本發(fā)明專利技術(shù)針對目前煤巖識別裝置復(fù)雜，不能廣泛使用等問題，提供了一種新型的煤巖識別裝置及方法，能夠快速，便捷，準(zhǔn)確的識別煤礦中的煤層和巖壁。該裝置及方法利用不同物質(zhì)介電常數(shù)ε不同的特性，根據(jù)平行板電容器的電容變化，得到相位差的變化，進而識別當(dāng)前開采區(qū)域的煤樣是否為可挖掘的煤層。這種煤巖識別裝置及方法的優(yōu)點是操作簡單，便捷，能夠?qū)崟r反應(yīng)礦井下煤巖識別情況。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種適用于煤礦井下的檢測裝置及方法，尤其是一種新型的煤巖識別裝置及方法。
技術(shù)介紹
煤炭是我國的重要資源之一，隨著煤礦開采技術(shù)水平的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的煤礦開采工作面的作業(yè)過程正朝著少人化和無人化的方向發(fā)展。在采煤時，需要進行煤巖識別，提高識別煤層和巖石層分界面的準(zhǔn)確度對于準(zhǔn)確地掌握割煤力度、保證煤質(zhì)、準(zhǔn)確計算回收率以及節(jié)約煤資源具有重要意義，傳統(tǒng)方法通過人工方式進行煤巖識別，存在勞動強度大，生產(chǎn)效率低的弊端。因此，通過科學(xué)的方法自動進行煤巖識別成為研究的一大熱點。一種實用可靠地煤巖識別裝置可以實現(xiàn)采煤工作面的自動化，延長采煤機等采煤設(shè)備的使用年限，提高礦山裝備的可靠性，也能進一步的保證礦井下工作人員的人身安全。煤巖識別裝置的關(guān)鍵在于實現(xiàn)對煤層和巖壁的識別，根據(jù)識別結(jié)果，調(diào)整采煤機的高度，盡可能的采掘煤層，保證煤層的整體回采率，提高效益；同時可以避免堅硬的巖石頂，地板，防止采煤機的刀面被損壞。目前，應(yīng)用最多的手段還是依靠礦井下工作人員進行人工打眼識別，識別精度低，危險性較大。除了人工識別以外，近些年，不少學(xué)者也在研究自動識別的手段，比如：基于紅外線的煤巖界面探測法，利用震動傳感器獲取煤層巖層不同頻率的震動的方法，基于煤巖自然伽馬射線輻射特性的傳感器法等，但大多數(shù)得到的結(jié)果不太理想，從而不能大規(guī)模推廣使用。現(xiàn)有技術(shù)的上述問題亟需解決。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對上述技術(shù)的不足，提供一種新型的煤巖識別裝置，快速，便捷，準(zhǔn)確的煤層與巖壁界面。該方法利用裝置與采煤機挖掘處的良好接觸，能夠?qū)Σ删騾^(qū)域的煤樣進行采樣和測量，根據(jù)測量結(jié)果識別煤層與巖壁界面。這種裝置測試方法的優(yōu)點是測量系統(tǒng)容易實現(xiàn)，操作便捷，簡單，測量準(zhǔn)確，適應(yīng)范圍廣，便于大范圍推廣。本專利技術(shù)提供了一種新型的煤巖識別裝置，該裝置包括煤樣收集裝置、電容值檢測模塊、相位差檢測模塊，其中：煤樣收集裝置,包括破碎機，搖臂，電動機，裝置主體，平行板電容器，傳送皮帶，轉(zhuǎn)葉，煤樣裝載器等部分；破碎機為截割滾筒，截割滾筒在裝置與采煤挖掘處良好接觸時，旋轉(zhuǎn)從采煤面的煤層面破碎出缺口，并能夠通過鉆頭的旋轉(zhuǎn)得到煤樣；搖臂與破碎機相連，它的高低和角度由電動機控制，用于確定截割滾筒施力的方向；煤樣裝載器安裝在裝置截割滾筒的下方，為裝載煤樣的容器；經(jīng)過截割滾筒開采得到的煤樣，能夠直接被煤樣裝載器收集，便于后續(xù)檢測；轉(zhuǎn)葉安裝于煤樣裝載器上方，用于將落在裝載器上的煤樣撥向傳送皮帶；皮帶用于將煤樣運送到電容檢測模塊的平行板電容器中；裝置主體用于承載整個裝置結(jié)構(gòu)；電容檢測模塊，包括平行板電容器，電容檢測芯片及外圍電路；平行板電容器，可用于填充煤樣收集裝置獲得的煤樣；外圍電路，包括電感L，電阻R和信號源Vs，與平行板電容器組成一個RLC串聯(lián)電路；電容檢測芯片，用于檢測和計算電容值，并將電容值的變化傳送到相位差檢測模塊；其中，電容值的計算公式：其中，ε是電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；d代表兩平行極板間距離；S代表兩平行極板相對面積；相位差檢測模塊，包括相位差檢測芯片，根據(jù)電容檢測芯片發(fā)送的平行板電容器的電容值變化，檢測出電容變化前與變化后的相位差變化，根據(jù)相位差變化的正負，判定RLC串聯(lián)電路的容性與感性；相位差為負，則向容性變化，相位差為正，向感性變化，進而判定當(dāng)前采煤區(qū)域是否為煤層，識別煤層與巖壁。