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专利号: 2024100546404
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于电火花光谱的煤岩识别装置,包括壳体(1),其特征在于,还包括煤岩粉尘识别通道(5)、正电极(11)、负电极(12)、透明板(17)、高压脉冲发生器(13)、光谱仪(15)、光纤探头(14)、进气球窝(18)、煤岩粉尘采样通道(4)、排气球窝(19)、气泵(7)、检测气流排出通道(6)、排气球窝(19)和微型控制器(16);

所述壳体(1)的一侧侧板开设有煤岩粉尘采样口(2),其另一侧侧板上开设有含尘气流排出口(3);

所述煤岩粉尘识别通道(5)倾斜地安装在壳体(1)的内腔中,煤岩粉尘识别通道(5)中段的一侧侧壁上开设有正电极安装孔(8),并于另一侧侧壁上开设有光纤视窗(10)和负电极安装孔(9),其中,正电极安装孔(8)和负电极安装孔(9)上下错位地分布,光纤视窗(10)的观察区对应正电极安装孔(8)和负电极安装孔(9)之间的部分;

所述正电极(11)安装在正电极安装孔(8)中,且其尖端伸入到煤岩粉尘识别通道(5)的内腔中,所述负电极(12)安装在负电极安装孔(9)中,且其尖端伸入到煤岩粉尘识别通道(5)的内腔中;正电极(11)的尖端和负电极(12)的尖端相对地设置,且相互间隙配合;所述透明板(17)安装在光纤视窗(10)中;

所述高压脉冲发生器(13)安装在壳体(1)的内部,且位于煤岩粉尘识别通道(5)的外部;高压脉冲发生器(13)的两个输出端分别与正电极(11)和负电极(12)连接;

所述光谱仪(15)安装在壳体(1)的内部,且位于煤岩粉尘识别通道(5)的外部;

所述光纤探头(14)设置在壳体(1)的内部,且靠近透明板(17)地安装在煤岩粉尘识别通道(5)的外部,且其信号采集端朝向透明板(17),其信号输出端与光谱仪(15)连接;

所述进气球窝(18)设置在壳体(1)的内部,其内部具有球形腔体,其上下两端中心区域相对称地开设有与球形腔体相连通的进气口和排气口;进气球窝(18)的排气口尺寸与煤岩粉尘识别通道(5)的进口端尺寸相适配,且进气球窝(18)的排气口与煤岩粉尘识别通道(5)的进口端相连接;

所述煤岩粉尘采样通道(4)的尺寸与进气球窝(18)的进气口尺寸相适配,煤岩粉尘采样通道(4)安装在煤岩粉尘采样口(2)中,且其里端伸入到壳体(1)的内腔中并与进气球窝(18)的进气口连接;

所述排气球窝(19)设置在壳体(1)的内部,其内部具有球形腔体,其上下两端中心区域相对称地开设有与球形腔体相连通的进气口和排气口;排气球窝(19)的进气口尺寸与煤岩粉尘识别通道(5)的出气端尺寸相适配,且排气球窝(19)的进气口与煤岩粉尘识别通道(5)的出口端相连接;

所述气泵(7)安装在壳体(1)的内部,其进气口与排气球窝(19)的排气口连接;

所述检测气流排出通道(6)安装在含尘气流排出口(3)中,且其里端伸入到壳体(1)的内腔中并与气泵(7)的出气口连接;

所述微型控制器(16)安装在壳体(1)的内部,并分别与高压脉冲发生器(13)、光谱仪(15)和气泵(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电火花光谱的煤岩识别装置,其特征在于,还包括显示屏,所述显示屏嵌设在壳体(1)一侧的外表面,并与微型控制器(16)连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于电火花光谱的煤岩识别装置,其特征在于,还包括蓄电池组和充电接口,所述蓄电池组安装在壳体(1)的内部,并位于煤岩粉尘识别通道(5)的外侧,所述蓄电池组分别与微型控制器(16)、气泵(7)、光谱仪(15)和高压脉冲发生器(13)连接,用于进行用电的供应;所述充电接口嵌设在壳体(1)的表面,并与蓄电池组连接,用于对蓄电池组进行充电作业。

4.根据权利要求3所述的一种基于电火花光谱的煤岩识别装置,其特征在于,所述光谱仪(15)为SIBS光谱仪。

5.根据权利要求4所述的一种基于电火花光谱的煤岩识别装置,其特征在于,所述透明板(17)由耐高温石英玻璃片制成。

6.根据权利要求5所述的一种基于电火花光谱的煤岩识别装置,其特征在于,所述微型控制器(16)为PLC控制器。

7.一种基于电火花光谱的煤岩识别方法,采用如权利要求1至6任一项所述的一种基于电火花光谱的煤岩识别装置,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:将基于电火花光谱的煤岩识别装置布置在采煤工作面附近;

步骤二:在采煤机的作业过程中,同步开启基于电火花光谱的煤岩识别装置,通过微型控制器(16)控制气泵(7)启动工作,利用气泵(7)提供负压,使切割界面产生的含尘气流依次进入煤岩粉尘采样通道(4)、进气球窝(18)、煤岩粉尘识别通道(5)和排气球窝(19),并通过检测气流排出通道(6)排出到外界;该过程中,在负压初始作用阶段,利用排气球窝(19)的球形内腔对初始负压进行一级缓冲降压作用,使初始负压平稳地作用于煤岩粉尘识别通道(5),同时,利用进气球窝(18)的球形内腔对经过一级缓冲降压后的初始负压进行二级缓冲降压作用,使初始负压更平稳地作用于煤岩粉尘采样通道(4),从而能在初始阶段将含尘气流慢速平缓地引入到煤岩粉尘采样通道(4)中,以确保初始识别阶段的准确性,在对含尘气流的连续识别阶段,利用进气球窝(18)的球形内腔对进入的含尘气流进行一级降速缓冲作用,使含尘气流慢速平缓地进入到煤岩粉尘识别通道(5)中进行识别作业,同时,利用排气球窝(19)的球形内腔对流出的含尘气流进行二级降速缓冲作用,使检测后的含尘气流慢速平缓流出煤岩粉尘识别通道(5),以避免流出气流的波动对煤岩粉尘识别通道(5)中未检测的含尘气流造成扰动;

在气泵(7)工作的同时,同步利用微型控制器(16)控制高压脉冲发生器(13)启动工作,使高压脉冲发生器(13)在正电极(11)与负电极(12)之间产生高能电火花,通过高能量诱导击穿方式对颗粒物表面进行轰击,从而使颗粒物表面的分子、原子电离产生初始的自由电子,进而使含尘气流中颗粒物粒子发射出大量特定频率的光子;在该过程中,利用光纤探头(14)实时采集由透明板(17)透射出的光学信号,并将所采集到的光学信号实时发送至光谱仪(15);

步骤三:利用光谱仪(15)对光学信号进行分析处理,并获得当前含尘气流中煤岩粉尘的特征谱线信息,再将当前含尘气流中煤岩粉尘的特征谱线信息传输到微型控制器(16);

步骤四:微型控制器(16)在接收到当前含尘气流中煤岩粉尘的特征谱线信息后,结合数据库中所存储的历史样品辐射特征谱线的记录和分析数据,对当前含尘气流中煤岩粉尘成分进行快速识别,并获得识别结果数据,然后,将识别结果数据传输至显示屏上进行实时显示。