王洪濤

摘 要：近年來，越來越多的干煤分離技術(shù)的研究，基于x射線確定選煤技術(shù)的煤矸石是一種不用水、不用介，也不產(chǎn)生粘液的分離方法基于圖像處理技術(shù)，由于其簡化了傳統(tǒng)的工藝流程，降低生產(chǎn)成本，在未來有著非常廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：X射線;煤質(zhì)分析;選煤;識別

分析了X射線識別技術(shù)在煤炭分選方面的應(yīng)用，從X射線識別煤矸基本原理、X射線識別煤矸技術(shù)方案、X射線管理和γ射線管理對比、X射線識別技術(shù)對煤質(zhì)分析的要求等方面介紹了X射線識別煤矸分選技術(shù)。X射線煤矸識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)是X射線照射不同物質(zhì)時，衰減程度不同、成像不同。X射線識別煤矸的分選技術(shù)有效分選上限達(dá)到300 mm，下限低至15 mm，有效分選粒度為300～25 mm。

一、X射線管理和γ射線管理對比

X射線裝置是一種電子裝置，不是放射性物質(zhì)，因此沒有半衰期。對運(yùn)輸、保存、回收均沒有特殊要求。輻射安全許可證辦理簡單，對操作人員技能要求低。γ射線由放射源產(chǎn)生，半衰期長，使用過程中的輻射防護(hù)、γ射線源的保存和管理是人們擔(dān)憂和關(guān)心的問題。在運(yùn)輸、保存和回收環(huán)節(jié)有明確要求。輻射安全許可證辦理困難，維修操作具有局限性。X射線技術(shù)是面對面的識別，基于X射線識別方式的分選機(jī)無需分道布料，只要保證物料間無疊壓，就可以精準(zhǔn)識別煤和矸石。X射線分選設(shè)備無需分道排隊，若一個通道里有2個物體，不可避免會造成識別誤差，降低分選精度，而X射線不分道，只要保證物料間不疊壓，就可快速識別出煤和矸石，識別精度高，分選精度高。

二、X射線識別煤矸技術(shù)

X射線識別煤矸是技術(shù)的核心部分，應(yīng)用到實際中就是識別系統(tǒng)，另外還包括給料系統(tǒng)、布料系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)。識別系統(tǒng)主要包括X射線發(fā)射裝置和探測裝置，分別完成原始射線的發(fā)射和被吸收后射線的探測;給料系統(tǒng)主要是篩分機(jī)或給料機(jī)等設(shè)備，選煤廠常用設(shè)備為篩分機(jī)，完成原料煤由儲存系統(tǒng)向分選系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移;布料系統(tǒng)主要作用是完成物料的均勻分布，將帶式輸送機(jī)和布料擋板組合，完成物料的均勻排布，為下一步煤矸識別做準(zhǔn)備;執(zhí)行系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的收尾環(huán)節(jié)，即對系統(tǒng)下達(dá)的命令進(jìn)行相應(yīng)動作，完成工作任務(wù)。具體到實際生產(chǎn)過程就是根據(jù)識別系統(tǒng)的識別結(jié)果進(jìn)行噴氣操作，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定對煤或矸石噴氣，從而將兩者分離，完成分選。目前X射線識別煤矸的分選技術(shù)有效分選上限達(dá)到300 mm，下限低至15 mm，有效分選粒度為300～25 mm，如TDS智能干選機(jī)，分選精度接近于重介淺槽分選機(jī)，高于動篩、跳汰及其他干選設(shè)備。由于X射線識別煤矸的分選技術(shù)具有系統(tǒng)簡捷、安全高效等優(yōu)點，相對其他傳統(tǒng)選煤技術(shù)，更有利于實現(xiàn)井下煤炭分選，井下排除矸石，不用提升至地面，直接用于井下充填等，節(jié)省能源，減少矸石排放，為綠色礦山的建設(shè)提供有效的技術(shù)方案。

三、X射線識別煤矸基本原理

X射線是由于原子中電子在能量相差懸殊的2個能級之間的躍遷而產(chǎn)生的粒子流，是波長介于紫外線和γ射線之間的電磁波，具有比可見光更強(qiáng)的固體、液體穿透能力，甚至能夠穿透一定厚度的鋼板。當(dāng)X射線穿過物品時，不同物質(zhì)組成、不同密度和厚度的物品內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠不同程度地吸收X射線，密度、厚度越大，吸收射線越多;密度、厚度越小，吸收射線越少，因此從物品透射出來的射線強(qiáng)度就能反映出物品物質(zhì)組成、密度和厚度。由于煤和矸石在物質(zhì)組成和密度等性質(zhì)方面有明顯差異，可以利用X射線將兩者識別并加以區(qū)分，在此基礎(chǔ)上再與其他技術(shù)聯(lián)合，完成煤矸分選。

四、系統(tǒng)工作原理與關(guān)鍵技術(shù)

