一種基于激光掃描的煤巖識別方法
【專利摘要】一種基于激光掃描的煤巖識別方法同，利用激光掃描技術(shù)分別測量煤和巖石表面在不同距離處對掃描激光束的反射率，并實(shí)時獲取激光掃描煤樣品和巖石樣品的表面三維形態(tài)信息。建立標(biāo)準(zhǔn)煤和標(biāo)準(zhǔn)巖石的激光掃描“距離-反射率”之間的變化關(guān)系，確定標(biāo)準(zhǔn)煤和標(biāo)準(zhǔn)巖石的不同表面三維形態(tài)在不同距離處所對應(yīng)的反射率修正系數(shù)；建立不同表面三維形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)煤和標(biāo)準(zhǔn)巖石所對應(yīng)的激光掃描“距離-反射率”的特征數(shù)據(jù)庫，在對現(xiàn)場煤巖對象進(jìn)行識別時，通過對實(shí)測煤巖對象表面的特征值和事先測定的煤巖標(biāo)準(zhǔn)特征數(shù)據(jù)相比對，從而實(shí)時快速的識別出煤巖類型。本發(fā)明具有方法簡單、計(jì)算速度快、自動化程度高、準(zhǔn)確率高的特點(diǎn)，適用于復(fù)雜環(huán)境下煤巖類型的識別。
【專利說明】一種基于激光掃描的煤巖識別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤巖識別方法，特別是一種基于激光掃描的煤巖自動識別方法。

【背景技術(shù)】
[0002]煤巖識別能使采煤機(jī)具有自動追蹤煤巖的能力，可靠的煤巖識別方法在經(jīng)濟(jì)效益和安全作業(yè)兩方面都具有突出的優(yōu)點(diǎn)，它能提高煤層的回采率，降低煤中的矸石、灰份和硫的含量。提高采煤作業(yè)效率，減輕設(shè)備磨損，減少設(shè)備維修量和停機(jī)時間，降低了空氣中的巖塵含量。在煤炭生產(chǎn)過程中，煤巖識別技術(shù)可廣泛應(yīng)用于采煤、掘進(jìn)、原煤選矸等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，可使采掘作業(yè)人員遠(yuǎn)離危險工作面，是實(shí)現(xiàn)采煤自動化的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]國外對煤巖識別的研究始于20世紀(jì)50年代，各國的研究人員對煤巖識別提出了種種合理的構(gòu)想，但大多數(shù)還不具備實(shí)用價值，同時由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性等種種原因，導(dǎo)致一些煤巖識別方法的使用范圍受到嚴(yán)重限制。
[0004]目前現(xiàn)有的煤巖識別方法還存在如下問題:伽瑪射線法對采煤工藝有一定要求，即必須是留一定厚度的頂煤，這樣降低了回采率，另外要求頂?shù)装鍑鷰r必須有放射性元素，這大大限制了其應(yīng)用。記憶切割法適合于地質(zhì)條件好、煤層比較平整的礦井。對于地質(zhì)條件不好的采煤工作面，方法受到了嚴(yán)重的限制。基于監(jiān)測截齒振動的煤巖識別方法由于在采煤過程中滾筒在做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因而信號的傳輸受到很大的影響。雷達(dá)探測法是以電磁波傳遞為基礎(chǔ)的技術(shù)，電磁波穿透頂煤的厚度與波長有關(guān)，波長愈長，穿透愈深，而波長愈長測量分辨率就愈低，測量范圍和測量精度的矛盾很難徹底解決，方法仍未達(dá)到實(shí)用階段。電流分析法、聲音檢測法、粉塵探測法等煤巖識別方法由于采煤設(shè)備在生產(chǎn)過程中受力復(fù)雜、震動劇烈、磨損嚴(yán)重、粉塵大等因素導(dǎo)致這些方法使用范圍和使用效果受到嚴(yán)重限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種基于激光掃描的煤巖識別方法，能夠?qū)崟r、快速地識別出當(dāng)前煤巖對象是煤還是巖石，為自動化采掘提供可靠的煤巖識別信息。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的基于激光掃描的煤巖識別方法，包括以下步驟:
[0007](I)首先在相同的激光掃描條件下，分別對已知煤樣品和已知巖石樣品在不同距離處的表面三維形態(tài)下進(jìn)行入射掃描激光束測量，實(shí)時獲取激光掃描煤樣品和巖石樣品在不同距離下的反射率；
[0008](2)通過不同距離下的反射率建立標(biāo)準(zhǔn)煤和標(biāo)準(zhǔn)巖石的激光掃描“距離-反射率”之間的變化關(guān)系Sc (d)和Sk (d)，通過公式:

