0、引言
    在煤炭生產(chǎn)行業(yè)中，鋼絲繩芯帶式輸送機(jī)由于其自身的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)。其主要牽引力來(lái)自于內(nèi)部的鋼絲繩。一般鋼絲繩芯輸送帶的縱向抗拉強(qiáng)度都在1 000 N/mm以上，正常情況下是可以保證皮帶的安全性的，但其接頭部位強(qiáng)度一般會(huì)降低20%以上。在鋼絲繩芯輸送帶運(yùn)行過(guò)程中，接頭常因受外力過(guò)大而發(fā)生抽動(dòng)，輸送帶中的鋼絲繩也常因外力的沖擊而被砸斷，或者因覆蓋膠破損進(jìn)水從而造成繩芯銹蝕或斷繩。這些問(wèn)題的出現(xiàn)必然會(huì)給輸送帶的安全運(yùn)行帶來(lái)極大隱患，甚至造成斷帶等重大事故。
    由于煤礦環(huán)境的特殊性，輸送帶鋼絲繩的斷繩、銹蝕及接頭抽動(dòng)等運(yùn)行情況的安全檢測(cè)是煤礦生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。以前通常采用X光透視機(jī)對(duì)輸送帶進(jìn)行透視檢測(cè)。這種方法可以較直觀地看到接頭處鋼絲繩的大幅抽動(dòng)情況，也可看到鋼絲繩的大幅斷繩情況，但也存在以下弊病：檢測(cè)時(shí)必須停止生產(chǎn)，且需采取加大通風(fēng)量、嚴(yán)格監(jiān)測(cè)瓦斯等特殊措施；因X光源較小，故對(duì)整條輸送帶及所有接頭進(jìn)行全部檢測(cè)難度較大，時(shí)間較長(zhǎng)；對(duì)輸送帶的銹蝕、小幅度斷繩及接頭小幅度抽動(dòng)等情況不容易發(fā)現(xiàn)；工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，且X光會(huì)產(chǎn)生輻射，對(duì)工人的身體造成損害。因此，考慮使用一種能對(duì)輸送帶鋼絲繩的斷繩、銹蝕、接頭抽動(dòng)等運(yùn)行情況進(jìn)行全面自動(dòng)檢測(cè)的系統(tǒng)代替現(xiàn)有系統(tǒng)勢(shì)在必行。大同煤礦集團(tuán)公司通過(guò)安裝ZSW-II型煤礦用鋼芯輸送帶無(wú)損監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)在用鋼絲繩芯輸送帶的日常監(jiān)測(cè)，做到防患于未然。
1、礦用鋼芯輸送帶無(wú)損檢測(cè)裝置的工作原理
    ZSW-II型煤礦用鋼芯輸送帶無(wú)損監(jiān)測(cè)裝置基于漏磁檢測(cè)原理，主要實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)運(yùn)行中鋼絲繩芯各種斷繩、銹蝕、接頭抽動(dòng)、移位、鍍鋅層老化等情況的在線檢測(cè)及精確定位，最終打印文字報(bào)告并可實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)共享。該裝置為礦用隔爆裝置兼本質(zhì)安全型，可廣泛適用于礦山、港口、冶金、電力、化工等各種工業(yè)場(chǎng)所及含有瓦斯等各種爆炸氣體的場(chǎng)合。鐵磁材料時(shí)，若材料的材質(zhì)是連續(xù)、均勻的，則材料中的磁感應(yīng)線將被約束在材料中，磁通是平行于材料的表面的，幾乎沒(méi)有磁感應(yīng)線從表面穿出，被檢表面沒(méi)有磁場(chǎng)；但當(dāng)材料中存在著切割磁力線的缺陷時(shí)，材料表面的缺陷或組織狀態(tài)變化會(huì)使磁導(dǎo)率發(fā)生變化，由于缺陷處的磁導(dǎo)率很小，磁阻很大，使得磁路中的磁通發(fā)生畸變，磁感應(yīng)線會(huì)改變途徑，除了一部分的磁通會(huì)直接通過(guò)缺陷或是在材料內(nèi)部繞過(guò)缺陷外，還有部分磁通會(huì)離開(kāi)材料的表面，通過(guò)空氣繞過(guò)缺陷再重新進(jìn)人材料，在材料表面缺陷處形成漏磁場(chǎng)。我們可以通過(guò)磁敏感傳感器檢測(cè)到漏磁場(chǎng)的分布及大小，從而達(dá)到無(wú)損檢測(cè)的目的。
    該裝置中傳感器應(yīng)安裝在盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)且不易受砸的地方，一般安裝于機(jī)頭附近輸送帶抖動(dòng)小的回程帶上方。傳感器箱下表面距離底皮帶上表面的高度以60 mm(正負(fù)誤差不大于5mm)為宜，監(jiān)測(cè)的帶速不能超過(guò)6 m/s。隔爆兼本安控制箱可安裝于附近的硐室中，上位計(jì)算機(jī)安裝于地面控制室。傳感器與控制箱通過(guò)電纜連接，控制箱與上位計(jì)算機(jī)可通過(guò)光纖（或電話(huà)線）傳輸。其系統(tǒng)布置框圖如圖2所示，當(dāng)輸送帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)射傳感器給輸送帶中的鋼絲繩施加一個(gè)恒定的磁場(chǎng)信號(hào)，當(dāng)有上述異常情況出現(xiàn)時(shí)將引起鋼絲繩上磁場(chǎng)信號(hào)變化，接收傳感器拾取該變化的磁場(chǎng)信號(hào)并進(jìn)入DSP數(shù)據(jù)采集、控制、傳輸系統(tǒng)，最后進(jìn)入上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、校驗(yàn)、后處理，最終得出鋼繩芯輸送帶的安全監(jiān)測(cè)報(bào)告。
