淺析煤礦用輸送帶抗靜電性能的檢測

摘 要：我國是煤炭資源豐富的國家，也是以煤炭為主的能源消費大國。在我國，煤炭開采行業規模龐大，產量居世界首位。在煤炭開采中，用于運輸煤炭的輸送帶起著舉足輕重的作用，它的質量直接關系到煤炭企業的安全生產，而抗靜電性能的檢測又是輸送帶檢測中的一個非常重要的環節。因此，本文對輸送帶抗靜電性能的檢測進行了簡單的剖析，以便給予從事輸送帶檢測人員一定的幫助。

關鍵詞：煤炭，輸送帶，抗靜電性能

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.16.034

0 引 言

在煤炭開采作業中，一個非常關鍵的環節就是把煤炭從礦井底部運輸到地面。限于有限的空間，煤炭的運輸只能靠專用的帶式輸送機，所用的帶就是煤礦用輸送帶。本文從靜電產生的原因、目前我國煤礦井下抗靜電的現狀、輸送帶產生靜電的原因及抗靜電性能的重要性等幾個方面進行剖析。

1 靜電產生的原因

靜電放電是日常生活中經常見到的一種自然現象。比如冬季夜晚人們脫化纖類的衣服時，會聽到噼噼啪啪的聲響，并伴有藍光的出現，皮膚也會有輕微的刺痛感；又如用梳子梳頭后，將梳子靠近頭發，頭發會伸向梳子；和他人握手或不經意接觸時，“啪”的一聲并伴有刺痛感，這些都是發生在人體的靜電。

小學的科學課中就學過摩擦起電，此處的“電”指的就是靜電。其實，靜電產生的方式有許多種，常見的有摩擦起電、接觸起電、感應起電，而摩擦起電只是其中的一種。學過化學的都知道，物質是由原子組成的，而原子中又有質子、中子和電子。通常情況下帶正電荷的質子和帶負電荷的電子的電量是平衡的，這使得物質對外不顯電性。當有摩擦、接觸、感應、熱能等外因出現時，物質原子中的電子就可能會發生流動或轉移，從而導致電量失去平衡，此時物質的表面就會帶有電荷，此即為靜電產生的原因。

2 目前我國煤礦井下抗靜電的現狀

為了避免礦井下因靜電放電而導致災難的發生，我國采取了多種措施來降低靜電帶來的風險。目前常見的有設備接地、增加環境濕度、在高分子材料中添加抗靜電劑等。

2.1 設備接地

煤炭的開采需要用到大量的設備，如采煤機、運煤的輸送機、通風設備等。設備使用中，是無法避免產生靜電的。所以，我國相關的煤礦安全作業要求，井下設備必須有效接地，使產生的靜電荷及時泄漏，避免靜電放電發生事故。即使有帶電體靠近設備，使設備因感應而產生靜電荷，電荷也會通過接地線路流向大地，降低靜電放電的風險。

2.2 增加環境濕度

純凈的水幾乎是不導電的，生活中的自來水導電是因為其中含有其他雜質，如Ga2+、Mg2+等。礦井下存在的煤塵及其他粉塵，會使得水汽因含有大量的雜質而導電。當這些水汽大量存在于空氣中時，設備所產生的靜電荷會及時泄漏于大地，而無法集聚放電。

2.3 在高分子材料中添加導電材料或抗靜電劑

煤炭開采不僅會用到金屬材料，還會用到塑料、橡膠、樹脂等高分子材料，而且大多數高分子材料是絕緣體。然而，材料的絕緣性能越好，電荷越不容易泄漏，就越易產生靜電。為了降低絕緣性能，常用的工藝就是在高分子材料中添加導電材料或抗靜電劑，以此來降低它們的表面電阻或體積電阻，使產生的靜電荷及時泄漏掉[1]。

3 輸送帶產生靜電的原因及抗靜電性能的重要性

在絕緣材料中，電荷是無法自由流動或轉移的，它們會在絕緣材料的表面大量集聚，所以絕緣性能越好，越易產生靜電。而運送煤炭的輸送帶的覆蓋層主要以塑料或橡膠為主，均為絕緣體。在煤炭的運送過程中，輸送帶與煤塊、輸送帶與輸送機之間摩擦產生的靜電會集聚于輸送帶表面，此即為靜電產生的主因[2]。

