有關礦用輸送帶縱向撕裂綜合檢測技術的研究

摘 要：帶式輸送機是廣泛應用于礦山井下巷道、礦井地面運輸以及露天采礦選礦等生產中的一種設備，由于礦區工作環境相對復雜，加上輸送機輸送帶運行過程中需要承受來自各個方面的外力，因此很容易因輸送帶跑偏、尖銳器物劃傷等原因導致輸送帶撕裂，不僅給礦區各項業務的正常開展造成了不利影響，而且增加了工作人員的作業安全隱患。因此，必須要深入分析輸送帶縱向撕裂的原因，并在此基礎上探究撕裂問題的綜合檢測技術，確保礦用輸送帶的正常運行。

關鍵詞：礦用輸送帶；縱向撕裂；問題分析；檢測技術

帶式輸送機具有伸縮方便、機架輕巧、持續作業、運行可靠等優點，是煤礦作業中較為理想的運輸設備之一。近年來，通過不斷的技術革新，礦用輸送帶的工作性能也有了進一步提升。縱向撕裂是現階段影響輸送帶運行效率的最常見問題之一，文章首先指出了導致輸送帶出現縱向撕裂問題的常見原因，隨后結合國內外實際情況，對縱向撕裂檢測技術的發展進行了概述，最后從實際工作經驗出發，提出了優化檢測技術的幾點可行性措施。

1 礦用輸送帶的技術優勢和設計要點

1.1 技術優勢

第一，輸送帶的安裝便捷，運行可靠。在礦區生產過程中，為了盡可能的提升企業經濟效益，往往需要長時間、流水性的進行運輸作業。礦用帶式輸送機的機架結構相對簡單，安裝流程非常方便，并且運行穩定性良好，可以適用于多數情況下的礦區礦物輸送。

第二是帶式輸送機的動力消耗低，生產效率高。帶式輸送機的主要動力來源于設備兩端的滾筒，由于物料與輸送帶之間沒有明顯的相位移動，因此輸送帶運行過程中不會產生較大的運行阻力（運行阻力通常為物體最大靜摩擦力的1/5）。這種技術優勢一方面能夠減小礦物運輸對輸送帶的磨損，延長了輸送帶的使用壽命；另一方面也降低了輸送帶運輸所需的功率，起到了很好的節能效果[1]。

1.2 設計要點

要想保證礦用輸送帶的使用效率最大化，必須要保證礦區作業環境的適宜性，總體來說，在進行礦用輸送帶設計時，需要考慮以下設計要點：首先，要考慮輸送帶每天的運轉時間、服務年限和工作環境，通過營造良好的作業環境，最大限度的延長設備使用壽命；其次，要考慮輸送帶的運行速度、前后段的水平高度差以及連接尺寸等。通過精確化的測量和計算，確保輸送帶的運行效率達到最高，在相同時間段內為企業創造最大化的價值。

2 輸送帶縱向撕裂的原因分析

由于受礦區工作環境和設備自身因素的影響，輸送帶在使用過程中很容易發生各式各樣的問題，如果不能提前做好故障問題的防范和控制，必然會影響礦區企業的正常生產活動。結合實際工作經驗，礦用輸送帶的常見故障有皮帶跑偏、輸送帶卡阻、輸送帶撕裂等幾類。現以輸送帶的縱向撕裂為例，對其撕裂原因展開論述。

2.1 礦物直接打擊導致輸送帶撕裂

漏斗在常年使用期間，很容易出現內壁和漏口的磨損問題，導致漏斗出口變大。在這種情況下，一些體積較大的矸石、鐵釬等尖銳物體夾雜在煤礦中，從漏斗處直接撞擊到下方的輸送帶上。受重力因素的影響，輸送帶所受到的瞬時壓力極大，加上這些物體撞擊面尖銳，就有可能劃破輸送帶。與此同時，輸送帶在前后滾輪的帶動下做高速的直線運動，從而形成與運動速度方向一致縱向撕裂。

