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        煤礦膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)研究

        2010-01-05 15:29:58
        同煤科技 2010年1期
        關(guān)鍵詞:斷帶鋼繩磁化

        華 未

        煤礦膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)研究

        華 未

        通過(guò)對(duì)膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)及產(chǎn)品的應(yīng)用分析,針對(duì)目前還不能滿足現(xiàn)場(chǎng)使用對(duì)其可靠性要求的問(wèn)題,提出研究方向和應(yīng)用建議。

        礦山運(yùn)輸;井下運(yùn)輸;膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸;斷帶保護(hù)

        1 實(shí)施斷帶保護(hù)的意義

        現(xiàn)代化礦井主井運(yùn)輸首選膠帶輸送機(jī)。但是,承載物料的膠帶在高速、高拉力工況下發(fā)生過(guò)斷帶事故,尤其在斜井發(fā)生斷帶事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的。其一,造成運(yùn)輸設(shè)備本身的損壞;其二,處理事故恢復(fù)生產(chǎn)更為困難,在煤礦工作過(guò)的都有這樣的感受,在斜井底部清理上百噸煤炭和千米的膠帶是極為困難的,工期之長(zhǎng)造成的停產(chǎn)損失更是巨大、驚人。為此,斷帶預(yù)防和減輕損失是必須解決的問(wèn)題,實(shí)施斷帶保護(hù)被列入安全規(guī)程中。然而,大型膠帶輸送機(jī)實(shí)施可靠的斷帶保護(hù)技術(shù)難度非常大,因此不斷進(jìn)行斷帶保護(hù)的技術(shù)研究是與膠帶輸送機(jī)伴隨而來(lái)的,所以探討大型膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)的實(shí)施技術(shù)、方式和效果是非常必要的。

        2 斷帶保護(hù)方式

        概括起來(lái)有兩種思路,一是以預(yù)防為主,應(yīng)用監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行斷帶提前預(yù)報(bào);二是以減小損失為主,實(shí)施斷帶后的電氣保護(hù)和機(jī)械抓捕。兩類各有優(yōu)缺點(diǎn)。監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的優(yōu)點(diǎn)是可以有計(jì)劃地采取措施減小或消除安全隱患,不影響生產(chǎn),缺點(diǎn)是預(yù)報(bào)精確度不能達(dá)到期望值。斷帶抓捕的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)施簡(jiǎn)單、可靠程度高;缺點(diǎn)是膠帶長(zhǎng)度長(zhǎng),抓捕點(diǎn)多,日常維護(hù)工作量大,維護(hù)跟不上可靠性將打折扣。因此,各種方式都在不斷探索和完善。

        2.1 監(jiān)測(cè)技術(shù)及方式

        為了提高膠帶輸送機(jī)的運(yùn)輸能力,在膠帶上采用了壓制鋼繩芯技術(shù),因此監(jiān)測(cè)鋼繩芯的受損情況就可以預(yù)測(cè)斷帶可能性。國(guó)外利用磁感應(yīng)原理對(duì)鋼繩芯進(jìn)行檢測(cè)研發(fā)了“CBM檢測(cè)器”。它是由上下2個(gè)傳感器對(duì)中間鋼繩芯檢測(cè),將檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理、顯示,就可知道鋼繩芯的受損情況。國(guó)內(nèi)近幾年也在進(jìn)行電磁感應(yīng)式鋼繩芯在線檢測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用。如大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司與煤炭科學(xué)研究總院共同進(jìn)行了鋼繩芯輸送帶電磁綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā),并在馬脊梁礦進(jìn)行了3 a多在線監(jiān)測(cè)。

        2.1.1 用鐵磁材料檢測(cè)鋼絲繩芯技術(shù)

        鋼繩芯膠帶內(nèi)部有多根鋼絲繩在膠帶內(nèi)同一平面并排分布,任何一根鋼絲在膠帶檢測(cè)過(guò)程中都被飽和磁化形成磁疇的磁壁移動(dòng)、磁矩偏轉(zhuǎn),對(duì)外顯示磁性。這一過(guò)程與物質(zhì)成分、微結(jié)構(gòu)和內(nèi)部缺陷有密切的依賴關(guān)系。與磁化有關(guān)的能量有交換能、磁晶各向異性能、磁滯伸縮和磁彈性能、退磁場(chǎng)能及磁場(chǎng)作用能。理論研究表明,凡遵循熱力學(xué)平衡條件,即自由能極小的原則,在沒(méi)有外磁場(chǎng)的情況下,晶體的易磁化方向是前4種能量綜合作用的結(jié)果,磁體并不顯示磁性。鋼絲繩作為一種順磁介質(zhì),基于檢測(cè)的設(shè)計(jì)要求,在檢測(cè)前必須磁化到飽和狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)磁場(chǎng)靠近鋼絲繩,將對(duì)鋼絲繩中的每一個(gè)磁偶極分子產(chǎn)生一個(gè)力矩,使它們的磁偶極距轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)方向,這樣一來(lái),在磁化場(chǎng)的力矩作用下,各個(gè)磁偶極分子在一定程度上沿著磁化場(chǎng)的方向排列起來(lái),宏觀效果表現(xiàn)為在鋼絲的兩端出現(xiàn)磁極性。通過(guò)檢測(cè)鋼絲繩磁場(chǎng)強(qiáng)弱值便可知其工作狀態(tài)。圖1為基于鐵磁材料檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于馬脊梁礦的檢測(cè)裝置。

        圖1 磁接收傳感器

        2.1.2 用X射線檢測(cè)鋼絲繩的技術(shù)

