X射线识别煤矸选煤技术对煤质分析的要求

王洪涛

摘 要：近年来，越来越多的干煤分离技术的研究，基于x射线确定选煤技术的煤矸石是一种不用水、不用介，也不产生粘液的分离方法基于图像处理技术，由于其简化了传统的工艺流程，降低生产成本，在未来有着非常广泛的应用前景。

关键词：X射线;煤质分析;选煤;识别

分析了X射线识别技术在煤炭分选方面的应用，从X射线识别煤矸基本原理、X射线识别煤矸技术方案、X射线管理和γ射线管理对比、X射线识别技术对煤质分析的要求等方面介绍了X射线识别煤矸分选技术。X射线煤矸识别技术的理论基础是X射线照射不同物质时，衰减程度不同、成像不同。X射线识别煤矸的分选技术有效分选上限达到300 mm，下限低至15 mm，有效分选粒度为300～25 mm。

一、X射线管理和γ射线管理对比

X射线装置是一种电子装置，不是放射性物质，因此没有半衰期。对运输、保存、回收均没有特殊要求。辐射安全许可证办理简单，对操作人员技能要求低。γ射线由放射源产生，半衰期长，使用过程中的辐射防护、γ射线源的保存和管理是人们担忧和关心的问题。在运输、保存和回收环节有明确要求。辐射安全许可证办理困难，维修操作具有局限性。X射线技术是面对面的识别，基于X射线识别方式的分选机无需分道布料，只要保证物料间无叠压，就可以精准识别煤和矸石。X射线分选设备无需分道排队，若一个通道里有2个物体，不可避免会造成识别误差，降低分选精度，而X射线不分道，只要保证物料间不叠压，就可快速识别出煤和矸石，识别精度高，分选精度高。

二、X射线识别煤矸技术

X射线识别煤矸是技术的核心部分，应用到实际中就是识别系统，另外还包括给料系统、布料系统和执行系统。识别系统主要包括X射线发射装置和探测装置，分别完成原始射线的发射和被吸收后射线的探测;给料系统主要是筛分机或给料机等设备，选煤厂常用设备为筛分机，完成原料煤由储存系统向分选系统的转移;布料系统主要作用是完成物料的均匀分布，将带式输送机和布料挡板组合，完成物料的均匀排布，为下一步煤矸识别做准备;执行系统是整个系统的收尾环节，即对系统下达的命令进行相应动作，完成工作任务。具体到实际生产过程就是根据识别系统的识别结果进行喷气操作，根据系统设定对煤或矸石喷气，从而将两者分离，完成分选。目前X射线识别煤矸的分选技术有效分选上限达到300 mm，下限低至15 mm，有效分选粒度为300～25 mm，如TDS智能干选机，分选精度接近于重介浅槽分选机，高于动筛、跳汰及其他干选设备。由于X射线识别煤矸的分选技术具有系统简捷、安全高效等优点，相对其他传统选煤技术，更有利于实现井下煤炭分选，井下排除矸石，不用提升至地面，直接用于井下充填等，节省能源，减少矸石排放，为绿色矿山的建设提供有效的技术方案。

三、X射线识别煤矸基本原理

X射线是由于原子中电子在能量相差悬殊的2个能级之间的跃迁而产生的粒子流，是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁波，具有比可见光更强的固体、液体穿透能力，甚至能够穿透一定厚度的钢板。当X射线穿过物品时，不同物质组成、不同密度和厚度的物品内部结构能够不同程度地吸收X射线，密度、厚度越大，吸收射线越多;密度、厚度越小，吸收射线越少，因此从物品透射出来的射线强度就能反映出物品物质组成、密度和厚度。由于煤和矸石在物质组成和密度等性质方面有明显差异，可以利用X射线将两者识别并加以区分，在此基础上再与其他技术联合，完成煤矸分选。

