露天煤矿破碎站铁器检测方法研究

郭耘廷　张宝宁

【摘要】煤炭是地球上蕴藏量最丰富、分布范围最广的化石燃料因此煤矿的开采作业就显得十分的关键。在采煤作业过程中，破碎物料是重要生产环节，降低该环节破碎设备购买与维修投入对煤炭生产效率的提高意义重大。破碎作业生产中，破碎机作为破碎站的主要部件，损坏频率高，维护成本大，维修过程中占用大量人力物力资源。神华宝日希勒能源有限公司露天煤矿位于内蒙古呼伦贝尔市陈旗境内，所产煤种为褐煤。露天矿煤层结构复杂，煤层中间会存在煤矸石，一些煤矸石中含有铁结核。铁结核质地坚硬难免会对电铲、装载机等采煤设备造成损害，导致一些脱落的设备配件混入矿物中送到辊式破碎机中破碎。这些以铁器为主的脱落设备配件会不同程度地造成破碎机发生故障。

【关键词】煤炭破碎站铁器损坏

因此一旦破碎机因铁器掉入引起故障，则必须停机检修，将铁器取出，这将耗费大量人力物力，严重影响生产效率，如果处理不及时甚至造成生产事故。因此必须寻找解决方案，采取相应措施以防止此类事件发生。

一．国内外研究现状

（一）国外研究现状：随着科学技术的不断发展，金属探测器在工作性能及检测精度上都有很大的提高。国外金属探测器种类繁多，有适用于多种应用场合的通用型金属探测器，也有针对某个专业领域或特有应用场景所设计的专业型金属探测器，如有适用于潮湿海滩的地下金属探测器，也有适用一般陆地、山地的地下金属探测器，针对水面下的有水下金属探测器。国外金属探测器整体性能比较优良，测量精度高，实时性好，抗干扰能力比较强，可根据不同的检测环境调整相关检测参数，如灵敏度，但是一般价钱昂贵，很多人承受不起。

（二）国内研究现状：电涡流检测理论在我国的研究起步比较晚，近年来，我国已在人工神经网络技术和三维缺陷的阻抗图的研究领域取得了很大的进步，与发达国家的研究水平相接近，促进了涡流检测理论在我国的发展。国内金属探测器的研究和开发更多的集中在安全领域，大多数的探测器的质量达不到要求，所以得不到相关的认证，因此外资品牌占据了80%的国内市场份额，民用航空市场也一直在使用国外品牌的金属探测器。由于国内对其的研究起步较晚，又受到信息匮乏的限制，技术相对不成熟，所以在国内金属探测器一般还是以从国外引入为主。

二．研究内容及目标

（一）研究内容：详细了解电磁场原理、涡流传感器的工作原理，分析金属物体对探测接收线圈阻抗的影响；根据检测系统的工作环境和技术要求，确定此次检测系统的方案和技术路线；硬件设计包括检测系统的发射线圈电路，接收线圈电路；采集信号的采集卡以及信号的调理模块、处理器模块、电源模块，确定各设备的参数和型号，完成相对应的硬件选型；软件设计则需要借助Labview，通过编程进行数据存储及控制；通过人机交互设备，通过系统所具有的报警功能，给操作人员提示采取停机工作；在实验室搭建实验环境，完成相关功能的调试工作，完善该检测系统功能；结合现场的工作环境，选择金属探测装置最合适的安装位置，并设计合理的安装与布线方案。

（二）研究目标

（1）确定该工作方案的可行性；

（2）在实验室完成调试工作

（3）采购相关的设备进行现场安装布线和调试工作

三．实验方案选择

本课题采用基于电磁感应原理的方式对煤中的铁杂质进行检测，其主要方式有以下两种：折射法和反射法。 由于金属探测器在日常生活、安全检查、矿下金属探测方面已经日益广泛，技术也比较成熟。故而根据其结构方式和原理，本课题采用线圈同轴共面（反射法）进行铁器检测。即是发射端采用通有高频交变磁场的圆形铜线圈，线圈匝数一定，磁场变化率一定，接收端的传感器也采用一定匝数的圆形铜线圈组成。让两组线圈处于同一轴线并且在同一平面，再用各种不同外圈直径尺寸大小的铁块在磁场内做切割磁感线运动，观察接收线圈的输出信号变化量。

反射式铁器检测的基本原理和感应式金属检测器原理大致相同，都是基于电磁感应原理和涡流效应。反射式铁器检测系统主要由两个线圈组成，一个为初级线圈（发射线圈），另一个为次级线圈（接收线圈）由法拉第电磁感应定律我们知道，把一根金属导体或者闭合线圈放置在一个恒定的或者是交变的磁场中，就会在金属导体或者闭合线圈中产生感应电动势和感生电流，如果这个金属导体做切割磁感线的运动，就会在金属导体中产生动生电动势和动生电流，该动生电流值或者感生电流值在金属表面产生一个如水流般的漩涡，即为涡流效應。涡流效应产生的二次磁场大小会对原磁场的磁场强度产生抑制作用。

通过现场调研，将铁器探测装置伸出固定在三层工作平台上，该位置位于和板式给料机平行的地方，即是对着煤的位置。板式给料机速度较慢，这样铁器探测装置可以在固定且稳定的区域内检测铁器，大大增加了检测的精准度。

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作者简介：郭耘廷（1994—），男，汉族，吉林省辽源市，硕士研究生，中国矿业大学（北京），研究方向：现代传感技术及智能化仪器