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采矿业

一种煤矸石自动分选系统与方法

技术领域

本发明涉及一种煤矸石分选系统与方法。特别是一种煤矸石自动分选系统与方 法。

背景技术

矸石是煤形成过程中与之伴生的黑色固体岩石，含碳量和发热值都很低，但在煤 炭开采过程中会夹带大量矸石。在煤炭的深加工中，矸石预选是煤矿生产中的重要环节，可 以极大地提高煤炭品质和利用率，降低煤炭的运输成本。目前，矸石的预选主要采用人工分 选的方法，人工分选是指工人坐在皮带两侧，靠肉眼看，用手工选，从运动的煤块中找出矸 石。人工分选的方法劳动强度大，生产效率低，工作环境差，严重影响工人身体健康。

发明内容

本发明的目的是要提供一种煤矸石自动分选系统与方法，替代现有依靠肉眼识 别，手工挑选矸石的人工分选方法，改善工人工作环境，提高分选生产效率。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：

一种煤矸石自动分选系统包括：分选系统包括：振动给料机、排队装置、皮带输送 机、矸石接料斗、煤接料斗、检测设备和执行设备；在皮带输送机进料端的上方有振动给料 机，在皮带输送机出料端的下方有煤接料斗，在皮带输送机的中部上方有检测设备，在检测 设备与振动给料机之间的皮带输送机上方有排队装置；在检测设备与皮带输送机出料端之 间的皮带输送机上方有执行设备，检测设备与执行设备电气连接。

所述检测设备包括：遮光罩、工控机、摄像机和LED光源；在遮光罩内连接有摄像机 和LED光源，摄像机和LED光源受工控机控制，工控机的输出端与执行器的控制器输入端连 接。

所述执行设备包括：控制器、高速电磁阀和喷枪；所述的喷枪有二个，分别为第一 喷枪和第二喷枪；喷枪和高速电磁阀串接在高压空气管道上，高速电磁阀受控制器控制。

所述LED光源为4个，布置在摄像机四周并对称安装；在LED光源前端配有毛玻璃 罩。

所述遮光罩带有金属骨架，在金属骨架外采用不透光材质包裹，形成一个工作空 间。

所述第一喷枪和第二喷枪为背向布置，安装在皮带输送机纵向轴线的上方。

所述的矸石接料斗有二个，分别为第一矸石接料斗和第二矸石接料斗，两个矸石 接料斗布置在皮带输送机两侧且定位在喷枪对矸石作用后，矸石运动轨迹的落料位置。

煤矸石自动分选方法：

(1)当块状煤块和矸石由振动给料机落到皮带上，煤块和矸石通过排队机构排列 成两列进入遮光罩遮罩的范围内时，摄像机对通过的煤块和矸石进行拍摄，并将拍摄到的 视频传输给工控机；

(2)工控机对摄像机拍摄到的煤块和矸石图像进行实时的数字图像处理，在摄像 区域中选定两个正方形子区域，每个子区域对应的皮带上成像区域边长小于煤块和矸石的 粒度下限，实时分别计算出这两个子区域的灰度直方图，得到此时区域的灰度均值；

(3)将此灰度均值与事先设定的矸石、煤块和皮带灰度均值的阈值进行比较，小于 该阈值的判定为煤块或皮带，大于该阈值的判定为矸石；

(4)当判定为矸石后，控制器控制第一高速电磁阀或第二高速电磁阀在矸石经过 喷枪时开启，第一喷枪或第二喷枪将矸石分别吹落进与喷枪平行设置的第一矸石接料斗或 第二矸石接料斗中，煤块跟随皮带继续运动，直至自然滑落进煤接料斗中，实现块煤和矸石 的分选工作。

所述矸石、煤块和皮带判定阈值由试验确定，方法为：系统安装后投产前在拣矸皮 带上随机选取煤块和矸石块各30个，逐个放置在系统摄像头下，获取其灰度直方图均值；再 拍摄空皮带30次，获取皮带灰度直方图均值；由于皮带是黑色，其灰度直方图与煤块类似， 因此选取皮带和煤块各30个灰度直方图均值的最大值，记为gcb，再选取30个矸石的灰度直 方图均值的最小值，记为gg，阈值＝(gcb+gg)/2。

