[发明专利]一种用于煤矸智能识别的探测器及使用方法

说明书

本发明公开了一种用于煤矸智能识别的探测器，反射罩设置在溴化镧铈闪烁体的表面外侧，同时反射罩将溴化镧铈闪烁体产生的闪烁光子通过光导传输至光电倍增器中，在光电倍增器中，光阴极吸收闪烁光子并产生光电子，光电子通过光电倍增器中的倍增级后由光阳极吸收，并形成电流脉冲，电流脉冲通过套管传输至前置放大电路中，由前置放大电路进行放大，并将放大后的电流脉冲传送至内置计算机中。本发明通过检测煤岩流中放射性核素铀、钍、钾的含量确定煤岩流中岩石比例，并由电液控制器控制放煤口的动作，实现了煤矸识别，使放顶煤工作面无人、自动化放煤的实现成为可能，同时也为井下煤矸分选提供了良好的技术基础。

技术领域

本发明涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种用于煤矸智能识别的探测器及使用方法。

背景技术

我国自2002年开始研究煤岩识别到目前，已经提出许多煤岩识别理论，包括使用声波、图像、红外线等原理。目前，利用γ射线进行煤岩识别已渐渐成熟，包括利用双能γ射线以及识别自然γ射线强度的原理来实现煤岩识别。

在实际的测量中发现，在顶板岩石和煤层中都存在含有天然放射性核素的物质，顶板岩石中天然γ射线量比煤中高的多，对页岩顶板，其γ射线辐射量是煤层的20倍，对砂岩顶板，其γ射线辐射量量也要高出煤层10倍。因此，页岩或砂岩可以作为天然γ射线放射源。同时，对于同一煤/岩层，其辐射特征基本一致。因煤是放射性很弱的岩石，对煤灰分物质的分析鉴定可以发现灰分中不含放射性物质，因此煤的放射性可以忽略不计，而在岩石中产生大量γ射线且能被检测到的放射性核素在于铀、钍、钾。因此根据测量得到煤矸混合物中的放射性核素铀、钍、钾的含量可以计算出煤矸混合物中的矸石量，基于此可以实现自动化放顶煤开采。

闪烁体探测器的工作原理如下：入射辐射在闪烁体内损耗并沉积能量，引起闪烁体中原子或离子、分子的电离激发，之后受激粒子退激放出波长接近于可见光的闪烁光子。闪烁光子通过光导射入光电倍增管的光阴极并打出光电子，光电子受打拿级之间强电场的作用加速运动并轰击下一打拿级，打出更多光电子，由此实现光电子的倍增，直到最终到达阳极并在输出回路中产生信号。

溴化镧铈LaBr₃(Ce)闪烁晶体是射线探测器探头的主要组成部件。闪烁探头可用来探测X光和γ射线等电离辐射。溴化镧铈闪烁晶体具有光产额高、能量分辨率好、衰减时间短、非线性响应小等优点。可更好的对煤矸中的射线强度差异做出响应。闪烁体选取依据如图1所示。

经研究发现，对于不同煤/岩层，其放射性核素含量存在明显差异。铀、钍、钾三种核素具有显著不同的能谱特征，这成为了检测煤矸流中铀、钍、钾三种放射性核素良好的基础条件。经实验得到某沉积岩样品能谱图，能谱图指出核素钾的能量峰为1.46Mev，铀的能量峰为1.76Mev和2.20Mev，钍的能量峰为2.62Mev，可将能量峰作为特征值。实验时检测规定采样时间内能量峰出现的频率来判断核素是否存在及其含量，进而确定煤矸流中煤炭和矸石含量的比例，实现煤矸智能识别。

发明内容

发明目的：针对现有综采工作面放顶煤开采的工作面生产效率低的问题，本发明提出一种用于煤矸智能识别的探测器及使用方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于煤矸智能识别的探测器，所述探测器包括有溴化镧铈闪烁体、反射罩、光电倍增器、套管和前置放大电路，所述反射罩设置在溴化镧铈闪烁体的表面外侧，同时所述反射罩将溴化镧铈闪烁体产生的闪烁光子通过光导传输至光电倍增器中，在所述光电倍增器中，所述光阴极吸收闪烁光子并产生光电子，所述光电子通过光电倍增器中的倍增级后由光阳极吸收，并形成电流脉冲，所述电流脉冲通过套管传输至前置放大电路中，由所述前置放大电路进行放大，并将所述放大后的电流脉冲传送至内置计算机中。

进一步地讲，所述探测器还包括有分压器，所述分压器与光电倍增器电性连接，为所述光电倍增器提供高压。