2.2 異物堆積阻塞導致輸送帶撕裂

輸送帶轉載點的下落口面積有限，當輸送帶所運輸的矸石或礦石體積超過下落口時，這些大體積礦石將不能順利的下落，而是卡在漏洞與托輥之間。如果操作人員不能及時的將這些大體積矸石、礦石清理掉，就會阻塞后續礦石的正常運輸和轉載，并且在下落口逐漸堆積起來。隨著礦石堆積數量的不斷增加，轉載點輸送帶面臨的壓力也會持續上升，當重力超過輸送帶的承受壓力后，就會導致輸送帶撕裂[2]。同樣，隨著輸送帶不斷的做直線運動，該撕裂口也會發展為縱向撕裂。

2.3 輸送帶跑偏撕裂

輸送帶跑偏是礦用輸送機運行過程中最為常見的一種現象，通常情況下，只要輸送帶跑偏夾角控制在一定范圍內，或是及時的進行調整，不會對整個輸送工作產生不利影響。但是當輸送帶跑偏角度過大，并且輸送機高速運轉時，就會因為輸送帶兩側運行速度不一致而形成明顯的褶皺。同時，由于輸送帶兩側拉力不同，也會導致整個輸送帶表面的受力不均衡，加上運輸礦物、矸石重量的影響，很容易使輸送帶脫離預定的軌道，與設備上的托輥發生摩擦，導致輸送帶發生縱向撕裂。

2.4 膠帶接頭斷裂導致輸送帶縱向撕裂

輸送帶在運送礦物、矸石時，不可避免的要與這些大體積物體發生摩擦和碰撞，隨著使用時間的增長，輸送帶表層膠帶就容易出現磨損、斷裂，內部的鋼絲逐漸裸露出來。這些鋼絲在矸石的擠壓下，長度不斷增加，很有可能絞入托輥中。另一方面，輸送帶保持高速運轉，這些鋼絲很有可能對輸送帶產生切割，造成縱向撕裂。

3 縱向撕裂檢測技術的發展現狀

輸送帶的最早應用可以追溯到19世紀末期，但是針對輸送帶縱向撕裂問題的研究卻直到20世紀四五十年代才開始。受經濟條件、人才儲備等因素的影響，國內相關研究工作的起步較晚，改革開放以后才有學者進行輸送帶縱向撕裂檢測技術的理論探討。但是隨著近年來我國經濟水平的不斷提升，以及礦用輸送帶使用規模的增長，輸送帶撕裂問題分析和綜合檢測技術的發展速度也非常之快，目前來說，國內較為常見的縱向撕裂檢測技術主要有以下幾類[3]。

3.1 接觸式檢測裝置

顧名思義，接觸式檢測裝置就是利用各種傳感器，通過直接接觸輸送帶進行故障檢測的方式，來判斷是否存在縱向撕裂，或是發生縱向撕裂的隱患。常用的接觸式檢測設備用浮點支架檢測、撕裂壓力檢測以及震動檢測等。通過分析該類設備的檢測原理可以看出，接觸式檢測裝置更加傾向于礦用輸送帶發生縱向撕裂后的撕裂檢測和分析，其檢測重點是為設備維護人員提供撕裂信息，并以此為依據推斷出導致撕裂產生的原因。因此，接觸式接觸技術的適用面相對狹窄，尤其是在地況復雜、環境惡劣的礦區，往往不能取得預期的檢測效果。除此之外，接觸式檢測裝置的傳感探頭靈敏度較高，很容易受環境影響而出現損壞，因此也需要進行頻繁的維修和更換，不僅影響正常的檢測效率，而且會產生較大的資金花費。

