鋼絲繩芯輸送帶X射線探傷系統(tǒng)在口孜東煤礦的應(yīng)用

侯樹(shù)山

(國(guó)投新集能源股份有限公司 口孜東礦，安徽 阜陽(yáng)236000)

0 引言

對(duì)煤礦而言，鋼繩芯強(qiáng)力輸送帶一般作為永久固定設(shè)備，擔(dān)負(fù)著主要運(yùn)輸任務(wù)。各工作面輸送帶或盤(pán)區(qū)輸送帶的煤流最后都要集中到某一條或幾條強(qiáng)力輸送帶上，然后集中上井。作為運(yùn)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(qiáng)力輸送帶內(nèi)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(nèi)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(nèi)，使得鋼絲繩銹蝕。這些情況都有可能使輸送帶的帶強(qiáng)下降，當(dāng)帶強(qiáng)下降到一定程度時(shí)，就有發(fā)生斷帶事故的可能。此外，硫化接頭是強(qiáng)力輸送帶的薄弱環(huán)節(jié)，如果接頭沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)硫化，或者硫化膠質(zhì)量有問(wèn)題，接頭就有可能發(fā)生抽動(dòng)，這是發(fā)生斷帶事故的另一個(gè)主要因素。

煤礦輸送帶能否安全、高效地運(yùn)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(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)輸送帶內(nèi)鋼絲繩芯在運(yùn)行過(guò)程中變化情況的方法，以保證整條輸送帶的運(yùn)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(shí)延長(zhǎng)強(qiáng)力輸送帶使用壽命節(jié)約大量的采礦成本。

采用X光機(jī)原理實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)力輸送帶的在線檢測(cè)，“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(cè)方式，并把人們從繁重、效率低下的勞動(dòng)中解放出來(lái)，對(duì)預(yù)防斷帶事故的發(fā)生具有重要意義，在社會(huì)生產(chǎn)建設(shè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 X射線成像系統(tǒng)原理

X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)原理如下圖1所示。

圖1 X射線實(shí)時(shí)成像無(wú)損探傷系統(tǒng)原理框圖

X射線源透射檢測(cè)對(duì)象后經(jīng)再射到探測(cè)器上，探測(cè)器采集入射的光子信息，把不可見(jiàn)的X射線檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號(hào)，再將采集到的信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)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(jìn)行圖像重建，探測(cè)結(jié)果圖像。接著，通過(guò)傳輸系統(tǒng)交給計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理后，在顯示器屏幕上顯示出待檢物內(nèi)部的缺陷性質(zhì)、大小、位置等信息，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行缺陷等級(jí)評(píng)定。

X射線探傷系統(tǒng)，通常基于PC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(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)各模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)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(bào)警器、礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)等組成。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組成

2.1 硬件結(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)進(jìn)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(shí)現(xiàn)過(guò)壓、超溫、過(guò)載等反饋保護(hù)等功能。

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

3）指示按鈕箱：指示按鈕箱可實(shí)現(xiàn)緊急情況下，關(guān)閉射線，確保人員安全；亦可實(shí)現(xiàn)，射線開(kāi)啟時(shí)警示作用。

4）報(bào)警器：其提供射線開(kāi)啟狀態(tài)下的報(bào)警輸出，既有發(fā)聲，也有光源報(bào)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(guò)高速運(yùn)行的輸送帶后照射到X光探測(cè)器內(nèi)探測(cè)接收卡上，進(jìn)行圖像采集，并通過(guò)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(jī)，再由井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)上傳到上位機(jī)上，最后上位機(jī)通過(guò)圖像處理軟件來(lái)處理接收到的圖像信息并進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)顯示。PC機(jī)的圖像處理軟件不僅可以對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理，還可以運(yùn)用模式識(shí)別算法提取判斷輸送帶鋼絲繩芯接頭銹蝕、伸長(zhǎng)以及斷裂等情況，并實(shí)時(shí)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(jī)交互的窗口，是系統(tǒng)功能的終極體現(xiàn)。

系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）檢測(cè)功能

系統(tǒng)具有鋼繩芯輸送帶無(wú)損檢測(cè)功能。遠(yuǎn)程檢測(cè)：在地面中心機(jī)房可使用工控機(jī)的監(jiān)控軟件遠(yuǎn)程檢測(cè)鋼繩芯輸送帶。

