鋼絲繩芯強(qiáng)力
帶式輸送機(jī)擔(dān)負(fù)著煤礦井下原煤主要運輸任務(wù)，作為運輸瓶頸，一旦發(fā)生斷帶事故，不僅影響全礦井生產(chǎn)，甚至?xí)斐扇藛T傷亡。井下煤矸石、巖石、鐵器等物體砸落在膠帶上而使膠帶內(nèi)的鋼絲繩受損或使膠帶敷膠破裂，水或其它腐蝕性液體滲透到膠帶內(nèi)而使得鋼絲繩銹蝕，這些情況都有可能造成斷帶事故。此外，硫化接頭如果沒有按照標(biāo)準(zhǔn)硫化，或者硫化膠質(zhì)量有問題，接頭就有可能發(fā)生抽動，這是發(fā)生斷帶事故的另一個主要因素。各煤礦企業(yè)對強(qiáng)力膠帶的檢查、檢測雖然有相應(yīng)的規(guī)定，然而鋼絲繩強(qiáng)力膠帶斷帶事故仍然屢見不鮮。實踐表明，缺乏科學(xué)有效、可靠性高、效率高的檢測手段是頻繁發(fā)生斷帶事故的主要原因之一。
1、鋼絲繩膠帶探傷概述
1.1傳統(tǒng)人工檢查方式探傷
傳統(tǒng)人工檢查方式就是維護(hù)人員用眼睛直接觀察膠帶有無破損和鼓包。對于接頭的檢測，一般是在膠帶接頭處刻上記號，按照規(guī)定的檢查周期和時間，用鋼尺測量接頭長度是否發(fā)生變化。人工檢查操作繁瑣、效率低、檢查周期長，只能對可疑部位進(jìn)行局部重點檢查。
1.2人工使用工業(yè)X光機(jī)探傷
使用工業(yè)X光機(jī)的優(yōu)點是檢測直觀、準(zhǔn)確，但是X光對檢測人員的身體損害極大，而且檢測效率很低。按照要求檢查一個接頭，至少需要時間30～40 min，并且一般只能對接頭或可疑部位進(jìn)行重點檢查，不可能對膠帶進(jìn)行全長范圍進(jìn)行檢測。
1.3電磁感應(yīng)探傷
磁化裝置通電后對膠帶內(nèi)的鋼絲繩進(jìn)行磁化，當(dāng)鋼絲繩出現(xiàn)斷頭時，斷開的鋼絲繩形成N極和S極，傳感器將漏磁場的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栕罱K傳輸?shù)接嬎銠C(jī)上。目前國內(nèi)對膠帶檢測主要采用的是這項技術(shù)，但該檢測方式存在以下主要問題。
(1)膠帶上下抖動導(dǎo)致磁阻不斷發(fā)生變化，傳感器傳輸?shù)接嬎銠C(jī)上的數(shù)據(jù)或圖形也始終是不穩(wěn)定的，即使膠帶接頭發(fā)生抽動，也不會反映出真實的變化情況。
(2)由于制造工藝上的原因，磁棒的一致性很差，測量精度難以保證。
(3)鋼絲繩磁化過程中，膠帶的上下抖動使磁化鋼絲繩均勻度變差，使得不同部位的鋼絲繩磁場強(qiáng)度大小不一，檢測結(jié)果極不穩(wěn)定。
(4)速度傳感器和膠帶直接接觸，非常容易發(fā)生故障，而速度傳感器一旦損壞，整個檢測系統(tǒng)將無法進(jìn)行探傷工作。
2、CGHCl - 15型鋼繩芯膠帶掃描成像分析系統(tǒng)
2.1系統(tǒng)組成
由山西慧達(dá)感測技術(shù)有限公司生產(chǎn)的CGHC1-15型鋼繩芯膠帶掃描成像分析系統(tǒng)在鋼絲繩膠帶探傷領(lǐng)域具有國際領(lǐng)先水平，代表了鋼絲繩探傷領(lǐng)域的發(fā)展方向。系統(tǒng)由主機(jī)設(shè)備、通訊設(shè)備、隔爆兼本安電源、通訊接口和上位工業(yè)控制計算機(jī)組成。傳感器箱的寬度大于膠帶寬度100 mm以上，在膠帶跑偏的情況下，傳感器箱仍然能夠覆蓋所有鋼絲繩。