弹力绳的长度沿前后方向延伸，且前后两端均与机架连接； 所述集料漏斗设置在下振动筛的下方，并固定连接在机架的下部，且其进料口罩设在下振动筛外部的四周；所述集料箱设置在集料漏斗出料口的下方；第一煤矸识别机构设置在机架的左侧，第一煤矸识别机构包括第一皮带输送机、第一摄像头A、第一摄像头B、第一微波加热装置和第一温度传感器；第一皮带输送机左右方向的延伸，其左端和右端分别为出料端和进料端，其上方架设有左右方向延伸的第一支架；所述第一摄像头B和第一摄像头A分别设置在第一皮带输送机左部和右部的上方，且分别安装在第一支架的左右两端；所述第一微波加热装置和第一温度传感器相间隔的设置在第一皮带输送机中部的上方，且第一微波加热装置安装在第一支架中部靠左的位置，第一温度传感器安装在第一支架中部靠右的位置；所述第一单层布料机安装在第一皮带输送机右端的上方，且第一单层布料机的进料口通过左低右高倾斜设置的第一溜料板与下振动筛的左端连接，第一单层布料机的出料口连通到第一皮带输送机的表面；所述第一溜料板的下部沿其宽度方向开设有多个第一落料凹槽，第一落料凹槽为上端开口小下端开口大的结构，且由上端开口到下端开口平滑过渡；所述第一单层布料机包括第一机壳、第一导料辊和第一传送带和多个第一挡板；所述第一机壳的右端上部开设有进料口，左端下部开设有出料口，所述第一传送带横向的设置在第一机壳内腔的底部，并由设置在第一机壳外部的第一电机驱动，所述第一导料辊可转动的设置在第一机壳的进料口处，且位于第一传送带的上部，并由设置在第一机壳外部的第二电机驱动；第一导料辊的表面沿其轴向开设有多排第一弧形凹槽组，每排第一弧形凹槽组均由周向均匀开设的第一弧形凹槽组成；多个第一挡板设置在第一导料辊的左侧，其沿第一传送带宽度方向均匀分布，且上端均与第一机壳的顶板固定连接，下端均与第一传送带的承载段间隙配合；多个所述第一分选执行机构设置在第一皮带输送机左端的下方，并沿第一皮带输送机宽度方向依次布置，其包括第一喷吹直筒、第一气缸、第二气缸、第一支撑柱和第一支撑座；所述第一喷吹直筒左端为敞口结构，右端封装有第一端板；所述第一端板的上部和下部分别开设有第一通孔A和第一通孔B；所述第一气缸的内部设置有第一活塞杆，第一气缸与第一喷吹直筒的长度方向一致，且其缸筒的上端固定连接有第一导向套，第一导向套中滑动的连接有与第一活塞杆相平行设置的第一刚性管路；第一气缸缸筒的左端固定连接在第一端板的右端下部，且第一刚性管路的左端和第一活塞杆的端部分别由第一通孔A和第一通孔B滑动的穿入第一喷吹直筒中并与第一滑块的右端固定连接；第一滑块径向限位且轴向可滑动的设置在第一喷吹直筒的内腔中，且其左端中心固定插装有轴向设置的第一喷枪；第一喷枪的出气端朝向第一喷吹直筒的敞口端，第一喷枪的进气端通过设置在第一滑块内部的第一通道与第一刚性管路的左端连通，第一刚性管路的右端通过软管A与第一气源连接；第二气缸和第一支撑柱均竖直的设置第一喷吹直筒下方的左部和右部，第二气缸的底座和第一支撑柱的下端均固定连接在第一支撑座的上端，第二气缸的活塞杆端和第一支撑柱的上端分别与第一喷吹直筒下端的左部和右部铰接；第二煤矸识别机构设置在机架的右侧，第二煤矸识别机构包括第二皮带输送机、第二摄像头A、第二摄像头B、第二微波加热装置和第二温度传感器；第二皮带输送机左右方向的延伸，其左端和右端分别为出料端和进料端，其上方架设有左右方向延伸的第二支架；所述第二摄像头A和第二摄像头B分别设置在第二皮带输送机左部和右部的上方，且分别安装在第二支架的左右两端；所述第二微波加热装置和第二温度传感器相间隔的设置在第二皮带输送机中部的上方，且第二微波加热装置安装在第二支架中部靠左的位置，第二温度传感器安装在第二支架中部靠右的位置； 所述第二单层布料机安装在第二皮带输送机左端的上方，且第二单层布料机的进料口通过左高右低倾斜设置的第二溜料板与上振动筛的右端连接，第二单层布料机的出料口连通到第二皮带输送机的表面；所述第二溜料板的下部沿其宽度方向开设有多个第二落料凹槽，第二落料凹槽为上端开口小下端开口大的结构，且由上端开口到下端开口平滑过渡；所述第二单层布料机包括第二机壳、第二导料辊和第二传送带和多个第二挡板；所述第二机壳的左端上部开设有进料口，右端下部开设有出料口，所述第二传送带横向的设置在第二机壳内腔的底部，并由设置在第二机壳外部的第三电机驱动，所述第二导料辊可转动的设置在第二机壳的进料口处，且位于第二传送带的上部，并由设置在第二机壳外部的第四电机驱动；第二导料辊的表面沿其轴向开设有多排第二弧形凹槽组，每排第二弧形凹槽组均由周向均匀开设的第二弧形凹槽组成；多个第二挡板设置在第二导料辊的右侧，其沿第二传送带宽度方向均匀分布，且上端均与第二机壳的顶板固定连接，下端均与第二传送带的承载段间隙配合；多个所述第二分选执行机构设置在第二皮带输送机左端的下方，并沿第一皮带输送机宽度方向依次布置，其包括第二喷吹直筒、第三气缸、第四气缸、第二支撑柱和第二支撑座；所述第二喷吹直筒左端为敞口结构，右端封装有第二端板；所述第二端板的上部和下部分别开设有第二通孔A和第二通孔B；所述第三气缸的内部设置有第三活塞杆，第三气缸与第二喷吹直筒的长度方向一致，且其缸筒的上端固定连接有第二导向套，第二导向套中滑动的连接有与第三活塞杆相平行设置的第二刚性管路；第三气缸缸筒的左端固定连接在第二端板的右端下部，且第二刚性管路的左端和第三活塞杆的端部分别由第二通孔A和第二通孔B滑动的穿入第二喷吹直筒中并与第二滑块的右端固定连接；第二滑块径向限位且轴向可滑动的设置在第二喷吹直筒的内腔中，且其左端中心固定插装有轴向设置的第二喷枪；第二喷枪的出气端朝向第二喷吹直筒的敞口端，第二喷枪的进气端通过设置在第二滑块内部的第二通道与第二刚性管路的左端连通，第二刚性管路的右端通过软管B与第二气源连接；第四气缸和第二支撑柱均竖直的设置第二喷吹直筒下方的左部和右部，第四气缸的底座和第二支撑柱的下端均固定连接在第二支撑座的上端，第四气缸的活塞杆端和第二支撑柱的上端分别与第二喷吹直筒下端的左部和右部铰接；所述工业计算机与PLC控制器电性连接，还通过数据采集卡分别与第一摄像头A、第一摄像头B、第一温度传感器、第二摄像头A、第二摄像头B和第二温度传感器电性连接，所述PLC控制器分别与第一微波加热装置、第一电磁换向阀A、第一电磁换向阀B、第一电磁阀C、第二微波加热装置、第二电磁换向阀A、第二电磁换向阀B和第二电磁阀C电性连接；第一电磁换向阀A与第一气缸气路连接，用于通过换向动作来控制第一气缸中活塞杆的伸缩；第一电磁换向阀B与第二气缸气路连接，用于通过换向动作来控制第二气缸中活塞杆的伸缩；第一电磁阀C串接在软管A上，用于控制第一喷枪与第一气源之间气路通断的控制；第二电磁换向阀A与第三气缸气路连接，用于通过换向动作来控制第三气缸中活塞杆的伸缩；第二电磁换向阀B与第四气缸气路连接，用于通过换向动作来控制第四气缸中活塞杆的伸缩；第二电磁阀C串接在软管B上，用于控制第二喷枪与第二气源之间气路通断的控制；