2、系統(tǒng)功能
   ①輸送帶內(nèi)鋼絲繩芯銹蝕、斷繩、接頭抽動(dòng)、移位、鍍鋅層老化等工況的高速、在線、電磁檢測(cè)及精確定位；
   ②損傷點(diǎn)及接頭數(shù)據(jù)可通過(guò)日期、接頭號(hào)、實(shí)際距離等選項(xiàng)進(jìn)行查詢(xún)、觀看和分析；
   ③輸送帶各接頭信號(hào)的曲線趨勢(shì)圖顯示，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該接頭的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)；
   ④出具檢測(cè)數(shù)據(jù)及文字報(bào)告；
   ⑤各檢測(cè)值的長(zhǎng)時(shí)存儲(chǔ)及報(bào)表打印；
   ⑥可通過(guò)光纖遠(yuǎn)距離傳輸并可進(jìn)入用戶(hù)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
3、系統(tǒng)特點(diǎn)
    ①實(shí)現(xiàn)了電磁監(jiān)測(cè)，對(duì)輸送帶無(wú)損、對(duì)人體無(wú)害；
    ②實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)，無(wú)需停車(chē)，不影響生產(chǎn)；
    ③無(wú)傳感器調(diào)節(jié)窗口，溫度自適應(yīng)，免維護(hù)、高性能的傳感器，使系統(tǒng)工作更可靠；
    ④通過(guò)接頭的曲線趨勢(shì)圖可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該接頭的未來(lái)發(fā)展走勢(shì)，從而可提前對(duì)某接頭作出加固或重新硫化處理，先期排除隱患，確保安全生產(chǎn)；
    ⑤面向用戶(hù)的人性化、模塊化的軟件設(shè)計(jì)，使用戶(hù)無(wú)須太多的計(jì)算機(jī)知識(shí)也可以輕松使用該系統(tǒng)。
4、裝置的應(yīng)用
    大同煤礦集團(tuán)白洞煤業(yè)公司930皮帶為主運(yùn)輸皮帶(ST3150型皮帶)，帶寬1m，帶長(zhǎng)l 700 m，帶速2 m/s，鋪設(shè)角度250，運(yùn)量達(dá)450 t/h。皮帶內(nèi)鋼絲繩為64根。無(wú)損檢測(cè)裝置傳感器的監(jiān)測(cè)面為扇形，一個(gè)傳感器可以監(jiān)測(cè)2—3根鋼絲繩。為保證監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，每根鋼絲繩至少要有3個(gè)傳感器，一般設(shè)置3～5個(gè)傳感器，因此該皮帶安裝40個(gè)傳感器。
    無(wú)損檢測(cè)裝置每次采集信號(hào)后，每個(gè)皮帶接頭都會(huì)得到一個(gè)信號(hào)總量，根據(jù)采集日期的不同，在表格中顯示其應(yīng)的數(shù)據(jù)，并繪出所采集接頭信號(hào)總量變化量的特征曲線。如圖3所示，圖中a、b兩條線是裝置預(yù)設(shè)的接頭超限報(bào)警線，c線為皮帶正常情況下接頭信號(hào)總量變化量的特征曲線，一旦特征曲線超出了a、b兩根線，其表格中相應(yīng)的接頭所得到的參數(shù)值顯示為灰色。
    表格中如果偶爾一個(gè)或者兩個(gè)接頭所示數(shù)值出現(xiàn)灰色，則認(rèn)為是由抖動(dòng)造成的。如果出現(xiàn)連續(xù)的灰色的接頭數(shù)據(jù)，則表示該接頭出現(xiàn)了異常。
    當(dāng)皮帶異常時(shí)，檢測(cè)裝置的定位系統(tǒng)會(huì)對(duì)其進(jìn)行定位，并形成表格顯示出來(lái)。傳感器接收的信號(hào)數(shù)越多，說(shuō)明鋼絲繩的斷頭數(shù)也越多。我們可根據(jù)表格對(duì)應(yīng)地找出所屬接頭及確定的位置，之后用X光機(jī)進(jìn)行再次檢測(cè)，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)該接頭的異常情況。
    在皮帶使用無(wú)損監(jiān)測(cè)裝置的同時(shí)我們還應(yīng)用X光對(duì)皮帶進(jìn)行拍照，并對(duì)兩者的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。在6個(gè)月的時(shí)間里ZSW裝置顯示皮帶有3次異常，分別為3#接頭57 m處，6#接頭143 m處和7#接頭22 m處。通過(guò)用X光的再次檢測(cè)，確定這3次的報(bào)告準(zhǔn)確性達(dá)到99%，且損傷點(diǎn)定位橫向誤差不超過(guò)±100 mm，縱向誤差不超過(guò)+25 mm。通過(guò)對(duì)皮帶損傷的提前處理，有效預(yù)防r事故的發(fā)生，減少了皮帶檢修時(shí)間，提高了礦井生產(chǎn)效率。
5、結(jié)語(yǔ)
    大同煤礦集團(tuán)白洞煤業(yè)公司930、永定莊主斜井、燕子山主斜井皮帶輸送機(jī)于2009年3月安裝使用zsw-n單電磁型礦用鋼絲繩芯輸送帶無(wú)損檢測(cè)裝置，至今運(yùn)行情況正常，對(duì)皮帶接頭狀況檢測(cè)情況經(jīng)與X光機(jī)檢測(cè)進(jìn)行對(duì)比，精確度很高，保證了輸送機(jī)的安全運(yùn)行，保障了煤炭的安全生產(chǎn)，具有廣闊的推廣前景。