標(biāo)準(zhǔn)型傳感器箱密集布置了48組傳感器，每組傳感器監(jiān)測1—2根鋼絲繩，膠帶以正常速度運行時，各組傳感器對膠帶內(nèi)的鋼絲繩進(jìn)行不間斷的掃描檢測。用3×1.5 mm2礦用電纜將12 7V／220V電源接人電源箱，將通訊電纜或光纜從電源箱引出，通往地面監(jiān)控機(jī)房，主機(jī)安裝在底膠帶下部或上部，主機(jī)到膠帶平面的距離在50—80 mm之內(nèi)。膠帶掃描成像分析系統(tǒng)示意圖如圖1所示。
2.2系統(tǒng)工作原理
傳感器的探傷原理是通過探測鋼絲繩的導(dǎo)磁性能來判斷鋼絲繩的受損情況，以及接頭是否發(fā)生抽動。無損傷、連續(xù)的鋼絲繩導(dǎo)磁性能良好，在通過傳感器安裝位置時，傳感器不會產(chǎn)生任何信號。當(dāng)膠帶內(nèi)的鋼絲繩出現(xiàn)斷頭、銹蝕等情況時，鋼絲繩的導(dǎo)磁性能變差，傳感器獲取到信號的變化后，經(jīng)過信號處理電路，將信號轉(zhuǎn)換成方波。傳感器輸出的方波信號寬度和鋼絲繩斷口大小成正比，斷口小，方波信號則窄；反之，方波信號就寬。同時，方波信號與鋼絲繩斷口到傳感器的距離成反比，距離越大，方波信號越窄。傳感器具有很高的靈敏度，當(dāng)一根鋼絲繩受損時，附近布置的幾個傳感器都會感應(yīng)出信號。如圖2中的鋼絲繩斷口，在該斷口左右布置的傳感器C1～C4都檢測到了該斷口，傳感器C2、C3到斷口的距離L2、L3近，所以輸出的方波信號寬，傳感器C1、C4到斷口的距離L1、L4遠(yuǎn)，輸出的方波信號就窄。數(shù)據(jù)采集／通訊模塊采集到傳感器輸出的方波信號后，將數(shù)據(jù)傳輸至地面計算機(jī)。地面計算機(jī)截取出方波的寬度，以紅色或者綠色線條表現(xiàn)方波的寬窄。每個線條對應(yīng)一個傳感器輸出的信號，線條的長短和傳感器輸出的方波信號的寬窄相對應(yīng)。典型的斷頭信號在計算機(jī)上顯示的圖形如圖3所示。該圖說明：在斷頭附近布置的4個傳感器都檢測到了該斷頭，短線條表示傳感器距離斷頭遠(yuǎn)，線條越長，則斷頭距該傳感器越近。
CGHCl-15系統(tǒng)對膠帶掃描檢測后，自動將整條膠帶的斷頭、損傷、銹蝕以及接頭狀況以圖片形式真實地全程顯示、儲存、記錄。可以打開多個窗口，將任何一張圖片拍攝成照片，對不同時段的檢測結(jié)果進(jìn)行分析對比，相對于人工X光機(jī)檢查，更加可靠。
3、關(guān)鍵技術(shù)性問題
3.1 傳感器的抗抖動原理
通常傳感器工作時，膠帶上下抖動導(dǎo)致鋼絲繩和電感線圈之間的空氣氣隙忽大忽小，亦即從鋼絲繩斷口到電感線圈之間的磁阻不斷發(fā)生變化。和電阻一樣，磁阻變化，鋼絲繩斷口到電感線圈之間的磁場強(qiáng)度隨著變化，最終導(dǎo)致傳感器的輸出信號也會變化。由于傳感器輸出的信號不穩(wěn)定，即使膠帶接頭真正發(fā)生抽動，也不會反映出變化情況。而本文所使用的傳感器是在膠帶上下采用兩個傳感器，膠帶上跳時，傳感器Al輸出信號增大，而A2信號減小；下跳時則相反。通過處理電路對信號運算進(jìn)行處理，從而使所使用的傳感器具有良好的抗抖動性能，傳感器抗抖動原理示意圖如圖4所示。
3.2硫化接頭抽動檢測
