(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221080270 0.7 (22)申请日 2022.07.07 (71)申请人 中煤科工集团上海 有限公司 地址 200030 上海市徐汇区天钥桥路1号19 幢18层A座 (72)发明人 刘聪　戴建平　庄德玉　郑立波　 朱胜强　 (74)专利代理 机构 上海申维新成知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 31471 专利代理师 李建新 (51)Int.Cl. G01N 21/71(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 煤岩光谱感知装置及包括 其的采煤 机 (57)摘要 本发明涉及煤岩光谱感知装置及包括其的 采煤机。 在该煤岩光谱感知装置中： 激光器用于 发射激光光束至采煤工作面； 光谱仪接收激光反 射光谱并基于其分析得到采样点的元素成分及 含量； 激光器和光谱仪装 载于移动平台并且能够 随其移动位置； 扫描执行装置包括第一滑动轨道 机构， 使得激光器和光谱仪能够实现对采煤工作 面的扫描； 对焦执行装置用于执行激光光束在采 煤工作面上的对焦； 以及控制模块与激光器、 光 谱仪以及扫描执行装置和对焦执行装置的驱动 机构通信并且控制它们的运行， 控制模块还与采 煤机的控制系统通信以控制采煤机的运行。 本发 明的煤岩光谱感知装置及采煤机智能、 安全、 可 靠。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115165847 A 2022.10.11 CN 115165847 A 1.一种煤岩光谱感知装置(1)， 其特 征在于， 所述煤岩光谱感知装置(1)包括： 激光器(2)， 所述激光器(2)用于发射激光 光束至采煤 工作面； 光谱仪(3)， 所述光谱仪(3)接收来自所述采煤工作 面上的采样点的激光反射光谱并基 于所述激光反射 光谱分析 得到所述采样点的元 素成分及含量； 移动平台(4)， 所述激光器(2)和所述光谱仪(3)装载于所述移动平台(4)并且能够随所 述移动平台(4)移动位置； 扫描执行装置(6)， 所述扫 描执行装置(6)包括第一滑动 轨道机构(8)， 所述第一滑动 轨 道机构(8)包括侧向滑轨和竖向滑轨， 从而所述移动平台能够在所述第一滑动轨道机构上 侧向和竖向移动， 使得所述激光器(2)和所述光谱仪(3)能够随所述移动平 台(4)侧向移动 和竖向移动从而实现对所述采煤 工作面的扫描； 对焦执行装置(7)， 所述对焦执行装置用于执行激光光束在所述采煤工作面上的对焦； 以及 控制模块(5)， 所述控制模块(5)与所述激光器(2)、 所述光谱仪(3)以及所述扫描执行 装置(6)和所述对焦执行装置(7)的驱动机构通信并且控制所述激光器(2)、 所述光谱仪 (3)、 所述扫描执行装置(6)以及所述对焦执行装置(7)的运行， 所述控制模块(5)还与采煤 机(10)的控制系统通信以根据所分析 得到的元 素成分及含量控制所述采煤 机(10)的运行。 2.如权利要求1所述的煤岩光谱感知装置(1)， 其中， 所述激光器(2)及所述光谱仪(3) 集成于一体的激光 诱导击穿光谱分析仪 。 3.如权利要求1或2所述的煤岩光谱感知装置(1)， 其中， 所述对焦执行装置为能够调 节 的光学系统。 4.如权利要求1或2所述的煤岩光谱感知装置(1)， 其中， 所述对焦执行装置为第二滑动 轨道机构(9)， 所述第二滑动轨道机构(9)包括前后向滑轨， 所述移动平台(4)能够在所述第 二滑动轨道机构(9)上前后移动， 所述激光器(2)和所述光谱仪(3)能够随所述移动平台(4) 前后移动从而实现所述激光 光束在所述采煤 工作面上的对焦。 5.如权利要求1或2所述的煤岩光谱感知装置(1)， 其中， 所述控制模块(5)控制所述采 样点在所述采煤工作面上的分布， 当所述光谱仪(3)反馈显示煤质含矸量变大时缩短相邻 采样点之间的距离， 反 之则增大相邻采样点之间的距离 。 6.如权利要求1或2所述的煤岩光谱感知装置(1)， 其中， 所述光谱仪(3)以煤岩二分类 模型作为煤岩识别模型， 判定所述采样点处的物质是否为煤或岩。 7.如权利要求6所述的煤岩光谱感知装置(1)， 其中， 所述煤岩二分类模型为单谱线煤 岩识别模型， 所述单谱线煤岩识别模型由下式给 出： 其中， 在247.95nm谱线的光谱强度下， 如果所述采样点247.95nm的谱线对应 的光谱强 度在区间[20 31.43， 2142.43]内， 则判定所述采样点处为煤， 否则判定所述采样点处为岩。 8.如权利要求1或2所述的煤岩光谱感知装置(1)， 其中， 所述煤岩光谱感知装置(1)包 括警报器， 所述警报器与所述控制 模块(5)通信连接， 所述控制 模块(5)在采煤异常时发出 警报， 以便 于控制所述采煤 机(10)的启停。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115165847 A 29.如权利要求1或2所述的煤岩光谱感知装置(1)， 其中， 所述激光光束的击穿强度阈值 为： 式中 为激光击穿电场的阈值； m， e为电子的质量、 电荷量； ω为激光角频率； Ui则是气 体分子的电离能； δ为电子一次有效碰撞时传递动量比率的平均值； τ为激光的照射时间； 其中Ci为气体i体积百分比浓度； k 是玻尔兹曼 常数； l是分子半径； P分别为混合 气体的压强。 10.一种采煤机(10)， 其特征在于， 所述采煤机包括如前述权利要求1至9中任一项所述 的煤岩光谱感知装置(1)。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115165847 A 3