CN102033228A - 检测矿物负载内的不可破碎金属块的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及检测矿物负载内的不可破碎金属块的系统和方法，具体公开了一种直接在运输装置(4)内检测隐藏在去往初步破碎机的矿物负载(3)内的不可破碎金属块的系统和方法，所述系统包括：方向可调雷达(E)，包括包含电磁波发射器/接收器天线(1)的至少一个设备；运输装置(4)经过的入口(2)；连接到天线设备(1)的谱生成器/分析器，所述谱生成器/分析器生成电磁波，并且分析与矿物负载(3)相互作用的电磁波的回波；以及计算设备，其包括连接到所述谱生成器/分析器的数字信号处理装置。
Description
技术领域
本发明涉及采矿业，具体涉及防止能够堵塞破碎机操作的金属块进入破碎机。具体地讲，本发明包括检测隐藏在由运输装置，诸如矿用自卸车或火车自卸车运输的，去往初步破碎机的矿物负载内的不可破碎金属块的系统和方法。
背景技术
来自矿山的矿物具有不同的粒度测定，其中颗粒尺寸从直径小于1mm到直径大于1m的碎块，并且因此，破碎的目的是减小碎块尺寸，以获得统一的尺寸，其中，通常100％的碎块的直径在8英寸以下。
破碎机是专用于破碎矿石的大型电动装备。运输装置将矿物倾卸在这些破碎机的上部部分内；而在底部排料处收集经破碎的矿物，经破碎的矿物100％在20cm(8英寸)以下，并被送往下游的选矿机，以便接受磨碎处理。
当不可破碎元件进入破碎机时，破碎机将不能粉碎所述元件，并且这将引发机械堵塞，所述机械堵塞将迫使破碎机停止，从而所有矿物倾卸和破碎处理也必须停止。
这个问题没有直接的解决方案。通常，检测金属块的传统解决方案是：如果所述金属块包括铁磁体金属，则在传送将被处理的材料的传送带上设置电磁体。例如，郑州金鼎重型工业有限公司提供了一种用于采矿业、冶金和任意其它处理的装备，其中，可以检测容易被吸引的铁磁材料；在这些情况下，该装备被安装在运输材料的传送带上，并且磁体吸引金属块，并且将它们拖拽到废料储存堆积处。还可使用被称为磁选机的其它机型(郑州金鼎重型工业有限公司)，并且这些机型中的某些机型受专利，诸如美国专利3,966,590-Magnetic ore separator和美国专利1,729,095-Electromagnetic ore separator的保护。然而，由于在某些情况下，矿石和岩石碎块被装载在特别加强的大容量矿用自卸车或火车内，因此这些解决方案不能应用于将材料运输到初步破碎机的任意运输装置。另外，许多金属块由奥氏体钢形成，并且因此不能通过电磁体被去除。
当前，已经设计了基于使用摄像机来检测装载矿物运输车的机械铲齿的脱落，来最小化该问题的解决方案。
相同解决方案的变型结合了激光器，以便照射由摄像机监视的检查区域，其中采用附加的移动部件来执行激光扫描，或使用线投影激光器；这些设备在可见或近红外线(NIR)范围内操作，并且由于颗粒大小在激光的发射波长范围内的尘土的环境污染，表现出低级别的效能。HighService公司在其网站(http://www.highservice.cl，2009年9月30日)中公开了这种类型的系统，该系统防止机械铲料斗齿和/或转接器损坏初步破碎机并且引起生产损失。该系统通过数字图像处理来检测这些材料，其中，通过在近红外线光谱内工作的线激光器来照射场景；如果检测到齿或转接器的脱落，则操作员室界面自动通知操作员，操作员检查料斗，然后确认该事件。