當(dāng)接頭內(nèi)的各列斷點通過傳感器箱安裝位置時，所有傳感器都會出現(xiàn)信號，檢測結(jié)果也出現(xiàn)2列或3列斷點并顯示對接口或搭接口的傾斜方向，兩者之間的區(qū)別是傾斜方向相反。當(dāng)接頭發(fā)生抽動后，檢測結(jié)果圖形會發(fā)生明顯的變化。圖5是CGHCl-15型鋼絲繩膠帶掃描成像分析系統(tǒng)在神華集團(tuán)海渤灣礦業(yè)有限責(zé)任公司平溝礦檢測出的一個接頭抽動案例，監(jiān)測軟件通過對原始圖形的比較，及時做出了報警，避免了一次重大事故的發(fā)生。
3.3數(shù)據(jù)重復(fù)率
啟動監(jiān)測系統(tǒng)對膠帶進(jìn)行實時監(jiān)測時，讓膠帶運行2圈。對于同一個接頭或斷頭圖形，通常在2圈內(nèi)是不會變化的，因此兩個圖形應(yīng)重疊，圖形重復(fù)率越高，說明設(shè)備檢測精度越高，數(shù)據(jù)重復(fù)率可以采用圖形重疊比較的方法進(jìn)行驗證。如果傳感器無抗膠帶抖動性能，或者由于傳感器工作點漂移、死機(jī)等設(shè)備自身的原因，2圈內(nèi)的檢測結(jié)果圖形就會有很大的差異，圖形是無法重疊的。
4、效益分析
4.1經(jīng)濟(jì)效益
首套CGHCl-15裝置于2006年2月在晉煤集團(tuán)寺河煤礦投入使用，其主要性能指標(biāo)和可靠性指標(biāo)均達(dá)到和超過國外同類強(qiáng)力膠帶監(jiān)測系統(tǒng)，至今系統(tǒng)整體運行可靠，未出現(xiàn)任何故障，使用狀況良好。該裝置在神東煤炭公司、山西焦煤集團(tuán)、晉城煤業(yè)集團(tuán)、烏海煤業(yè)公司得到推廣，從使用結(jié)果看，故障率極低，設(shè)備檢測精度高。按當(dāng)前強(qiáng)力鋼絲繩芯膠帶的市場價格為1000元/m，每條膠帶長按3000 m計算，如果膠帶壽命延長1倍，則可為煤炭企業(yè)節(jié)約資金300萬元，大大節(jié)約了產(chǎn)品的成本費用和維修費用。強(qiáng)力鋼絲繩芯膠帶作為礦井運輸?shù)难屎硗ǖ溃绻摻z繩芯膠帶沒有使用檢測裝置而發(fā)生斷帶事故，會導(dǎo)致整個礦井停產(chǎn)，影響生產(chǎn)時間少則幾天，多則十幾天。按當(dāng)前煤炭的市場售價400元／t計算，以一個產(chǎn)量為300萬t/a的中型礦井為例，日產(chǎn)原煤近1萬t，即使在7d內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)，造成的經(jīng)濟(jì)損失也達(dá)到2800萬元，這還不包括所耗費的材料、設(shè)備、人工等費用以及由于發(fā)生斷帶事故所造成的礦工人身安全問題。
4.2社會效益
CGHCl-15型鋼絲繩膠帶掃描成像系統(tǒng)能及時靈敏地將整條膠帶的斷頭、損傷、銹蝕以及接頭狀況以圖片形式真實地全程顯示、儲存、記錄。可以同時打開計算機(jī)多個窗口對不同時段的檢測結(jié)果進(jìn)行分析對比，有效避免了由于斷帶問題造成的煤礦工人傷亡以及企業(yè)正常生產(chǎn)的中斷。使用鋼絲繩膠帶掃描成像系統(tǒng)后，可將膠帶安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)上為煤礦安全提供了一項重要科學(xué)舉措，消除了因斷帶造成的煤礦傷亡事故，塑造了良好的企業(yè)安全生產(chǎn)形象，減少了礦區(qū)的不穩(wěn)定因素。
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