一种模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置，装置由两个相互嵌套的箱体、光纤架、样品数据采集识别模块、环境模拟模块、可变式照明模块和推尺组成。两个相互嵌套的箱体构成一个封闭的空间并能沿着箱体内带刻度的直线滑轨相对滑动，光纤架连接推尺，通过推拉推尺使光纤架也沿着该直线滑轨滑动，进而改变光纤探头距离样本的距离，探究距离对光谱识别煤岩的影响；环境模拟模块模拟了一个环境因素可控的井下环境，实现了单环境因素或者多环境因素综合对光谱识别的影响实验的开展；可变式照明模块通过改变卤素灯的功率及工作电流来改变照明的强度来实现井下低照度的模拟。

An experimental device of coal rock reflection spectrum identification simulating coal mine environment

【技术实现步骤摘要】
一种模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置
本技术公开了一种模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置，属于煤炭智能化开采领域。
技术介绍
地质灾害发生率高、偶然性强，伤亡率高、效率低的人工开采已不能满足现代开采的需要，无人采煤技术是未来采煤技术的核心。随着我国采矿技术和现代化采掘装备的出现，我国已经基本实现机械化采煤，但机械化采煤还不能实现环境的智能感知和开采装备的自主协同控制。煤岩识别是采煤机对环境实现智能感知的关键技术，是采煤机能够自适应截割的“眼睛”。由于煤矿井下复杂恶劣的环境，导致目前已有的煤岩识别方法不能完全适用，而煤岩分界线的获取是煤矿开采领域急需得到解决的重大难题，也是阻碍煤矿“无人化”、“智能化”进程的一座大山。目前综采工作面的实验往往在工作面生产过程中进行的，由于煤矿的特殊性，导致实验成功率不高并且对工作面的生产效率造成影响，消耗了大量的资源，在井下的设备大型设备居多，对于高精度实验，误差较大，环境因素不可控。井下环境仿真的多功能光谱识别实验装置是将井下环境在实验室条件下进行模拟，以井下环境单因素影响（粉尘、水雾、距离、照明）或者综合因素影响进行实验，验证光谱仪识别的有效性和环境适应性进行验证，为井下的实验做铺垫，减少井下实验大量的开支。
技术实现思路
本技术针对煤岩识别装置在井下现场进行实验的困难性，专利技术了一种能在实验室模拟井下环境工作的实验装置，以便于实现不同工作面的光谱识别试验，建立实验的数据库，为今后光谱仪的引入煤矿作铺垫。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置，包括：两个箱体单元，分别是第一箱体单元和第二箱体单元，第一箱体单元的底部和第二箱体单元的底部设有相互嵌套的直线滑轨，所述直线滑轨上设有刻度；所述第一箱体单元底部的直线滑轨上滑动设置有光纤架，光纤架上固定设置有准直镜，所述准直镜通过光纤与设置在第一箱体单元外部的近红外光谱仪连接；推尺，推尺的一端与第一箱体单元内的光纤架固定连接，另一端延伸出第一箱体单元设置；所述第二箱体上与所述准直镜发射的近红外光传输方向相垂直的一侧箱壁面板为待测样本面；可变式照明模块，包括光源转盘架和卤素灯灯座，其中，光源转盘架设置在第一箱体单元上与所述准直镜发射的近红外光传输方向相垂直的一侧面板上，光源转盘架上安装有至少三种功率卤素灯的卤素灯灯座，卤素灯座和单刀多掷开关、电位器以及开关电源串联；所述卤素灯座上安装卤素灯，所述卤素灯发出的光照能照射到光谱仪所对焦的待测样本面板上；环境模拟模块，包括一个可调式鼓风机和一个雾化流量可调的雾化机，所述鼓风机通过风管和第二箱体单元的一侧箱壁相连；所述雾化机的喷头通过预留在第二箱体单元顶部箱壁上的孔与第二箱体单元相连；样品数据采集识别模块，包括一台光纤光谱仪和一台计算机，所述光纤光谱仪利用光纤接收样品反射卤素灯的光谱信号，获取被测样品的光谱信息并识别样品；所述计算机中安装有煤岩识别软件，通过光谱信息同光谱库进行对比，即可对煤岩进行识别。第一箱体上与所述准直镜发射的近红外光传输方向相垂直的一侧面板上设有容纳卤素灯座前部凸起放置的定位通孔，并且所述定位通孔用于入射光线的射入。第一箱体单元底部的直线滑轨为沿第一箱体单元长度方向延伸设置的第一矩形凸条，第二箱体单元底部的直线滑轨为沿第二箱体单元长度方向延伸设置的第二矩形凸条，其中，第一矩形凸条嵌套设置在第二矩形凸条的上部。一种基于所述的模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置的试验方法：包括如下步骤：实验前准备：近红外光谱仪安装与调整：近红外光谱仪置放于箱体单元外部，通过光纤和准直镜相连，并固定在光纤架上，光纤架的底部与第一箱体单元底部的直线滑轨相固定，然后根据准直镜镜头到待测样品面板的距离调整焦距来对焦并通过白板来完成近红外光谱仪的存白操作，作为100%反射率的参考，紧接着遮挡准直镜镜头，完成存黑操作作为0反射率参考，在计算机上设置合适的光谱仪积分时间，存白存黑和积分时间的设置保证了光谱仪所采集数据准确；样本的制备：从不同的煤矿取典型的顶板岩石样本及煤层上部样本，为保证样本所含成分均匀，利用锤型粉碎机粉碎样本，用标准筛筛选出0.2mm的样本，均匀的粘贴到薄板上模拟岩石和煤块，并把该薄板粘贴到待测样本面板上；实验的设置：根据实验的要求，井下环境的各种参数，改变实验装置的状态以对井下环境进行仿真，进行多种实验的测试，具体进行的实验为：0mm距离实验模式、光强度实验模式、130mm水雾实验模式、250mm水雾和粉尘实验模式；1）0mm距离实验模式：把开启距离设置为0mm距离实验模式，通过电位器控制卤素灯座的光照度，使得待测样本面板的光照度恒定为20000lux；通过推拉推尺带动光纤架在轨道上滑动，使准直镜镜头到待测样本面板的距离从0~1500mm变化，为该距离为实验变量，每隔100mm进行一次实验，探究距离对光谱识别的影响；2）光强度实验模式：把开启距离设置为0mm光强度实验模式，通过推尺调整准直镜到待测样本面板的距离为500mm，通过转动光源转盘架架（并配合电位器实现待测样本面板的光照度从0~50000lux变化，每隔1000lux采集一次光谱数据，探究光照度对光谱识别的影响；3）水雾实验模式：把开启距离设置为130mm，即水雾实验模式，通过推尺调整准直镜到待测样本面板的距离为500mm；通过电位器控制卤素灯座的光照度，使得待测样本面板的光照度恒定为20000lux；调整雾化机的档位控制雾化水雾流量大小，根据流量计计量水雾的流量，探究不同水雾流量对光谱识别的影响；4）粉尘实验模式：把开启距离设置为250mm，即水雾和粉尘实验模式，通过推尺调整准直镜到待测样本面板的距离为500mm；通过电位器控制卤素灯座的光照度，使得待测样本面板的光照度恒定为20000lux；在鼓风机出风口处放入粒径为0.2mm的煤粉或岩粉，打开鼓风机扬尘，然后静置1min再进行光谱数据的采集，通过改变放入煤粉或岩粉。有益效果：本技术把不可控的环境因素变成了可控的实验室变量，对复杂的井下环境进行了实验室的建模，建立了井下环境仿真实验装置，从而确定光谱仪在粉尘、水雾、距离、光强度条件下煤岩识别的阈值，为矿井下光谱仪的引用提供最基础的数据支持。该装置结构简单、易于加工制作、可行性高、数据可靠，精简了矿井下现场实验繁琐的步骤，大大降低实验成本，对无人采掘的实现具有重要的意义。附图说明图1为本技术装置的装配图；图2为实验原理图；图3为本技术中的光源转盘架结构示意图；图4为本技术准直镜镜头结构示意图；图5为开关电源的结构示意图；图6为本技术第一箱体单元的结构示意图；图7为本技术的工作流程图。图中：1、第一箱体单元；2、第二箱体单元；3、可调式雾化机喷头通孔；4、待测样品面板；5、鼓风机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置，其特征在于，包括：两个箱体单元，分别是第一箱体单元和第二箱体单元，第一箱体单元的底部和第二箱体单元的底部设有相互嵌套的直线滑轨，所述直线滑轨上设有刻度；/n所述第一箱体单元底部的直线滑轨上滑动设置有光纤架，光纤架上固定设置有准直镜，所述准直镜通过光纤与设置在第一箱体单元外部的近红外光谱仪连接；/n推尺，推尺的一端与第一箱体单元内的光纤架固定连接，另一端延伸出第一箱体单元设置；/n所述第二箱体上与所述准直镜发射的近红外光传输方向相垂直的一侧箱壁面板为待测样本面；/n可变式照明模块，包括光源转盘架和卤素灯灯座，其中，光源转盘架设置在第一箱体单元上与所述准直镜发射的近红外光传输方向相垂直的一侧面板上，光源转盘架上安装有至少三种功率卤素灯的卤素灯灯座，卤素灯座和单刀多掷开关、电位器以及开关电源串联；所述卤素灯座上安装卤素灯，所述卤素灯发出的光照能照射到光谱仪所对焦的待测样本面板上；/n环境模拟模块，包括一个可调式鼓风机和一个雾化流量可调的雾化机，所述鼓风机通过风管和第二箱体单元的一侧箱壁相连；所述雾化机的喷头通过预留在第二箱体单元顶部箱壁上的孔与第二箱体单元相连；/n样品数据采集识别模块，包括一台光纤光谱仪和一台计算机，所述光纤光谱仪利用光纤接收样品反射卤素灯的光谱信号，获取被测样品的光谱信息并识别样品；/n所述计算机通过光谱信息同光谱库进行对比，即可对煤岩进行识别。/n...