進一步的，所述相位差檢測芯片采用的是AD8302型號。本專利技術(shù)還提供了一種應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的裝置的煤巖識別方法，該方法包括如下步驟：S101,計算可接受的最低含煤量樣品的諧振頻率，計算煤巖識別裝置的信號源頻率；在礦井開采時，首先利用采煤機，采掘出一部分煤層和巖石的樣品，按照可接受的最低含煤量將其進行混合，將混合物填充進平行板電容器，根據(jù)公式設(shè)定煤巖識別裝置的信號源的頻率；S102,測量填充純煤和純巖石后的相位差變化，為后期測量建立數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；在使用煤巖識別裝置之前，需要清楚的掌握相位差的正負變化對應(yīng)的煤含量的增減狀況。通過測試填充純煤和純巖石的相位差變化，得到煤含量增減對應(yīng)相位差正負變化的關(guān)系。S103,開啟煤巖識別裝置的電動機，利用截割滾筒得到當(dāng)前開采區(qū)域的煤樣；當(dāng)截割滾筒運行時，隨著截割滾筒的旋轉(zhuǎn)，其下方的煤樣裝載器能收集當(dāng)前開采區(qū)域的煤樣，并通過轉(zhuǎn)葉將煤樣撥入傳送皮帶的入口；S104,將煤樣填充進平行板電容器，根據(jù)公式C＝εS/d，利用電容值檢測模塊得到電容值的變化，進一步利用相位差檢測模塊得到相位差正負變化；S105,利用得到的相位差正負變化，與步驟2)得到的數(shù)據(jù)進行比對，根據(jù)相位差正負判定當(dāng)前開采區(qū)域是否為可挖掘的煤層；S106,檢測結(jié)束，關(guān)閉裝置電源。本專利技術(shù)的有益效果在于：基于介電常數(shù)的煤巖識別裝置能夠?qū)崿F(xiàn)礦井下煤層與巖壁的識別，操作簡單，能夠進行連續(xù)測量，適用范圍廣泛，能夠根據(jù)當(dāng)前開采區(qū)域的相位差變化判定是否為可以開采的煤層。根據(jù)裝置得到的結(jié)果，進行采煤機高低的調(diào)整，有利于避免堅硬的巖壁，保護采煤機刀面，同時保證采煤效率。附圖說明圖1為本煤巖識別裝置專利技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖中：1-破碎機，2-搖臂，3-電動機，4-裝置主體，5-平行板電容器，6-傳送皮帶，7-轉(zhuǎn)葉，8-煤樣裝載器。圖2為本煤巖識別裝置專利技術(shù)的俯視圖；圖3為本專利技術(shù)裝置的簡化模型圖；圖4是本專利技術(shù)裝置的電容檢測原理圖；圖5是本專利技術(shù)裝置的相位差檢測原理圖；具體實施方式下面通過具體實施例對本專利技術(shù)作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本專利技術(shù)的保護范圍。技術(shù)原理：平行板電容器電容量的計算公式為:C＝εS/d (公式1)其中，ε是電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；d代表兩平行極板間距離；S代表兩平行極板相對面積。RLC串聯(lián)電路諧振頻率計算公式:其中，L為串聯(lián)電路的電感值，C為串聯(lián)電路的電容值。可以看出，平行板電容器的輸出電容C與極板間距d成反比，與極板間正對面積S成正比，即當(dāng)平行板電容器之間的中間介質(zhì)發(fā)生改變，因為每一種物質(zhì)的介電常數(shù)ε均不同，電容值C會改變，進而導(dǎo)致RLC串聯(lián)電路不再諧振，電路特性向著容性或者感性變化。本專利技術(shù)即利用平行板電容器電容特性和RLC串聯(lián)諧振電路，專利技術(shù)一種新型的煤巖識別裝置。在采煤機大范圍采掘時，這種煤巖識別裝置中的平行板電容器的中間介質(zhì)會先發(fā)生改變，由于中間物質(zhì)介電常數(shù)ε發(fā)生改變，引起電容值變化，導(dǎo)致RLC串聯(lián)電路不再諧振，電路特性變?yōu)槿菪曰蛘吒行裕辔徊顧z測模塊檢測出相位差的正負變化，進而識別當(dāng)前開采區(qū)域的煤樣是否為可挖掘的煤層。以下通過圖1-5對本專利技術(shù)的一種新型的的煤巖識別裝置作進一步的介紹。