煤矿井下综放开采煤矸分离及采空区充填装置

技术领域

本发明涉及煤炭开采技术领域，具体为煤矿井下综放开采煤矸分离及采空区充填装置。

背景技术

煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿。当煤层离地表远时，一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭，此为井工煤矿。当煤层距地表的距离很近时，一般选择直接剥离地表土层挖掘煤炭，此为露天煤矿。我国绝大部分煤矿属于井工煤矿。煤矿范围包括地上地下以及相关设施的很大区域。煤矿是人类在开掘富含有煤炭的地质层时所挖掘的合理空间，通常包括巷道、井洞和采掘面等等。煤是最主要的固体燃料，是可燃性有机岩的一种。它是由一定地质年代生长的繁茂植物，在适宜的地质环境中，逐渐堆积成厚层，并埋没在水底或泥沙中，经过漫长地质年代的天然煤化作用而形成的。

在煤矿井下综放工作面放煤实际过程中，不可避免地混入大量矸石，其是目前矿井排放量和累计堆积量最大的矿业固体废弃物，而煤矸石的利用率仅达20%左右，大多数煤矸石只能继续堆积，占压大量的土地资源，而新的煤矸石还继续同农林牧副渔等争夺土地资源，大量的煤矸石对环境造成很大的危害，主要包括土地占用、地表下沉、水土流失、地质沙漠化和生态破坏等问题，因此，解决煤和矸石分离以及矿区煤矸石堆积问题已迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供煤矿井下综放开采煤矸分离及采空区充填装置，以解决上述背景技术中提出的在煤矿井下综放工作面放煤实际过程中，不可避免地混入大量矸石，其是目前矿井排放量和累计堆积量最大的矿业固体废弃物，大量的煤矸石对环境造成很大的危害，主要包括土地占用、地表下沉、水土流失、地质沙漠化和生态破坏，为了避免其对环境造成破坏，实现矸石和煤块分离以及减少矸石堆积的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：煤矿井下综放开采煤矸分离及采空区充填装置，包括：

转载机主体，所述转载机主体包括主输送带，所述主输送带的外侧连接有第一保护仓，所述主输送带的一面连接有入料输送带，且入料输送带的输送方向朝向主输送带，所述入料输送带的外侧连接有第二保护仓，且第二保护仓和第一保护仓内部相通，所述入料输送带一侧的主输送带上连接有回料输送带，且回料输送带的输送方向远离主输送带，所述回料输送带的外侧连接有第三保护仓，且第三保护仓和第一保护仓的内部相通；

微波发生器，所述微波发生器的数量为两个，且两个微波发生器皆嵌入安装在第一保护仓的中部，所述微波发生器一侧的主输送带上连接有红外热成像仪，所述红外热成像仪的上端连接有数据处理控制器；

回填机构，所述回填机构包括液压推杆，所述液压推杆连接在第三保护仓上，所述第三保护仓上开设有限位槽，所述限位槽中插入有限位板，且限位板一面的顶端和液压推杆的推出杆相连接，所述限位板的底端连接有U形架，所述U形架的一面连接有回填板，所述回填板的一面连接有遮挡板；

破分机构，所述破分机构设置在第二保护仓上。

优选的，所述限位板一面的底端连接有联动杆，所述联动杆的一面连接有联动座，所述联动座的底端连接有挤料套，所述挤料套上开设有走料口，所述走料口外侧的挤料套第一面连接有导向条，且导向条的数量为两个，所述挤料套的第二面通过转轴活动套接有挤料板。

优选的，所述回填板的形状为弧形，且回填板的内表面光滑。

优选的，所述破分机构包括凸位板，所述凸位板连接在入料输送带上端的第二保护仓上，所述凸位板的顶端均匀连接有破分杆，所述破分杆顶端的第二保护仓上活动套接有转动轴，所述转动轴的一侧延伸至第二保护仓外侧，且其上套接有皮带套，所述第二保护仓内部的转动轴上套接有破分轮；

