帶式輸送機皮帶縱向撕裂檢測系統的設計與應用

張 勝

（大同煤礦集團同生樹兒里煤業有限公司，山西 大同 037100）

隨著煤礦井下煤巷和巖巷作業效率的不斷提高，帶式輸送機已成為了煤礦不可替代的主要運輸設備，直接影響著煤礦運輸及生產效率。由于煤礦井下環境復雜、巷道條件制約等因素影響，帶式輸送機在運輸過程中常發生跑偏、飄帶、撕裂、脫膠等故障，輕則撒矸，重則造成皮帶縱向撕裂、斷帶等安全事故。皮帶的縱向撕裂是最常見問題，同時也是最不容易被發現的問題，一旦發生將嚴重影響到帶式輸送機的運輸效率。

1 工程概況

大同煤礦集團樹兒里煤業位于大同市左云縣境內，井田面積1.213 1 km2，東西長2. 020 km，南北寬0.673 km，礦井保有儲量2433 萬t，可采儲量519. 46 萬t，礦井生產能力為0.9 Mt/a，屬低瓦斯礦井。礦井開拓方式為斜井開拓，共布置3 個井筒。樹兒里煤業井下各工作面主要采用順槽可伸縮帶式輸送機進行原煤的運輸。主要有DSJ120/150/250 帶式輸送機，KGT-1 型皮帶，帶寬1200 mm，帶速3.15 m/min，電機功率2×250 kW，運輸能力為1500 t/h。

樹兒里煤業的帶式輸送機具有運量大、運輸距離長的特點，其井下工作環境比較惡劣，對帶式輸送機及皮帶的維修和保養難度較大，皮帶易發生縱向撕裂而造成報廢，影響主運輸系統的工作。該煤礦以往也采用過聲波技術、微電流技術、皮帶嵌入導體探測技術等對皮帶縱向撕裂問題進行檢測。從應用效果來看，以上各種皮帶縱向撕裂檢測技術都具有一定的成效，但是整體效果不太理想，主要存在以下不足：檢測技術均為事后檢測技術，皮帶縱向撕裂事故發生后才能檢測到，無法實現事故的提前預測；檢測方法的應用范圍不廣，不具有普適性；檢測精準度不高，誤報情況較多，影響生產的連續性。因此，必須設計一種更為理想的皮帶縱向撕裂檢測方法[1-6]，提高對帶式輸送機皮帶的保護，保障運輸設備運行的穩定性，提高設備的使用壽命。

2 TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統的設計

2.1 結構分析

針對帶式輸送機皮帶縱向撕裂檢測中存在的不足，基于KGT-1 型輸送皮帶設計了一種新型的TIECBC 皮帶縱向撕裂檢測系統，其結構如圖1，主要包括X 射線發射箱、X 射線控制器、X 射線接收箱、連接電纜、支架、防護鉛板、遠端服務器等部件。

圖1 皮帶縱向撕裂檢測系統結構示意圖

TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統運行原理框架如圖2。X 光射線源針對鋼絲繩芯輸送皮帶提供低輻射X 輸出；由光電轉換模塊、信號采集模塊、信號處理傳輸模塊、電源模塊組成的高速X 光探測器進行高速信號采集、處理、傳輸；計算機及系統軟件提供圖像處理、識別、分析功能。

圖2 TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統運行原理示意圖

2.2 工作原理

工作原理：系統中X 光射線源啟動發射X 光線，X 光線可以穿透正在工作中的帶式輸送機鋼絲繩芯皮帶，可照射在高速X 光探測器裝置的光電轉換模塊上，光電轉換模塊將鋼絲繩芯皮帶圖像的光信號轉換為電信號，進而通過信號采集模塊轉換為數字信號；信號處理傳輸模塊及時處理鋼絲繩芯皮帶的數字信號，將結果百/千兆以太網傳輸到地面控制中心的計算機及處理系統進行處理；此時鋼絲繩芯皮帶圖像的數字信號可直接在軟件上實時顯示、存儲，并對圖像進行處理、識別和分析，從而可以提取到皮帶中斷裂、劃傷、接頭問題等故障，根據分析結果及時提供預警方案及提醒。