1.系統(tǒng)工作原理。由于煤和矸石所含元素、密度不同，對X射線的吸收系數(shù)不同，X射線衰減程度也會不同，基于X射線和機(jī)器視覺的煤與矸石分選系統(tǒng)就是根據(jù)這一原理來剔除矸石含量較高的劣質(zhì)煤。X射線具有強(qiáng)穿透力，在穿透煤和矸石后有一定的衰減，煤和矸石對X射線的衰減程度不同，射線在穿透物體過程中會與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射而使其強(qiáng)度減弱。利用探測器采集到衰減后的X射線，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡處理得到圖像，由圖像處理算法得到不同的灰度值信息。同時利用機(jī)器視覺技術(shù)獲得煤和矸石的圖像，經(jīng)過圖像處理算法得到煤和矸石的厚度信息。綜合灰度值信息和厚度信息確定煤和矸石的分離閾值，然后利用氣動調(diào)節(jié)閥打擊矸石，最終實現(xiàn)煤和矸石的分離。

2.關(guān)鍵技術(shù)。（1）X射線源電壓和電流設(shè)置。X射線強(qiáng)度過小無法穿透煤或矸石，強(qiáng)度過大會造成大量輻射，因此應(yīng)選擇合適的X射線強(qiáng)度。X射線強(qiáng)度主要通過X射線源電壓來控制。X射線源正常工作電壓為150 kV、電流為500μA?？紤]到實驗操作的安全性，設(shè)置8組不同電壓，分別為115，120，125，130，135，140，145，150 kV。隨著X射線源電壓的減?。碭射線強(qiáng)度的減弱），煤和矸石的X射線圖像灰度值不斷減小，煤和矸石的x射線圖像灰度值差異先增大后減小，在電壓為140 kV時煤和矸石的X射線圖像灰度值差異最大，易于系統(tǒng)識別煤和矸石。因此系統(tǒng)中設(shè)置X射線源電壓為140 kV、電流為500μA。（2）煤和矸石厚度測量。光纖傳感器由光源、入射光纖、接收光纖、光電探測器組成，光纖傳感器探頭由入射光纖和接收光纖組成，光源發(fā)出的光經(jīng)入射光纖射向被測物體，接收光纖接收被測物體表面反射的光并將其傳輸至光電探測器，光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。由于光電探測器接收的光強(qiáng)大小與被測物體到光纖傳感器探頭的距離有關(guān)，而光強(qiáng)與光纖傳感器輸出電壓呈線性關(guān)系，所以可通過測量光纖傳感器輸出電壓來獲得被測物體與光纖傳感器探頭之間的距離。H為光纖傳感器探頭到輸送帶表面的距離，為固定值;h為光纖傳感器探頭到被測物體表面的距離，即光纖傳感器的檢測距離。因此被測物體的厚度為d=H一h

由于輸送帶具有一定的寬度，被測的煤和矸石在輸送帶上具體位置不能確定，所以需要在輸送帶上方沿輸送帶寬度方向架設(shè)多個光纖傳感器探頭，并使檢測范圍盡量覆蓋整個輸送帶寬度?？紤]成本因素，在輸送帶寬度為1 m的情況下，可并排設(shè)置16個光纖傳感器探頭。

五、X射線識別技術(shù)對煤質(zhì)分析的新要求

煤質(zhì)分析是指為了解煤的質(zhì)量和燃燒特性，用物理和化學(xué)的方法對煤樣進(jìn)行的化驗和測試工作。煤質(zhì)分析按國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或?qū)ｍ椩囼灩に囘M(jìn)行，為有關(guān)設(shè)備和工藝過程的設(shè)計和運(yùn)行提供依據(jù)的基礎(chǔ)性工作。煤質(zhì)分析主要包括煤炭物理和化學(xué)性質(zhì)分析，具體項目有物理特性分析、工業(yè)分析、元素分析以及灰成分分析等方面。物理特性包括粒度、密度、硬度等;工業(yè)分析包括對水分、灰分、發(fā)熱量、硫分的分析;元素分析包括對碳、氫、氧、氮、硫等主要元素含量及性質(zhì)的分析。鑒于X射線煤矸識別技術(shù)已經(jīng)基本成熟，且不用水、不用介、不產(chǎn)生煤泥，未來應(yīng)用前景廣闊。因此，應(yīng)加強(qiáng)煤炭對X射線、γ射線等的透射率等性質(zhì)分析。利用X射線對煤與矸石進(jìn)行照射，煤矸因原子序列數(shù)不同所形成的成像存在差異，差異的根本原因是X射線經(jīng)過物體后有所減弱，X射線經(jīng)過物體后減弱是由2種過程產(chǎn)生的，一種是射線被物體吸收，另一種是被散射。根據(jù)能量守恒定律，除去被吸收和被散射的能量，剩余就是透過物質(zhì)后的X射線能量。X射線煤矸識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)是X射線照射不同物質(zhì)時，衰減程度不同、成像不同。對這一性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分析，有利于選煤新技術(shù)的采用，推動選煤技術(shù)向更簡捷、更智能、更有效的方向發(fā)展。

結(jié)束語

總之，近年來X射線識別煤矸分選技術(shù)在我國迅速發(fā)展起來，盡管還存在不盡人意之處，但其優(yōu)越性是行業(yè)未來發(fā)展趨勢。希望通過不斷發(fā)展，推動選煤技術(shù)不斷向現(xiàn)代化、智能化方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇靖峰，X射線識別煤矸選煤技術(shù)對煤質(zhì)分析研究.2017.

[2]陳曉燕，淺談X射線識別煤矸選煤技術(shù)對煤質(zhì)分析的要求.2017.