矿用输送带纵向撕裂检测装备设计与应用.pdf

178/矿业装备 MINING EQUIPMENT装 备0 引言目前，中国是世界上煤炭产量最大的国家之一，而且煤矿开采又以井工矿为主，井工矿井下煤炭运输主要使用矿用输送带（以下简称“输送带”）1-4。输送带通常可分成常规的帆布带、合成纤维带、钢绳芯带等5。伴随着皮带输送机朝着更快地速度，更大地规模，超长的距离，更大倾角的方向发展，钢绳芯带也被日益普遍地应用。钢绳芯带6-7的拉力大幅提升，但它的纵向耐撕扯性能并没有提升。出于橡胶材料自身特性的原因，很可能会出现纵裂8。皮带运输机9-10是工厂和矿山进行正常作业所必须的一种生产性和运输性设备，一旦发生了断裂事故，无论是直接还是间接造成的损失都是巨大的。特别是高速、远距离、大倾角的钢绳芯输送带，很可能会造成更加严重的损失并有可能发生工作人员伤亡。本文以三道沟煤矿为工程背景，提出一种新型矿用输送带纵向撕裂检测装备为输送带系统的安全生产11提供坚实的保障，根除发生大范围纵向撕裂的可能性，及时识别、及时报警、及时停皮带，将纵向撕裂范围降低到最低程度，避免潜在的由纵向撕裂引发的次发连锁事故，及时修补出现的损伤，让安全隐患消灭在萌芽阶段，极大地提高了输送带的安全运行水平。1 工程概况三道沟煤矿位于陕西省府谷县庙沟门老高川一带，距县城直距约 25km。隶属府谷县三道沟、庙沟门、老高川、大昌汗等乡镇管辖。现矿井主采 5-2煤层，煤层厚度 2.03.85m，平均 3.05m，中下部含一层夹矸，岩性为褐黄色泥岩，硬度小，遇水易膨胀，厚度 0.050.15m，结构简单，煤厚变异系数 36.62%；可采性指数 1，为较稳定煤层，井下煤炭、矸石等的运输主要使用运输皮带进行运输。2 输送带纵向撕裂检测装备研发与使用2.1 输送带纵向撕裂检测装备研发利用光学三角理论和回波分析的理论成像，以及使用非接触测量在皮带上撕裂或裂缝面积大小和深度的精确的感应器。将半导体激光器所产生的激光通过一个透镜，将其聚焦到被测对象上，同时，再利用透镜把反射光投射在 CCD 上。然后，由信号处理器以三角函数法来测量在 CCD 上的光电移动分量，以获取被测对象光位移信息。上传动带的下侧安装有激光与摄像机，激光照到传动带的下侧，经传动带表面反射后，摄影机对传送带进行拍摄 采用三角测距法，对激光条带的横截面进行了高、深等参数的提取，并将结果实时地送往控制计算机。通过对皮带底部的所测数据进行处理，最终获得皮带底部的三维图像。能直观的看到皮带有没有被撕裂的现象。光学三角原理如图 1 所示。金腾（陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿，陕西榆林 719400）摘要：针对矿用输送带运行过程中容易出现纵向撕裂的问题，通过激光束扫描皮带表面技术与相机采集图像信息技术的结合，设计了一款新型矿用输送带纵向撕裂检测装备，并在三道沟煤矿选煤厂得到现实应用，效果显著。关键词：矿用输送带；纵向撕裂；激光束扫描皮带表面技术；相机采集图像信息技术矿用输送带纵向撕裂检测装备设计与应用2023.9 矿业装备/1792.2 输送带纵向撕裂检测装备设计输送带纵向撕裂检测装置能够实现无人智能控制操作设备和对输送带的检测工作，能将上皮带底部的状况，如同播放影片一般，在显示屏上清楚、直观地呈现出来。该检测设备主要采用的是激光束扫描皮带，然后通过摄像机获取图像信息的技术，相互验证，实现 24h检测输送机皮带表面是否有纵裂发生或其他类型的皮带表面破坏。2.2.1 输送带纵向撕裂检测装置激光束扫描皮带表面技术采用了一种激光检测技术，并将其与几套精确的参数和计算方法相结合，以判定该纵裂的真假：对每个异常点进行高度、宽度、与其他异常点间的距离、通过夹角（坐标值），轮廓对比等来识别现有的皮带表层损伤，以及因皮带纵裂而形成的裂纹。