具体包括以下步骤：

步骤一：控制上振动筛和下振动筛启动，将待分选的原煤连续的加入到上振动筛进料端，利用上振动筛筛选出较大颗粒的原煤并通过其出料端排出，利用下振动筛筛选出较小颗粒的原煤并通过其出料端排出，同时，利用下振动筛的筛孔将细粒度煤粒剔除并通过集料漏斗导流到集料箱中；

步骤二：通过第一单层布料机对下振动筛筛选出的较小颗粒的原煤进行单层布料，并在第一皮带输送机上形成多条煤带，同时，使每条煤带上相邻的颗粒间隔排布，为煤矸的精准识别提供基础；再通过第一皮带输送机进行原煤的均匀输送；

通过第二单层布料机对上振动筛筛选出的较大颗粒的原煤进行单层布料，并在第二皮带输送机上形成多条煤带，同时，使每条煤带上相邻的颗粒间隔排布，为煤矸的精准识别提供基础；再通过第二皮带输送机进行原煤的均匀输送；

步骤三：在第一皮带输送机的输送过程中，通过第一微波加热装置对煤和矸石进行辐射加热，再利用第一温度传感器采集辐射前以及经过辐射后的各个煤带中煤和矸石的表面温度信号，并利用第一摄像头A和第一摄像头B实时采集原煤的图像数据，工业计算机依据煤和矸石各自的温度变化区间的不同识别各个煤带中煤和矸石，并根据煤和异物边缘特征不同识别出各个煤带中包含非矸石类的杂质异物，并根据第一皮带输送机的运行速度确定出各个煤带中煤、矸石与异物离开第一皮带输送机出料端的时间数据，并将确定出的时间数据实时发送给PLC控制器；

在第二皮带输送机的输送过程中，通过第二微波加热装置对煤和矸石进行辐射加热，再利用第二温度传感器采集辐射前以及经过辐射后的各个煤带中煤和矸石的表面温度信号，并利用第二摄像头A和第二摄像头B实时采集原煤的图像数据，工业计算机依据煤和矸石各自的温度变化区间的不同识别出各个煤带中煤和矸石，并根据煤和异物边缘特征不同识别出各个煤带中的包含非矸石类的杂质异物，并根据第二皮带输送机的运行速度确定出各个煤带的煤、矸石与异物离开第二皮带输送机出料端的时间数据，并将确定出的时间数据实时发送给PLC控制器；

步骤四: PLC控制器根据各个煤带中煤、矸石与异物离开第一皮带输送机出料端的不同时间数据控制对应煤带下面的第一分选执行机构执行不同的动作；在精煤离开第一皮带输送机出料端时，控制第一分选执行机构不动作，使精煤做由落体运动掉入第一精煤收集桶中，在矸石离开第一皮带输送机出料端时，控制第一分选执行机构中的第一电磁阀C打开，同时，保证第一气缸和第二气缸不动作，第一气缸和第二气缸不动作时，第一滑块处于第一喷吹直筒的闭口端，且第一喷吹直筒保持水平状态，第一电磁阀C打开后第一喷枪瞬时喷出高压气体，并将矸石吹入位于第一精煤收集桶左侧的第一矸石收集桶；在异物离开第一皮带输送机出料端时，控制第一分选执行机构动作，控制第一分选执行机构中的第一电磁阀C打开，控制第一电磁换向阀A动作设定时间，以使第一气缸的活塞杆完全伸出，将第一滑块推动到离第一喷吹直筒敞口端最近的位置，控制第一电磁换向阀B动作设定时间，以使第二气缸的活塞杆上升设定高度，将第一喷吹直筒敞口端向上倾斜一定角度，第一电磁阀C打开后第一喷枪瞬时喷出高压气体，并将异物吹入位于第一矸石收集桶左侧的第一异物收集桶；

PLC控制器根据各个煤带中煤、矸石与异物离开第二皮带输送机出料端的不同时间数据控制对应煤带下面的第二分选执行机构执行不同的动作；在精煤离开第二皮带输送机出料端时，控制第二分选执行机构不动作，使精煤做由落体运动掉入第二精煤收集桶中，在矸石离开第二皮带输送机出料端时，控制第二分选执行机构中的第二电磁阀C打开，同时，保证第三气缸和第四气缸不动作，第三气缸和第四气缸不动作时，第二滑块处于第二喷吹直筒的闭口端，且第二喷吹直筒保持水平状态，第二电磁阀C打开后第二喷枪瞬时喷出高压气体，并将矸石吹入位于第二精煤收集桶右侧的第二矸石收集桶；在异物离开第二皮带输送机出料端时，控制第二分选执行机构动作，控制第二分选执行机构中的第二电磁阀C打开，控制第二电磁换向阀A动作设定时间，以使第三气缸的活塞杆完全伸出，将第二滑块推动到离第二喷吹直筒敞口端最近的位置，控制第二电磁换向阀B动作设定时间，以使第四气缸的活塞杆上升设定高度，将第二喷吹直筒敞口端向上倾斜一定角度，第二电磁阀C打开后第二喷枪瞬时喷出倾斜一定角度高压气体，并将异物吹入位于第二矸石收集桶右侧的第二异物收集桶。

进一步，为了方便实现加料过程，在步骤一中，通过固定连接在机架顶端的进料料斗向上振动筛进料端连续加入待分选的原煤。

进一步，为了保证识别的精度，在步骤二中，第一皮带输送机和第二皮带输送机均匀速的进行原煤的输送。

进一步，为了提高识别的准确度，在步骤三中，工业计算机利用双目视觉原理进行非矸石类的杂质异物的识别。

作为一种优选，在步骤一中，通过设置在上振动筛上方的刚性挡料板对下落的原煤高度进行限定，以防止上振动筛筛板表面出现过度堆积原煤而影响筛选效果；其中，刚性挡料板的上端与机架固定连接，其下端与上振动筛筛板表面形成落料通道。

作为一种优选，在步骤一中，通过设置在上振动筛上方的下料缓冲单元A来减缓原煤在筛板表面的下落时间，以进一步提高了筛分效果；其中，下料缓冲单元A由位于上部的上挡料板和连接在上挡料板下端的橡胶软板组成，下料缓冲单元A竖直的设置在上振动筛中部的上方，且位于刚性挡料板的右侧，上挡料板的上端与机架固定连接，橡胶软板的下端上振动筛上表面间隙配合。

进一步，为了提高自动化程度，所述PLC控制器还分别与第一皮带输送机、第一单层布料机、第二皮带输送机、第二单层布料机、上振动筛和下振动筛连接。

进一步，为了能在保证良好缓冲作用的基础上，具有更长的使用寿命，所述弹力绳为高强度涤纶制成的弹力绳，在步骤一中，通过弹力绳对经过上振动筛下落到下振动筛表面的原煤进行缓冲，以防止在下落过程中产生过度破碎的情况发生。

本发明中，振动筛倾斜状态的放置，再通过振动筛的振动提供给筛板一定幅度的振动从而更好地控制不同等级煤粒的筛分效果以及防止煤粒的过渡粉碎。振动筛倾斜向下放置可以使得煤粒在振动作用下被抛起下落的时候沿着倾斜筛板的筛面向下滚动，在滚动的过程中更好地实现筛分的效果，最后经过筛板末端进入下一层的单层布料机中。两个振动筛的出料端位于不同位置，便于实现不同颗粒原煤的同步分选作业；通过刚性挡料板的设置，可以防止原煤在上振动筛筛板表面过度的堆积，从而便于提高筛分效果，通过下料缓冲单元A的设置，可以减缓原煤的下落时间，进一步提高了筛分效果；通过下料缓冲单元B的设置，可以进一步防止煤粒在下浇过程中发生碰撞而产生过渡粉碎的情况；通过上下间隔设置的上振动筛和下振动筛能实现对原煤的三级筛分，筛分后的两种不同等级粒度的原煤分别通过上振动筛的右端和下振动筛的左端排出，分别进入到第一单层布料机和第二单层布料机进行单层排列；第三级的细料度煤料能通过集料漏斗排入集料箱中进行剔除。第一单层布料机和第二单层布料机可以分别对下振动筛和上振动筛分选出的原煤进行单层布料排列，进而可以使原煤以均匀排列的方式进入皮带输送机，保证了原煤在输送过程中可以更有效的被识别，同时，也能更好的便于原煤的加热作业。通过第一和第二微波加热装置的设置，可以使单层排列的煤和矸石更好的受到微波的辐射，而煤和矸石在受到辐射后表面温度会发生不同的变化，再利用温度传感器测得辐射前和经过辐射后的煤和矸石的表面温度数据，同时，两个距离一定的摄像头实时获取原煤的图像数据，温度数据和图像数据经过数据采集卡的

