鋼絲繩芯輸送帶X射線探傷系統在口孜東煤礦的應用

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，一旦發生斷帶事故，輕則影響全礦井生產，重則造成人員傷亡。

強力輸送帶內的鋼絲繩是主要承載物，由于煤礦生產的惡劣環境，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，就有發生斷帶事故的可能。此外，硫化接頭是強力輸送帶的薄弱環節，如果接頭沒有按照標準硫化，或者硫化膠質量有問題，接頭就有可能發生抽動，這是發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效益和安全效益。隨著煤礦生產率的提高，需要一種實時在線監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下，避免事故發生。同時延長強力輸送帶使用壽命節約大量的采礦成本。

采用X光機原理實現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生具有重要意義，在社會生產建設中具有廣泛的應用前景。

1 X射線成像系統原理

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原理框圖

X射線源透射檢測對象后經再射到探測器上，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，傳送至數據采集系統。數據采集系統不斷采集得到投影數據，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，通常基于PC系統，以高性能的DSP或FPGA為系統核心、采用以太網或USB通信。其利用DSP或FPGA強大的數據處理能力，對各模塊進行協調控制。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、提高系統抗干擾能力。

2 系統組成及工作原理

系統主要由礦用隔爆兼本安型X射線發射箱、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、礦用網絡交換機、監控計算機等組成。如圖2所示。

圖2 系統組成

2.1 硬件結構介紹

1）X射線發射裝置：X射線源采用 AC127V交流供電，該裝置與計算機進行串口通信，并且根據接收的命令控制發射 X射線，以及實現過壓、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、數據轉換傳輸板三部分。

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

4）報警器：其提供射線開啟狀態下的報警輸出，既有發聲，也有光源報警。

2.2 系統工作原理

從X射線發射裝置發出的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，并通過以太網將處理后的數字圖像信息傳輸到井下環網交換機，再由井下環網交換機通過地面網絡上傳到上位機上，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 系統圖像處理

系統中的圖像處理是系統中人機交互的窗口，是系統功能的終極體現。

系統能實現以下功能：

1）檢測功能

系統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：通過發射箱提供的無源觸點實現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，實現對發射箱內的X射線機供電及非本安電源輸出閉鎖。

3）狀態指示

a）X射線狀態指示：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射線狀態指示。

b）供電狀態指示：當發射箱內的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指示。

4）遠程監控

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

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

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據庫管理等功能。

6）系統基本配置

提供用戶指定數據庫備份位置、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）數據管理

提供視頻信息管理、圖像信息管理、日志信息管理、報表管理、數據庫備份和還原等功能。

4 系統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）根據輸送帶接頭及輸送帶速度實現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射線的產生與關斷；

7）特點；

8）發射箱內部散熱通道綜合設計，連續在線工作時間長；

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。該系統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生，給口孜東煤礦運輸生產提供了安全保證。

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