【權(quán)利要求】
1.一種基于激光掃描的煤巖識別方法，特征在于，包括以下步驟: (1)首先在相同的激光掃描條件下，分別對已知煤樣品和已知巖石樣品在不同距離處的表面三維形態(tài)下進(jìn)行入射掃描激光束測量，實(shí)時獲取激光掃描煤樣品和巖石樣品在不同距離下的反射率； (2)通過不同距離下的反射率建立標(biāo)準(zhǔn)煤和標(biāo)準(zhǔn)巖石的激光掃描“距離-反射率”之間的變化關(guān)系Sc (d)和Sk (d)，通過公式: ,"、Ii砍γ，(ex)2 , (θχλ2 , ρΛ?)={[Μ)σΛ^)σ?+{^)σθ
Ifdr)2，(57V，?θυλ2 ? 讀卜偏ctaAw ?
“、—Ifdz)2 ^ (dx^\ ^ fdz)2 ^ P:⑷σΑ + ~^τζ σ? + ^ σβ
γν οΑ J V od J \οθJ 確定標(biāo)準(zhǔn)煤和標(biāo)準(zhǔn)巖石的不同表面三維形態(tài)在不同距離處所對應(yīng)的反射率修正系數(shù)；式中，px(d)、Py(d)、Pz(d)分別表示激光掃描表面三維形態(tài)在不同距離處所對應(yīng)的在X，1，Z方向上的反射率修正系數(shù)； (3)分別建立標(biāo)準(zhǔn)煤和標(biāo)準(zhǔn)巖石不同表面三維形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)煤和標(biāo)準(zhǔn)巖石所對應(yīng)的激光掃描“距離-反射率”的特征數(shù)據(jù)庫:Kc(Sc(d)，Pc(d)，d)和KK(SK⑷，PK(d)，d)，其中:PE(d)表示激光掃描表面三維形態(tài)在不同距離處所對應(yīng)的在x，y, z方向上的反射率修正系數(shù)矩陣； (4)在相同的激光掃描條件下，對現(xiàn)場煤或巖石在不同距離處的表面三維形態(tài)下進(jìn)行入射掃描激光束測量，實(shí)時獲取激光掃描煤或巖石在不同距離下的反射率，得到現(xiàn)場煤或巖石在不同距離處的表面三維形態(tài)下的激光掃描“距離-反射率”之間的變化關(guān)系Sx(d)； (5)根據(jù)變化關(guān)系Sx(d)，計(jì)算現(xiàn)場煤或巖石的不同表面三維形態(tài)在不同距離處所對應(yīng)的反射率修正系數(shù)P x(d)，獲取不同表面三維形態(tài)的現(xiàn)場煤或巖石的激光掃描“距離-反射率”的特征數(shù)據(jù)庫Kx(Sx(d)，Px(d),d)； (6)根據(jù)特征數(shù)據(jù)庫Kx(Sx⑷，Px(d)，d)和特征數(shù)據(jù)庫Kc(Sc⑷，P c(d),d)和KK(SK(d)，PE(d),d)之間的關(guān)系來判別煤巖類型，其步驟如下:如果Ky (Syid)1 Oy (cl),c!) - K.■ {S( {cl), ο, {d).c!) ^/ U / / n a /,V入、)A A S A，則判別煤巖類型為煤，其中、表示人(.(5；.— KR[Slt{d\f)R[d\d)煤巖類型為煤的判別系數(shù)，λ , e [O, 0.5]，可根據(jù)識別情況調(diào)節(jié)煤的判別系數(shù)λ i的值來提高精度，當(dāng)井上質(zhì)檢人員抽檢發(fā)現(xiàn)實(shí)際產(chǎn)品中雜質(zhì)巖石的含量增高時，則增大煤的判別系數(shù)入1;
Kj(S^jd),PiJd}J)- KR(S&(d),pR(d)M}\, ^ 叩丨生丨丨η丨丨[■甘山米刑士山^






?其中λ 2為煤巖類型為巖石的判別系數(shù)，λ 2 e [O, 0.5]，可根據(jù)識別情況調(diào)節(jié)λ 2的值來提高精度，當(dāng)井上質(zhì)檢人員抽檢發(fā)現(xiàn)實(shí)際產(chǎn)品中雜質(zhì)巖石的含量增高時，則增大巖石的判別系數(shù)λ2;根據(jù)特征數(shù)據(jù)庫Kx(SJd), px(d)，d)、特征數(shù)據(jù)庫Kc(SJd), pc(d)，d)和KE(SE(d), PE(d),d)之間的關(guān)系即可快速判別煤巖的類別，從而獲取場煤或巖石識別信息。
【文檔編號】G06K9/46GK104134074SQ201410375129
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】劉萬里, 楊濱海 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)