有关矿用输送带纵向撕裂综合检测技术的研究

摘 要：带式输送机是广泛应用于矿山井下巷道、矿井地面运输以及露天采矿选矿等生产中的一种设备，由于矿区工作环境相对复杂，加上输送机输送带运行过程中需要承受来自各个方面的外力，因此很容易因输送带跑偏、尖锐器物划伤等原因导致输送带撕裂，不仅给矿区各项业务的正常开展造成了不利影响，而且增加了工作人员的作业安全隐患。因此，必须要深入分析输送带纵向撕裂的原因，并在此基础上探究撕裂问题的综合检测技术，确保矿用输送带的正常运行。

关键词：矿用输送带；纵向撕裂；问题分析；检测技术

带式输送机具有伸缩方便、机架轻巧、持续作业、运行可靠等优点，是煤矿作业中较为理想的运输设备之一。近年来，通过不断的技术革新，矿用输送带的工作性能也有了进一步提升。纵向撕裂是现阶段影响输送带运行效率的最常见问题之一，文章首先指出了导致输送带出现纵向撕裂问题的常见原因，随后结合国内外实际情况，对纵向撕裂检测技术的发展进行了概述，最后从实际工作经验出发，提出了优化检测技术的几点可行性措施。

1 矿用输送带的技术优势和设计要点

1.1 技术优势

第一，输送带的安装便捷，运行可靠。在矿区生产过程中，为了尽可能的提升企业经济效益，往往需要长时间、流水性的进行运输作业。矿用带式输送机的机架结构相对简单，安装流程非常方便，并且运行稳定性良好，可以适用于多数情况下的矿区矿物输送。

第二是带式输送机的动力消耗低，生产效率高。带式输送机的主要动力来源于设备两端的滚筒，由于物料与输送带之间没有明显的相位移动，因此输送带运行过程中不会产生较大的运行阻力（运行阻力通常为物体最大静摩擦力的1/5）。这种技术优势一方面能够减小矿物运输对输送带的磨损，延长了输送带的使用寿命；另一方面也降低了输送带运输所需的功率，起到了很好的节能效果[1]。

1.2 设计要点

要想保证矿用输送带的使用效率最大化，必须要保证矿区作业环境的适宜性，总体来说，在进行矿用输送带设计时，需要考虑以下设计要点：首先，要考虑输送带每天的运转时间、服务年限和工作环境，通过营造良好的作业环境，最大限度的延长设备使用寿命；其次，要考虑输送带的运行速度、前后段的水平高度差以及连接尺寸等。通过精确化的测量和计算，确保输送带的运行效率达到最高，在相同时间段内为企业创造最大化的价值。

2 输送带纵向撕裂的原因分析

由于受矿区工作环境和设备自身因素的影响，输送带在使用过程中很容易发生各式各样的问题，如果不能提前做好故障问题的防范和控制，必然会影响矿区企业的正常生产活动。结合实际工作经验，矿用输送带的常见故障有皮带跑偏、输送带卡阻、输送带撕裂等几类。现以输送带的纵向撕裂为例，对其撕裂原因展开论述。

2.1 矿物直接打击导致输送带撕裂

漏斗在常年使用期间，很容易出现内壁和漏口的磨损问题，导致漏斗出口变大。在这种情况下，一些体积较大的矸石、铁钎等尖锐物体夹杂在煤矿中，从漏斗处直接撞击到下方的输送带上。受重力因素的影响，输送带所受到的瞬时压力极大，加上这些物体撞击面尖锐，就有可能划破输送带。与此同时，输送带在前后滚轮的带动下做高速的直线运动，从而形成与运动速度方向一致纵向撕裂。

2.2 异物堆积阻塞导致输送带撕裂

输送带转载点的下落口面积有限，当输送带所运输的矸石或矿石体积超过下落口时，这些大体积矿石将不能顺利的下落，而是卡在漏洞与托辊之间。如果操作人员不能及时的将这些大体积矸石、矿石清理掉，就会阻塞后续矿石的正常运输和转载，并且在下落口逐渐堆积起来。随着矿石堆积数量的不断增加，转载点输送带面临的压力也会持续上升，当重力超过输送带的承受压力后，就会导致输送带撕裂[2]。同样，随着输送带不断的做直线运动，该撕裂口也会发展为纵向撕裂。

2.3 输送带跑偏撕裂

输送带跑偏是矿用输送机运行过程中最为常见的一种现象，通常情况下，只要输送带跑偏夹角控制在一定范围内，或是及时的进行调整，不会对整个输送工作产生不利影响。但是当输送带跑偏角度过大，并且输送机高速运转时，就会因为输送带两侧运行速度不一致而形成明显的褶皱。同时，由于输送带两侧拉力不同，也会导致整个输送带表面的受力不均衡，加上运输矿物、矸石重量的影响，很容易使输送带脱离预定的轨道，与设备上的托辊发生摩擦，导致输送带发生纵向撕裂。

2.4 胶带接头断裂导致输送带纵向撕裂

输送带在运送矿物、矸石时，不可避免的要与这些大体积物体发生摩擦和碰撞，随着使用时间的增长，输送带表层胶带就容易出现磨损、断裂，内部的钢丝逐渐出来。这些钢丝在矸石的挤压下，长度不断增加，很有可能绞入托辊中。另一方面，输送带保持高速运转，这些钢丝很有可能对输送带产生切割，造成纵向撕裂。