本專利技術(shù)請求保護一種新型的煤巖識別裝置，該裝置包括煤樣收集裝置、電容值檢測模塊、相位差檢測模塊，其中：煤樣收集裝置，如圖1所示，包括(1)破碎機，(2)搖臂，(3)電動機，(4)裝置主體，(5)平行板電容器，(6)傳送皮帶，(7)轉(zhuǎn)葉，(8)煤樣裝載器等其他部分；破碎機(1)為截割滾筒，截割滾筒在裝置與采煤挖掘處良好接觸時，旋轉(zhuǎn)從采煤面的煤層面破碎出缺口，并能夠通過鉆頭的旋轉(zhuǎn)得到煤樣，這部分煤樣即待檢測煤樣；搖臂(2)與破碎機相連，它的高低和角度由電動機(3)控制，用于確定截割滾筒施力的方向；煤樣裝載器(8)安裝在裝置截割滾筒的下方，為裝載煤樣的容器；經(jīng)過截割滾筒開采得到的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種新型的煤巖識別裝置，其特征在于，該裝置包括煤樣收集裝置、電容值檢測模塊、相位差檢測模塊，其中：煤樣收集裝置,包括破碎機，搖臂，電動機，裝置主體，平行板電容器，傳送皮帶，轉(zhuǎn)葉，煤樣裝載器等部分；破碎機為截割滾筒，截割滾筒在裝置與采煤挖掘處良好接觸時，旋轉(zhuǎn)從采煤面的煤層面破碎出缺口，并能夠通過鉆頭的旋轉(zhuǎn)得到煤樣；搖臂與破碎機相連，它的高低和角度由電動機控制，用于確定截割滾筒施力的方向；煤樣裝載器安裝在裝置截割滾筒的下方，為裝載煤樣的容器；經(jīng)過截割滾筒開采得到的煤樣，能夠直接被煤樣裝載器收集，便于后續(xù)檢測；轉(zhuǎn)葉安裝于煤樣裝載器上方，用于將落在裝載器上的煤樣撥向傳送皮帶；皮帶用于將煤樣運送到電容檢測模塊的平行板電容器中；裝置主體用于承載整個裝置結(jié)構(gòu)；電容檢測模塊，包括平行板電容器，電容檢測芯片及外圍電路；平行板電容器，可用于填充煤樣收集裝置獲得的煤樣；外圍電路，包括電感L，電阻R和信號源Vs，與平行板電容器組成一個RLC串聯(lián)電路；電容檢測芯片，用于檢測和計算電容值，并將電容值的變化傳送到相位差檢測模塊；其中，電容值的計算公式：其中，ε是電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；d代表兩平行極板間距離；S代表兩平行極板相對面積；相位差檢測模塊，包括相位差檢測芯片，根據(jù)電容檢測芯片發(fā)送的平行板電容器的電容值變化，檢測出電容變化前與變化后的相位差變化，根據(jù)相位差變化的正負，判定RLC串聯(lián)電路的容性與感性；相位差為負，則向容性變化，相位差為正，向感性變化，進而判定當(dāng)前采煤區(qū)域是否為煤層，識別煤層與巖壁。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種新型的煤巖識別裝置，其特征在于，該裝置包括煤樣收集裝置、電容值檢測模塊、相位差檢測模塊，其中：煤樣收集裝置,包括破碎機，搖臂，電動機，裝置主體，平行板電容器，傳送皮帶，轉(zhuǎn)葉，煤樣裝載器等部分；破碎機為截割滾筒，截割滾筒在裝置與采煤挖掘處良好接觸時，旋轉(zhuǎn)從采煤面的煤層面破碎出缺口，并能夠通過鉆頭的旋轉(zhuǎn)得到煤樣；搖臂與破碎機相連，它的高低和角度由電動機控制，用于確定截割滾筒施力的方向；煤樣裝載器安裝在裝置截割滾筒的下方，為裝載煤樣的容器；經(jīng)過截割滾筒開采得到的煤樣，能夠直接被煤樣裝載器收集，便于后續(xù)檢測；轉(zhuǎn)葉安裝于煤樣裝載器上方，用于將落在裝載器上的煤樣撥向傳送皮帶；皮帶用于將煤樣運送到電容檢測模塊的平行板電容器中；裝置主體用于承載整個裝置結(jié)構(gòu)；電容檢測模塊，包括平行板電容器，電容檢測芯片及外圍電路；平行板電容器，可用于填充煤樣收集裝置獲得的煤樣；外圍電路，包括電感L，電阻R和信號源Vs，與平行板電容器組成一個RLC串聯(lián)電路；電容檢測芯片，用于檢測和計算電容值，并將電容值的變化傳送到相位差檢測模塊；其中，電容值的計算公式：其中，ε是電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；d代表兩平行極板間距離；S代表兩平行極板相對面積；相位差檢測模塊，包括相位差檢測芯片，根據(jù)電容檢測芯片發(fā)送的平行板
\t電容器的電容值變化，檢測出電容變化前與變化后的相位差變化，根據(jù)相位差變化的正負，判定RLC串聯(lián)電路的容性與...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙端，程園新，韓楠楠，董飛，曹碩，丁恩杰，
申請(專利權(quán))人：中國礦業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32
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