對于煤礦企業來說，安全工作無疑是第一位的，防火又是企業安全工作中的“重中之重”，因為火災的后果是不可估量的。礦井下不僅有易燃的瓦斯，還有少量的氫氣、一氧化碳及其他碳氫化合物等易燃物。再加上開采過程中，難免會產生大量的煤塵，混入空氣中形成易燃易爆物。此時，若發生靜電放電，對礦井來說無疑是致命的。輕則影響安全生產，重則造成人員傷亡。因此，煤礦用輸送帶必須具備良好的抗靜電性能，避免放電產生火花而引起災難。

4 輸送帶抗靜電性能的機理

生產輸送帶所用的塑料或橡膠不僅是高分子材料，而且是絕緣體，為了使它們具有抗靜電性能，在其生產過程中，會加入導電材料或抗靜電劑，以此來降低輸送帶的表面電阻，避免電荷集聚。

輸送帶生產工藝中常用到的導電材料有石墨粉、炭黑粉、金屬粉末、其他金屬氧化物等[3]。導電材料的分子會與高分子材料的分子形成物理連接，組成三維導電網絡，使產生的靜電荷及時泄漏而消除安全隱患。這種工藝有抗靜電性能穩定、不受環境條件的影響等諸多優點，但缺點也很明顯，需要添加的量較大，同時，添加量太大又會影響輸送帶本身的其他性能。

抗靜電劑大多數是表面活性劑，而表面活性劑中，親水基和親油基兼而有之，抗靜電工藝就是利用了它的這一特性，使材料表面親和水分，達到泄漏靜電的效果。抗靜電劑的使用方式有外涂型和內混型。外涂型是先將抗靜電劑加入到水中形成溶液，抗靜電劑分子中的親水基會與水結合，而親油基裸露于空氣。輸送帶用這種溶液浸漬后，親油基會吸附于表面，浸漬溶液晾干后，水分子脫離輸送帶表面，抗靜電劑的親水基就裸露于空氣中。輸送帶在使用時，抗靜電劑的親水基會重新吸收周圍環境中的水汽，在表面形成一層薄薄的水膜，從而使電荷及時泄漏，達到抗靜電的效果。內混型是將抗靜電劑按比例直接混于輸送帶的覆蓋層中，抗靜電劑的親油基伸向覆蓋層內部，親水基則伸向外部表面。使用時，會吸收周圍環境中的水汽，形成導電層，使物質具備抗靜電性能[4]。內混型工藝的抗靜電性能要優于外涂型工藝，因為前者內部的抗靜電劑分子會不斷地向材料表面遷移，修復表面損傷部分的導電性，而后者的抗靜電劑在損傷后就無法得到有效修復，所以前者的工藝相對來說更加安全。但兩者的抗靜電性能均是靠吸收水汽來實現的，對環境的依賴性比較大，對環境的濕度要求比較高。

5 輸送帶抗靜電性能的檢測

因為輸送帶的抗靜電性能直接關系到煤炭企業的安全生產，所以用于礦井下運輸煤炭的輸送帶都應該進行該項目的檢測，避免給生產帶來安全隱患。根據我國行業標準MT/T 914—2019，輸送帶的抗靜電性能主要是通過表面電阻的測量值來反映。

檢測時，首先從完整的輸送帶上切取長、寬不小于300 mm的試件3塊，用蘸有蒸餾水的紗布將試件表面擦拭干凈，避免有油污等雜質影響檢測結果，然后置于干燥處24 h以上待用。其次再將試件放于溫度為（23±2）℃，濕度為（65%±5%）RH的環境中2 h以上，并將試件置于絕緣平板上，給MT/T 914—2019 附錄D中所示的圓形電極涂抹導電液后放于試件正中間，外電極和內電極分別連接表面電阻測試儀的低壓端和高壓端，充電1 min后，進行讀數[5]。重復以上操作，分別取上表面和下表面3個數據的算術平均值作為上、下表面的表面電阻，如果上、下表面的表面電阻均小于3×108 Ω，則說明輸送帶的抗靜電性能合格。