转换后传输给工业计算机，可以便于工业计算机依据煤、矸石和异物各自的温度变化区间不同识别出煤、矸石和异物，同时，便于工业计算机利用双目视觉原理根据煤和异物边缘特征不同识别原煤中包含非矸石类的杂质异物，进而工业计算机可以根据预先设计的算法结合温度数据和图像数据进行煤、矸石与异物的识别，可准确高效的识别出煤、矸石与异物的位置。工业计算机在识别完毕后向PLC控制器发送识别结果数据，PLC控制器利用分布在皮带输送机出料端的多个分选执行机构来进行分离作业，能实现煤、矸石和异物分选的自动化，极大的降低了企业的运营成本，并提高了原煤的利用率，减少了对环境产生的污染。

本方法采用微波发热装置对煤、矸石和异物进行加热并利用温度传感器对辐射后的原煤进行温度的测量，同时，结合对图像数据对原煤边缘特征进行识别，能够准确高效的识别出煤与矸石的位置。最后，利用分布在传送带末端的多个分选执行机构完成分离工作，能够有效的实现煤矸分选的自动化，降低企业运营成本，提高煤矿的利用率，减少环境污染。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明中分选过程的流程图；

图3是本发明中***的结构图；

图4是本发明中第一分选执行机构的结构示意图；

图5是本发明中第二分选执行机构的结构示意图；

图6是本发明中第一单层布料机的结构示意图；

图7是图6中A-A向的剖视图；

图8是图6中B-B向的剖视图；

图9是本发明中第二单层布料机的结构示意图；

图10是图9中A-A向的剖视图；

图11是图9中B-B向的剖视图；

图12是本发明中***的电路控制部分原理框图。

图中：1、煤矸初选机构，2、第一煤矸识别机构，3、第一单层布料机，4、第一分选执行机构，5、第二煤矸识别机构，6、第二单层布料机，7、第二分选执行机构，8、机架，9、上振动筛，10、刚性挡料板，11、下料缓冲单元A，12、下振动筛，13、下料缓冲单元B，14、集料漏斗，15、集料箱，16、上挡料板，17、橡胶软板，18、第一皮带输送机，19、第一摄像头A，20、第一摄像头B，21、第一微波加热装置，22、第一温度传感器，23、第一支架，24、第一喷吹直筒，25、第一气缸，26、第二气缸，27、第一支撑柱，28、第一支撑座，29、第一端板，30、第一导向套，31、落料通道，32、弹力绳，33、第一通孔A，34、第一通孔B，35、第一滑块，36、第一刚性管路，37、第一喷枪，38、第一通道，39、第二皮带输送机，40、第二摄像头A，41、第二摄像头B，42、第二微波加热装置，43、第二温度传感器，44、第二支架，45、第二喷吹直筒，46、第三气缸，47、第四气缸，48、第二支撑柱，49、第二支撑座，50、第二端板，51、第二通孔A，52、第二通孔B，53、第二导向套，54、第二刚性管路，55、第二滑块，56、第二喷枪，57、第二通道，58、进料料斗，59、第一异物收集桶，60、第一矸石收集桶，61、第一精煤收集桶，62、第二精煤收集桶，63、第二矸石收集桶，64、第二异物收集桶，65、第一溜料板，66、第二溜料板，67、第一落料凹槽，68、第一机壳，69、第一传送带，70、第一导料辊，71、第一挡板，72、第一弧形凹槽，73、第二落料凹槽，74、第二机壳，75、第二传送带，76、第二导料辊，77、第二挡板，78、第二弧形凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图3至图12所示，一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法，包括煤矸高效分选***，所述煤矸高效分选包括煤矸初选机构1、第一煤矸识别机构2、第一单层布料机3、多个第一分选执行机构4、第二煤矸识别机构5、第二单层布料机6、多个第二分选执行机构7、数据采集卡、工业计算机和PLC控制器；所述煤矸初选机构1包括机架8、上振动筛9、下振动筛12、下料缓冲单元B13、集料漏斗14和集料箱15；所述上振动筛9左高右低倾斜的安装在机架8的顶部；所述下振动筛12位于上振动筛9的下方，下振动筛12的筛孔小于上振动筛9的筛孔，且左低右高倾斜的安装在机架8的中部；所述下料缓冲单元B13设置在上振动筛9和下振动筛12之间，下料缓冲单元B13由横向排布的多根弹力绳32组成，所述弹力绳32的长度沿前后方向延伸，且前后两端均与机架8连接； 所述集料漏斗14设置在下振动筛12的下方，并固定连接在机架8的下部，且其进料口罩设在下振动筛12外部的四周；所述集料箱15设置在集料漏斗14出料口的下方；第一煤矸识别机构2设置在机架8的左侧，第一煤矸识别机构2包括第一皮带输送机18、第一摄像头A19、第一摄像头B20、第一微波加热装置21和第一温度传感器22；第一皮带输送机18左右方向的延伸，其左端和右端分别为出料端和进料端，其上方架设有左右方向延伸的第一支架23；所述第一摄像头B20和第一摄像头A19分别设置在第一皮带输送机18左部和右部的上方，且分别安装在第一支架23的左右两端；所述第一微波加热装置21和第一温度传感器22相间隔的设置在第一皮带输送机18中部的上方，且第一微波加热装置21安装在第一支架23中部靠左的位置，第一温度传感器22安装在第一支架23中部靠右的位置；所述第一单层布料机3安装在第一皮带输送机18右端的上方，且第一单层布料机3的进料口通过左低右高倾斜设置的第一溜料板65与下振动筛12的左端连接，第一单层布料机3的出料口连通到第一皮带输送机18的表面；所述第一溜料板65的下部沿其宽度方向开设有多个第一落料凹槽67，第一落料凹槽67为上端开口小下端开口大的结构，且由上端开口到下端开口平滑过渡；所述第一单层布料机3包括第一机壳68、第一导料辊70和第一传送带69和多个第一挡板71；所述第一机壳68的右端上部开设有进料口，左端下部开设有出料口，所述第一传送带69横向的设置在第一机壳68内腔的底部，并由设置在第一机壳68外部的第一电机驱动，所述第一导料辊70可转动的设置在第一机壳68的进料口处，且位于第一传送带69的上部，并由设置在第一机壳68外部的第二电机驱动；第一导料辊70的表面沿其轴向开设有多排第一弧形凹槽组，每排第一弧形凹槽组均由周向均匀开设的第一弧形凹槽72组成；多个第一挡板71设置在第一导料辊70的左侧，其沿第一传送带69宽度方向均匀分布，且上端均与第一机壳68的顶板固定连接，下端均与第一传送带69的承载段间隙配合；多个所述第一分选执行机构4设置在第一皮带输送机18左端的下方，并沿第一皮带输送机18宽度方向依次布置，其包括第一喷吹直筒24、第一气缸25、第二气缸26、第一支撑柱27和第一支撑座28；所述第一喷吹直筒24左端为敞口结构，右端封装有第一端板29；所述第一端板29的上部和下部分别开设有第一通孔A33和第一通孔B34；所述第一气缸25的内部设置有第一活塞杆，第一气缸25与第一喷吹直筒24的长度方向一致，且其缸筒的上端固定连接有第一导向套30，第一导向套30中滑动的连接有与第一活塞杆相平行设置的第一刚性管路36；第一气缸25缸筒的左端固定连接在第一端板29的右端下部，且第一刚性管路36的左端和第一活塞杆的端部分别由第一通孔A33和第一通孔B34滑动的穿入第一喷吹直筒24中并与第一滑块35的右端固定连接；第一滑块35径向限位且轴向可滑动的设置在第一喷吹直筒24的内腔中，且其左端中心固定插装有轴向设置的第一喷枪37；第一喷枪37的出气端朝向第一喷吹直筒24的敞口端，第一喷枪37的进气端通过设置在第一滑块35内部的第一通道38与第一刚性管路36的左端连通，第一刚性管路36的右端通过软管A与第一气源连接；第二气缸26和第一支撑柱27均竖直的设置第一喷吹直筒24下方的左部和右部，第二气缸26的底座和第一支撑柱27的下端均固定连接在第一支撑座28的上端，第二气缸26的活塞杆端和第一支撑柱27的上端分别与第一喷吹直筒24下端的左部和右部铰接；第二煤矸识别机构5设置在机架8的右侧，第二煤矸识别机构5包括第二皮带输送机39、第二摄像头A40、第二摄像头B41、第二微波加热装置42和第二温度传感器43；第二皮带输送机39左右方向的延伸，其左端和右端分别为出料端和进料端，其上方架设有左右方向延伸的第二支架44；所述第二摄像头A40和第二摄像头B41分别设置在第二皮带输送机39左部和右部的上方，且分别安装在第二支架44的左右两端；所述第二微波加热装置42和第二温度传感器43相间隔的设置在第二皮带输送机39中部的上方，且第二微波加热装置42安装在第二支架44中部靠左的位置，第二温度传感器43安装在第二支架44中部靠右的位置； 所述第二单层布料机6安装在第二皮带输送机39左端的上方，且第二单层布料机6的进料口通过左高右低倾斜设置的第二溜料板66与上振动筛9的右端连接，第二单层布料机6的出料口连通到第二皮带输送机39的表面；所述第二溜料板66的下部沿其宽度方向开设有多个第二落料凹槽73，第二落料凹槽73为上端开口小下端开口大的结构，且由上端开口到下端开口平滑过渡；所述第二单层布料机6包括第二机壳74、第二导料辊76和第二传送带75和多个第二挡板77；所述第二机壳74的左端上部开设有进料口，右端下部开设有出料口，所述第二传送带75横向的设置在第二机壳74内腔的底部，并由设置在第二机壳74外部的第三电机驱动，所述第二导料辊76可转动的设置在第二机壳74的进料口处，且位于第二传送带75的上部，并由设置在第二机壳74外部的第四电机驱动；第二导料辊76的表面沿其轴向开设有多排第二弧形凹槽组，每排第二弧形凹槽组均由周向均匀开设的第二弧形凹槽78组成；多个第二挡板77设置在第二导料辊76的右侧，其沿第二传送带75宽度方向均匀分布，且上端均与第二机壳74的顶板固定连接，下端均与第二传送带75的承载段间隙配合；多个所述第二分选执行机构7设置在第二皮带输送机39左端的下方，并沿第一皮带输送机18宽度方向依次布置，其包括第二喷吹直筒45、第三气缸46、第四气缸47、第二支撑柱48和第二支撑座49；所述第二喷吹直筒45左端为敞口结构，右端封装有第二端板50；所述第二端板50的上部和下部分别开设有第二通孔A51和第二通孔B52；所述第三气缸46的内部设置有第三活塞杆，第三气缸46与第二喷吹直筒45的长度方向一致，且其缸筒的上端固定连接有第二导向套53，第二导向套53中滑动的连接有与第三活塞杆相平行设置的第二刚性管路54；第三气缸46缸筒的左端固定连接在第二端板50的右端下部，且第二刚性管路54的左端和第三活塞杆的端部分别由第二通孔A51和第二通孔B52滑动的穿入第二喷吹直筒45中并与第二滑块55的右端固定连接；第二滑块55径向限位且轴向可滑动的设置在第二喷吹直筒45的内腔中，且其左端中心固定插装有轴向设置的第二喷枪56；第二喷枪56的出气端朝向第二喷吹直筒45的敞口端，第二喷枪56的进气端通过设置在第二滑块55内部的第二通道57与第二刚性管路54的左端连通，第二刚性管路54的右端通过软管B与第二气源连接；第四气缸47和第二支撑柱48均竖直的设置第二喷吹直筒45下方的左部和右部，第四气缸47的底座和第二支撑柱48的下端均固定连接在第二支撑座49的上端，第四气缸47的活塞杆端和第二支撑柱48的上端分别与第二喷吹直筒45下端的左部和右部铰接；所述工业计算机与PLC控制器电性连接，还通过数据采集卡分别与第一摄像头A19、第一摄像头B20、第一温度传感器22、第二摄像头A40、第二摄像头B41和第二温度传感器43电性连接，所述PLC控制器分别与第一微波加热装置21、第一电磁换向阀A、第一电磁换向阀B、第一电磁阀C、第二微波加热装置42、第二电磁换向阀A、第二电磁换向阀B和第二电磁阀C电性连接；第一电磁换向阀A与第一气缸25气路连接，用于通过换向动作来控制第一气缸25中活塞杆的伸缩；第一电磁换向阀B与第二气缸26气路连接，用于通过换向动作来控制第二气缸26中活塞杆的伸缩；第一电磁阀C串接在软管A上，用于控制第一喷枪37与第一气源之间气路通断的控制；第二电磁换向阀A与第三气缸46气路连接，用于通过换向动作来控制第三气缸46中活塞杆的伸缩；第二电磁换向阀B与第四气缸47气路连接，用于通过换向动作来控制第四气缸47中活塞杆的伸缩；第二电磁阀C串接在软管B上，用于控制第二喷枪56与第二气源之间气路通断的控制；其中，第一微波加热装置21优选为微波发射器，第一温度传感器22优选为红外测温仪；第二微波加热装置42优选为微波发射器，第二温度传感器43优选为红外测温仪。

