一种基于数字双钳相位伏安表的煤岩识别方法

摘要

本发明为煤矿开采提供了一种快速、准确的煤含量判别方法，该方法利用数字双钳相位伏安表测量RLC串联电路是容性还是感性，来判断煤岩混合物中煤含量是否高于可开采的最低含煤量，这种测试方法测量结果准确可靠，为自动化采掘，自动化放煤，自动化选矸等生产过程提供可靠的煤岩识别信息。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于煤矿井下的煤含量判别方法，尤其是一种基于数字 双钳相位伏安表的煤岩识别方法。

背景技术

煤炭是我国的重要资源之一，在煤炭开采和生产过程中，需要使用到煤炭 和岩石的识别技术，譬如说滚筒采煤，掘进，放顶煤开采，原煤选矸石等生产 环节中。煤岩识别即用一种方法，使采煤机具有自动追踪煤岩的能力，一种实 用可靠地煤岩识别方法可以保证煤炭的开采更安全，并且会提高经济效益。能 够增加采煤作业的效率，减少设备维修量的停机时间，减轻设备的磨损和损坏， 同时，降低空气中的含煤量。另一方面，通过煤岩识别技术采煤机能自动提高 滚筒截割高度，也能提高煤层的回采率，降低煤中的矸石，灰分和硫的含量。 因此煤岩识别技术成为实现采煤自动化的关键技术之一。

由于煤岩识别技术越来越重要，国内外的研究者都在研究更好地煤岩识别 技术。国外的研究始于20世纪50年代，经过国内外学者和专家的悉心研究， 提出了各种关于煤岩识别技术的合理构想，但绝大多数不具有实际使用价值， 其中能够使用的方法，又因为地质条件的不同，不具有普适性，使用范围受到 严重的限制。

目前现有的煤岩识别方法还存在很多方面的问题，譬如：记忆切割法适合 于地质条件好，煤层比较平整的矿井。对于地质条件不好的采煤工作面，方法 受到了严重的限制。雷达探测法是以电磁波传递为基础的技术，电磁波穿透顶 煤的厚度与波长有关，波长越长，穿透越深，而波长越长测量分辨率就越低， 测量范围和测量精度的矛盾很难彻底解决，方法难以达到实用阶段。伽马射线 法对采煤工艺有一定的要求，即必须是留一定厚度的顶煤，这样降低了回采率， 另外要求顶底板围岩必须有放射性元素，这大大限制了其应用。基于检测截齿 振动的煤岩识别方法由于在采煤过程中滚筒在做旋转运动，因而信号的传输受 到很大的影响。除此以外，电流分析法，粉尘探测法，声音检测法等煤岩识别 方法由于采煤设备在生产过程中受力复杂，震动剧烈，磨损严重，粉尘大等因 素导致这些方法使用范围和使用效果受到严重限制。

因此，需要一种解决或者至少改进现有技术方法中固有的一类或多类问题 的煤岩分类方法。

发明内容

本发明为煤矿开采提供了一种快速、准确的煤含量判别方法。该方法利用 数字双钳相位伏安表测量RLC串联电路是容性还是感性，来判断待测物中煤含 量是否高于可采用的最低含煤量，这种测试方法的优点是安装及操作简单、便 捷，测量结果准确可靠，为自动化采掘，自动化放煤，自动化选矸等生产过程 提供可靠的煤岩识别信息。

本发明请求保护一种基于数字双钳相位伏安表的煤岩识别方法，该方法包 括如下步骤：

S101，对采集来的纯煤、纯岩样本进行样本分析，将纯煤、纯岩分别放入 固定的电容器中，利用阻抗分析仪得到两者的电容值，纯煤的电容值记为C₁, 纯岩石的电容值为C₂；

S102，按煤矿上可开采的最低含煤量混合煤和岩石，放入电容板之间，利 用阻抗分析仪测出电容值；将采集到的纯煤和纯岩石，按照煤矿上可开采的最 低煤含量进行配比，调制均匀后，将二者的混合物放入准备好的电容器中，利 用阻抗分析仪测量电容值，记为C₀，其中C₀在C₁和C₂之间；

