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