2）閉鎖控制

a）X射線閉鎖：通過(guò)發(fā)射箱提供的無(wú)源觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)X射線閉鎖。

b）供電電源閉鎖：通過(guò)本安指示按鈕箱的急停按鈕，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射箱內(nèi)的X射線機(jī)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(dāng)X射線開(kāi)啟時(shí)，本安型聲光報(bào)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(dāng)發(fā)射箱內(nèi)的X射線機(jī)通電及非本安電源輸出時(shí)，本安指示按鈕箱提供X射線機(jī)供電及非本安電源輸出狀態(tài)指示。

4）遠(yuǎn)程監(jiān)控

a）電源遠(yuǎn)程監(jiān)控：操作監(jiān)控計(jì)算機(jī)的監(jiān)控軟件遠(yuǎn)程可開(kāi)啟或關(guān)閉發(fā)射箱內(nèi)的X射線機(jī)供電及非本安電源輸出，并可檢測(cè)控制狀態(tài)；

b）X射線工作狀態(tài)監(jiān)控：操作監(jiān)控計(jì)算機(jī)的監(jiān)控軟件遠(yuǎn)程開(kāi)啟或關(guān)閉X射線，并可檢測(cè)X射線工作狀態(tài)。

5）用戶認(rèn)證管理

提供用戶登錄驗(yàn)證、用戶操作權(quán)限設(shè)置、用戶密碼修改、用戶信息表和用戶數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能。

6）系統(tǒng)基本配置

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

7）在線檢測(cè)

提供X射線在線檢測(cè)視頻圖像顯示、錄像及存儲(chǔ)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(chǔ)、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(biāo)定和面積計(jì)算、添加備注和處理意見(jiàn)、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(bào)表管理、數(shù)據(jù)庫(kù)備份和還原等功能。

4 系統(tǒng)功能特點(diǎn)及運(yùn)用效果

1）利用X射線原理對(duì)鋼繩芯輸送帶進(jìn)行透視，實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)；

2）自動(dòng)識(shí)別輸送帶鋼絲繩斷裂、銹蝕、劈絲、接頭抽動(dòng)、不規(guī)范的硫化等缺陷并報(bào)警，自動(dòng)抓拍缺陷圖像，可對(duì)抓拍的圖像進(jìn)行圖像分析，對(duì)缺陷大小等進(jìn)行評(píng)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(shí)現(xiàn)鋼繩芯缺陷準(zhǔn)確定位；

4）采集的鋼繩芯輸送帶透視視頻圖像可以進(jìn)行慢速（變速）播放并可轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的AVI電影模式方便觀看和移動(dòng)；

5）提供輸送帶缺陷報(bào)表、打印功能；

6）監(jiān)控軟件遠(yuǎn)程開(kāi)通/關(guān)斷X射線機(jī)和接收箱的供電電源，遠(yuǎn)程控制X射線的產(chǎn)生與關(guān)斷；

7）特點(diǎn)；

8）發(fā)射箱內(nèi)部散熱通道綜合設(shè)計(jì)，連續(xù)在線工作時(shí)間長(zhǎng)；

9）通過(guò)軟件結(jié)合輸送帶帶速及接頭識(shí)別算法自動(dòng)實(shí)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(shí)維護(hù)處理；

10）具備帶強(qiáng)分析功能，為預(yù)知維護(hù)提供參考；

11）整體防護(hù)、可拆解模塊化安裝，一機(jī)多用。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)國(guó)內(nèi)礦井實(shí)際情況要求，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的輸送帶檢測(cè)方法，以國(guó)投新集口孜東煤礦主運(yùn)膠帶機(jī)為應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，在分析研究了X射線成像原理和檢測(cè)原理基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了一套完整的輸送帶鋼繩芯故障檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對(duì)輸送帶的全面進(jìn)行不停機(jī)在線檢測(cè)，從而能更清楚、直觀地看到損傷點(diǎn)或接頭的透視圖像，同時(shí)結(jié)合圖像處理技術(shù)自動(dòng)檢測(cè)輸送帶損傷情況，以便于采取進(jìn)一步的修復(fù)手段，防范隱患擴(kuò)大或事故發(fā)生，給口孜東煤礦運(yùn)輸生產(chǎn)提供了安全保證。

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