TCK钢丝绳芯输送带在线监测系统应用研究

摘要：针对钢绳芯输送带在煤矿运输中存在检查监测困难的缺陷，TCK采用弱磁检测技术，结合现代网络通讯技术、计算机技术、防爆技术等现代前沿科技成果，成功解决了钢丝绳芯输送带的在线自动监测难题。

关键词：钢丝绳芯输送带 在线监测

1 概述

钢丝绳芯带式输送机是煤矿生产领域的重要运输设备。在实际工作中，受接头抽动、绳芯断裂、锈蚀等各种隐蔽性因素的影响和制约，进一步使得钢丝绳芯引发断带事故。因此，检测钢丝绳芯输送带安全隐患显得尤为重要。冀中能源股份有限公司邢台矿为年产量为195万吨的矿井，二强皮带负责井下原煤输送的咽喉要道，一旦发生事故，直接影响原煤的运输任务，将对矿井造成巨大的危害，因此二强皮带的运行状态，始终受到管理者的高度关注。

目前，通过采用人工目测法、辅助仪器检测法的方式对钢丝绳芯带式输送机展开日常维护检查工作，其不足是耽误时间，影响生产。因此，研究一种在线、实时、自动的检测系统，对钢丝绳芯带式输送机进行检测显得尤为重要。

TCK钢丝绳芯带式输送机在线实时自动监测系统作为一种先进的检测技术，是集网络通讯、电脑软件、防爆等功能于一体，该检测系统提出了一种全新的安全监管解决方法。能够准确检测输送带中钢丝绳芯接头的抽动、位移，以及断绳、疲劳、锈蚀等可能导致断带事故的安全隐患，有效的解决了输送带隐患检测的技术难题。

2 弱磁检测的基本原理

胶带中的钢丝绳采用优质钢材制成，具有良好的导磁能力。当钢丝绳芯输送带中的钢丝被磁化后，在钢丝绳表面产生感应磁场Bz1，与缺陷磁感应强度方向相比，Bz1正好相反。传感器综合处理磁感应强度时，主漏磁感应强度Bz1通过用步长磁感应强度矢量Bb进行抵消。

对于传感器线圈来说，其某点捕捉到的磁感应强度是钢丝绳外改点各种磁感应强度沿轴向方向分量的矢量和，即：

BS=BZ1+Bb+Bh+By+Bd+Bm+Bx+Bp+B'b+……Bn=■Bi 式中：Bs、Bz1、Bb、Bh、By、Bd、Bm、Bx、Bp、B'b、Bn、Bi分别代表传感器线圈捕捉到的磁感应强度、主漏磁感应强度、补偿磁感应强度、环境磁感应强度、偏移磁感应强度、断丝漏磁感应强度、磨损漏磁感应强度、锈蚀漏磁感应强度、疲劳漏磁感应强度、变形漏磁感应强度、第n个磁感应强度矢量、任何缺陷磁感应强度。

经过实验表明：传感线圈的输出信号U是Bs的函数，而缺陷当量△S又是U的函数，因此可以写成：

U=F（Bs），△S=F（U）

式中：U代表传感线圈输出的电压信号；

所以△S=A■Bi+C

式中：△S、A、C分别代表：缺陷当量或损耗面积的百分比、比例系数、常数。在这种情况下，钢丝绳芯损伤点的面积损耗值△S变成场强Bi的函数。

TCK钢丝绳芯输送带在线实时监测系统作为一种检测装置，组要采用水平+垂直响应的传感器模块化组合阵列：对于水平传感器来说，由于能够灵敏地感应到金属的分布程度特征，因此，钢丝绳芯断绳（包括接头）、疲劳、锈腐蚀等信号通过水平传感器的幅值输出可以对检测精度进行量化；对于垂直传感器来说，由于对金属分布的运动特征更加灵敏，例如接头、断绳等信号，波形陡峭，进而提高了定位检测的可靠性。充分保证了检测的定位和定量检测性能。

