大型胶带输送机断带保护技术

刘大同

(大同煤矿集团有限责任公司技术中心,山西大同 037003)

大型胶带输送机断带保护技术

刘大同

(大同煤矿集团有限责任公司技术中心,山西大同 037003)

介绍了国外胶带输送机钢绳芯受损情况检测器——“CBM检测器”与国内铁磁材料及 X射线检测胶带输送机钢绳芯受损技术。介绍了断带保护装置 KHP119型抓捕机构工作原理及应用。对目前现场使用的胶带输送机钢绳芯受损检测技术,提出研究方向和应用建议。

胶带输送机;断带保护;应用建议

Protection Technology of Belt Broken for Large Belt Conveyor

胶带输送机是散型物料连续运输、转载的最佳设备,被广泛用于各个领域。以煤矿为例,现代化矿井主井运输首选胶带输送机,但是,承载物料的胶带在高速、高拉力工况下,发生过断带事故,尤其在斜井发生断带事故,所造成的经济损失是巨大的。其一,造成运输设备本身损坏,少则上百万;其二,处理事故恢复生产更为困难,在斜井底部清理上百吨煤炭和千米的胶带是极为困难的,工期之长造成的停产损失更是巨大、惊人。

断带预防和减轻损失是必须解决的问题,实施断带保护被列入安全规程中。然而,大型胶带输送机实施可靠的断带保护技术难度非常大,因此,不断进行断带保护的技术研究,探讨大型胶带输送机断带保护的实施技术、方式和效果是非常必要的。

1 断带保护方式

概括起来有 2种思路,一是以预防为主,应用监测技术进行断带提前预报;二是以减小损失为主,实施断带后的电气保护和机械抓捕。

监测预报的优点是可以有计划的采取措施减小或消除安全隐患,不影响生产,缺点是预报精确度不能达到期望值。

断带抓捕的优点是设施简单、可靠程度高,缺点是胶带长度长,抓捕点多,日常维护工作量大,维护跟不上可靠性将打折扣。因此,各种方式都在不断探索和完善。

1.1 监测技术及方式

为了提高胶带输送机的运输能力,在胶带上采用了压制钢绳芯技术,因此,监测钢绳芯的受损情况就可以预测断带可能性。

国外利用磁感应原理对钢绳芯进行检测,研发了 “CBM检测器”。该检测器是由上下两个传感器对中间钢绳芯检测,将检测信号进行处理、显示,就可知道钢绳芯的受损情况。国内近几年也在进行电磁感应式钢绳芯在线检测技术研究与应用。如大同煤矿集团有限责任公司与煤炭科学研究总院共同进行了钢绳芯输送带电磁综合在线监测系统研发,并在马脊梁矿进行了三年多在线监测,获得较好的效果。

1.1.1 用铁磁材料检测钢丝绳芯技术

由于钢绳芯胶带内部是由多根钢丝绳在胶带内同一平面并排分布,任何一根钢丝,在胶带检测过程中,都被饱和磁化形成磁畴的磁壁移动、磁矩偏转对外显示磁性。这一过程与物质成份、微结构和内部缺陷有密切的依赖关系。与磁化有关的能量有：交换能、磁晶各向异性能、磁滞伸缩和磁弹性能、退磁场能及磁场作用能。理论研究表明,凡遵循热力学平衡条件,即自由能极小的原则,在没有外磁场的情况下,晶体的易磁化方向是前 4种能量综合作用的结果,磁体并不显示磁性。钢丝绳作为一种顺磁介质,基于检测的设计要求,在检测前必须磁化到饱和状态。当有一个磁场靠近钢丝绳,将对钢丝绳中的每一个磁偶极子分子产生一个力矩,使其磁偶极距转向磁场方向,这样一来,在磁化场的力矩作用下,各个磁偶极分子在一定程度上沿着磁化场的方向排列起来,宏观效果在钢丝的两端出现磁极性。通过检测钢丝绳磁场强弱值便可知其工作状态。