3 纵向撕裂检测技术的发展现状

输送带的最早应用可以追溯到19世纪末期，但是针对输送带纵向撕裂问题的研究却直到20世纪四五十年代才开始。受经济条件、人才储备等因素的影响，国内相关研究工作的起步较晚，改革开放以后才有学者进行输送带纵向撕裂检测技术的理论探讨。但是随着近年来我国经济水平的不断提升，以及矿用输送带使用规模的增长，输送带撕裂问题分析和综合检测技术的发展速度也非常之快，目前来说，国内较为常见的纵向撕裂检测技术主要有以下几类[3]。

3.1 接触式检测装置

顾名思义，接触式检测装置就是利用各种传感器，通过直接接触输送带进行故障检测的方式，来判断是否存在纵向撕裂，或是发生纵向撕裂的隐患。常用的接触式检测设备用浮点支架检测、撕裂压力检测以及震动检测等。通过分析该类设备的检测原理可以看出，接触式检测装置更加倾向于矿用输送带发生纵向撕裂后的撕裂检测和分析，其检测重点是为设备维护人员提供撕裂信息，并以此为依据推断出导致撕裂产生的原因。因此，接触式接触技术的适用面相对狭窄，尤其是在地况复杂、环境恶劣的矿区，往往不能取得预期的检测效果。除此之外，接触式检测装置的传感探头灵敏度较高，很容易受环境影响而出现损坏，因此也需要进行频繁的维修和更换，不仅影响正常的检测效率，而且会产生较大的资金花费。

3.2 非接触式检测装置

常见的非接触式检测设备有超声波检测、X光检测、电磁感应检测等。这类检测的优点在于可以实现输送带纵向撕裂的提前检测和隐患预警。例如，我们在使用超声波检测时，首先利用超声波设备检测输送带，然后利用专门的计算机信号处理软件，对超声波检测信息进行收集和分析，通过成像观看，操作人员可以一目了然的发现输送带隐藏的质量问题，例如内部钢丝断裂、输送带韧性不足等问题。同时，这种非接触式检测的结果反馈时间非常短，加上检测期间不影响矿用输送带的正常运作，因此兼具质量性和效益性。需要注意的是，无论是采用超声波检测还是X光检测，都有可能对人体造成一定的危害，因此在进行输送带检测时，相关人员应当做好防护措施。这种检测方法也有一部分缺点，例如由于采用了技术含量和精密度较高的设备，因此设备的维护和保养费用较高，一旦损坏，还会给企业造成较大的经济损失[4]。

3.3 超前检测装置

前面介绍的两种装置，虽然能够在一定程度上防控矿用输送带的撕裂问题，但是并不能从根本上阻止纵向撕裂问题的发生。超前检测装置主要有输送带表面裂纹检测装置、机械式超前保护装置、电磁除铁保护装置等。由于80%的撕裂事故发生在机尾装载点处，且主要为异物卡压和穿透撕裂，故只要能及时检测出装载点是否有异物被卡或刺穿输送带，并及时报警停车即可。防卡压撕裂装置主要针对异物卡压而设计，通过在机尾装载点设计活动页板，较大异物通过机尾装载点后，拨动活动页板，从而触发压力传感器发出报警信号，保护输送带不受损坏。

4 输送带纵向撕裂综合检测系统

为尽量减少输送带撕裂事故，提高撕裂保护可靠性，提出一种防止输送带纵向撕裂的综合检测系统。系统组成如下：

4.1 电磁除铁仪

在机尾装载点前方设置电磁除铁仪，当有大块金属物通过时，通过电磁除铁仪将金属物吸起，避免金属物进入机尾装载点，从而保护输送带免受损伤。

4.2 机械式超前保护装置

对于较大或较尖锐的异物如大块矸石在进入机尾装载点后，触动压力开关或者限位开关，发出报警信号，使得输送机关机停车，避免发生重大撕裂事故。

4.3 X光透视检测装置

在输送带容易发生钢丝绳芯断裂的部位设置X光透视检测装置，对输送带纵向撕裂情况进行实时检测，一旦钢丝绳芯发生断裂，立即发出报警信号，从而使输送机关机停车。

4.4 矿用红外摄像仪

对于转载点附近，往往由于较大的尖锐物、大块矸石等在转载时刺穿输送带，在此类部位设置矿用红外摄像头，可全天对输送带进行监测。其结构如图1所示。

在初步的实验过程中，该设计方案能够对矿用输送带的运行全过程进行动态监控，无论是哪一部位出现故障问题，都能够通过相应的检测设备及时报警，同时切断输送机电源，等待设备维护人员进行修理，从而避免了更大损失的产生。

参考文献

[1]黄俊民，魏任之.矿用钢绳芯带式输送机实时工况监测与故障诊断技术[J].煤炭学报，2015（2）：131-133.

[2]曹晓璐，李松雪.输送带纵向撕裂可见光与红外双目视觉在线检测系统研究[J].浙江农业机械，2014（21）：164-165.

[3]徐宏伟，杨金超.机器视觉的输送带纵向撕裂故障检测系统信号采集器的研究[J].煤矿技术与管理，2013（26）：109-111.

[4]周福容，李顺旺.基于虚拟仪器的机器视觉技术在输送带纵向撕裂检测应用中的研究[J].中国地质经济，2014（4）：266-267.