CGHC1-15型钢丝绳胶带扫描成像系统在煤矿中的应用

张 博王喜贵

(1.内蒙古科技大学,内蒙古自治区包头市,014010; 2.平朔煤炭工业公司,山西省平朔市,036006)

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CGHC1-15型钢丝绳胶带扫描成像系统在煤矿中的应用

张 博1王喜贵2

(1.内蒙古科技大学,内蒙古自治区包头市,014010; 2.平朔煤炭工业公司,山西省平朔市,036006)

介绍了一种专为煤矿钢丝绳强力胶带断带保护研制的基于磁感应数字传感器和CAN总线通讯的网络分布式新型保护装置,分析了该装置基本结构与关键技术,简要说明了该装置实际应用效果。该装置由多个分布于煤矿井下不同带式输送机的磁感数字传感器箱组成,通过总线连接将数据传输至地面计算机,从而使得整个保护系统的检测和保护等性能更加完善和合理。

带式输送机 断带保护 扫描成像系统 CAN总线 磁感应数字传感器

钢丝绳芯强力带式输送机担负着煤矿井下原煤主要运输任务,作为运输瓶颈,一旦发生断带事故,不仅影响全矿井生产,甚至会造成人员伤亡。井下煤矸石、岩石、铁器等物体砸落在胶带上而使胶带内的钢丝绳受损或使胶带敷胶破裂,水或其它腐蚀性液体渗透到胶带内而使得钢丝绳锈蚀,这些情况都有可能造成断带事故。此外,硫化接头如果没有按照标准硫化,或者硫化胶质量有问题,接头就有可能发生抽动,这是发生断带事故的另一个主要因素。各煤矿企业对强力胶带的检查、检测虽然有相应的规定,然而钢丝绳强力胶带断带事故仍然屡见不鲜。实践表明,缺乏科学有效、可靠性高、效率高的检测手段是频繁发生断带事故的主要原因之一。

1 钢丝绳胶带探伤概述

1.1 传统人工检查方式探伤

传统人工检查方式就是维护人员用眼睛直接观察胶带有无破损和鼓包。对于接头的检测,一般是在胶带接头处刻上记号,按照规定的检查周期和时间,用钢尺测量接头长度是否发生变化。人工检查操作繁琐、效率低、检查周期长,只能对可疑部位进行局部重点检查。

1.2 人工使用工业X光机探伤

使用工业X光机的优点是检测直观、准确,但是X光对检测人员的身体损害极大,而且检测效率很低。按照要求检查一个接头,至少需要时间30～40 min,并且一般只能对接头或可疑部位进行重点检查,不可能对胶带进行全长范围进行检测。1.3 电磁感应探伤

磁化装置通电后对胶带内的钢丝绳进行磁化,当钢丝绳出现断头时,断开的钢丝绳形成N极和S极,传感器将漏磁场的变化转变为电信号最终传输到计算机上。目前国内对胶带检测主要采用的是这项技术,但该检测方式存在以下主要问题。