6 影響輸送帶抗靜電性能檢測的因素分析

6.1 放置時間對輸送帶表面電阻檢測的影響

抗靜電性能檢測前，要用蒸餾水將輸送帶表面擦拭干凈，主要是為了防止表面的油污、雜質等混入導電液中對結果產生不確定的影響。同時，要將輸送帶置于干燥處24 h以上，是為了避免近期生產的輸送帶中抗靜電劑沒有及時遷移到帶的表面，導致檢測結果異常。為此，選取了一塊新生產的輸送帶進行了試驗，表1為同一試件、同一表面、相同環境條件下的表面電阻隨時間的變化數據。

從表1中的數據可知，輸送帶的表面電阻隨時間在不斷下降，直至趨于穩定。MT/T 914—2019中規定輸送帶的表面電阻不得大于3×108 Ω，試驗所用的試件原本不合格，但放置一段時間后數據卻符合了標準的要求。所以，當進行檢測時，一定要將試件置于干燥處足夠長的時間，避免誤判。

6.2 環境條件對輸送帶表面電阻檢測的影響

MT/T 914—2019中規定對輸送帶表面進行電阻檢測時，要在（23±2）℃、（65%±5%）RH的環境下放置2 h以上，主要是為了使輸送帶與檢測環境的條件相適宜，盡量避免產生數據誤差。

通常情況下金屬導體的電阻隨溫度增加而增大，溫度越高電阻越大。像塑料、橡膠等高分子材料的導電性卻與之相反，隨著溫度的升高，絕緣性能下降，溫度越高電阻越小。這是因為金屬導電靠的是可自由移動的電子，而絕緣體的導電是離子性的，溫度的升高使得絕緣體中分子的熱運動加劇，脫離分子“束縛”的離子也隨之增多，導電性也因此增強。所以在對輸送帶表面電阻檢測時，一定要控制好環境的溫度，符合標準的要求。

另一個需要控制的環境條件是濕度。從輸送帶抗靜電機理可知，輸送帶抗靜電性能主要是其中的抗靜電劑吸收空氣中的水汽，在帶表形成一層導電膜而實現的。所以空氣的濕度會直接影響測量數值。表2的數據記錄了同一輸送帶試件、同一表面、同一時間、相同溫度下，不同濕度的表面電阻值。

從表2的數據可以看出，隨著環境濕度的增加，輸送帶表面電阻在不斷地下降。所以測量時，一定要控制好環境的濕度。

對檢測環境條件的監控，不僅僅是因為溫、濕度會直接影響測量結果，更多的是因為要模擬輸送帶使用時的環境條件，檢測亦是為了使用的安全。相關數據顯示，煤礦井下的溫度通常為26℃左右，相對濕度為50%～60%。為了使用的安全，檢測時，一定要做好環境溫濕度的監測與控制，使其符合MT/T 914—2019的要求。

7 結 語

“安全無小事，責任大于天”，對于煤礦企業來說安全無疑是重要的，而抗靜電性能又是輸送帶的一個至關緊要的檢測項目。因此，為了保障煤礦企業生產的安全與穩定，輸送帶生產廠家首先要肩負起自己的社會責任，不偷工減料，不弄虛作假，嚴格按我國的相關標準去生產。其次，煤礦企業也要對自己負責，做到凡用必檢，確保所用的產品均為合格品。最后，為質量把關的檢驗檢測機構，一定要嚴格按照標準去檢測，避免不合格產品流入市場，為社會把好質量關，推動產業升級，助力經濟社會高質量發展。

參考文獻

[1]黃丹.關于煤礦用PVC阻燃輸送帶的抗靜電性能的研究[J].中國石油和化工標準與質量，2020，40（21）：100-102.

[2]王克峰，任擁軍，汪景合，等.煤礦用PVC阻燃輸送帶抗靜電性能的研究[J].河南化工，2007，24（9）：29-31.

[3]榮文波.煤礦用PVC阻燃輸送帶的抗靜電性能研究[J].內蒙古煤炭經濟，2013（6）：84-92.

[4]楊興明.關于煤礦用PVC阻燃輸送帶的抗靜電性能探討[J].當代化工研究，2019（3）：77-78.

[5]煤炭行業煤礦安全標準化技術委員會.煤礦用織物芯阻燃輸送帶：MT/T 914—2019[S].北京：應急管理出版社，2020.

作者簡介

史海東，本科，工程師，主要從事產品質量檢測工作。

（責任編輯：張瑞洋）