S103，确定激励频率

取电感值已知的电感(电感值记为L₀)，根据RLC串联谐振电路的谐振频率 计算公式得：令激励的频率为W₀；

S104，判定待识别物的煤含量

由S101，S102两个步骤分别得到了电容板中放入纯煤、纯岩、最低煤含量 时的电容值分别为C₁，C₂和C₀。将待识别物放入电容板，用数字双钳相位伏安 表测量RLC串联电路是容性还是感性，从而判断出待测物的煤含量是否大于可 开采的煤含量；

用数字双钳相位伏安表测量RLC串联电路是容性还是感性的具体步骤为：

将被测电路的电压从数字双钳相位伏安表的U端输入、电流经卡钳(钳型电 流互感器)从I插孔输入，测量其相位；

当C₁<C₀<C₂时，若测得相位小于90°，电路为感性，此时待测物的煤含量 小于可开采的煤含量，不予开采；若测得的相位大于270°，电路为容性，此时 待测物的煤含量大于可开采的煤含量，可以开采；

当C₁>C₀>C₂时，若测得相位小于90°，电路为感性，此时待测物的煤含量 大于可开采的煤含量，可以开采；若测得的相位大于270°，电路为容性，此时 待测物的煤含量小于可开采的煤含量，不予开采。

附图说明

图1为数字双钳相位伏安表测量电路容性、感性示意图；

图2为RLC串联电路容性、感性变化示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不 是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

技术原理：RLC串联电路相位角计算公式为

从公式可以看出，激励频率不变，当电容值变小时，相位角为负值，RLC 串联电路变成容性电路；当电容值变大时，相位角为正值，RLC串联电路变成 感性电路。所以可以根据数字双钳相位伏安表对RLC电路容性、感性的测量结 果，判断待测物的煤含量是否大于可开采的煤含量。

当C₁<C₀<C₂时，数字双钳相位伏安表对感性电路、容性电路的判定方法(如 图1所示)：将被测电路的电压从U端输入、电流经卡钳(钳型电流互感器)从I 插孔输入，测量其相位。若测得相位小于90°，则电路为感性；若测得的相位大 于270°，则电路为容性。

本发明的基于数字双钳相位伏安表的煤岩识别方法，如图1所示，具体步骤 如下：

S101，对采集来的纯煤、纯岩样本进行样本分析，将纯煤、纯岩分别放入固 定的电容器中，利用阻抗分析仪得到两者的电容值，纯煤的电容值记为C₁,纯岩 石的电容值为C₂；

S102，按最低含煤量混合煤和岩石，放入电容板之间，利用阻抗分析仪测出 电容值；将采集到的纯煤和纯岩石，按照煤矿上可开采的最低煤含量进行配比， 调制均匀后，将二者的混合物放入准备好的电容器中，利用阻抗分析仪测量电 容值，记为C₀，其中C₀在C₁和C₂之间；

S103，确定激励频率

取电感值已知的电感(电感值记为L₀)，根据RLC串联谐振电路的谐振频率 计算公式得：令激励的频率为W₀；

S104，判定待识别物的煤含量

由S101，S102两个步骤分别得到了电容板中放入纯煤、纯岩、最低煤含量 时的电容值分别为C₁，C₂和C₀。将待识别物放入电容板，用数字双钳相位伏安 表测量RLC串联电路是容性还是感性，从而判断出待测物的煤含量是否大于可 开采的煤含量。

用数字双钳相位伏安表测量RLC串联电路是容性还是感性的具体步骤为：

将被测电路的电压从数字双钳相位伏安表的U端输入、电流经卡钳(钳型电 流互感器)从I插孔输入，测量其相位；

当C₁<C₀<C₂时，若测得相位小于90°，电路为感性，此时待测物的煤含量 小于可开采的煤含量，不予开采；若测得的相位大于270°，电路为容性，此时 待测物的煤含量大于可开采的煤含量，可以开采；

当C₁>C₀>C₂时，若测得相位小于90°，电路为感性，此时待测物的煤含量 大于可开采的煤含量，可以开采；若测得的相位大于270°，电路为容性，此时 待测物的煤含量小于可开采的煤含量，不予开采。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来 说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明 所附权利要求的保护范围。