(1)胶带上下抖动导致磁阻不断发生变化,传感器传输到计算机上的数据或图形也始终是不稳定的,即使胶带接头发生抽动,也不会反映出真实的变化情况。

(2)由于制造工艺上的原因,磁棒的一致性很差,测量精度难以保证。

(3)钢丝绳磁化过程中,胶带的上下抖动使磁化钢丝绳均匀度变差,使得不同部位的钢丝绳磁场强度大小不一,检测结果极不稳定。

(4)速度传感器和胶带直接接触,非常容易发生故障,而速度传感器一旦损坏,整个检测系统将无法进行探伤工作。

2 CGHC1-15型钢绳芯胶带扫描成像分析系统

2.1 系统组成

由山西慧达感测技术有限公司生产的CGHC1 -15型钢绳芯胶带扫描成像分析系统在钢丝绳胶带探伤领域具有国际领先水平,代表了钢丝绳探伤领域的发展方向。系统由主机设备、通讯设备、隔爆兼本安电源、通讯接口和上位工业控制计算机组成。传感器箱的宽度大于胶带宽度100 mm以上,在胶带跑偏的情况下,传感器箱仍然能够覆盖所有钢丝绳。标准型传感器箱密集布置了48组传感器,每组传感器监测1～2根钢丝绳,胶带以正常速度运行时,各组传感器对胶带内的钢丝绳进行不间断的扫描检测。用3×1.5 mm2矿用电缆将127V/ 220V电源接入电源箱,将通讯电缆或光缆从电源箱引出,通往地面监控机房,主机安装在底胶带下部或上部,主机到胶带平面的距离在50～80 mm之内。胶带扫描成像分析系统示意图如图1所示。

图1 胶带扫描成像分析系统示意图

2.2 系统工作原理

传感器的探伤原理是通过探测钢丝绳的导磁性能来判断钢丝绳的受损情况,以及接头是否发生抽动。无损伤、连续的钢丝绳导磁性能良好,在通过传感器安装位置时,传感器不会产生任何信号。当胶带内的钢丝绳出现断头、锈蚀等情况时,钢丝绳的导磁性能变差,传感器获取到信号的变化后,经过信号处理电路,将信号转换成方波。传感器输出的方波信号宽度和钢丝绳断口大小成正比,断口小,方波信号则窄;反之,方波信号就宽。同时,方波信号与钢丝绳断口到传感器的距离成反比,距离越大,方波信号越窄。传感器具有很高的灵敏度,当一根钢丝绳受损时,附近布置的几个传感器都会感应出信号。如图2中的钢丝绳断口,在该断口左右布置的传感器C1～C4都检测到了该断口,传感器C2、C3到断口的距离L2、L3近,所以输出的方波信号宽,传感器C1、C4到断口的距离L1、L4远,输出的方波信号就窄。数据采集/通讯模块采集到传感器输出的方波信号后,将数据传输至地面计算机。地面计算机截取出方波的宽度,以红色或者绿色线条表现方波的宽窄。每个线条对应一个传感器输出的信号,线条的长短和传感器输出的方波信号的宽窄相对应。典型的断头信号在计算机上显示的图形如图3所示。该图说明:在断头附近布置的4个传感器都检测到了该断头,短线条表示传感器距离断头远,线条越长,则断头距该传感器越近。

CGHC1-15系统对胶带扫描检测后,自动将整条胶带的断头、损伤、锈蚀以及接头状况以图片形式真实地全程显示、储存、记录。可以打开多个窗口,将任何一张图片拍摄成照片,对不同时段的检测结果进行分析对比,相对于人工X光机检查,更加可靠。

3 关键技术性问题

3.1 传感器的抗抖动原理

通常传感器工作时,胶带上下抖动导致钢丝绳和电感线圈之间的空气气隙忽大忽小,亦即从钢丝绳断口到电感线圈之间的磁阻不断发生变化。和电阻一样,磁阻变化,钢丝绳断口到电感线圈之间的磁场强度随着变化,最终导致传感器的输出信号也会变化。由于传感器输出的信号不稳定,即使胶带接头真正发生抽动,也不会反映出变化情况。而本文所使用的传感器是在胶带上下采用两个传感器,胶带上跳时,传感器A1输出信号增大,而A2信号减小;下跳时则相反。通过处理电路对信号运算进行处理,从而使所使用的传感器具有良好的抗抖动性能,传感器抗抖动原理示意图如图4所示。

图4 传感器抗抖动原理示意图

3.2 硫化接头抽动检测

当接头内的各列断点通过传感器箱安装位置时,所有传感器都会出现信号,检测结果也出现2列或3列断点并显示对接口或搭接口的倾斜方向,两者之间的区别是倾斜方向相反。当接头发生抽动后,检测结果图形会发生明显的变化。图5是CGHC1-15型钢丝绳胶带扫描成像分析系统在神华集团海渤湾矿业有限责任公司平沟矿检测出的一个接头抽动案例。监测软件通过对原始图形的比较,及时做出了报警,避免了一次重大事故的发生。