如图1和图2所示，该分选方法具体包括以下步骤：

步骤一：控制上振动筛9和下振动筛12启动，将待分选的原煤连续的加入到上振动筛9进料端，利用上振动筛9筛选出较大颗粒的原煤并通过其出料端排出，利用下振动筛12筛选出较小颗粒的原煤并通过其出料端排出，同时，利用下振动筛12的筛孔将细粒度煤粒剔除并通过集料漏斗14导流到集料箱15中；

步骤二：通过第一单层布料机3对下振动筛12筛选出的较小颗粒的原煤进行单层布料，并在第一皮带输送机18上形成多条煤带，同时，使每条煤带上相邻的颗粒间隔排布，为煤矸的精准识别提供基础；再通过第一皮带输送机18进行原煤的均匀输送；

通过第二单层布料机6对上振动筛9筛选出的较大颗粒的原煤进行单层布料，并在第二皮带输送机39上形成多条煤带，同时，使每条煤带上相邻的颗粒间隔排布，为煤矸的精准识别提供基础；再通过第二皮带输送机39进行原煤的均匀输送；

步骤三：在第一皮带输送机18的输送过程中，通过第一微波加热装置21对煤和矸石进行辐射加热，再利用第一温度传感器22采集辐射前以及经过辐射后的各个煤带中煤和矸石的表面温度信号，并利用第一摄像头A19和第一摄像头B20实时采集原煤的图像数据，工业计算机依据煤和矸石各自的温度变化区间的不同识别各个煤带中煤和矸石，并根据煤和异物边缘特征不同识别出各个煤带中包含非矸石类的杂质异物，并根据第一皮带输送机18的运行速度确定出各个煤带中煤、矸石与异物离开第一皮带输送机18出料端的时间数据，并将确定出的时间数据实时发送给PLC控制器；

在第二皮带输送机39的输送过程中，通过第二微波加热装置42对煤和矸石进行辐射加热，再利用第二温度传感器43采集辐射前以及经过辐射后的各个煤带中煤和矸石的表面温度信号，并利用第二摄像头A40和第二摄像头B41实时采集原煤的图像数据，工业计算机依据煤和矸石各自的温度变化区间的不同识别出各个煤带中煤和矸石，并根据煤和异物边缘特征不同识别出各个煤带中的包含非矸石类的杂质异物，并根据第二皮带输送机39的运行速度确定出各个煤带的煤、矸石与异物离开第二皮带输送机39出料端的时间数据，并将确定出的时间数据实时发送给PLC控制器；