精确细致的群体属性确定裂缝的深度，宽度，方向；连续性，分布规律，延长线等，以此判断有无纵裂。2.2.2 输送带纵向撕裂检测装置相机采集图像信息技术该技术可实现实时图像进行实时分析，发现皮带表面裂痕、纵向撕裂时，软件报警，并将异常情况的图像抓拍保存，利用多线程压缩和独特的磁盘操作方法，将数据完全地保存到了硬盘固定文件夹中，确保在进行处理和回看时，可以得到与实际输送带无区别的皮带表面图像。方便用户查看、分析具体问题。输送带纵向撕裂检测装置上位机软件对保存在电脑硬盘的历史数据可模拟完整地再现了整个胶条运转的过程，并能调节仿真胶条运转的速率，使观察更加细致。矿用输送带纵向撕裂检测装备检测模型如图 2所示。2.3 设备主要组成输送带纵向撕裂检测装置包括矿用本安型摄像仪、矿用本安型输送带纵向撕裂检测装置用激光发射器、矿用隔爆兼本安型控制主机。2.3.1 摄像仪矿山本安摄像仪（如图 3 所示）是由德国原厂引进的国际顶级的专业 3D 照相机，相机采用 SICK IVP CMOS芯片专利技术，依据激光三角测量理论研制而成，可有效最大化消除周围光的影响，使 3D 资料得到更好、更稳、更精确的测定。2.3.2 纵向撕裂检测装置用激光发射器矿用本安型输送带纵裂检测设备所采用的激光发射器采用了原厂引进的玻璃柱面反射镜及激光二极管，在工作条件下，其一字射线可达到 10m，且红色射线非常图1 光学三角原理图2 矿用输送带纵向撕裂检测装备检测模型图3 摄像仪180/矿业装备 MINING EQUIPMENT装 备纤细，并且非常一致，并保持高度的平行度和稳定度。同时，激光发射器具有较高的输出稳定性、功率小、静电防护、过电防护、温度防护、准直角差较低的特性。激光发射器如图 4 所示。2.3.3 隔爆兼本安型控制主机矿用隔爆兼本安型控制主机(控制主机)，目的是为了完成对矿用本安型摄影仪和矿用输送皮带纵裂探伤设备用激光发射头所需要的本安供电（电源开、关等功能）、下位机报警，并进行了光电变换，将摄像仪所获得的信号转化为光学信号，经由光缆传送到远处的上位机上。2.3.4 计算机监控软件计算机监控软件将摄像仪探测到的数据通过分析处理后显示出信号图形，准确判断皮带是否发生纵裂，并实现对下位机的控制功能。2.4 设备主要安装位置纵向撕裂检测设备安装于上皮带的下表面，即上下皮带的中间位置，安装位置上下皮带需要有足够的间距，如图 5 所示。输送带发生纵向撕裂一般主要发生在装载点处，主要原因如下：第一，矸石、铁钎等异物夹杂在转载点落下的煤中，在穿过传送带后，会滞留在料斗或溜槽等位置，而传送带又会以较快的速度前进，使输送带会被外来物体所割伤，造成皮带的纵裂。第二，大块矸石或岩石等异物夹杂在转载点落下的煤中，卡在漏斗与托辊之间，导致输送带装料堆积堵塞，异物不断对输送带进行划擦，最终导致输送带形成撕裂。因此，该装置一般安装在每一个物料装载点下游附近（尽可能靠近装载点）。落料点安装如图 6 所示。2.5 主要功能第一，输送带纵向撕裂检测装置对输送带上皮带底面用激光束高速和断面扫描，24h 检测是否有纵裂发生或者其他表面损伤。第二，激光测量技术使用多种精密的参数来判断纵裂的真实性，每一个异常位置都要计算高度、宽度、和其他异常位置之间的间隙、截面积、轮廓对比等，以区分皮带表面已有的表皮破损和纵裂产生的破损。详细的特征准确决定了裂缝的深度、宽度、连续性、分布规律等，从而确定纵裂是否发生。第三，为解决误报现象，输送带纵向撕裂检测装置不仅使用激光束扫描皮带同时采用相机采集图像信息，相互验证，只有当两种手段都完全确认了纵裂的发生，系统才触发报警。第四，输送带纵裂检测装置上位机软件可对实时图像进行实时分析，发现皮带表面裂痕、纵向撕裂时，软件报警，并将异常情况的图像抓拍保存在固定文件夹内，方便用户查看、分析具体问题。