吸尘机构，所述吸尘机构设置在第一保护仓上。

优选的，所述凸位板一面的第二保护仓上连接有引导板，两个所述引导板的数量为两个，且呈对称式安装。

优选的，所述吸尘机构包括集尘套，所述集尘套嵌入安装在第一保护仓出料口的顶端，所述集尘套的顶端嵌入安装有第一风管，所述第一风管的输出端连接有风机。

优选的，所述风机的输出端连接有第二风管，且第二风管的输入端延伸至第一保护仓内部，所述第二风管的输出端处为倾斜状，且出风方向朝向入料输送带。

优选的，所述第二风管的输出端外侧连接有防叠套，所述防叠套上开设有防叠口，所述防叠套上通过转轴活动套接有防叠板，所述防叠板的一侧连接有弹簧，且弹簧的数量为两个，两个所述弹簧的另一侧皆连接在防叠套上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过设置有微波发生器、红外热成像仪、数据处理控制器和回填机构，采用微波照射－红外探测的方式识别煤矸，将煤矸识别位置选择在转载机中部，使其可以带来受外界干扰小、粉尘影响小、识别时间相对充足以及受设备安装空间限制小的优势，同时现有被动式的煤、矸识别方法，本发明以微波照射的方法主动扩大煤、矸石之间的温度差别为前提，进行显著的煤、矸温度差别识别；相比较于现有技术的煤、矸识别方法，具有快速、准确、可靠的优点，本发明的识别方法不局限于井下综放工作面的使用，也可扩展到其他领域，另外本发明对煤矸识别后，可以将不合格的煤矸混合物充填在工作面后方的采空区，大大减少了矿井充填的工序，有效减少采煤过程中矸石开采量以及煤矸流中矸石的井下分离，进而最大程度上减少煤矿的矸石出井量，减少矿井地面矸石堆积，以及降低带来的环境污染问题，同时也带来了较好的经济效益，节约煤矿充填成本。

附图说明

图1为本发明的结构俯视立体示意图；

图2为本发明的回填机构结构俯视立体示意图；

图3为本发明的挤料板结构俯视立体示意图；

图4为本发明的破分机构结构俯视立体示意图；

图5为本发明的吸尘机构结构俯视立体示意图；

图6为本发明的防叠板结构爆炸立体示意图；

图7为本发明的红外热成像图谱面积分割示意图；

图8为本发明的微波照射－红外探测识别煤矸流程示意图。

图中：1、转载机主体；110、主输送带；111、第一保护仓；112、入料输送带；113、第二保护仓；114、回料输送带；115、第三保护仓；116、微波发生器；117、红外热成像仪；118、数据处理控制器；2、回填机构；210、液压推杆；211、限位槽；212、限位板；213、U形架；214、回填板；215、遮挡板；216、联动杆；217、联动座；218、导向条；219、走料口；220、挤料套；221、挤料板；3、破分机构；310、凸位板；311、破分杆；312、转动轴；313、皮带套；314、破分轮；315、引导板；4、吸尘机构；410、集尘套；411、第一风管；412、风机；413、第二风管；414、防叠套；415、防叠口；416、防叠板；417、弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，本发明提供的一种实施例：

煤矿井下综放开采煤矸分离及采空区充填装置，包括：

转载机主体1，转载机主体1包括主输送带110，主输送带110的外侧连接有第一保护仓111，主输送带110的一面连接有入料输送带112，且入料输送带112的输送方向朝向主输送带110，入料输送带112的外侧连接有第二保护仓113，且第二保护仓113和第一保护仓111内部相通，入料输送带112一侧的主输送带110上连接有回料输送带114，且回料输送带114的输送方向远离主输送带110，回料输送带114的外侧连接有第三保护仓115，且第三保护仓115和第一保护仓111的内部相通；

微波发生器116，微波发生器116的数量为两个，且两个微波发生器116皆嵌入安装在第一保护仓111的中部，微波发生器116一侧的主输送带110上连接有红外热成像仪117，红外热成像仪117的上端连接有数据处理控制器118；

回填机构2，回填机构2包括液压推杆210，液压推杆210连接在第三保护仓115上，第三保护仓115上开设有限位槽211，限位槽211中插入有限位板212，且限位板212一面的顶端和液压推杆210的推出杆相连接，限位板212的底端连接有U形架213，U形架213的一面连接有回填板214，回填板214的一面连接有遮挡板215；

破分机构3，破分机构3设置在第二保护仓113上，采用微波照射－红外探测的方式识别煤矸，将煤矸识别位置选择在转载机中部，使其可以带来受外界干扰小、粉尘影响小、识别时间相对充足以及受设备安装空间限制小的优势，同时现有被动式的煤、矸识别方法，本发明以微波照射的方法主动扩大煤、矸石之间的温度差别为前提，进行显著的煤、矸温度差别识别；相比较于现有技术的煤、矸识别方法，具有快速、准确、可靠的优点，本发明的识别方法不局限于井下综放工作面的使用，也可扩展到其他领域，另外本发明对煤矸识别后，可以将不合格的煤矸混合物充填在工作面后方的采空区，大大减少了矿井充填的工序，有效减少采煤过程中矸石开采量以及煤矸流中矸石的井下分离，进而最大程度上减少煤矿的矸石出井量，减少矿井地面矸石堆积，以及降低带来的环境污染问题，同时也带来了较好的经济效益，节约煤矿充填成本。

进一步的，限位板212一面的底端连接有联动杆216，联动杆216的一面连接有联动座217，联动座217的底端连接有挤料套220，挤料套220上开设有走料口219，走料口219外侧的挤料套220第一面连接有导向条218，且导向条218的数量为两个，挤料套220的第二面通过转轴活动套接有挤料板221，这样利用活动式的挤料板221，使得混合物可以之间推动挤料板221并穿过走料口219，同时在挤料套220推出杆回退的过程中，可以带动挤料板221以及挤料套220对回流充填的煤矸混合物进行挤压。