其它应用使用激光测距传感(LRS)技术从信号构造3D图像，所述3D图像与其上安装有该装备的铲的CAD设计进行比较。如果检测到差异，则向铲操作员传递警报信号。2004年公布了一个试验，该试验使用了借助激光器(Acuity Research制造的Laser Rangefinder AR4000)检测采掘机械铲的齿的丢失的一种原型(X.Luo，H，Zhang：Missing tooth detection with laser range sensing，Proceedings of the 5th World Congress on Intelligent Control and Automation，2004年6月15-19日，中国)。
基于数字图像处理，即，光学系统，的现有技术的检测系统面向检测齿从装载矿物运输车的机械铲上的脱落，但这些系统具有若干不便之处：
ο检测系统必须被安装在铲上，这需要每个铲一个光学系统；
ο由于检测系统的光学组件可以被环境灰尘污染并且被遮蔽，因此该检测系统具有低检测效能；
ο由于检测系统不能以低照明级别操作，因此这些检测系统需要补充照明装备。
所有这些应用都旨在解决将检测系统正确安装在铲上的问题。然而，即使当检测到铲的齿元件的脱落时，所述元件的确切脱落位置也是不知道的，这迫使运输装置脱离行进路线，并且将负载堆积在其它位置，而不指示不可破碎元件是否已在该处理中丢失。此外，存在来自其它处理操作的其它金属块，这些金属块隐藏在负载材料内，并且同样可到达破碎机。
采矿操作中最重要的操作之一是初步破碎。在采掘之后，使用运输装置将矿物运输到破碎机，所述运输装置通常是大容量卡车或货运火车。在该操作过程中，经常有不可破碎的金属块，例如，装载运输装置的铲的齿与矿物负载一起被运输。
根据其大小，硬元件进入初步破碎机可以引起堵塞，以及后续几小时的破碎装备的意外停止，这带来了生产损失，并且产生维护和修理费用。
为了解决该问题，必须在恰当时间(在矿物被倾卸到初步破碎机内之前)检测矿物中不可破碎元件的存在。
解决该问题的一部分努力面向防止某些类型的不可破碎元件，诸如铲齿，进入初步破碎机，为了该目的，使用摄像机和图像处理技术、与图像处理相结合的激光器等，这些技术面向检测齿或转接器落入铲中。然而，存在即使已检测到铲齿的脱落，几个小时之后仍然发现齿在破碎机内，从而引起巨大问题的情况。来自矿物采掘处理的其它阶段的各种不可破碎金属块(钻孔三锥齿轮、钢条和其它金属块)也被发现在破碎机内的事实加重了前面的问题。
发明内容
本发明旨在解决与隐藏在负载内的可以中断操作或堵塞初步破碎机的不可破碎元件的来源无关地，直接在运输装置内部，诸如大容量矿用车或火车的料斗内，检测隐藏在被运送到初步破碎机的矿石负载内的不可破碎金属块的技术问题。
本发明在于一种直接在将矿物负载运送到初步破碎机中的运输装置内，检测隐藏在矿物负载内的不可破碎金属块的系统和方法。
本发明包括由方向可调雷达形成的扫描仪，所述雷达包括电磁波发射器/接收器天线和谱生成器/分析器，所述扫描仪允许分析在一个频率范围内的矿物负载，并且检测电磁波回波，尤其是表征金属材料的存在的那些回波，并且确定所述矿物负载内给定金属材料的存在。所述扫描仪被安装在运输所述负载的运输装置经过的入口处。
本发明允许以这样的方式，与隐藏在负载内的不希望的金属块的来源无关地，直接在矿物负载的运输装置内及时检测去往初步破碎机的矿物负载内的不可破碎金属块的存在，使得将矿物负载倾卸到其它位置，并且避免在初步破碎机中引起问题。以这种方式，有效地避免了由于不可破碎材料的进入而引起的初步破碎机故障和不希望的停止，这允许从这些破碎机获得高产出，并且减少其维护费用。
附图说明
图1示意地表示根据本发明的第一个实施例的系统的前视图以及大容量卡车；
图2示意地表示根据本发明的第二个实施例的系统的前视图以及大容量卡车。
具体实施方式
如图1所示，本发明的直接在将矿物负载3运送到初步破碎机的运输装置4内检测隐藏在矿物负载3内的不可破碎金属块的系统包括：
a)方向可调雷达E，包括包含电磁波发射器/接收器天线1的至少一个设备，所述电磁波发射器/接收器天线1用于扫描由所述运输装置4运输的所述矿物负载3；