有益效果及优点：由于采用了上述方案，在均匀散射光线照射下，煤块避免了部分 镜面反光的现象，灰度值较低，而矸石的灰度值较高，且明显高于煤块和皮带。根据该原理， 利用数字图像处理技术提取样品煤块、样品矸石和皮带的灰度分布直方图特征，这里选取 了灰度均值，比较并确定一个阈值存储在计算机里。识别矸石、煤块和皮带时，把实际通过 物料的灰度直方图特征与其比较。采用了模拟人工分选的手段，系统的整个检测识别与分 选工作过程是实时、非接触的，因此不会影响正常的物料传输。在皮带上设有2个物料分选 通道，共享一套检测识别装置，但每个通道配置一套分选执行机构，相互独立工作。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明中遮光罩中摄像机和光源布置图。

图3为本发明结构俯视图。

图4为本发明执行设备示意图。

图中：1、振动给料机；2、排队装置；3、皮带输送机；4、第一喷枪；5、第二喷枪；6、第 一矸石接料斗；7、第二矸石接料斗；8、煤接料斗；9、工控机；10、摄像机；11、控制器；12、遮光 罩；13、光源；14、第一高速电磁阀；15、第二高速电磁阀。

具体实施方式

一种煤矸石自动分选系统包括：振动给料机1、排队装置2、皮带输送机3、矸石接料 斗、煤接料斗、检测设备和执行设备；在皮带输送机3进料端的上方有振动给料机1，在皮带 输送机3出料端的下方有煤接料斗，在皮带输送机的中部上方有检测设备，在检测设备与振 动给料机之间的皮带输送机上方有排队装置；在检测设备与皮带输送机出料端之间的皮带 输送机上方有执行设备，检测设备与执行设备电气连接。

所述检测设备包括：遮光罩12、工控机9、摄像机10和LED光源13；在遮光罩12内连 接有摄像机10和LED光源13，摄像机10和LED光源13受工控机9控制，工控机9的输出端与执 行器的控制器输入端连接。

所述执行设备包括：控制器11，连接在装有高速电磁阀的高压空气管道上的第一 喷枪4和第二喷枪5，第一喷枪4由第一高速电磁阀14控制开与关，第二喷枪5由第二高速电 磁阀15控制开与关，高速电磁阀受控制器11控制。

所述执行设备包括：控制器、高速电磁阀和喷枪；所述的喷枪有二个，分别为第一 喷枪和第二喷枪；喷枪和高速电磁阀串接在高压空气管道上，高速电磁阀受控制器控制。

摄像机10的输出端与工控机9的输入端连接，工控机9的输出端与控制器11的输入 端连接，第一高速电磁阀14和第二高速电磁阀15的输入端与控制器11的输出端连接。

所述LED光源为4个，布置在摄像机四周并对称安装；在LED光源前端配有毛玻璃 罩，形成散射，保证遮光罩内光线均匀。

所述遮光罩带有金属骨架，在金属骨架外采用不透光材质包裹，形成一个工作空 间。

所述第一喷枪和第二喷枪为背向布置，安装在皮带输送机纵向轴线的上方。

所述的矸石接料斗有二个，分别为第一矸石接料斗和第二矸石接料斗，两个矸石 接料斗布置在皮带输送机两侧且定位在喷枪对矸石作用后，矸石运动轨迹的落料位置。

所述通道为单条皮带上设有两个通道，分别为通道1和通道2。

煤矸石自动分选方法：

(1)当块状煤块和矸石由振动给料机1落到皮带输送机3上，煤块和矸石通过排队 机构排列成两列进入遮光罩12遮罩的范围内时，摄像机10对通过的煤块和矸石进行拍摄， 并将拍摄到的视频传输给工控机9；

(2)工控机9对摄像机拍摄到的煤块和矸石图像进行实时的数字图像处理，在摄像 区域中选定两个正方形子区域，每个子区域对应的皮带上成像区域边长小于煤块和矸石的 粒度下限，实时分别计算出这两个子区域的灰度直方图，得到此时区域的灰度均值；