步骤四: PLC控制器根据各个煤带中煤、矸石与异物离开第一皮带输送机18出料端的不同时间数据控制对应煤带下面的第一分选执行机构4执行不同的动作；在精煤离开第一皮带输送机18出料端时，控制第一分选执行机构4不动作，使精煤做由落体运动掉入第一精煤收集桶61中，在矸石离开第一皮带输送机18出料端时，控制第一分选执行机构4中的第一电磁阀C打开，同时，保证第一气缸25和第二气缸26不动作，第一气缸25和第二气缸26不动作时，第一滑块35处于第一喷吹直筒24的闭口端，且第一喷吹直筒24保持水平状态，第一电磁阀C打开后第一喷枪37瞬时喷出高压气体，并将矸石吹入位于第一精煤收集桶61左侧的第一矸石收集桶60；在异物离开第一皮带输送机18出料端时，控制第一分选执行机构4动作，控制第一分选执行机构4中的第一电磁阀C打开，控制第一电磁换向阀A动作设定时间，以使第一气缸25的活塞杆完全伸出，将第一滑块35推动到离第一喷吹直筒24敞口端最近的位置，控制第一电磁换向阀B动作设定时间，以使第二气缸26的活塞杆上升设定高度，将第一喷吹直筒24敞口端向上倾斜一定角度，第一电磁阀C打开后第一喷枪37瞬时喷出高压气体，并将异物吹入位于第一矸石收集桶60左侧的第一异物收集桶59；

PLC控制器根据各个煤带中煤、矸石与异物离开第二皮带输送机39出料端的不同时间数据控制对应煤带下面的第二分选执行机构7执行不同的动作；在精煤离开第二皮带输送机39出料端时，控制第二分选执行机构7不动作，使精煤做由落体运动掉入第二精煤收集桶62中，在矸石离开第二皮带输送机39出料端时，控制第二分选执行机构7中的第二电磁阀C打开，同时，保证第三气缸46和第四气缸47不动作，第三气缸46和第四气缸47不动作时，第二滑块55处于第二喷吹直筒45的闭口端，且第二喷吹直筒45保持水平状态，第二电磁阀C打开后第二喷枪56瞬时喷出高压气体，并将矸石吹入位于第二精煤收集桶62右侧的第二矸石收集桶63；在异物离开第二皮带输送机39出料端时，控制第二分选执行机构7动作，控制第二分选执行机构7中的第二电磁阀C打开，控制第二电磁换向阀A动作设定时间，以使第三气缸46的活塞杆完全伸出，将第二滑块55推动到离第二喷吹直筒45敞口端最近的位置，控制第二电磁换向阀B动作设定时间，以使第四气缸47的活塞杆上升设定高度，将第二喷吹直筒45敞口端向上倾斜一定角度，第二电磁阀C打开后第二喷枪56瞬时喷出倾斜一定角度高压气体，并将异物吹入位于第二矸石收集桶63右侧的第二异物收集桶64。

在上述的技术过程中，可以每一个步骤的参量均可调节从而根据实际情况实现不同的分选效果。改变筛网上孔径的大小或者增加减少筛网的个数可以实现不同的筛分效果以及极细煤粒的剔除程度；改变微波辐射的强度或时间控制煤矸分选子***的煤矸识别的时间；改变气阀伸出的强度可以控制将矸石或者异物击打至不同的槽中。通过上述技术方案，本发明的有益成果是利用基于微波辐射加热以及双目视觉进行煤、矸石以及异物的精准高效快速的识别，节省了人力物力，降低企业的运营成本。本方法采用微波发热装置对煤、矸石和异物进行加热并利用温度传感器对辐射后的原煤进行温度的测量，同时，结合对图像数据对原煤边缘特征进行识别，能够准确高效的识别出煤与矸石的位置。最后，利用分布在传送带末端的多个分选执行机构完成分离工作，能够有效的实现煤矸分选的自动化，降低企业运营成本，提高煤矿的利用率，减少环境污染。

为了方便实现加料过程，在步骤一中，通过固定连接在机架8顶端的进料料斗58向上振动筛9进料端连续加入待分选的原煤。

为了保证识别的精度，在步骤二中，第一皮带输送机18和第二皮带输送机39均匀速的进行原煤的输送。

为了提高识别的准确度，在步骤三中，工业计算机利用双目视觉原理进行非矸石类的杂质异物的识别。

作为一种优选，在步骤一中，通过设置在上振动筛9上方的刚性挡料板10对下落的原煤高度进行限定，以防止上振动筛9筛板表面出现过度堆积原煤而影响筛选效果；其中，刚性挡料板10的上端与机架8固定连接，其下端与上振动筛9筛板表面形成落料通道31。

作为一种优选，在步骤一中，通过设置在上振动筛9上方的下料缓冲单元A11来减缓原煤在筛板表面的下落时间，以进一步提高了筛分效果；其中，下料缓冲单元A11由位于上部的上挡料板16和连接在上挡料板16下端的橡胶软板17组成，下料缓冲单元A11竖直的设置在上振动筛9中部的上方，且位于刚性挡料板10的右侧，上挡料板16的上端与机架8固定连接，橡胶软板17的下端上振动筛9上表面间隙配合。

为了提高自动化程度，所述PLC控制器还分别与第一皮带输送机18、第一单层布料机3、第二皮带输送机39、第二单层布料机6、上振动筛9和下振动筛12连接。

为了能在保证良好缓冲作用的基础上，具有更长的使用寿命，所述弹力绳32为高强度涤纶制成的弹力绳，在步骤一中，通过弹力绳32对经过上振动筛9下落到下振动筛12表面的原煤进行缓冲，以防止在下落过程中产生过度破碎的情况发生。

对于煤矸高效分选***：振动筛倾斜状态的放置，再通过振动筛的振动提供给筛板一定幅度的振动从而更好地控制不同等级煤粒的筛分效果以及防止煤粒的过渡粉碎。振动筛倾斜向下放置可以使得煤粒在振动作用下被抛起下落的时候沿着倾斜筛板的筛面向下滚动，在滚动的过程中更好地实现筛分的效果，最后经过筛板末端进入下一层的单层布料机中。两个振动筛的出料端位于不同位置，便于实现不同颗粒原煤的同步分选作业；通过刚性挡料板的设置，可以防止原煤在上振动筛筛板表面过度的堆积，从而便于提高筛分效果，通过下料缓冲单元A的设置，可以减缓原煤的下落时间，进一步提高了筛分效果；通过下料缓冲单元B的设置，可以进一步防止煤粒在下浇过程中发生碰撞而产生过渡粉碎的情况；

通过上下间隔设置的上振动筛和下振动筛能实现对原煤的三级筛分，筛分后的两种不同等级粒度的原煤分别通过上振动筛的右端和下振动筛的左端排出，分别进入到第一单层布料机和第二单层布料机进行单层排列；第三级的细料度煤料能通过集料漏斗排入集料箱中进行剔除。第一单层布料机和第二单层布料机可以分别对下振动筛和上振动筛分选出的原煤进行单层布料排列，进而可以使原煤以均匀排列的方式进入皮带输送机，保证了原煤在输送过程中可以更有效的被识别，同时，也能更好的便于原煤的加热作业。通过第一和第二微波加热装置的设置，可以使单层排列的煤和矸石更好的受到微波的辐射，而煤和矸石在受到辐射后表面温度会发生不同的变化，再利用温度传感器测得辐射前和经过辐射后的煤和矸石的表面温度数据，同时，两个距离一定的摄像头实时获取原煤的图像数据，温度数据和图像数据经过数据采集卡的

转换后传输给工业计算机，可以便于工业计算机依据煤和矸石各自的温度变化区间不同识别出煤和矸石，同时，便于工业计算机利用双目视觉原理根据煤和异物边缘特征不同识别原煤中包含非矸石类的杂质异物，进而工业计算机可以根据预先设计的算法结合温度数据和图像数据进行煤、矸石与异物的识别，可准确高效的识别出煤、矸石与异物的位置。工业计算机在识别完毕后向PLC控制器发送识别结果数据，PLC控制器利用分布在皮带输送机出料端的多个分选执行机构来进行分离作业，能实现煤、矸石和异物分选的自动化，极大的降低了企业的运营成本，并提高了原煤的利用率，减少了对环境产生的污染。

工业计算机对煤、矸和异物的识别原理:

