[发明专利]一种煤矸仿生识别系统及方法

说明书

本发明公开了一种煤矸仿生识别系统及方法，属于综放工作面自动控制技术领域。该系统包括光源探头一体化装置、振动采集装置、数据采集与处理装置，光源探头一体化装置，用于发出并接收经煤岩反射且被部分吸收的光，振动采集装置采集煤矸冲击液压支架产生的振动信号，数据采集与处理装置将采集得到的光谱与振动数据进行存储、预处理，根据设计好的分类识别模块进行信息提取，获取煤岩物质二分类别、落煤与矸石的煤种和岩种、灰分产率和放煤状态，从而可以使液压支架抬起后尾梁时刻与煤层放完的时刻保持一致，扩展了单种煤岩识别技术在复杂综放工作面的应用。

技术领域

本发明属于综放工作面自动控制技术领域，尤其涉及一种融合煤矸冲击振动和近红外光谱的煤矸仿生识别系统及方法。

背景技术

煤矸识别是实现厚煤层和特厚煤层自动化放顶煤的关键技术问题，以此为研究目标进行了多种实验并形成如振动技术、图像处理技术、放射性探测技术、声学技术、光谱技术等多种识别方法。但在现场井下应用效果不理想，还需要新的仪器或识别方法来解决放顶煤过程中这个急需解决的问题。

通常工人在放煤过程中耳听液压支架震动的同时注视后刮板上的落煤情况，如图1所示，在开启放煤口的时间里现场工人结合前辈言传身教的经验和自身长时间的工作体验，在脑内总结形成关于煤和矸撞击液压支架时特有的声音信息，同时根据特定工作面以往产量信息估算出放煤口开启时间，在实际操作中将实时听到的声音与脑内存储的特征信息比对，在临近放煤停止时间时仔细观察后刮板输送机上的运煤情况，当听到的声音与脑内特殊声段近似且观察到刮板上有夹矸情况时停止放煤，但这样多造成欠放和过放，无法适应综放工作面智能开采的需求。

振动技术和光谱技术可模仿工人的耳听和目测。近红外光谱的成因是物质基团在伸缩、弯曲以及电子跃迁时都会吸收特定波长的光，煤岩成分不同会使物质吸收特定波长的光，产生的光谱在不同波长处会形成波谷，可根据煤岩曲线特征通过识别算法来判别物质，具有非接触式测量、预处理步骤少、实时性较高等优点，但测量距离受光源、环境等因素影响较大且通过反射光测量时穿透性不高。振动法是通过在液压支架后尾梁安装振动传感器监测垮落煤岩撞击液压支架的高频信号，随后对采集到的非平稳信号进行降噪和特征提取，将提取的特征信号输入建立的识别模型中进行识别，具有影响因素少、超前控制的优点，但往往针对特定环境且信号提取时间长。

发明内容

发明目的：为了解决单种识别技术在煤矸识别中使用的局限性，根据工人耳听目测的经验仿生出振动与光谱融合的煤矸仿生识别技术，本发明提供一种融合煤矸冲击振动和近红外光谱的煤矸仿生识别系统及方法，以提高放顶煤过程中煤矸识别的准确性和多面性。

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：一种融合煤矸冲击振动和近红外光谱的煤矸仿生识别方法，具体步骤如下：

(1)在液压支架后尾梁上安装光源探头一体化装置和振动采集装置跟随后尾梁摆动，在放煤状态下光源照射到刮板输送机上；

(2)收集地理信息、环境信息、历史数据、工艺信息和设备信息，根据收集的信息设置近红外光谱采集参数以及振动采集频率，并对振动传感器进行标定；

(3)开始放煤后，根据光源探头一体化装置内的校正光路获取校正光谱数据，光源探头一体化装置连续循环探测刮板输送机上运输的煤和矸石，振动采集装置持续接收煤和矸石冲击液压支架的振动，实时获取煤和矸石的光谱数据和冲击振动数据；

(4)将光谱数据和冲击振动数据转化为光谱反射率信息和振动加速度信息，剔除噪声超过预期的误差数据后存储于数据库中，并对剔除误差数据后的光谱与振动数据进行预处理，对预处理后的数据进行特征提取；

(5)采用振动和光谱融合识别的方式对特征提取后的数据进行分类识别，分析获取煤岩物质二分类别、落煤与矸石的煤种和岩种、灰分产率和放煤状态，显示光谱曲线、振动波形以及分析结果。