b)运输装置4经过的入口2，所述入口具有顶部部分，在该顶部部分处，至少一个天线设备1被定位为面向运输装置4的矿物负载3；
c)连接到所述天线设备1的至少一个谱生成器/分析器(未示出)，所述谱生成器/分析器生成电磁波，并且分析与矿物负载3相互作用的电磁波的回波，辨别由隐藏在矿物负载3内的金属元件产生的特征回波；
d)计算设备，包括连接到所述谱生成器/分析器的数字信号处理装置，并且被配置为控制、数据处理和信息显示装置，该装置允许配置激活天线设备的频率范围、积分时间和数量，允许将数据存储在其时域或频域内以便进一步处理，并且将关于运输装置4检查结果的信息传送给用户。
如图2所示，本发明的系统附加地包括：
e)自动机电装置(未示出)，用于将天线设备1机械地定位为靠近由所述运输装置4运输的所述矿物负载3，将天线定位在相对于矿物负载3的表面从20到100厘米的距离处。
特别地，所述发射器/接收器天线是多个蝶形领结形单极对式天线元件的阵列，所述元件具有在从30到3000兆赫范围内的空气耦合和电子扫描，以及在0.4到2毫瓦范围内的发射功率，这些天线元件被用于扫描由运输装置4运输的矿物负载3。按照将被检测的金属元件的尺寸确定天线元件之间的间距。
所述谱生成器/分析器(未示出)与天线设备1相结合地生成在所述从30到3000兆赫频率范围内的电磁波。所述生成器/分析器使用数字频率原理而不是典型的锁相环技术，所述技术允许以大量频率阶跃生成在从30兆赫到3000兆赫范围内的电磁波。所述谱生成器/分析器使用快速傅立叶变换在时域上进行变换，并且这允许单独检查每个天线设备1。
所述数字信号处理装置基本上包括具有Windows或Linux操作系统的计算机或便携计算机，以便通过以太网连接来控制谱生成器/分析器，所述数字信号处理装置被配置为控制、处理数据和显示信息。
可调雷达扫描仪E的功能基于探地雷达(GPR)技术，该技术是主要开发用于检测地球表面以下的物体的技术。从发射器天线辐射的电磁波以由材料介电常数确定的速度穿过该材料。波加宽并且传播，直到到达具有与周围环境不同的电属性的物体，所述波被所述物体分散，并且被接收器天线检测。反弹的强度随频率显著改变，所述强度可由包含关于可在雷达扫描区域内发现的元件类型的信息的谱反射曲线表征。
本发明的使用位于入口2内的可调雷达扫描仪E，直接在将矿物负载3运送到初步破碎机的运输装置4内检测隐藏在矿物负载3内的不可破碎金属块的方法包括下述步骤：
a)所述运输装置以从5到50km/h的速度经过所述入口2；
b)检测矿物负载3何时在所述入口2下；
c)激活可调雷达扫描仪E；
d)使用所述扫描仪的发射器天线阵列来生成穿透矿物负载3的受控电磁脉冲；
e)使用电磁波接收器天线阵列，来检测由矿物负载3、运输装置4和隐藏在所述矿物负载3内的最终不可破碎的元件生成的回波；
f)通过谱分析器分析来自所述电磁波接收器天线的信息；
g)将所述经分析的信息发送到数字处理装置，以便生成由所述矿物负载3的横截面的“图像”组成的样本；以及
h)当运输装置4经过所述入口2时，重复步骤d)到g)，从而生成所述运输装置4内的所有矿物负载3的断层图像。
生成所述矿物负载3的横截面“图像”的每个样本在几毫秒内被处理，并且通过重复步骤d)到g)立刻获得随后的样本，并且从而当所述运输装置4，例如，矿用卡车结束经过入口2时，本发明的方法生成所有矿物负载3的断层图像。
从不同界面上的电磁波反射形成断层图像，该断层图像由材料折射率的突然改变，以及当电磁波落在运输装置4，例如倾卸卡车的料斗上时的反射来表征。由于运输装置4上的矿物负载3的预期特性，并且由于被发现隐藏在矿物负载3内的金属物体的非常不同的几何形状，可以预见谱反射曲线将非常复杂。使用谱分析器来分析所述谱曲线。由数字信号处理装置数字地处理由该分析器传送的结果，所述数字信号处理装置包括被配置成在Windows