3.3 数据重复率

启动监测系统对胶带进行实时监测时,让胶带运行2圈。对于同一个接头或断头图形,通常在2圈内是不会变化的,因此两个图形应重叠,图形重复率越高,说明设备检测精度越高,数据重复率可以采用图形重叠比较的方法进行验证。如果传感器无抗胶带抖动性能,或者由于传感器工作点漂移、死机等设备自身的原因,2圈内的检测结果图形就会有很大的差异,图形是无法重叠的。

图5 扫描成像分析

4 效益分析

4.1 经济效益

首套CGHC1-15装置于2006年2月在晋煤集团寺河煤矿投入使用,其主要性能指标和可靠性指标均达到和超过国外同类强力胶带监测系统,至今系统整体运行可靠,未出现任何故障,使用状况良好。该装置在神东煤炭公司、山西焦煤集团、晋城煤业集团、乌海煤业公司得到推广.从使用结果看,故障率极低,设备检测精度高。按当前强力钢丝绳芯胶带的市场价格为1000元/m,每条胶带长按3000 m计算,如果胶带寿命延长1倍,则可为煤炭企业节约资金300万元,大大节约了产品的成本费用和维修费用。强力钢丝绳芯胶带作为矿井运输的咽喉通道,如果钢丝绳芯胶带没有使用检测装置而发生断带事故,会导致整个矿井停产,影响生产时间少则几天,多则十几天。按当前煤炭的市场售价400元/t计算,以一个产量为300万t/a的中型矿井为例,日产原煤近1万t,即使在7 d内恢复生产,造成的经济损失也达到2800万元,这还不包括所耗费的材料、设备、人工等费用以及由于发生断带事故所造成的矿工人身安全问题。

4.2 社会效益

CGHC1-15型钢丝绳胶带扫描成像系统能及时灵敏地将整条胶带的断头、损伤、锈蚀以及接头状况以图片形式真实地全程显示、储存、记录。可以同时打开计算机多个窗口对不同时段的检测结果进行分析对比,有效避免了由于断带问题造成的煤矿工人伤亡以及企业正常生产的中断。使用钢丝绳胶带扫描成像系统后,可将胶带安全隐患消灭在萌芽状态,在生产环节上为煤矿安全提供了一项重要科学举措,消除了因断带造成的煤矿伤亡事故,塑造了良好的企业安全生产形象,减少了矿区的不稳定因素。

(责任编辑 路 强)

Application of CGHC1-15 steel wire conveyor belt scann ing/ imaging system in coalm ines

Zhang Bo1,Wang Xigui2
(1.InnerMongolia University of Science and Technology,Baotou,InnerMongolia 014010,China; 2.Pingshuo Coal Industry Co Ltd,Pingshuo,Shanxi province 036006,China)

This paper introduces magnetic induction numerical transducer and CAN bus communication based novel protection device of network distribution type that is especially developed for conveyor belt breakage protection for heavy duty steelwire belt used in coalmines.The paper provides an analysis of the basic structure and the key technology used in the device and gives a brief introduction to the effect of the actual application of the device.Configured by multiple magnetic induction numerical transducer boxesdistributed along various belt conveyors in underground coal mines,this device sends the data collected onsitetothesurface computer systemvia bus line.This adds tothe good monitoring and protection property of this protection system and hence improves the rationality of the system.

belt conveyor,broken belt protector,scanning/imaging system,CAN bus line,magnetic induction numerical transducer

TD634.1

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张博(1963-),男,河北省辛集市人,内蒙古科技大学高等职业技术学院副教授,全国煤炭高职高专矿山电气类“十一五”规划教材编审委员会委员。