①煤与矸石的识别：在煤和矸石的识别过程中，单层排列在传送带上的原煤受到布置在皮带输送机上方等高处的微波发射器发射出的微波进行加热，在保证微波发射器距离皮带输送机的高度、微波强度、微波辐射时间以及煤与矸石表面温度相同的情况下对皮带输送机上的原煤进行微波辐射加热。煤与矸石中均含有C元素，属于微波吸收体，经过微波辐射后，可以将微波转化为热能。由于煤与矸石碳含量不同，因此他们的吸波能力有所差异，受辐射后升温的速度不同且与碳含量有关。碳含量越高，微波加热性能越好。煤的碳含量高于矸石，因此在相同条件下的微波辐射后，煤的温度变化显著。在微波发射器辐射微波之前，先利用红外测温仪获取皮带输送机上的原煤的表面初始温度值

，在受到相同条件下的微波进行加热之后，因煤与矸石的碳含量不同，导致温升速度不同，设煤矿的温度变化区间为

，且明显高于矸石的温度变化区间

。利用红外测温仪测得加热之后煤与矸石的温度，由数据采集卡收集数据并传送至工业计算机进行异物的识别。由工业计算机根据设定的算法可以分析得出结果，若温度变化在

之间，则判定为煤块；若温度变化在

之间，则判定为矸石。

②非矸石类异物识别：采集得到的原煤中的非矸石类异物主要有铁块、钢板、螺栓、木条等。这些异物在原煤中所占的比重远低于矸石的比重，且与煤和矸石的形状差异较大（多为长条状、形状较为规则），因此可以利用与煤矸边缘特征的比对来实现混杂在原煤中的异物识别。利用布置在皮带输送机上方不同位置的高清摄像机获取原煤的图像数据，由数据采集卡收集图像数据经A/D转换将数据传递至工业计算机，计算机对获取到的图像数据进行边缘特征的提取（周长、长宽比、面积），将提取到的图像数据特征与预先设定的周长阈值、长宽比例、面积阈值进行比较实现异物的精准识别。假设布置在皮带输送机上方的两个摄像头之间间隔为

，皮带输送机的运行速度为

，异物A从第一摄像头A或第二摄像头A下方运行至第一摄像头B或第二摄像头B下方的时间为

,考虑到图像数据传送以及计算机处理数据有延时

，因此可以认为两摄像头拍摄到的画面间隔在

时均为同一副画面，可认为两个摄像头识别到的异物为同一个异物A。皮带输送机在运输时应保证一定的速度，避免速度过快导致矸石或异物在皮带输送机上颠簸导致位置发生偏移，影响分选***的准确率和精度。

分选执行机构主要由PLC控制第一电磁阀C和第二电磁阀C来完成。经过工业计算机识别到皮带输送机上的矸石和异物信息，将所获得的矸石与异物信息经D/A转换传递至PLC控制器,由PLC控制器分别根据定长时间

来控制相应位置第一电磁阀C或第二电磁阀C的开启完成对矸石与异物的气力击打动作。分选执行机构作为煤矸分选***的执行终端， PLC控制第一或第二电磁阀C动作，第一喷吹直筒或第二喷吹直筒将空气作为媒介喷出，把皮带输送机上即将抛落的矸石和异物吹出偏离原运行轨迹。由于单层布料机将每个通道上的原煤按顺序排列，且各个原煤之间留有一定间距，只要使皮带输送机保持一定的运行速度，便能避免在从识别到分离动作执行时矸石或异物位置发生变化，可以有效保证分离精度。原煤运行到皮带输送机末端时做平抛运动，根据工业计算机对皮带输送机上矸石与异物信息的判断，由PLC控制器控制安装在皮带输送机正下方距离皮带输送机末端

处的第一或第二分选执行机构动作，具体地，对于第一分选执行机构：通过第二气缸调节第一喷吹直筒的俯仰角度，通过第一气缸调节第一喷枪距离第一喷吹直筒敞口端的距离，通过第一电磁阀C控制气路的连通路；对于第二分选执行机构：通过第四气缸调节第二喷吹直筒的俯仰角度，通过第三气缸调节第二喷枪距离第二喷吹直筒敞口端的距离，通过第二电磁阀C控制气路的连通路。使对应位置的第一或第二分选执行机构执行动作将矸石或者异物吹出使其偏离原来的运行轨迹落入相应的槽中，而在精煤落下时分选执行机构不动作，使其顺着原始轨迹做平抛运动落入相应的槽中。多个第一或第二分选执行机构安装在皮带输送机末端正下方

处，皮带输送机的运行速度为

,根据自由落体定律可知物体下落时间与下落高度的关系为：

,下落的速度与下落时间关系为

。击打矸石的时间

：设矸石在经过红外测温仪之后距离皮带输送机末端仍有一段距离

,则矸石运行到皮带输送机末端的时间为

，数据经A/D传输至计算机以及计算机进行矸石的识别有延迟

，PLC控制器控制电磁阀C动作延时

，则皮带输送机上的矸石在经过红外测温仪之后，经过

后，矸石被对应位置动作的分选执行机构以设定好的力度击打落入相应的收集桶中完成分离工作。击打异物的时间

：皮带输送机上的异物在经过高清摄像头2之后，距离皮带输送机末端仍有一段距离

，则异物运行至皮带输送机末端的时间为

,同样数据有数据采集卡完成采集经A/D转换和计算机的识别有延时

，PLC控制器输出指令控制电磁阀C开启有延时

，则皮带输送机上的异物经过高清摄像头从采集数据到被对应位置的分选执行机构击打落入异物槽中的时间

。电磁阀C开启后喷吹直筒喷吹出的用于击打异物的力度是大于矸石的，可以将异物吹入更远处的槽中从而避免矸石与异物混合。将红外测温仪与高清摄像头安装在皮带输送机上方相相隔

的距离，避免PLC控制器发出指令无法区分所要击打的是矸石还是异物而导致分离发生错误。由于上下间隔的上振动筛和下振动筛已经实现了将不同等级的原煤分别送入两端不同的皮带输送机，因此可以预先设置分行执行机构的击打力度。由于皮带输送机上的原煤被分成了n+1个煤带，因此可以设置分选执行机构的个数为n+1，每个分选执行机构分别对应每一条煤带。分行执行机构以气力做为击打动，并通过电磁阀C控制，其响应速度快，同时，因为以空气为媒介，其环保且高效。

Claims (8)