【技术特征摘要】
1.一种模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置，其特征在于，包括：两个箱体单元，分别是第一箱体单元和第二箱体单元，第一箱体单元的底部和第二箱体单元的底部设有相互嵌套的直线滑轨，所述直线滑轨上设有刻度；
所述第一箱体单元底部的直线滑轨上滑动设置有光纤架，光纤架上固定设置有准直镜，所述准直镜通过光纤与设置在第一箱体单元外部的近红外光谱仪连接；
推尺，推尺的一端与第一箱体单元内的光纤架固定连接，另一端延伸出第一箱体单元设置；
所述第二箱体上与所述准直镜发射的近红外光传输方向相垂直的一侧箱壁面板为待测样本面；
可变式照明模块，包括光源转盘架和卤素灯灯座，其中，光源转盘架设置在第一箱体单元上与所述准直镜发射的近红外光传输方向相垂直的一侧面板上，光源转盘架上安装有至少三种功率卤素灯的卤素灯灯座，卤素灯座和单刀多掷开关、电位器以及开关电源串联；所述卤素灯座上安装卤素灯，所述卤素灯发出的光照能照射到光谱仪所对焦的待测样本面板上；
环境模拟模块，包括一个可调式鼓风机和一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛世荣，王世博，向阳，王赛亚，周悦，杨恩，伊世学，张辉，王子超，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32