(3)将此灰度均值与事先设定的矸石、煤块和皮带灰度均值的阈值进行比较，小于 该阈值的判定为煤块或者皮带，大于该阈值的判定为矸石；

(4)当判定为矸石后，控制器11控制第一高速电磁阀14或第二高速电磁阀15在矸 石经过喷枪时开启，第一喷枪4或第二喷枪5将矸石分别吹落进与喷枪平行设置的第一矸石 接料斗6或第二矸石接料斗7中，煤块跟随皮带继续运动，直至自然滑落进煤接料斗8中，实 现块煤和矸石的分选工作。

所述两个正方形子区域对应的皮带上成像区域边长小于煤块和矸石的粒度下限， 并保证所有煤块或者矸石经过该区域时能够完全充满该子区域。

所述矸石和煤块的判定阈值由试验确定，方法为：系统安装后投产前在拣矸皮带 上随机选取煤块和矸石块各30个，逐个放置在系统摄像头下，获取其灰度直方图均值；再拍 摄空皮带30次，获取皮带灰度直方图均值；由于皮带是黑色，其灰度直方图与煤块类似，因 此选取皮带和煤块各30个灰度直方图均值的最大值，记为gcb，再选取30个矸石的灰度直方 图均值的最小值，记为gg，阈值＝(gcb+gg)/2。

实施例1：如图1，一种煤矸石自动分选系统与方法，包括有：振动给料机1，排队装 置2，设置在所述振动给料机1与煤接料斗8之间的皮带输送机3，设置在皮带输送机3中间部 位的第一喷枪4和第二喷枪5，设置在所述皮带输送机3两侧的第一矸石接料斗6和第二矸石 接料斗7，煤接料斗8，工控机9，遮光罩12，与工控机9连接的控制器11，布置在遮光罩12内的 摄像机10、光源13；第一喷枪4和第二喷枪5在相同位置背向布置。第一矸石接料斗6和第二 矸石接料斗7布置在喷枪作用后矸石运动轨迹方位。遮光罩12采用不透光材质，将系统金属 架四周遮住，减少外界光源对图像采集的干扰。光源13采用显色性好、发光强度高、光谱范 围宽和稳定时间长的LED芯片灯，配有毛玻璃罩，对称布置在相机四侧，形成对称均匀给光， 让光源均匀覆盖在皮带上。

如图2，遮光罩内部设置包括金属骨架，摄像机，与摄像机对称布置的LED光源，皮 带穿过遮光罩，以遮光罩为范围形成工作空间。

实际选煤工作中，工人根据煤块和矸石纹理和灰度特征的差别来分辨煤块和矸 石。煤块是黑色的，灰度级较低；矸石发灰发白，灰度级较煤块要高。本发明通过灰度直方图 来得出矸石、煤块和皮带的灰度级分布情况，把矸石、煤块和皮带的灰度均值作为分选的特 征。

本发明通过试验确定分选阈值，煤块和皮带的灰度均值均小于该阈值，矸石的灰 度均值均大于该阈值。

当块状原料由振动给料机1落到皮带输送机3上，原料通过排队机构排列成两列进 入遮光罩12，摄像机10将拍摄到的视频传输给工控机9。工控机9对摄像机拍摄到的煤块和 矸石图像进行实时的数字图像处理，在摄像区域中选定两个正方形子区域，每个子区域对 应的皮带上成像区域边长小于煤和矸石的粒度下限，实时分别计算出这两个子区域的灰度 直方图，得到此时区域的灰度均值。将此灰度均值与事先设定的矸石、煤块和皮带灰度均值 的阈值进行比较，小于该阈值的判定为煤块或者皮带，大于该阈值的判定为矸石。当判定为 矸石后，控制器11控制第一高速电磁阀14或第二高速电磁阀15在矸石经过时刻开启，第一 喷枪4或第二喷枪5将矸石吹落进与喷枪平行设置的第一矸石接料斗6或第二矸石接料斗7 中，煤块跟随皮带继续运动，直至自然落进煤接料斗8中，实现块煤和矸石的分选工作。