1.一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法，包括煤矸高效分选***，所述煤矸高效分选包括煤矸初选机构（1）、第一煤矸识别机构（2）、第一单层布料机（3）、多个第一分选执行机构（4）、第二煤矸识别机构（5）、第二单层布料机（6）、多个第二分选执行机构（7）、数据采集卡、工业计算机和PLC控制器；所述煤矸初选机构（1）包括机架（8）、上振动筛（9）、下振动筛（12）、下料缓冲单元B（13）、集料漏斗（14）和集料箱（15）；所述上振动筛（9）左高右低倾斜的安装在机架（8）的顶部；所述下振动筛（12）位于上振动筛（9）的下方，下振动筛（12）的筛孔小于上振动筛（9）的筛孔，且左低右高倾斜的安装在机架（8）的中部；所述下料缓冲单元B（13）设置在上振动筛（9）和下振动筛（12）之间，下料缓冲单元B（13）由横向排布的多根弹力绳（32）组成，所述弹力绳（32）的长度沿前后方向延伸，且前后两端均与机架（8）连接； 所述集料漏斗（14）设置在下振动筛（12）的下方，并固定连接在机架（8）的下部，且其进料口罩设在下振动筛（12）外部的四周；所述集料箱（15）设置在集料漏斗（14）出料口的下方；第一煤矸识别机构（2）设置在机架（8）的左侧，第一煤矸识别机构（2）包括第一皮带输送机（18）、第一摄像头A（19）、第一摄像头B（20）、第一微波加热装置（21）和第一温度传感器（22）；第一皮带输送机（18）左右方向的延伸，其左端和右端分别为出料端和进料端，其上方架设有左右方向延伸的第一支架（23）；所述第一摄像头B（20）和第一摄像头A（19）分别设置在第一皮带输送机（18）左部和右部的上方，且分别安装在第一支架（23）的左右两端；所述第一微波加热装置（21）和第一温度传感器（22）相间隔的设置在第一皮带输送机（18）中部的上方，且第一微波加热装置（21）安装在第一支架（23）中部靠左的位置，第一温度传感器（22）安装在第一支架（23）中部靠右的位置；所述第一单层布料机（3）安装在第一皮带输送机（18）右端的上方，且第一单层布料机（3）的进料口通过左低右高倾斜设置的第一溜料板（65）与下振动筛（12）的左端连接，第一单层布料机（3）的出料口连通到第一皮带输送机（18）的表面；所述第一溜料板（65）的下部沿其宽度方向开设有多个第一落料凹槽（67），第一落料凹槽（67）为上端开口小下端开口大的结构，且由上端开口到下端开口平滑过渡；所述第一单层布料机（3）包括第一机壳（68）、第一导料辊（70）和第一传送带（69）和多个第一挡板（71）；所述第一机壳（68）的右端上部开设有进料口，左端下部开设有出料口，所述第一传送带（69）横向的设置在第一机壳（68）内腔的底部，并由设置在第一机壳（68）外部的第一电机驱动，所述第一导料辊（70）可转动的设置在第一机壳（68）的进料口处，且位于第一传送带（69）的上部，并由设置在第一机壳（68）外部的第二电机驱动；第一导料辊（70）的表面沿其轴向开设有多排第一弧形凹槽组，每排第一弧形凹槽组均由周向均匀开设的第一弧形凹槽（72）组成；多个第一挡板（71）设置在第一导料辊（70）的左侧，其沿第一传送带（69）宽度方向均匀分布，且上端均与第一机壳（68）的顶板固定连接，下端均与第一传送带（69）的承载段间隙配合；多个所述第一分选执行机构（4）设置在第一皮带输送机（18）左端的下方，并沿第一皮带输送机（18）宽度方向依次布置，其包括第一喷吹直筒（24）、第一气缸（25）、第二气缸（26）、第一支撑柱（27）和第一支撑座（28）；所述第一喷吹直筒（24）左端为敞口结构，右端封装有第一端板（29）；所述第一端板（29）的上部和下部分别开设有第一通孔A（33）和第一通孔B（34）；所述第一气缸（25）的内部设置有第一活塞杆，第一气缸（25）与第一喷吹直筒（24）的长度方向一致，且其缸筒的上端固定连接有第一导向套（30），第一导向套（30）中滑动的连接有与第一活塞杆相平行设置的第一刚性管路（36）；第一气缸（25）缸筒的左端固定连接在第一端板（29）的右端下部，且第一刚性管路（36）的左端和第一活塞杆的端部分别由第一通孔A（33）和第一通孔B（34）滑动的穿入第一喷吹直筒（24）中并与第一滑块（35）的右端固定连接；第一滑块（35）径向限位且轴向可滑动的设置在第一喷吹直筒（24）的内腔中，且其左端中心固定插装有轴向设置的第一喷枪（37）；第一喷枪（37）的出气端朝向第一喷吹直筒（24）的敞口端，第一喷枪（37）的进气端通过设置在第一滑块（35）内部的第一通道（38）与第一刚性管路（36）的左端连通，第一刚性管路（36）的右端通过软管A与第一气源连接；第二气缸（26）和第一支撑柱（27）均竖直的设置第一喷吹直筒（24）下方的左部和右部，第二气缸（26）的底座和第一支撑柱（27）的下端均固定连接在第一支撑座（28）的上端，第二气缸（26）的活塞杆端和第一支撑柱（27）的上端分别与第一喷吹直筒（24）下端的左部和右部铰接；第二煤矸识别机构（5）设置在机架（8）的右侧，第二煤矸识别机构（5）包括第二皮带输送机（39）、第二摄像头A（40）、第二摄像头B（41）、第二微波加热装置（42）和第二温度传感器（43）；第二皮带输送机（39）左右方向的延伸，其左端和右端分别为出料端和进料端，其上方架设有左右方向延伸的第二支架（44）；所述第二摄像头A（40）和第二摄像头B（41）分别设置在第二皮带输送机（39）左部和右部的上方，且分别安装在第二支架（44）的左右两端；所述第二微波加热装置（42）和第二温度传感器（43）相间隔的设置在第二皮带输送机（39）中部的上方，且第二微波加热装置（42）安装在第二支架（44）中部靠左的位置，第二温度传感器（43）安装在第二支架（44）中部靠右的位置； 所述第二单层布料机（6）安装在第二皮带输送机（39）左端的上方，且第二单层布料机（6）的进料口通过左高右低倾斜设置的第二溜料板（66）与上振动筛（9）的右端连接，第二单层布料机（6）的出料口连通到第二皮带输送机（39）的表面；所述第二溜料板（66）的下部沿其宽度方向开设有多个第二落料凹槽（73），第二落料凹槽（73）为上端开口小下端开口大的结构，且由上端开口到下端开口平滑过渡；所述第二单层布料机（6）包括第二机壳（74）、第二导料辊（76）和第二传送带（75）和多个第二挡板（77）；所述第二机壳（74）的左端上部开设有进料口，右端下部开设有出料口，所述第二传送带（75）横向的设置在第二机壳（74）内腔的底部，并由设置在第二机壳（74）外部的第三电机驱动，所述第二导料辊（76）可转动的设置在第二机壳（74）的进料口处，且位于第二传送带（75）的上部，并由设置在第二机壳（74）外部的第四电机驱动；第二导料辊（76）的表面沿其轴向开设有多排第二弧形凹槽组，每排第二弧形凹槽组均由周向均匀开设的第二弧形凹槽（78）组成；多个第二挡板（77）设置在第二导料辊（76）的右侧，其沿第二传送带（75）宽度方向均匀分布，且上端均与第二机壳（74）的顶板固定连接，下端均与第二传送带（75）的承载段间隙配合；多个所述第二分选执行机构（7）设置在第二皮带输送机（39）左端的下方，并沿第一皮带输送机（18）宽度方向依次布置，其包括第二喷吹直筒（45）、第三气缸（46）、第四气缸（47）、第二支撑柱（48）和第二支撑座（49）；所述第二喷吹直筒（45）左端为敞口结构，右端封装有第二端板（50）；所述第二端板（50）的上部和下部分别开设有第二通孔A（51）和第二通孔B（52）；所述第三气缸（46）的内部设置有第三活塞杆，第三气缸（46）与第二喷吹直筒（45）的长度方向一致，且其缸筒的上端固定连接有第二导向套（53），第二导向套（53）中滑动的连接有与第三活塞杆相平行设置的第二刚性管路（54）；第三气缸（46）缸筒的左端固定连接在第二端板（50）的右端下部，且第二刚性管路（54）的左端和第三活塞杆的端部分别由第二通孔A（51）和第二通孔B（52）滑动的穿入第二喷吹直筒（45）中并与第二滑块（55）的右端固定连接；第二滑块（55）径向限位且轴向可滑动的设置在第二喷吹直筒（45）的内腔中，且其左端中心固定插装有轴向设置的第二喷枪（56）；第二喷枪（56）的出气端朝向第二喷吹直筒（45）的敞口端，第二喷枪（56）的进气端通过设置在第二滑块（55）内部的第二通道（57）与第二刚性管路（54）的左端连通，第二刚性管路（54）的右端通过软管B与第二气源连接；第四气缸（47）和第二支撑柱（48）均竖直的设置第二喷吹直筒（45）下方的左部和右部，第四气缸（47）的底座和第二支撑柱（48）的下端均固定连接在第二支撑座（49）的上端，第四气缸（47）的活塞杆端和第二支撑柱（48）的上端分别与第二喷吹直筒（45）下端的左部和右部铰接；所述工业计算机与PLC控制器电性连接，还通过数据采集卡分别与第一摄像头A（19）、第一摄像头B（20）、第一温度传感器（22）、第二摄像头A（40）、第二摄像头B（41）和第二温度传感器（43）电性连接，所述PLC控制器分别与第一微波加热装置（21）、第一电磁换向阀A、第一电磁换向阀B、第一电磁阀C、第二微波加热装置（42）、第二电磁换向阀A、第二电磁换向阀B和第二电磁阀C电性连接；第一电磁换向阀A与第一气缸（25）气路连接，用于通过换向动作来控制第一气缸（25）中活塞杆的伸缩；第一电磁换向阀B与第二气缸（26）气路连接，用于通过换向动作来控制第二气缸（26）中活塞杆的伸缩；第一电磁阀C串接在软管A上，用于控制第一喷枪（37）与第一气源之间气路通断的控制；第二电磁换向阀A与第三气缸（46）气路连接，用于通过换向动作来控制第三气缸（46）中活塞杆的伸缩；第二电磁换向阀B与第四气缸（47）气路连接，用于通过换向动作来控制第四气缸（47）中活塞杆的伸缩；第二电磁阀C串接在软管B上，用于控制第二喷枪（56）与第二气源之间气路通断的控制；