        X射線是1895年德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)的。它是一種波長(zhǎng)很短的電磁波。X射線檢測(cè)鋼絲繩芯原理是X射線透過(guò)鋼繩芯膠帶,經(jīng)圖像增強(qiáng)器(或成像板)將隱含的X射線檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)的模擬圖像;然后用攝像機(jī)(30幀/s) 同步拍攝,經(jīng)分幀處理,以BMP格式的數(shù)字圖像存入計(jì)算機(jī)。根據(jù)數(shù)字圖像提供的皮帶信息,計(jì)算機(jī)軟件程序?qū)D像進(jìn)行處理、判斷,達(dá)到檢測(cè)目的。實(shí)用中X射線檢測(cè)采集的和處理后的圖像數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。

        圖2 X射線采集和處理后的圖像

        2.2 斷帶保護(hù)技術(shù)及方式

        膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)裝置形式為機(jī)械傳感式的,即傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是靠偏心輥輪實(shí)現(xiàn)。當(dāng)膠帶發(fā)生斷帶等時(shí),膠帶帶動(dòng)了偏心輪偏心旋轉(zhuǎn),擠逮反向運(yùn)轉(zhuǎn)的膠帶,實(shí)現(xiàn)斷帶保護(hù)抓捕。

        同煤集團(tuán)在馬脊梁礦應(yīng)用了由智能測(cè)速與機(jī)械抓捕裝置組成的斷帶抓捕器,實(shí)施了膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)。它主要由旋轉(zhuǎn)臂、弧形紋面壓帶凸輪、限位銷、控制連桿機(jī)構(gòu)、限位裝置、電磁控制裝置等組成,其外形見(jiàn)圖3。

        圖3 KHP119型抓捕機(jī)構(gòu)

        3 對(duì)實(shí)施斷帶保護(hù)的探討及建議

        目前國(guó)內(nèi)研究或應(yīng)用的斷帶保護(hù)方式,在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)還有一些不足。

        (1)磁感應(yīng)檢測(cè)方式的缺點(diǎn)是檢測(cè)輸出的形式為相對(duì)數(shù)據(jù)值,根據(jù)其判斷故障的準(zhǔn)確性較難。特別是要求判斷人員的專業(yè)素質(zhì)較高,而現(xiàn)場(chǎng)這方面的人員較少,同時(shí)檢查數(shù)據(jù)量也較大,勞動(dòng)強(qiáng)度大。建議研發(fā)具有識(shí)別能力的軟件并形成自動(dòng)提示或報(bào)警功能。

        (2)由于膠帶是彈性體,在運(yùn)行中既受到很大拉力又承受很強(qiáng)交變彎曲,造成現(xiàn)有檢測(cè)膠帶定位方式很難保證常年(>3 a)可靠,因此難以保證初始檢測(cè)數(shù)據(jù)樣板與某年后檢測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)比絕對(duì)值的準(zhǔn)確性。在新的可靠定位技術(shù)開(kāi)發(fā)出之前,建議采用磁感應(yīng)在線檢測(cè)方式的同時(shí)配備X射線檢測(cè)鋼絲繩裝置,用其在檢修時(shí)慢速(<1 m/s)定期(每月或每季度) 檢測(cè)一次,并重點(diǎn)檢測(cè)由磁感應(yīng)檢測(cè)數(shù)據(jù)提供的可疑點(diǎn),互補(bǔ)檢測(cè)的不足。

        (3) X射線檢測(cè)成像方式,圖像直觀,判別容易、可靠,今后是有發(fā)展?jié)摿Φ摹V皇悄壳暗腦射線檢測(cè)成像技術(shù)還不能做到快速成像,因此建議盡快攻克X射線檢測(cè)快速成像、傳送和顯示技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)膠帶運(yùn)行在線X射線成像檢測(cè)。

        (4)“鐵磁材料檢測(cè)方式”貫徹的是預(yù)防為主理念,“斷帶抓捕方式”實(shí)施的是“亡羊補(bǔ)牢”策略。從目前2項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用效果來(lái)看,斷帶抓捕方式采用的技術(shù)成熟,控制方式簡(jiǎn)單、直觀、可靠,所以出現(xiàn)了各種斷帶抓捕器。但是,現(xiàn)場(chǎng)使用中暴露出一個(gè)共性問(wèn)題,即日常維護(hù)、定期維檢、動(dòng)作試驗(yàn)工作量大。如一部千米斜井膠帶輸送機(jī)布置26套抓捕器,其中有62個(gè)執(zhí)行裝置,在千米斜井巷道往返檢查執(zhí)行裝置是否被煤塊砸壞、煤泥積漬、操控靈活性等,其工作量繁重是可想而知的。因此,今后需要向少維護(hù)或免維護(hù)方面進(jìn)行改進(jìn)。還有,為了安全可靠需要定期做動(dòng)作試驗(yàn),執(zhí)行裝置為不可逆式,不能自動(dòng)恢復(fù)原狀,須人為手動(dòng)逐個(gè)恢復(fù)原狀,也給使用帶來(lái)不便,應(yīng)該進(jìn)行恢復(fù)方案優(yōu)化研究。

        總之,現(xiàn)應(yīng)用的膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)還需不斷研究和改進(jìn),使之能更好地滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用需求。

        Research of Protection Technology for Coal Mine Belt Conveyor

        Hua Wei

        Based on analyzing the belt conveyor's belt protective technologies and applications and the issues of current non-satisfied reliable requirements,this article states the recommendations of research and application.

        mine transport;underground transport;belt conveyor transport;belt break protection

        TD528+.1

        A

        1000-4866(2010)01-0039-02

        華未,女,1967年出生,山西理工大學(xué)畢業(yè),現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)公司技術(shù)中心工作,工程師。

        2010-01-25

        2010-02-18

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