四、系统工作原理与关键技术

1.系统工作原理。由于煤和矸石所含元素、密度不同，对X射线的吸收系数不同，X射线衰减程度也会不同，基于X射线和机器视觉的煤与矸石分选系统就是根据这一原理来剔除矸石含量较高的劣质煤。X射线具有强穿透力，在穿透煤和矸石后有一定的衰减，煤和矸石对X射线的衰减程度不同，射线在穿透物体过程中会与物质发生相互作用，因吸收和散射而使其强度减弱。利用探测器采集到衰减后的X射线，经过数据采集卡处理得到图像，由图像处理算法得到不同的灰度值信息。同时利用机器视觉技术获得煤和矸石的图像，经过图像处理算法得到煤和矸石的厚度信息。综合灰度值信息和厚度信息确定煤和矸石的分离阈值，然后利用气动调节阀打击矸石，最终实现煤和矸石的分离。

2.关键技术。（1）X射线源电压和电流设置。X射线强度过小无法穿透煤或矸石，强度过大会造成大量辐射，因此应选择合适的X射线强度。X射线强度主要通过X射线源电压来控制。X射线源正常工作电压为150 kV、电流为500μA。考虑到实验操作的安全性，设置8组不同电压，分别为115，120，125，130，135，140，145，150 kV。随着X射线源电压的减小（即X射线强度的减弱），煤和矸石的X射线图像灰度值不断减小，煤和矸石的x射线图像灰度值差异先增大后减小，在电压为140 kV时煤和矸石的X射线图像灰度值差异最大，易于系统识别煤和矸石。因此系统中设置X射线源电压为140 kV、电流为500μA。（2）煤和矸石厚度测量。光纤传感器由光源、入射光纤、接收光纤、光电探测器组成，光纤传感器探头由入射光纤和接收光纤组成，光源发出的光经入射光纤射向被测物体，接收光纤接收被测物体表面反射的光并将其传输至光电探测器，光电探测器将光信号转换成电压信号输出。由于光电探测器接收的光强大小与被测物体到光纤传感器探头的距离有关，而光强与光纤传感器输出电压呈线性关系，所以可通过测量光纤传感器输出电压来获得被测物体与光纤传感器探头之间的距离。H为光纖传感器探头到输送带表面的距离，为固定值;h为光纤传感器探头到被测物体表面的距离，即光纤传感器的检测距离。因此被测物体的厚度为d=H一h

由于输送带具有一定的宽度，被测的煤和矸石在输送带上具体位置不能确定，所以需要在输送带上方沿输送带宽度方向架设多个光纤传感器探头，并使检测范围尽量覆盖整个输送带宽度。考虑成本因素，在输送带宽度为1 m的情况下，可并排设置16个光纤传感器探头。

五、X射线识别技术对煤质分析的新要求

煤质分析是指为了解煤的质量和燃烧特性，用物理和化学的方法对煤样进行的化验和测试工作。煤质分析按国家技术标准或专项试验工艺进行，为有关设备和工艺过程的设计和运行提供依据的基础性工作。煤质分析主要包括煤炭物理和化学性质分析，具体项目有物理特性分析、工业分析、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;工业分析包括对水分、灰分、发热量、硫分的分析;元素分析包括对碳、氢、氧、氮、硫等主要元素含量及性质的分析。鉴于X射线煤矸识别技术已经基本成熟，且不用水、不用介、不产生煤泥，未来应用前景广阔。因此，应加强煤炭对X射线、γ射线等的透射率等性质分析。利用X射线对煤与矸石进行照射，煤矸因原子序列数不同所形成的成像存在差异，差异的根本原因是X射线经过物体后有所减弱，X射线经过物体后减弱是由2种过程产生的，一种是射线被物体吸收，另一种是被散射。根据能量守恒定律，除去被吸收和被散射的能量，剩余就是透过物质后的X射线能量。X射线煤矸识别技术的理论基础是X射线照射不同物质时，衰减程度不同、成像不同。对这一性质进行详细分析，有利于选煤新技术的采用，推动选煤技术向更简捷、更智能、更有效的方向发展。

结束语

总之，近年来X射线识别煤矸分选技术在我国迅速发展起来，尽管还存在不尽人意之处，但其优越性是行业未来发展趋势。希望通过不断发展，推动选煤技术不断向现代化、智能化方向发展。

参考文献

[1]苏靖峰，X射线识别煤矸选煤技术对煤质分析研究.2017.

[2]陈晓燕，浅谈X射线识别煤矸选煤技术对煤质分析的要求.2017.