3.2 非接觸式檢測裝置

常見的非接觸式檢測設備有超聲波檢測、X光檢測、電磁感應檢測等。這類檢測的優點在于可以實現輸送帶縱向撕裂的提前檢測和隱患預警。例如，我們在使用超聲波檢測時，首先利用超聲波設備檢測輸送帶，然后利用專門的計算機信號處理軟件，對超聲波檢測信息進行收集和分析，通過成像觀看，操作人員可以一目了然的發現輸送帶隱藏的質量問題，例如內部鋼絲斷裂、輸送帶韌性不足等問題。同時，這種非接觸式檢測的結果反饋時間非常短，加上檢測期間不影響礦用輸送帶的正常運作，因此兼具質量性和效益性。需要注意的是，無論是采用超聲波檢測還是X光檢測，都有可能對人體造成一定的危害，因此在進行輸送帶檢測時，相關人員應當做好防護措施。這種檢測方法也有一部分缺點，例如由于采用了技術含量和精密度較高的設備，因此設備的維護和保養費用較高，一旦損壞，還會給企業造成較大的經濟損失[4]。

3.3 超前檢測裝置

前面介紹的兩種裝置，雖然能夠在一定程度上防控礦用輸送帶的撕裂問題，但是并不能從根本上阻止縱向撕裂問題的發生。超前檢測裝置主要有輸送帶表面裂紋檢測裝置、機械式超前保護裝置、電磁除鐵保護裝置等。由于80%的撕裂事故發生在機尾裝載點處，且主要為異物卡壓和穿透撕裂，故只要能及時檢測出裝載點是否有異物被卡或刺穿輸送帶，并及時報警停車即可。防卡壓撕裂裝置主要針對異物卡壓而設計，通過在機尾裝載點設計活動頁板，較大異物通過機尾裝載點后，撥動活動頁板，從而觸發壓力傳感器發出報警信號，保護輸送帶不受損壞。

4 輸送帶縱向撕裂綜合檢測系統

為盡量減少輸送帶撕裂事故，提高撕裂保護可靠性，提出一種防止輸送帶縱向撕裂的綜合檢測系統。系統組成如下：

4.1 電磁除鐵儀

在機尾裝載點前方設置電磁除鐵儀，當有大塊金屬物通過時，通過電磁除鐵儀將金屬物吸起，避免金屬物進入機尾裝載點，從而保護輸送帶免受損傷。

4.2 機械式超前保護裝置

對于較大或較尖銳的異物如大塊矸石在進入機尾裝載點后，觸動壓力開關或者限位開關，發出報警信號，使得輸送機關機停車，避免發生重大撕裂事故。

4.3 X光透視檢測裝置

在輸送帶容易發生鋼絲繩芯斷裂的部位設置X光透視檢測裝置，對輸送帶縱向撕裂情況進行實時檢測，一旦鋼絲繩芯發生斷裂，立即發出報警信號，從而使輸送機關機停車。

4.4 礦用紅外攝像儀

對于轉載點附近，往往由于較大的尖銳物、大塊矸石等在轉載時刺穿輸送帶，在此類部位設置礦用紅外攝像頭，可全天對輸送帶進行監測。其結構如圖1所示。

在初步的實驗過程中，該設計方案能夠對礦用輸送帶的運行全過程進行動態監控，無論是哪一部位出現故障問題，都能夠通過相應的檢測設備及時報警，同時切斷輸送機電源，等待設備維護人員進行修理，從而避免了更大損失的產生。

參考文獻

[1]黃俊民，魏任之.礦用鋼繩芯帶式輸送機實時工況監測與故障診斷技術[J].煤炭學報，2015（2）：131-133.

[2]曹曉璐，李松雪.輸送帶縱向撕裂可見光與紅外雙目視覺在線檢測系統研究[J].浙江農業機械，2014（21）：164-165.

[3]徐宏偉，楊金超.機器視覺的輸送帶縱向撕裂故障檢測系統信號采集器的研究[J].煤礦技術與管理，2013（26）：109-111.

[4]周福容，李順旺.基于虛擬儀器的機器視覺技術在輸送帶縱向撕裂檢測應用中的研究[J].中國地質經濟，2014（4）：266-267.