图1、图 2为基于铁磁材料检测技术应用于马脊梁矿的检测装置。

图1 磁接收传感器

图2 数据处理系统

1.1.2 用 X射线检测钢丝绳芯技术

X射线检测钢丝绳芯原理是 X射线透过钢绳芯胶带,经图像增强器 (或成像板)将隐含的 X射线检测信号转换为可见的模拟图像;然后用摄像机 (30帧 /S)同步拍摄,经分帧处理,以 BMP格式的数字图像存入计算机,根据数字图像提供的胶带信息,计算机软件程序对图像进行处理、判断达到检测目的,原理如图 3所示。

图3 X射线检测系统

实用中 X射线检测采集的图像和处理后的图像数据如图 4所示。

图4 X射线采集和处理后的图像

1.2 断带保护技术及方式

胶带输送机断带保护装置形式为机械传感式的,即传感器与执行机构都是靠偏心辊轮实现(见图 5),当胶带以 u1方向正常运转时,偏心轮以O为圆心,沿 F1方向旋转作为托辊使用 (图 5a)。当胶带发生断带等时,胶带沿 u2方向反转,带动偏心轮以O1为圆心,偏心旋转,挤逮反向运转的胶带 (图 5b),实现断带保护的目的。

图5 抓捕原理示意

同煤集团在马脊梁矿应用了由智能测速与机械抓捕装置组成的 KHP119型断带抓捕器,实施了胶带输送机断带保护。该抓捕器主要由旋转臂、弧形纹面压带凸轮、限位销、控制连杆机构、限位装置、电磁控制装置等组成,其外形见图 6。

图6 KHP119型抓捕机构

2 对实施断带保护探讨及建议

目前国内研究或应用的断带保护方式,在现场应用中还有一些不足,主要表现为：

(1)磁感应检测方式的缺点是检测输出的形式为相对数据值,其判断有故障的准确性较难。特别是要求判断人员的专业素质较高,现场这方面的人员较少,同时检查数据量也较大,劳动强度大。建议研发具有识别能力的软件并形成自动提示或报警功能。

(2)由于胶带是弹性体,在运行中既受到很大拉力又承受很强交变弯曲,造成现有检测胶带定位方式很难保证常年 (＞3a)质量可靠。因此,很难保证初始检测数据样板与某年后检测的数据对比绝对值的准确性。在新的可靠定位技术开发出前,建议采用磁感应在线检测方式的同时配备 X射线检测钢丝绳装置,在检修时慢速 (＜1m/s)定期检测一次 (每月或每季度),并重点检测由磁感应检测数据提供的可疑点,互补检测不足。

(3)由于 X射线检测成像方式,图像直观判别容易、可靠,是今后有发展潜力的。只是目前的X射线检测成像技术还不能达到快速成像,因此,建议尽快攻克 X射线检测快速成像、传送和显示技术难题,实现胶带运行在线 X射线成像检测。

(4)“铁磁材料检测方式”贯彻的是预防为主理念,“断带抓捕方式”实施的是 “亡羊补牢”策略。从目前两项技术的发展和应用效果来看,断带抓捕方式采用的技术成熟,控制方式简单、直观、可靠,所以各种类断带抓捕器孕育而生。但是从现场使用中暴露出一个共性问题,日常维护、定期维检、动作试验工作量大。如一部千米斜井胶带输送机布置 26套抓捕器,其中有 62个执行装置,在千米斜井巷道往返检查执行装置是否被煤块砸坏、煤泥积渍、操控灵活等,其工作量繁重是可想而知的。因此,今后需要向少维护或免维护方面进行改进。为了安全可靠需要定期做动作试验,执行装置为不可逆式,不能自动恢复原状,须人为手动逐个恢复原状,也给使用带来不便。应该进行恢复方案优化研究。

总之,现应用的胶带输送机断带保护技术,还需不断研究和改进,使之能更好地满足现场需求。

TD634.1

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1006-6225(2010)01-0077-02

2009-06-29

刘大同 (1958-),男,辽宁锦州人,优高,大同煤矿集团有限责任公司技术中心矿山机电研究所所长。

王兴库]