設備工作過程中采用X 射線對帶式輸送機皮帶進行透視檢測，配合圖像處理方法及程序算法，可以在軟件上顯示與帶式輸送機皮帶相符合的輪廓線。在輪廓線上對相應的缺陷問題進行幾何信息的解析，可以反映出皮帶存在的縱向撕裂故障及故障位置。

3 實踐應用及效果分析

3.1 工況分析

樹兒里煤業2204 工作面采煤機型號為MG400/940/WD，配套SGZ-800/800 刮板運輸機+DSJ120/150/250 膠帶輸送機。為保障帶式輸送機皮帶的運行安全，在帶式輸送機上安裝了新設計的TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統。同時，為減少輸送過程中原煤和矸石等其他雜物對監測結果的干擾，確定將該工作面帶式輸送機上皮帶縱向撕裂檢測系統進行倒置安裝，即將X 光射線發射源安裝在帶式輸送機皮帶的底部，對皮帶回空段進行監測，主要對皮帶上的原煤、矸石與皮帶的接觸面區域進行探測。

3.2 效果分析

TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統在2204 工作面帶式輸送機中進行了應用，從2021 年2 月1 月至2021 年10 月1 日期間，帶式輸送機運行正常，皮帶縱向撕裂檢測系統功能發揮正常，共發現皮帶鋼絲繩芯斷裂14 處、異常12 處、接頭抽動1 處。經進一步驗證，檢查結果準確率100%。根據檢查結果及時對皮帶進行了維修、保養、更換，防止了皮帶縱向撕裂故障的發生。TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統在應用中還表現出了以下特點：

3.2.1 直觀精準

應用TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統后，帶式輸送機皮帶的情況可以實時的在控制中心的電腦監控畫面中直接顯示出來。若皮帶輪廓線出現缺口損傷、斷筋等問題可以直觀看到，同時通過系統記錄算法信息，可以得到皮帶損傷程度、缺口大小、撕裂長度等指標，為皮帶問題隱患處理提供參考，有效控制帶式輸送機皮帶成本的消耗。

3.2.2 預判功能

通過對皮帶縱向撕裂事故的原因分析，其最大的破壞物為原煤中存在的大塊矸石以及尖利鐵器，除此之處85%皮帶縱向撕裂事故都具有可預見性。如皮帶開膠起泡以及連續穿刺劃傷等局部損傷無法及時得到維修和保養，將造成皮帶縱向撕裂事故。TIE-CBC 檢測系統可以對皮帶出現的撕裂損傷提前進行檢測和反饋，為皮帶的維修和保養制定精確的時間和方法，可有效避免皮帶縱向撕裂事故的發生。

3.2.3 節約成本

從2204 工作面的應用情況來看，TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統應用后，帶式輸送機皮帶在使用、維護良好的情況下，皮帶的使用壽命大幅度提高了，皮帶更換周期為以往的30%。同時因具有預判功能，皮帶的磨損主要為沖擊穿刺傷和剮蹭起皮，對皮帶繩芯損傷并不大，可以對磨損面進行修補后繼續使用，從而有效地控制帶式輸送機的使用成本。

4 結語

針對帶式輸送機皮帶以往縱向撕裂檢測系統存在的不足，設計了一種TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統。該系統能較好地實現皮帶縱向撕裂的提前預判，在皮帶出現細小損傷或開膠、斷芯等情況時就能及時地進行反饋及預警，為皮帶及時維修和保養提供支持。該TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統在樹兒里煤業2204 工作面帶式輸送機上進行了實踐應用，效果理想，為企業創造了較好的安全經濟效益。