X射線識別煤矸選煤技術對煤質分析的要求

王洪濤

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

關鍵詞：X射線;煤質分析;選煤;識別

分析了X射線識別技術在煤炭分選方面的應用，從X射線識別煤矸基本原理、X射線識別煤矸技術方案、X射線管理和γ射線管理對比、X射線識別技術對煤質分析的要求等方面介紹了X射線識別煤矸分選技術。X射線煤矸識別技術的理論基礎是X射線照射不同物質時，衰減程度不同、成像不同。X射線識別煤矸的分選技術有效分選上限達到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，因此沒有半衰期。對運輸、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射線由放射源產生，半衰期長，使用過程中的輻射防護、γ射線源的保存和管理是人們擔憂和關心的問題。在運輸、保存和回收環節有明確要求。輻射安全許可證辦理困難，維修操作具有局限性。X射線技術是面對面的識別，基于X射線識別方式的分選機無需分道布料，只要保證物料間無疊壓，就可以精準識別煤和矸石。X射線分選設備無需分道排隊，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

X射線識別煤矸是技術的核心部分，應用到實際中就是識別系統，另外還包括給料系統、布料系統和執行系統。識別系統主要包括X射線發射裝置和探測裝置，分別完成原始射線的發射和被吸收后射線的探測;給料系統主要是篩分機或給料機等設備，選煤廠常用設備為篩分機，完成原料煤由儲存系統向分選系統的轉移;布料系統主要作用是完成物料的均勻分布，將帶式輸送機和布料擋板組合，完成物料的均勻排布，為下一步煤矸識別做準備;執行系統是整個系統的收尾環節，即對系統下達的命令進行相應動作，完成工作任務。具體到實際生產過程就是根據識別系統的識別結果進行噴氣操作，根據系統設定對煤或矸石噴氣，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有效分選上限達到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，分選精度接近于重介淺槽分選機，高于動篩、跳汰及其他干選設備。由于X射線識別煤矸的分選技術具有系統簡捷、安全高效等優點，相對其他傳統選煤技術，更有利于實現井下煤炭分選，井下排除矸石，不用提升至地面，直接用于井下充填等，節省能源，減少矸石排放，為綠色礦山的建設提供有效的技術方案。

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，具有比可見光更強的固體、液體穿透能力，甚至能夠穿透一定厚度的鋼板。當X射線穿過物品時，不同物質組成、不同密度和厚度的物品內部結構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度就能反映出物品物質組成、密度和厚度。由于煤和矸石在物質組成和密度等性質方面有明顯差異，可以利用X射線將兩者識別并加以區分，在此基礎上再與其他技術聯合，完成煤矸分選。

四、系統工作原理與關鍵技術

1.系統工作原理。由于煤和矸石所含元素、密度不同，對X射線的吸收系數不同，X射線衰減程度也會不同，基于X射線和機器視覺的煤與矸石分選系統就是根據這一原理來剔除矸石含量較高的劣質煤。X射線具有強穿透力，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發生相互作用，因吸收和散射而使其強度減弱。利用探測器采集到衰減后的X射線，經過數據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。同時利用機器視覺技術獲得煤和矸石的圖像，經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，然后利用氣動調節閥打擊矸石，最終實現煤和矸石的分離。

2.關鍵技術。（1）X射線源電壓和電流設置。X射線強度過小無法穿透煤或矸石，強度過大會造成大量輻射，因此應選擇合適的X射線強度。X射線強度主要通過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。考慮到實驗操作的安全性，設置8組不同電壓，分別為115，120，125，130，135，140，145，150 kV。隨著X射線源電壓的減小（即X射線強度的減弱），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，易于系統識別煤和矸石。因此系統中設置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，光源發出的光經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換成電壓信號輸出。由于光電探測器接收的光強大小與被測物體到光纖傳感器探頭的距離有關，而光強與光纖傳感器輸出電壓呈線性關系，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。考慮成本因素，在輸送帶寬度為1 m的情況下，可并排設置16個光纖傳感器探頭。

五、X射線識別技術對煤質分析的新要求

煤質分析是指為了解煤的質量和燃燒特性，用物理和化學的方法對煤樣進行的化驗和測試工作。煤質分析按國家技術標準或專項試驗工藝進行，為有關設備和工藝過程的設計和運行提供依據的基礎性工作。煤質分析主要包括煤炭物理和化學性質分析，具體項目有物理特性分析、工業分析、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;工業分析包括對水分、灰分、發熱量、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的分析。鑒于X射線煤矸識別技術已經基本成熟，且不用水、不用介、不產生煤泥，未來應用前景廣闊。因此，應加強煤炭對X射線、γ射線等的透射率等性質分析。利用X射線對煤與矸石進行照射，煤矸因原子序列數不同所形成的成像存在差異，差異的根本原因是X射線經過物體后有所減弱，X射線經過物體后減弱是由2種過程產生的，一種是射線被物體吸收，另一種是被散射。根據能量守恒定律，除去被吸收和被散射的能量，剩余就是透過物質后的X射線能量。X射線煤矸識別技術的理論基礎是X射線照射不同物質時，衰減程度不同、成像不同。對這一性質進行詳細分析，有利于選煤新技術的采用，推動選煤技術向更簡捷、更智能、更有效的方向發展。

結束語

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

參考文獻

[1]蘇靖峰，X射線識別煤矸選煤技術對煤質分析研究.2017.

[2]陳曉燕，淺談X射線識別煤矸選煤技術對煤質分析的要求.2017.