侯樹山

(國投新集能源股份有限公司 口孜東礦，安徽 阜陽236000)

0 引言

對煤礦而言，鋼繩芯強力輸送帶一般作為永久固定設備，擔負著主要運輸任務。各工作面輸送帶或盤區(qū)輸送帶的煤流最后都要集中到某一條或幾條強力輸送帶上，然后集中上井。作為運輸瓶頸，一旦發(fā)生斷帶事故，輕則影響全礦井生產(chǎn)，重則造成人員傷亡。

強力輸送帶內的鋼絲繩是主要承載物，由于煤礦生產(chǎn)的惡劣環(huán)境，煤矸石、巖石、甚至鐵器都有可能砸落在輸送帶上，使輸送帶內的鋼絲繩受損；或使輸送帶敷膠破裂，水或其它腐蝕性液體滲透到輸送帶內，使得鋼絲繩銹蝕。這些情況都有可能使輸送帶的帶強下降，當帶強下降到一定程度時，就有發(fā)生斷帶事故的可能。此外，硫化接頭是強力輸送帶的薄弱環(huán)節(jié)，如果接頭沒有按照標準硫化，或者硫化膠質量有問題，接頭就有可能發(fā)生抽動，這是發(fā)生斷帶事故的另一個主要因素。

煤礦輸送帶能否安全、高效地運行直接影響到煤礦的生產(chǎn)效益和安全效益。隨著煤礦生產(chǎn)率的提高，需要一種實時在線監(jiān)測輸送帶內鋼絲繩芯在運行過程中變化情況的方法，以保證整條輸送帶的運行始終保持在可靠而安全的狀態(tài)下，避免事故發(fā)生。同時延長強力輸送帶使用壽命節(jié)約大量的采礦成本。

采用X光機原理實現(xiàn)對強力輸送帶的在線檢測，“看”到整條輸送帶的狀況，那么它就完全可以替代目前落后的各種輸送帶檢測方式，并把人們從繁重、效率低下的勞動中解放出來，對預防斷帶事故的發(fā)生具有重要意義，在社會生產(chǎn)建設中具有廣泛的應用前景。

1 X射線成像系統(tǒng)原理

X射線實時成像檢測原理如下圖1所示。

圖1 X射線實時成像無損探傷系統(tǒng)原理框圖

X射線源透射檢測對象后經(jīng)再射到探測器上，探測器采集入射的光子信息，把不可見的X射線檢測信號轉換為光學信號，再將采集到的信號進行光電轉換后，傳送至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不斷采集得到投影數(shù)據(jù)，處理后即可按照一定的圖像重建算法進行圖像重建，探測結果圖像。接著，通過傳輸系統(tǒng)交給計算機對其進行處理后，在顯示器屏幕上顯示出待檢物內部的缺陷性質、大小、位置等信息，按照有關標準對檢測結果進行缺陷等級評定。

X射線探傷系統(tǒng)，通?；赑C系統(tǒng)，以高性能的DSP或FPGA為系統(tǒng)核心、采用以太網(wǎng)或USB通信。其利用DSP或FPGA強大的數(shù)據(jù)處理能力，對各模塊進行協(xié)調控制。硬件部分各模塊均采用精度高、噪聲低、可靠性高的器件以及多種措施降低噪聲、提高精度、提高系統(tǒng)抗干擾能力。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

系統(tǒng)主要由礦用隔爆兼本安型X射線發(fā)射箱、礦用隔爆兼本安型X射線接收箱、礦用本安型指示按鈕箱、聲光報警器、礦用網(wǎng)絡交換機、監(jiān)控計算機等組成。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組成

2.1 硬件結構介紹

1）X射線發(fā)射裝置：X射線源采用 AC127V交流供電，該裝置與計算機進行串口通信，并且根據(jù)接收的命令控制發(fā)射 X射線，以及實現(xiàn)過壓、超溫、過載等反饋保護等功能。

2）探測器：探測器模塊由X射線發(fā)射裝置提供供電電源，由探測器包含X光探測卡、圖像采集卡、數(shù)據(jù)轉換傳輸板三部分。

3）指示按鈕箱：指示按鈕箱可實現(xiàn)緊急情況下，關閉射線，確保人員安全；亦可實現(xiàn)，射線開啟時警示作用。

4）報警器：其提供射線開啟狀態(tài)下的報警輸出，既有發(fā)聲，也有光源報警。

2.2 系統(tǒng)工作原理

從X射線發(fā)射裝置發(fā)出的X光透射過高速運行的輸送帶后照射到X光探測器內探測接收卡上，進行圖像采集，并通過以太網(wǎng)將處理后的數(shù)字圖像信息傳輸?shù)骄颅h(huán)網(wǎng)交換機，再由井下環(huán)網(wǎng)交換機通過地面網(wǎng)絡上傳到上位機上，最后上位機通過圖像處理軟件來處理接收到的圖像信息并進行動態(tài)的實時顯示。PC機的圖像處理軟件不僅可以對圖像進行分析和處理，還可以運用模式識別算法提取判斷輸送帶鋼絲繩芯接頭銹蝕、伸長以及斷裂等情況，并實時記錄故障信息。