其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：控制上振动筛（9）和下振动筛（12）启动，将待分选的原煤连续的加入到上振动筛（9）进料端，利用上振动筛（9）筛选出较大颗粒的原煤并通过其出料端排出，利用下振动筛（12）筛选出较小颗粒的原煤并通过其出料端排出，同时，利用下振动筛（12）的筛孔将细粒度煤粒剔除并通过集料漏斗（14）导流到集料箱（15）中；

步骤二：通过第一单层布料机（3）对下振动筛（12）筛选出的较小颗粒的原煤进行单层布料，并在第一皮带输送机（18）上形成多条煤带，同时，使每条煤带上相邻的颗粒间隔排布，为煤矸的精准识别提供基础；再通过第一皮带输送机（18）进行原煤的均匀输送；

通过第二单层布料机（6）对上振动筛（9）筛选出的较大颗粒的原煤进行单层布料，并在第二皮带输送机（39）上形成多条煤带，同时，使每条煤带上相邻的颗粒间隔排布，为煤矸的精准识别提供基础；再通过第二皮带输送机（39）进行原煤的均匀输送；

步骤三：在第一皮带输送机（18）的输送过程中，通过第一微波加热装置（21）对煤和矸石进行辐射加热，再利用第一温度传感器（22）采集辐射前以及经过辐射后的各个煤带中煤和矸石的表面温度信号，并利用第一摄像头A（19）和第一摄像头B（20）实时采集原煤的图像数据，工业计算机依据煤和矸石各自的温度变化区间的不同识别各个煤带中煤和矸石，并根据煤和异物边缘特征不同识别出各个煤带中包含非矸石类的杂质异物，并根据第一皮带输送机（18）的运行速度确定出各个煤带中煤、矸石与异物离开第一皮带输送机（18）出料端的时间数据，并将确定出的时间数据实时发送给PLC控制器；

在第二皮带输送机（39）的输送过程中，通过第二微波加热装置（42）对煤和矸石进行辐射加热，再利用第二温度传感器（43）采集辐射前以及经过辐射后的各个煤带中煤和矸石的表面温度信号，并利用第二摄像头A（40）和第二摄像头B（41）实时采集原煤的图像数据，工业计算机依据煤和矸石各自的温度变化区间的不同识别出各个煤带中煤和矸石，并根据煤和异物边缘特征不同识别出各个煤带中的包含非矸石类的杂质异物，并根据第二皮带输送机（39）的运行速度确定出各个煤带的煤、矸石与异物离开第二皮带输送机（39）出料端的时间数据，并将确定出的时间数据实时发送给PLC控制器；

步骤四：PLC控制器根据各个煤带中煤、矸石与异物离开第一皮带输送机（18）出料端的不同时间数据控制对应煤带下面的第一分选执行机构（4）执行不同的动作；在精煤离开第一皮带输送机（18）出料端时，控制第一分选执行机构（4）不动作，使精煤做由落体运动掉入第一精煤收集桶（61）中，在矸石离开第一皮带输送机（18）出料端时，控制第一分选执行机构（4）中的第一电磁阀C打开，同时，保证第一气缸（25）和第二气缸（26）不动作，第一气缸（25）和第二气缸（26）不动作时，第一滑块（35）处于第一喷吹直筒（24）的闭口端，且第一喷吹直筒（24）保持水平状态，第一电磁阀C打开后第一喷枪（37）瞬时喷出高压气体，并将矸石吹入位于第一精煤收集桶（61）左侧的第一矸石收集桶（60）；在异物离开第一皮带输送机（18）出料端时，控制第一分选执行机构（4）动作，控制第一分选执行机构（4）中的第一电磁阀C打开，控制第一电磁换向阀A动作设定时间，以使第一气缸（25）的活塞杆完全伸出，将第一滑块（35）推动到离第一喷吹直筒（24）敞口端最近的位置，控制第一电磁换向阀B动作设定时间，以使第二气缸（26）的活塞杆上升设定高度，将第一喷吹直筒（24）敞口端向上倾斜一定角度，第一电磁阀C打开后第一喷枪（37）瞬时喷出高压气体，并将异物吹入位于第一矸石收集桶（60）左侧的第一异物收集桶（59）；

PLC控制器根据各个煤带中煤、矸石与异物离开第二皮带输送机（39）出料端的不同时间数据控制对应煤带下面的第二分选执行机构（7）执行不同的动作；在精煤离开第二皮带输送机（39）出料端时，控制第二分选执行机构（7）不动作，使精煤做由落体运动掉入第二精煤收集桶（62）中，在矸石离开第二皮带输送机（39）出料端时，控制第二分选执行机构（7）中的第二电磁阀C打开，同时，保证第三气缸（46）和第四气缸（47）不动作，第三气缸（46）和第四气缸（47）不动作时，第二滑块（55）处于第二喷吹直筒（45）的闭口端，且第二喷吹直筒（45）保持水平状态，第二电磁阀C打开后第二喷枪（56）瞬时喷出高压气体，并将矸石吹入位于第二精煤收集桶（62）右侧的第二矸石收集桶（63）；在异物离开第二皮带输送机（39）出料端时，控制第二分选执行机构（7）动作，控制第二分选执行机构（7）中的第二电磁阀C打开，控制第二电磁换向阀A动作设定时间，以使第三气缸（46）的活塞杆完全伸出，将第二滑块（55）推动到离第二喷吹直筒（45）敞口端最近的位置，控制第二电磁换向阀B动作设定时间，以使第四气缸（47）的活塞杆上升设定高度，将第二喷吹直筒（45）敞口端向上倾斜一定角度，第二电磁阀C打开后第二喷枪（56）瞬时喷出倾斜一定角度高压气体，并将异物吹入位于第二矸石收集桶（63）右侧的第二异物收集桶（64）。

2.根据权利要求1所述的一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法，其特征在于，在步骤一中，通过固定连接在机架（8）顶端的进料料斗（58）向上振动筛（9）进料端连续加入待分选的原煤。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法，其特征在于，在步骤二中，第一皮带输送机（18）和第二皮带输送机（39）均匀速的进行原煤的输送。

4.根据权利要求3所述的一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法，其特征在于，在步骤三中，工业计算机利用双目视觉原理进行非矸石类的杂质异物的识别。

5.根据权利要求4所述的一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法，其特征在于，在步骤一中，通过设置在上振动筛（9）上方的刚性挡料板（10）对下落的原煤高度进行限定，以防止上振动筛（9）筛板表面出现过度堆积原煤而影响筛选效果；其中，刚性挡料板（10）的上端与机架（8）固定连接，其下端与上振动筛（9）筛板表面形成落料通道（31）。

6.根据权利要求5所述的一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法，其特征在于，在步骤一中，通过设置在上振动筛（9）上方的下料缓冲单元A（11）来减缓原煤在筛板表面的下落时间，以进一步提高了筛分效果；其中，下料缓冲单元A（11）由位于上部的上挡料板（16）和连接在上挡料板（16）下端的橡胶软板（17）组成，下料缓冲单元A（11）竖直的设置在上振动筛（9）中部的上方，且位于刚性挡料板（10）的右侧，上挡料板（16）的上端与机架（8）固定连接，橡胶软板（17）的下端上振动筛（9）上表面间隙配合。

7.根据权利要求6所述的一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法，其特征在于，所述PLC控制器还分别与第一皮带输送机（18）、第一单层布料机（3）、第二皮带输送机（39）、第二单层布料机（6）、上振动筛（9）和下振动筛（12）连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法，其特征在于，所述弹力绳（32）为高强度涤纶制成的弹力绳，在步骤一中，通过弹力绳（32）对经过上振动筛（9）下落到下振动筛（12）表面的原煤进行缓冲，以防止在下落过程中产生过度破碎的情况发生。

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