劉大同

(大同煤礦集團有限責任公司技術中心,山西大同 037003)

大型膠帶輸送機斷帶保護技術

劉大同

(大同煤礦集團有限責任公司技術中心,山西大同 037003)

介紹了國外膠帶輸送機鋼繩芯受損情況檢測器——“CBM檢測器”與國內鐵磁材料及 X射線檢測膠帶輸送機鋼繩芯受損技術。介紹了斷帶保護裝置 KHP119型抓捕機構工作原理及應用。對目前現(xiàn)場使用的膠帶輸送機鋼繩芯受損檢測技術,提出研究方向和應用建議。

膠帶輸送機;斷帶保護;應用建議

Protection Technology of Belt Broken for Large Belt Conveyor

膠帶輸送機是散型物料連續(xù)運輸、轉載的最佳設備,被廣泛用于各個領域。以煤礦為例,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,造成運輸設備本身損壞,少則上百萬;其二,處理事故恢復生產(chǎn)更為困難,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。

斷帶預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難度非常大,因此,不斷進行斷帶保護的技術研究,探討大型膠帶輸送機斷帶保護的實施技術、方式和效果是非常必要的。

1 斷帶保護方式

概括起來有 2種思路,一是以預防為主,應用監(jiān)測技術進行斷帶提前預報;二是以減小損失為主,實施斷帶后的電氣保護和機械抓捕。

監(jiān)測預報的優(yōu)點是可以有計劃的采取措施減小或消除安全隱患,不影響生產(chǎn),缺點是預報精確度不能達到期望值。

斷帶抓捕的優(yōu)點是設施簡單、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。

1.1 監(jiān)測技術及方式

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,因此,監(jiān)測鋼繩芯的受損情況就可以預測斷帶可能性。

國外利用磁感應原理對鋼繩芯進行檢測,研發(fā)了 “CBM檢測器”。該檢測器是由上下兩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。國內近幾年也在進行電磁感應式鋼繩芯在線檢測技術研究與應用。如大同煤礦集團有限責任公司與煤炭科學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三年多在線監(jiān)測,獲得較好的效果。

1.1.1 用鐵磁材料檢測鋼絲繩芯技術

由于鋼繩芯膠帶內部是由多根鋼絲繩在膠帶內同一平面并排分布,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、磁矩偏轉對外顯示磁性。這一過程與物質成份、微結構和內部缺陷有密切的依賴關系。與磁化有關的能量有：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果,磁體并不顯示磁性。鋼絲繩作為一種順磁介質,基于檢測的設計要求,在檢測前必須磁化到飽和狀態(tài)。當有一個磁場靠近鋼絲繩,將對鋼絲繩中的每一個磁偶極子分子產(chǎn)生一個力矩,使其磁偶極距轉向磁場方向,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、圖 2為基于鐵磁材料檢測技術應用于馬脊梁礦的檢測裝置。

圖1 磁接收傳感器

圖2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

1.1.2 用 X射線檢測鋼絲繩芯技術

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)字圖像提供的膠帶信息,計算機軟件程序對圖像進行處理、判斷達到檢測目的,原理如圖 3所示。

圖3 X射線檢測系統(tǒng)

實用中 X射線檢測采集的圖像和處理后的圖像數(shù)據(jù)如圖 4所示。

圖4 X射線采集和處理后的圖像

1.2 斷帶保護技術及方式

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)行機構都是靠偏心輥輪實現(xiàn)(見圖 5),當膠帶以 u1方向正常運轉時,偏心輪以O為圓心,沿 F1方向旋轉作為托輥使用 (圖 5a)。當膠帶發(fā)生斷帶等時,膠帶沿 u2方向反轉,帶動偏心輪以O1為圓心,偏心旋轉,擠逮反向運轉的膠帶 (圖 5b),實現(xiàn)斷帶保護的目的。

圖5 抓捕原理示意

同煤集團在馬脊梁礦應用了由智能測速與機械抓捕裝置組成的 KHP119型斷帶抓捕器,實施了膠帶輸送機斷帶保護。該抓捕器主要由旋轉臂、弧形紋面壓帶凸輪、限位銷、控制連桿機構、限位裝置、電磁控制裝置等組成,其外形見圖 6。

圖6 KHP119型抓捕機構

2 對實施斷帶保護探討及建議

目前國內研究或應用的斷帶保護方式,在現(xiàn)場應用中還有一些不足,主要表現(xiàn)為：

(1)磁感應檢測方式的缺點是檢測輸出的形式為相對數(shù)據(jù)值,其判斷有故障的準確性較難。特別是要求判斷人員的專業(yè)素質較高,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 (＞3a)質量可靠。因此,很難保證初始檢測數(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開發(fā)出前,建議采用磁感應在線檢測方式的同時配備 X射線檢測鋼絲繩裝置,在檢修時慢速 (＜1m/s)定期檢測一次 (每月或每季度),并重點檢測由磁感應檢測數(shù)據(jù)提供的可疑點,互補檢測不足。

(3)由于 X射線檢測成像方式,圖像直觀判別容易、可靠,是今后有發(fā)展?jié)摿Φ?。只是目前的X射線檢測成像技術還不能達到快速成像,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”貫徹的是預防為主理念,“斷帶抓捕方式”實施的是 “亡羊補牢”策略。從目前兩項技術的發(fā)展和應用效果來看,斷帶抓捕方式采用的技術成熟,控制方式簡單、直觀、可靠,所以各種類斷帶抓捕器孕育而生。但是從現(xiàn)場使用中暴露出一個共性問題,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。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,不能自動恢復原狀,須人為手動逐個恢復原狀,也給使用帶來不便。應該進行恢復方案優(yōu)化研究。

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

TD634.1

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1006-6225(2010)01-0077-02

2009-06-29

劉大同 (1958-),男,遼寧錦州人,優(yōu)高,大同煤礦集團有限責任公司技術中心礦山機電研究所所長。

王興庫]