输送机在线断带预警系统的研究与应用

刘建忠

(华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000)

1 概 述

煤炭运输安全是煤矿安全生产的重要环节之一，大多煤矿都采用长距离钢丝绳芯输送带运送煤炭。由于输送带运行荷载量大、带面磨损及老化等原因，会造成钢丝绳芯锈蚀、断裂、钢丝绳芯与输送带的粘合力下降及接头拉断等故障。故障一旦发生，将会导致整个煤矿生产系统瘫痪。而现有断带预警成果多注重研究输送带的静态检测，输送带表面磨损修复大多依靠目测和经验来判断输送带磨损程度与修复的必要性。当前，对于煤炭输送带的实时动态无损检测和输送带表面磨损自动修复的研究尚无大量展开。因此，为了降低生产安全事故，提高煤矿生产效率，对带式输送机在线断带监测及输送带表面磨损检测系统的研究十分必要。

2 输送带在线断带检测预警系统

2.1 结构与设计

输送带在线断带检测预警系统由预埋在输送带内的钐钴磁钉、射频线圈和检测箱体组成。

(1)钐钴磁钉直径5 mm，厚度3 mm。磁极在圆面侧，使用时在同名磁极做好记号。

(2)射频线圈内径50 mm，外径55 mm平绕。

(3)检测箱体根据现场制作成长1 600 mm，宽250 mm，高150 mm。接头长度检测装置包括霍尔传感器、信号电路，接头位置检测装置包括射频接收器、信号电路，检测系统板卡以及电源模块均安装在检测箱体内。

(4)应用软件包括位置模块、速度模块、长度及判断模块、支撑软件，均安装在矿用防爆计算机上，矿用防爆计算机通过矿用防爆交换机与服务器相联。

2.2 工作原理

2.2.1 射频传感器工作原理

射频传感器线圈埋于每个接头前方的边胶(输送带)内，接收器置于输送带边胶上方，接收射频线圈信号。其作用为辨别接头编号及其他预置信息(如接头制作时间、维修保养时间、责任人等)，并将这些信息存入后台数据库。

2.2.2 霍耳传感器工作原理

钕磁铁钉埋于每个接头前方和后方的边胶(输送带)内，2只霍尔传感器接收器做为1组，置于输送带边胶(输送带)上方。当接头前方的钕磁铁钉1触发霍尔传感器接收器(组件2)开始3个计时，触发霍尔传感器接收器(组件1)时第1个计时结束；当接头后方的钕磁铁钉2触发霍尔传感器接收器(组件2)时，第2个计时结束；触发霍尔传感器接收器(组件1)时第3个计时结束。由于2只霍尔传感器接收器之间的距离非常精确，用第1个、第3个计时时间计算输送带的即时速度，用第2个计时时间乘以即时速度，计算出接头长度，并与后台数据库中原始长度进行比较，计算接头伸长累积量，达到相关指标时，预警或停机。

传感器组件检测到射频信号与磁信号经USB数据线上传到计算机数据库中，识别接头编号，记录时间，计算即时速度与接头长度，将接头长度与数据库标准接头长度进行比较，得到接头伸长量。为防止输送带撕边或跑偏，传感器组件双侧安装。

2.3 系统功能及技术参数

断带检测系统的功能包括：断丝检测预警、抽头检测预警、扭曲检测预警和接头伸长量预警。JT1000带式输送机在线断带监测系统的主要技术参数见表1。

表1 JT1000带式输送机在线断带监测系统的主要技术参数

3 技术创新点

(1)输送带在线断带检测预警系统主要进行钢丝绳芯输送带接头检测，并兼顾无接头处输送带检测。利用射频传感器确定接头位置，利用霍尔传感器精确测量输送带运行芨接头长度量，将测量量与标准量进行比较，计算出变形量。当变形量大于设定值时启动报警系统。精确定位和确定接头位置、接头变形量、钢丝绳接头抽动量以及钢丝绳的断裂情况。同时对故障点数据分析，提出预警方案，进而组成输送带安全预警系统，使得输送带故障在源头得以控制，提高煤矿生产的安全指数，解决输送带在线运行中实时检测存在的问题。

(2)霍耳传感器接收器安装的距离精度可以实现毫米级，时间测量可以达到纳秒级。输送带运行后，去除干扰因素，测量出接头长度的变化量精度可以达到1 mm，报警信息准确。

(3)实时监测装置采用高精度传感器(X轴精度0.06 mm，Z轴精度0.005 mm)、X光厚度检测等传感器组成的设备，输送带测量速度达到15 m/s；磨损面积测量精度达到小于实际磨损面积的1%；深度测量精度达到小于磨损深度的2%，完全能够满足磨损面积与磨损体积的测量要求。

4 应用效果

输送机在线断带预警系统检测设备于2020年7月28日在二矿排矸主运输送带机头机房安装使用，投入使用后情况良好，实现了预期目标，运行稳定，完全符合使用要求。

(1)输送机在线断带警系统，实现了钢丝绳芯输送带的数字化，对钢丝绳芯输送带的内部及外部的失效特征的检测，对输送带钢丝绳芯断丝、抽头、扭曲、接头长度变化等失效特征捕捉准确，满足了设计要求。

输送机在线断带预警系统抓取的失效特征如图1。图2为运行以来出现的扭曲、鼓包时记录下的图片，为现场及时处理问题提供了可靠的依据。

图1 输送带接头钢丝绳扭曲产生胶带表面鼓包磨损严重

图2 鼓包磨损处

(2)输送带表面磨损自动检测系统利用机器视觉、红外结构光三维重建技术，重建输送带表面。红外光源、线扫结构光栅、红外线扫相机构成多目结构光系统，利用相关算法重建输送带表面深度地形图(等高图)，将磨损面积及深度数据与标准值比较，当达到或超过预设值时启动报警系统。2021年3月5日出现报警发现5号头22 m处磨损超过设定值。后经专业技术人员实测，磨损面积的测定值和实际磨损的值基本一致，误差少于磨损的1%。

1008带式输送机上安装在线断带预警系统运行至今，发现皮带故障5次，此系统实现了自动定位、自动监测、组成了1008带式输送机的安全预警系统，保证了1008带式输送机安全有效运行。

5 效 益

输送机在线断带预警系统的使用，实现了钢丝绳芯输送带的数字化，能够大大降低断带的风险，有效降低带式输送机巡检工的工作强度，同时管理上有据可依，节省人力成本；为煤矿带式输送机在线安全预警体系打下了坚实的基础。