进一步的，回填板214的形状为弧形，且回填板214的内表面光滑，这样使其对混合物的导向更加润滑。

进一步的，破分机构3包括凸位板310，凸位板310连接在入料输送带112上端的第二保护仓113上，凸位板310的顶端均匀连接有破分杆311，破分杆311顶端的第二保护仓113上活动套接有转动轴312，转动轴312的一侧延伸至第二保护仓113外侧，且其上套接有皮带套313，第二保护仓113内部的转动轴312上套接有破分轮314；

吸尘机构4，吸尘机构4设置在第一保护仓111上，这样可以对粘连的煤矸混合物进行打散，便于后续进行识别，降低其粘连导致识别误差。

进一步的，凸位板310一面的第二保护仓113上连接有引导板315，两个引导板315的数量为两个，且呈对称式安装，这样利用两个引导板315对混合物进行导向，使其可以集中在破分轮314的中部。

进一步的，吸尘机构4包括集尘套410，集尘套410嵌入安装在第一保护仓111出料口的顶端，集尘套410的顶端嵌入安装有第一风管411，第一风管411的输出端连接有风机412，这样利用风机412的抽风作用，对合格的煤矸混合物进行除尘处理。

进一步的，风机412的输出端连接有第二风管413，且第二风管413的输入端延伸至第一保护仓111内部，第二风管413的输出端处为倾斜状，且出风方向朝向入料输送带112，这样利用第二风管413来将气流进行回流，同时可以利用风力降低煤块或者矸石表面附着的粉尘，进一步便于后续识别。

进一步的，第二风管413的输出端外侧连接有防叠套414，防叠套414上开设有防叠口415，防叠套414上通过转轴活动套接有防叠板416，防叠板416的一侧连接有弹簧417，且弹簧417的数量为两个，两个弹簧417的另一侧皆连接在防叠套414上，这样利用防叠板416和防叠套414对混合物进行限高，降低堆叠情况，同时利用弹簧417的弹力，可以使得较大的矿块穿过防叠口415。

工作原理：首先通过入料输送带112将煤矸混合物运输至转动轴312和破分轮314处，对煤矸混合物进行简单破碎分离，之后煤矸混合物随着入料输送带112进入到主输送带110的运输轨道上，此时利用微波发生器116照射煤、矸石，煤、矸石在微波照射条件下，会产生外在的温度变化（煤、矸的化学成分不同，对微波的吸收能力是煤炭远大于矸石，这就是使得在煤、矸在相同的微波照射条件下，煤炭升高的温度大于矸石升高的温度）。

随后利用非接触式探测的红外热成像仪117即时获取该差异量化数据，由于红外热成像仪117获取的煤矸混合物温度是一个面积区域，数据处理控制器118经过对比分析获取的数据，能够确定煤矸混合物中的煤矸混合比例情况，根据煤矸混合物的比例情况可以判定即时的煤矸混合物是否有运输到地面的价值，当混合物中矸石比例较小，处理矸石的费用小于混合物中煤的经济效益时，主输送带110会直接将混合物运输至地面；当混合物中矸石比例较大，处理矸石的费用大于混合物中煤的经济效益时，数据处理控制器118将电信号传递至液压推杆210处使其启动，液压推杆210的推出杆会将限位板212、U形架213、回填板214和遮挡板215推入到第一保护仓111内部的主输送带110上方，从而将煤矸混合物导向至回料输送带114上，由回料输送带114运送到工作面后方的采空区，最后当当混合物中矸石比例较小时，数据处理控制器118再次将电信号传递至液压推杆210，液压推杆210的推出杆进行复位运动时带动联动杆216和挤料板221进行复位运动，且将运送的煤矸混合物向工作面采空区后方推移压实。

此外针对本发明中的红外识别处理具体方法解析如下：

红外热成像通过对标的物的红外辐射探测，加以信号处理、光电转换等手段，将标的物的温度分布图像转换成可视图像，具有识别速度快、精度高、烟雾穿透和抗干扰能力强等优势，利用红外热成像这一特性，对微波照射后的煤、矸石进行识别。

基于实验室实验结果，分析煤、矸石在微波照射条件下的红外热成像特征，建立煤、矸石在微波照射条件下的红外热成像识别体系，具体研究方法为：

①基于离散傅里叶变换与反变换理论，对获取的微波照射后煤矸红外热成像图谱进行降噪与增强。

②采用图像分割技术，将提取的总面积为

对获取的红外热成像图谱进行分区域计算平均温度

③建立煤、矸石及其混合物在微波照射条件下，红外热成像图谱识别特征标准参考值数据库。采用实验室实验的方法，对单一的煤、矸石和特定混合比例的煤矸，进行实验室微波照射，分别获取其在微波照射条件下的红外热成像图谱，按照上述提到的图谱分割、降噪、增强技术，对不同条件下的红外热成像图谱进行分析、标定、记录，建立标准的单一煤、矸石和特定混合比例煤矸，在微波照射条件下的红外热成像图谱平均温度

④以微波照射后流动的煤、矸石平均温度

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。