或Linux
环境中的计算机、便携计算机等，在其中存储该信息，并且显示最终被传送给运输装置4的操作员和/或驾驶员的信息。
本发明的方法包括：当检测到所述不可破碎的金属块时生成信号，使用交通信号灯等，通知运输装置4的操作员和/或驾驶员运输装置的矿物负载3包含所述不可破碎的金属块，并且所述矿物负载3应当被放置在其它位置。
Claims (6)
1.一种直接在运输装置(4)内检测隐藏在去往初步破碎机的矿物负载(3)内的不可破碎金属块的系统，其中，所述系统包括：
a)方向可调雷达(E)，包括包含电磁波发射器/接收器天线(1)的至少一个设备，所述电磁波发射器/接收器天线(1)用于扫描由所述运输装置(4)运输的所述矿物负载(3)；
b)运输装置(4)经过的入口(2)，所述入口具有顶部部分，在该顶部部分处，至少一个天线设备(1)被定位为面向运输装置(4)的矿物负载(3)；
c)连接到所述天线设备(1)的谱生成器/分析器，所述谱生成器/分析器生成电磁波，并且分析与矿物负载(3)相互作用的电磁波的回波，辨别由隐藏在矿物负载(3)内的金属元件产生的特征回波；
d)计算设备，包括连接到所述谱生成器/分析器的数字信号处理装置，允许将数据存储在其时域或频域内以便进一步处理，并且将关于运输装置(4)检查结果的信息传送给用户。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统附加地包括自动控制的机电装置，以便机械地定位天线设备(1)，以靠近由所述运输装置(4)运输的所述矿物负载(3)，将天线定位在相对于矿物负载(3)的表面从20到100厘米的距离处。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述发射器/接收器天线是由天线元件的多个发射器/接收器对形成的阵列，每个发射器/接收器对由蝶形领结形单极对式元件形成，所述蝶形领结形单极对式元件具有在从30到3000兆赫范围内的空气耦合和电子扫描以及在从0.4到2毫瓦范围内的发射功率，这些天线元件被用于扫描由运输装置(4)运输的矿物负载(3)。
4.如权利要求1所述的系统，其中，连接到天线设备(1)的所述谱生成器/分析器生成在从30到3000兆赫频率范围内的电磁波，并且使用允许单独检查每个天线设备(1)的快速傅立叶变换来进行时域的变换。
5.一种使用位于入口(2)内的可调雷达扫描仪(E)，直接在将矿物负载(3)运送到初步破碎机的运输装置(4)内检测隐藏在矿物负载(3)内的不可破碎金属块的方法，其中，所述方法包括下述步骤：
a)所述运输装置以从5到50km/h的速度经过所述入口(2)；
b)检测矿物负载(3)何时在所述入口(2)下；
c)激活可调雷达扫描仪(E)；
d)使用所述扫描仪的发射器天线阵列来生成穿透矿物负载(3)的受控电磁脉冲；
e)使用电磁波接收器天线阵列，检测由矿物负载(3)、运输装置(4)和隐藏在所述矿物负载(3)内的最终不可破碎的元件生成的回波；
f)通过谱分析器分析从所述电磁波接收器得到的信息；
g)将所述经分析的信息发送到数字处理装置，以便生成由所述矿物负载(3)的横截面的“图像”组成的样本；以及
h)当运输装置(4)经过所述入口(2)时重复步骤d)到g)，从而生成所述运输装置(4)内的所有矿物负载(3)的断层图像。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述方法包括：当检测到所述不可破碎的金属块时生成信号，以便使用交通信号灯，来通知运输装置(4)的操作员和/或驾驶员运输装置的矿物负载(3)包含所述不可破碎的金属块，并且所述矿物负载(3)应当被放置在其它位置。
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