第五，输送带纵向撕裂检测装置可将皮带表面状态在显示器上实时显示，通过对图像智能的检测、分析，找出输送带表面异常点。图4 激光发射器图5 安装示意图图6 落料点安装2023.9 矿业装备/181参考文献1 2022 年煤炭供应情况如何？J.智能矿山,2023,4(5):71.2 肖微.2022 年我国煤炭市场分析及 2023 年展望 J.冶金管理,2023(4):41-44.3 安栋平.煤炭主产区全力增煤保供 N.中国电力报,2023-02-07(8).4 张宏.以煤炭行业高质量发展筑牢能源压舱石 J.煤炭经济研究,2023,43(1):1.5 贾真.矿山井下皮带机自动控制系统设计及应用探析 J.新疆有色金属,2023,46(4):55-57.6 冀鹏飞.带式输送机输送带钢丝绳芯安全影响因素的研究J.机械管理开发,2023,38(2):63-64+68.7 赵成哲,孟阳,吴建国.地下矿井用抗撕裂钢丝绳芯阻燃输送带行业标准解读 J.冶金与材料,2023,43(3):184-186.8 郭健,乔铁柱,车剑.基于改进高斯混合模型的矿用输送带纵向撕裂检测方法 J.煤矿安全,2020,51(12):167-170.9 王晗,徐亮,吴彬.长距离带式输送机规划设计研究重点J.科技风,2023(18):4-6.10 赵冬冬.煤矿井下带式输送机自动控制系统设计与应用研究 J.机械管理开发,2023,38(6):201-203.11 苏强.矿用带式输送机智能物料超限识别及安全防护系统研究 D.徐州:中国矿业大学,2020.图7 设备安装现场图8 设备检测第六，输送带纵向撕裂检测装置可实现输送带表面裂痕、纵向撕裂的数据检测图像输出的功能，并保存下来，数据、视频可用于日后查看。第七，输送带纵向撕裂检测装置上位机软件操作简单，操作人员只要经过基础培训即可实现对检测装置的独立操作，软件会检测、分析所有问题，并及时做出判断。第八，操作人员在监控室即可完成对输送带纵裂检测装置上位机软件的操作，进行电源开关、图像采集和设备状态实时监视等操作，无需其他现场人员即可完成设备操作和检测工作。第九，矿用输送带纵向撕裂检测装置上位机软件对采集的胶带数据通过专用的磁盘操作方式，可以较完整地保存到硬盘，保证在回看时能完整得到与实际输送带的皮带表面图像。第十，输送带纵向撕裂检测装置上位机软件对保存在电脑硬盘的历史数据可模拟整条皮带的运行过程，且可以对皮带运行速度进行一定幅度调整。第十一，矿用输送带纵向撕裂检测装置操作简单、安装方便，使用环境基本不受任何限制，即使是在井下、风大、潮湿等恶劣环境下仍能正常使用。2.6 现场应用陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿选煤厂 201皮带安装于落煤点处的纵撕装置，成功检测到输送带撕裂并停机，避免了重大的经济损失。如图 7 为设备安装现场，图 8 为设备检测呈现情况。3 结束语矿用输送带纵向撕裂检测装备设计与应用为输送带系统的安全生产提供了坚实的保障，根除了发生大范围纵向撕裂的可能性，及时识别、及时报警、及时停皮带，将纵向撕裂范围降低到最低程度，取代了人工检测，避免潜在的人员安全事故，避免了潜在的由纵向撕裂引发的次发连锁事故并能及时修补出现的损伤，让安全隐患消灭在萌芽阶段，极大地提高了输送带的安全运行水平。另外，矿用输送带纵向撕裂检测装备设计与应用能达到减员增效的目的，可完全实现由智能化取代人工，同时实现 724 小时无休检测，将纵向撕裂范围降低到最低程度，撕裂的材料没有损失，而且大部分仍存留在皮带上，恢复生产所耗费的时间可以大大缩短，并且能够使撕裂后的非正常停机时间最大缩短百分之九十九以上，大幅度延长输送带使用寿命。