3 系統(tǒng)圖像處理

系統(tǒng)中的圖像處理是系統(tǒng)中人機交互的窗口，是系統(tǒng)功能的終極體現(xiàn)。

系統(tǒng)能實現(xiàn)以下功能：

1）檢測功能

系統(tǒng)具有鋼繩芯輸送帶無損檢測功能。遠程檢測：在地面中心機房可使用工控機的監(jiān)控軟件遠程檢測鋼繩芯輸送帶。

2）閉鎖控制

a）X射線閉鎖：通過發(fā)射箱提供的無源觸點實現(xiàn)X射線閉鎖。

b）供電電源閉鎖：通過本安指示按鈕箱的急停按鈕，實現(xiàn)對發(fā)射箱內的X射線機供電及非本安電源輸出閉鎖。

3）狀態(tài)指示

a）X射線狀態(tài)指示：當X射線開啟時，本安型聲光報警器輸出聲光警示信息；本安指示按鈕箱提供X射線狀態(tài)指示。

b）供電狀態(tài)指示：當發(fā)射箱內的X射線機通電及非本安電源輸出時，本安指示按鈕箱提供X射線機供電及非本安電源輸出狀態(tài)指示。

4）遠程監(jiān)控

a）電源遠程監(jiān)控：操作監(jiān)控計算機的監(jiān)控軟件遠程可開啟或關閉發(fā)射箱內的X射線機供電及非本安電源輸出，并可檢測控制狀態(tài)；

b）X射線工作狀態(tài)監(jiān)控：操作監(jiān)控計算機的監(jiān)控軟件遠程開啟或關閉X射線，并可檢測X射線工作狀態(tài)。

5）用戶認證管理

提供用戶登錄驗證、用戶操作權限設置、用戶密碼修改、用戶信息表和用戶數(shù)據(jù)庫管理等功能。

6）系統(tǒng)基本配置

提供用戶指定數(shù)據(jù)庫備份位置、圖像存儲位置和視頻存儲位置、輸送帶配置等功能。

7）在線檢測

提供X射線在線檢測視頻圖像顯示、錄像及存儲等功能。

8）視頻分析

提供歷史視頻的播放控制、圖像抓拍、視頻剪輯、存儲、視頻列表及視頻信息顯示等功能。

9）圖像分析

提供圖像局部放大、圖像標定和面積計算、添加備注和處理意見、圖像列表及圖像信息顯示等功能。

10）數(shù)據(jù)管理

提供視頻信息管理、圖像信息管理、日志信息管理、報表管理、數(shù)據(jù)庫備份和還原等功能。

4 系統(tǒng)功能特點及運用效果

1）利用X射線原理對鋼繩芯輸送帶進行透視，實現(xiàn)在線檢測；

2）自動識別輸送帶鋼絲繩斷裂、銹蝕、劈絲、接頭抽動、不規(guī)范的硫化等缺陷并報警，自動抓拍缺陷圖像，可對抓拍的圖像進行圖像分析，對缺陷大小等進行評估；

圖3 硫化接頭

圖4 鋼絲繩斷繩

圖5 鋼絲繩缺陷

3）根據(jù)輸送帶接頭及輸送帶速度實現(xiàn)鋼繩芯缺陷準確定位；

4）采集的鋼繩芯輸送帶透視視頻圖像可以進行慢速（變速）播放并可轉化為標準的AVI電影模式方便觀看和移動；

5）提供輸送帶缺陷報表、打印功能；

6）監(jiān)控軟件遠程開通/關斷X射線機和接收箱的供電電源，遠程控制X射線的產(chǎn)生與關斷；

7）特點；

8）發(fā)射箱內部散熱通道綜合設計，連續(xù)在線工作時間長；

9）通過軟件結合輸送帶帶速及接頭識別算法自動實現(xiàn)輸送帶缺陷故障定位功能，便于快速找到故障位置及時維護處理；

10）具備帶強分析功能，為預知維護提供參考；

11）整體防護、可拆解模塊化安裝，一機多用。

5 結束語

本文根據(jù)國內礦井實際情況要求，借鑒國內外先進的輸送帶檢測方法，以國投新集口孜東煤礦主運膠帶機為應用現(xiàn)場，在分析研究了X射線成像原理和檢測原理基礎之上，設計了一套完整的輸送帶鋼繩芯故障檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對輸送帶的全面進行不停機在線檢測，從而能更清楚、直觀地看到損傷點或接頭的透視圖像，同時結合圖像處理技術自動檢測輸送帶損傷情況，以便于采取進一步的修復手段，防范隱患擴大或事故發(fā)生，給口孜東煤礦運輸生產(chǎn)提供了安全保證。

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