3 系统组成和工作流程

TCK-GMS型弱磁加载装置、TCK-GMS型探伤检测器、TCK-GMS行程编码器、自控声光报警装置、TCK-短信报告功能装置、TCK终端主控装置等共同组成TCK钢丝绳芯输送带在线实时自动监测系统。在该系统中，磁感传感器阵列箱、数据采集、通讯模块、多路输出隔爆兼本安电源等组成TCK-GMS型探伤检测器，在组合传感箱内对这些部件进行集成，同时在输送机下行胶带的底部进行安装。对于传感器箱来说，其内部设有多台磁感传感器，每台传感器能够分别对一定数量的钢丝绳进行监测。输送机运行过程中，连续扫描输送带内的钢丝绳芯。在扫描过程中，如果发现存在断头、锈蚀、损伤或硫化接头发生抽动等现象，传感器在故障部位发出电信号。对于磁感传感器及其他信息，通过数据采集模块进行实时采集，并利用通讯模块和多路输出将采集的信息通过矿井的工业以太网传递给地面监控室中的TCK终端主控装置。软件系统对当前的数据、基础数据及历史数据进行比较和查询，对发现的故障性质进行实时的扫描，同时计算量值。该检测系统具有数据统计、自动报警、检测结果打印和远程传输等功能。其工作流程，如图1所示：

4 系统的功能

4.1 在不影响胶带运行的情况下，可对被测钢丝绳芯带式输送机进行非接触检测，减少胶带的停电检修时间，提高胶带运输效率。

4.2 钢丝绳芯带式输送机能进行在线自动锁定，并能出示检测结果、声光报警、自动打印检测报告等多项功能。

4.3 通过定量、定位的方式对被测钢丝绳芯输送带非接头区钢丝绳芯断芯、磨损、锈腐蚀等损伤进行检测。

4.4 无人值守，全天候连续不间断在线自动监测。

4.5 提取、转换、处理及存储被测钢丝绳芯输送带全程状态信息，同时提供检测分析报告。

4.6 TCK专用软件技术，中文界面、对话式操作、数据分析、实时图像重构、实时压盘存储、历史数据回访查询。

5 系统的技术特点

5.1 高分辨率

瞬值检测精度1mm，能够对输送带钢丝绳芯接头的弹性位移和永久位移进行准确有效地识别。

5.2 高灵敏度

由TCK发明的5V/Gs高灵敏度磁感元件，可以定量检测接头抽动、内部断绳、疲劳锈蚀等早期安全隐患。

5.3 精确定位

该系统采用水平+垂直响应组合式“传感器空间阵列”，对钢丝绳芯输送带内部损伤的二维平面进行精确定位。

6 系统软件流程图

图2

7 主要性能指标

①传感器灵敏度调制区间：A=2.5～5V/G。

②检测器距被测输送带表面间距：50～110mm。

③采样响应频率：8kHz。

④数据传输速率：10M/100Mbps自适应。

⑤定位检测分辨率：1mm。

⑥钢丝绳芯疲劳、锈蚀检测准确率：>90%。

⑦接头位移检测准确率：>95%。

⑧内部断芯检测准确率：99%。

⑨故障定位误差：

带长方向：±100mm

带宽方向：±50mm。

8 结论

冀中能源股份公司邢台矿积极推进运输设备的安全管理创新，在二强皮带上安装了TCK钢丝绳芯输送带在线实时自动监测系统，有效解决钢丝绳芯输送带上这一类潜伏的安全隐患。

TCK钢丝绳芯带式输送机在线监测系统在邢台矿二强皮带的运行表明，该系统具有对输送带内钢绳芯损伤点或接头的实时在线自动监测的功能，对重点隐患部位的变化状态实时监测，检测数据可通过日期、接头位置等选项进行查询、观看和比对分析，给维修人员以直观的判断，给领导决策提供了可靠的依据。该系统的应用改变了过去人工检查的模式，在生产的同时完成检测，降低了工人的劳动强度，减少了停产检修时间。

参考文献：

[1]刘泽宇.钢丝绳芯胶带实时在线检测仪的应用[J].煤矿开采，2006（3）.

[2]乔巨忠.强力输送带无损探伤仪的研制[J].山西焦煤科技，2005（3）.

[3]刘志河，张海涛，绍庆龙.钢绳芯胶带绳芯在线实时监测系统[J].煤炭科学技术，1998（5）.

作者简介：吕能江（1972-），男，河北邢台人，本科学历，助理工程师，主要从事煤矿机电技术与管理工作。