【技术实现步骤摘要】
一种煤矸仿生识别系统及方法
本专利技术属于综放工作面自动控制
,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。
技术介绍
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 ...
【技术保护点】
1.一种煤矸仿生识别方法,其特征在于:该方法具体步骤如下:/n(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;/n(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;/n(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;/n(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;/n(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。/n
【技术特征摘要】
1.一种煤矸仿生识别方法,其特征在于:该方法具体步骤如下:
(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。
2.根据权利要求1所述的一种煤矸仿生识别方法,其特征在于:所述步骤(4),数据预处理过程包括:利用平滑法滤除煤和矸石的光谱噪音,利用奇异值分解法滤除煤和矸石振动噪音,同时对光谱利用微分方法进行特征加强,得到噪声过滤和特征加强后的光谱和振动数据。
3.根据权利要求1所述的一种煤矸仿生识别方法,其特征在于:所述步骤(4),特征提取方法如下:对煤和矸石的光谱采用切割分段、移位变换方法进行特征降维,对振动信号采用主成分分析进行特征降维,通过BP神经网络识别振动信号的特征,通过波段匹配方法识别光谱特征信息。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种煤矸仿生识别方法,其特征在于:所述步骤(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,具体如下:
(5-1)通过BP神经网络识别振动信号的特征,确定当前掉落的煤岩种类;
(5-2)当刮板输送机上掉落的煤岩被传送到光源照射区域时,通过波段匹配方法识别光谱特征信息,确定煤岩种类;
(5-3)判断分别通过振动识别与光谱识别的煤岩种类是否相同;若振动识别与光谱识别的煤岩种类相同,进入步骤(5-4),否则,进入步骤(5-7);
(5-4)分别统计通过振动识别与光谱识别相同种类的时刻t1,t2与持续时间T1,T2,计算两种识别方式的时刻差△,判断当前采集识别轮次是否已达到设定轮次阈值;
(5-5)若当前轮次未达到设定轮次阈值,返回步骤(5-2)...
【专利技术属性】
技术研发人员:王世博,吕渊博,葛世荣,王赛亚,向阳,周悦,
申请(专利权)人:中国矿业大学,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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