華 未

煤礦膠帶輸送機斷帶保護技術(shù)研究

華 未

通過對膠帶輸送機斷帶保護技術(shù)及產(chǎn)品的應(yīng)用分析，針對目前還不能滿足現(xiàn)場使用對其可靠性要求的問題，提出研究方向和應(yīng)用建議。

礦山運輸；井下運輸；膠帶輸送機運輸；斷帶保護

1 實施斷帶保護的意義

現(xiàn)代化礦井主井運輸首選膠帶輸送機。但是，承載物料的膠帶在高速、高拉力工況下發(fā)生過斷帶事故，尤其在斜井發(fā)生斷帶事故所造成的經(jīng)濟損失是巨大的。其一，造成運輸設(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題，實施斷帶保護被列入安全規(guī)程中。然而，大型膠帶輸送機實施可靠的斷帶保護技術(shù)難度非常大，因此不斷進行斷帶保護的技術(shù)研究是與膠帶輸送機伴隨而來的，所以探討大型膠帶輸送機斷帶保護的實施技術(shù)、方式和效果是非常必要的。

2 斷帶保護方式

概括起來有兩種思路，一是以預(yù)防為主，應(yīng)用監(jiān)測技術(shù)進行斷帶提前預(yù)報；二是以減小損失為主，實施斷帶后的電氣保護和機械抓捕。兩類各有優(yōu)缺點。監(jiān)測預(yù)報的優(yōu)點是可以有計劃地采取措施減小或消除安全隱患，不影響生產(chǎn)，缺點是預(yù)報精確度不能達到期望值。斷帶抓捕的優(yōu)點是設(shè)施簡單、可靠程度高；缺點是膠帶長度長，抓捕點多，日常維護工作量大，維護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)測技術(shù)及方式

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

2.1.1 用鐵磁材料檢測鋼絲繩芯技術(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過程中都被飽和磁化形成磁疇的磁壁移動、磁矩偏轉(zhuǎn)，對外顯示磁性。這一過程與物質(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、退磁場能及磁場作用能。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，在沒有外磁場的情況下，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)，基于檢測的設(shè)計要求，在檢測前必須磁化到飽和狀態(tài)。當(dāng)一個磁場靠近鋼絲繩，將對鋼絲繩中的每一個磁偶極分子產(chǎn)生一個力矩，使它們的磁偶極距轉(zhuǎn)向磁場方向，這樣一來，在磁化場的力矩作用下，各個磁偶極分子在一定程度上沿著磁化場的方向排列起來，宏觀效果表現(xiàn)為在鋼絲的兩端出現(xiàn)磁極性。通過檢測鋼絲繩磁場強弱值便可知其工作狀態(tài)。圖1為基于鐵磁材料檢測技術(shù)應(yīng)用于馬脊梁礦的檢測裝置。

圖1 磁接收傳感器

2.1.2 用X射線檢測鋼絲繩的技術(shù)

X射線是1895年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)的。它是一種波長很短的電磁波。X射線檢測鋼絲繩芯原理是X射線透過鋼繩芯膠帶，經(jīng)圖像增強器（或成像板）將隱含的X射線檢測信號轉(zhuǎn)換為可見的模擬圖像；然后用攝像機（30幀/s） 同步拍攝，經(jīng)分幀處理，以BMP格式的數(shù)字圖像存入計算機。根據(jù)數(shù)字圖像提供的皮帶信息，計算機軟件程序?qū)D像進行處理、判斷，達到檢測目的。實用中X射線檢測采集的和處理后的圖像數(shù)據(jù)見圖2。

圖2 X射線采集和處理后的圖像

2.2 斷帶保護技術(shù)及方式

膠帶輸送機斷帶保護裝置形式為機械傳感式的，即傳感器與執(zhí)行機構(gòu)都是靠偏心輥輪實現(xiàn)。當(dāng)膠帶發(fā)生斷帶等時，膠帶帶動了偏心輪偏心旋轉(zhuǎn)，擠逮反向運轉(zhuǎn)的膠帶，實現(xiàn)斷帶保護抓捕。

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

圖3 KHP119型抓捕機構(gòu)

3 對實施斷帶保護的探討及建議

目前國內(nèi)研究或應(yīng)用的斷帶保護方式，在現(xiàn)場應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)還有一些不足。

（1）磁感應(yīng)檢測方式的缺點是檢測輸出的形式為相對數(shù)據(jù)值，根據(jù)其判斷故障的準確性較難。特別是要求判斷人員的專業(yè)素質(zhì)較高，而現(xiàn)場這方面的人員較少，同時檢查數(shù)據(jù)量也較大，勞動強度大。建議研發(fā)具有識別能力的軟件并形成自動提示或報警功能。

（2）由于膠帶是彈性體，在運行中既受到很大拉力又承受很強交變彎曲，造成現(xiàn)有檢測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數(shù)據(jù)樣板與某年后檢測的數(shù)據(jù)對比絕對值的準確性。在新的可靠定位技術(shù)開發(fā)出之前，建議采用磁感應(yīng)在線檢測方式的同時配備X射線檢測鋼絲繩裝置，用其在檢修時慢速（＜1 m/s）定期（每月或每季度） 檢測一次，并重點檢測由磁感應(yīng)檢測數(shù)據(jù)提供的可疑點，互補檢測的不足。

（3） X射線檢測成像方式，圖像直觀，判別容易、可靠，今后是有發(fā)展?jié)摿Φ?。只是目前的X射線檢測成像技術(shù)還不能做到快速成像，因此建議盡快攻克X射線檢測快速成像、傳送和顯示技術(shù)難題，實現(xiàn)膠帶運行在線X射線成像檢測。

（4）“鐵磁材料檢測方式”貫徹的是預(yù)防為主理念，“斷帶抓捕方式”實施的是“亡羊補牢”策略。從目前2項技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用效果來看，斷帶抓捕方式采用的技術(shù)成熟，控制方式簡單、直觀、可靠，所以出現(xiàn)了各種斷帶抓捕器。但是，現(xiàn)場使用中暴露出一個共性問題，即日常維護、定期維檢、動作試驗工作量大。如一部千米斜井膠帶輸送機布置26套抓捕器，其中有62個執(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，今后需要向少維護或免維護方面進行改進。還有，為了安全可靠需要定期做動作試驗，執(zhí)行裝置為不可逆式，不能自動恢復(fù)原狀，須人為手動逐個恢復(fù)原狀，也給使用帶來不便，應(yīng)該進行恢復(fù)方案優(yōu)化研究。

總之，現(xiàn)應(yīng)用的膠帶輸送機斷帶保護技術(shù)還需不斷研究和改進，使之能更好地滿足現(xiàn)場實用需求。

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)在大同煤礦集團公司技術(shù)中心工作，工程師。

2010-01-25

2010-02-18