露天煤礦破碎站鐵器檢測方法研究

郭耘廷　張寶寧

【摘要】煤炭是地球上蘊藏量最豐富、分布范圍最廣的化石燃料因此煤礦的開采作業就顯得十分的關鍵。在采煤作業過程中，破碎物料是重要生產環節，降低該環節破碎設備購買與維修投入對煤炭生產效率的提高意義重大。破碎作業生產中，破碎機作為破碎站的主要部件，損壞頻率高，維護成本大，維修過程中占用大量人力物力資源。神華寶日希勒能源有限公司露天煤礦位于內蒙古呼倫貝爾市陳旗境內，所產煤種為褐煤。露天礦煤層結構復雜，煤層中間會存在煤矸石，一些煤矸石中含有鐵結核。鐵結核質地堅硬難免會對電鏟、裝載機等采煤設備造成損害，導致一些脫落的設備配件混入礦物中送到輥式破碎機中破碎。這些以鐵器為主的脫落設備配件會不同程度地造成破碎機發生故障。

【關鍵詞】煤炭破碎站鐵器損壞

因此一旦破碎機因鐵器掉入引起故障，則必須停機檢修，將鐵器取出，這將耗費大量人力物力，嚴重影響生產效率，如果處理不及時甚至造成生產事故。因此必須尋找解決方案，采取相應措施以防止此類事件發生。

一．國內外研究現狀

（一）國外研究現狀：隨著科學技術的不斷發展，金屬探測器在工作性能及檢測精度上都有很大的提高。國外金屬探測器種類繁多，有適用于多種應用場合的通用型金屬探測器，也有針對某個專業領域或特有應用場景所設計的專業型金屬探測器，如有適用于潮濕海灘的地下金屬探測器，也有適用一般陸地、山地的地下金屬探測器，針對水面下的有水下金屬探測器。國外金屬探測器整體性能比較優良，測量精度高，實時性好，抗干擾能力比較強，可根據不同的檢測環境調整相關檢測參數，如靈敏度，但是一般價錢昂貴，很多人承受不起。

（二）國內研究現狀：電渦流檢測理論在我國的研究起步比較晚，近年來，我國已在人工神經網絡技術和三維缺陷的阻抗圖的研究領域取得了很大的進步，與發達國家的研究水平相接近，促進了渦流檢測理論在我國的發展。國內金屬探測器的研究和開發更多的集中在安全領域，大多數的探測器的質量達不到要求，所以得不到相關的認證，因此外資品牌占據了80%的國內市場份額，民用航空市場也一直在使用國外品牌的金屬探測器。由于國內對其的研究起步較晚，又受到信息匱乏的限制，技術相對不成熟，所以在國內金屬探測器一般還是以從國外引入為主。

二．研究內容及目標

（一）研究內容：詳細了解電磁場原理、渦流傳感器的工作原理，分析金屬物體對探測接收線圈阻抗的影響；根據檢測系統的工作環境和技術要求，確定此次檢測系統的方案和技術路線；硬件設計包括檢測系統的發射線圈電路，接收線圈電路；采集信號的采集卡以及信號的調理模塊、處理器模塊、電源模塊，確定各設備的參數和型號，完成相對應的硬件選型；軟件設計則需要借助Labview，通過編程進行數據存儲及控制；通過人機交互設備，通過系統所具有的報警功能，給操作人員提示采取停機工作；在實驗室搭建實驗環境，完成相關功能的調試工作，完善該檢測系統功能；結合現場的工作環境，選擇金屬探測裝置最合適的安裝位置，并設計合理的安裝與布線方案。

（二）研究目標

（1）確定該工作方案的可行性；

（2）在實驗室完成調試工作

（3）采購相關的設備進行現場安裝布線和調試工作

三．實驗方案選擇

本課題采用基于電磁感應原理的方式對煤中的鐵雜質進行檢測，其主要方式有以下兩種：折射法和反射法。 由于金屬探測器在日常生活、安全檢查、礦下金屬探測方面已經日益廣泛，技術也比較成熟。故而根據其結構方式和原理，本課題采用線圈同軸共面（反射法）進行鐵器檢測。即是發射端采用通有高頻交變磁場的圓形銅線圈，線圈匝數一定，磁場變化率一定，接收端的傳感器也采用一定匝數的圓形銅線圈組成。讓兩組線圈處于同一軸線并且在同一平面，再用各種不同外圈直徑尺寸大小的鐵塊在磁場內做切割磁感線運動，觀察接收線圈的輸出信號變化量。

反射式鐵器檢測的基本原理和感應式金屬檢測器原理大致相同，都是基于電磁感應原理和渦流效應。反射式鐵器檢測系統主要由兩個線圈組成，一個為初級線圈（發射線圈），另一個為次級線圈（接收線圈）由法拉第電磁感應定律我們知道，把一根金屬導體或者閉合線圈放置在一個恒定的或者是交變的磁場中，就會在金屬導體或者閉合線圈中產生感應電動勢和感生電流，如果這個金屬導體做切割磁感線的運動，就會在金屬導體中產生動生電動勢和動生電流，該動生電流值或者感生電流值在金屬表面產生一個如水流般的漩渦，即為渦流效應。渦流效應產生的二次磁場大小會對原磁場的磁場強度產生抑制作用。

通過現場調研，將鐵器探測裝置伸出固定在三層工作平臺上，該位置位于和板式給料機平行的地方，即是對著煤的位置。板式給料機速度較慢，這樣鐵器探測裝置可以在固定且穩定的區域內檢測鐵器，大大增加了檢測的精準度。

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作者簡介：郭耘廷（1994—），男，漢族，吉林省遼源市，碩士研究生，中國礦業大學（北京），研究方向：現代傳感技術及智能化儀器