中国煤矿输送皮带检测设备的发展史

1 输送机皮带检测具有重大经济价值和意义

矿山安全生产最重要的是皮带检测,一条输送皮带的价值,少则几十万,多则百万甚至千万,是一种非常昂贵的企业资产。随着带式输送机朝着高速度,大规模、超长距离、大倾角的方向发展,对输送带在运行过程中的损伤监测变得愈发重要。

通过大量的行业实践反馈,皮带传输机的皮带跑偏、撕裂、异物、鼓包、钢芯祼漏其实生产运营中很常见的问题。特别是长距离传输中,一旦发生皮带传输机的皮带撕裂或钢芯祼漏等损伤时,往往会造成严重的直接经济损失,发生损伤以后需要人工和时间来修补、替换,极大的影响企业的正常生产,甚至可能会造员伤亡事故。

对矿带损伤的监控监测,不仅是只在发生突发性的明显损伤时,才发出预警,还要当矿带已经呈现出损伤、部分磨损的迹象时,也能及时预警和监控,这是因为很多损伤发生顺序之间,本身也存在一定的因果关系。比如,当皮带出现鼓包、皮带掉皮、皮带啃边时,在高强度的运作磨损下,它下一步很可能就会出现裂缝和断带等缺陷。

行业研究表明,皮带的损伤检测,其实是一个全生命周期的实时监测、归因分析、实时预警的完整过程,它包括了皮带完整性分析、皮带渐变性损伤分析、皮带突发性损伤分析、皮带损伤三维模型展示(展示缺陷的长、宽、高三维数据及3D图像)。

因此对皮带的监测预警,必须实现对输送机皮带损伤全生命周期的监测和预警,才能真正提高煤矿输送皮带的使用率,方能真正提高对皮带监测整体水平,从而大幅降低皮带的维护成本。

实践表明,实施皮带生命周期全方位面监测以后,将会有效降低30%的维护成本。

由于对输送皮带监测具有很高的经济价值和生产意义,数十年来,人们一直在不断尝试不同的检测技术,力图提高对皮带损伤的检测能力。

2 输送机皮带检测发展的五个阶段

矿用皮带缺陷检测走过以下五个阶段:

第一阶段:人工时代

这个时期矿带检测技术不成熟,主要有方式就是人工巡检,和定期停机检测,主要是目测来观察皮带的损伤情况。但人工检测,效率极低,已经完全跟不上时代的发展。目前,只有少数小型煤矿还在采用该方法。

第二阶段:接触式和嵌入式传感时代

为了提高检测效率,这个时期,人们试着为矿带周边或里面装上各种传感装置,通过传感器来检测皮带运动状态来判断是否发生了损伤。

该阶段,比较典型的产品有:托辊、金属线圈型检测器、金属导线、漏料检测器、棒型检测器、弦线式装置、压敏传感器等。该类产品优缺点都明显。优点就是:便宜。缺点:存在较明显的检测盲区、识别能力有限主要只能测纵撕裂和横向断带、安装维护也不方便。

该阶段,通常会借助摄像机不间断对矿带进行录像,当传感器发现损伤以后,再调用录像来通过人工或计算机图像分析来观察缺陷的情况。

第三阶段:非接触式时代

这个时期,技术可以说是一次巨大的飞跃,将检测从接触式升级为了非接触式。非接触式的明显的好处就是,因为不需要和皮带进行接触,所以它的安装方式,安装数量,都会非常灵活,可以有更好观察空间和观察位置,同时对皮带的检测灵敏度由于结合光电技术相比接触式检测有了本质的提升,从而可以更方便,更快速的检测。

该阶段的产品的采用的技术路线,典型的有:x射线、弱磁检测、线扫及面扫激光、红外热感等

其中X射线可以探查皮带内部的断裂和损伤。但是也有缺点,对和环境均有一定的辐射和伤害。

的几类技术产品虽然原理不同,但检测的差异性不大。主要检测的缺陷损伤还是纵撕和横向断带两类损伤,对皮带表面的缺陷,如:表面鼓包、龟裂、钢芯裸漏、钢芯断裂、边缘缺损、接头拉开、横向断带、表面起皮等,显得力不从心。

在这个阶段,用户也只能观察2D维度的缺陷。如果用户想看3D的缺陷模型,则需要单独进行3D建模,这是一笔非常昂贵的费用。

第四阶段:机器视觉时代

在非接触式基础上,又发展出了以人工智能AI为代表,结合摄像镜头,通过对图像的采集和训练,形成一套自我成长的模型,从而提高检测的准确性。机器视觉又是一个重大的进步,对皮带损伤的类型识别和检测精度又有一次更大的提升可以检测大部分皮带缺陷。但是该阶段仍然有一定局限性,对皮带表面的损伤识别,仍然有许多检测盲区,比如:鼓皮、皮带龟裂等识别起来相当困难,同时机器视觉AI只能出2D的缺陷,不能自动生成 3D图像,同样无法为用户提供更立体、更精确的预警分析和决策。

第五阶段:3D智能检测时代

最新一代的检测技术,该技术以3D立体视觉原理为基础开发的。新一代检测设备,由于技术原理本身具有3D光路设计方案,因此可以全方位检测出皮带表面所有缺陷和损伤,自动生成缺陷3D形貌和缺陷的三维信息数据,长、宽、高信息,可以更加直观,精确的分析缺陷,为用户预警决策提供强大帮助。

图1 3D矿带缺陷智能识别系统

3 输送机皮带进入到3D智能检测时代

这些检测技术的进化在昭示着什么呢?

据重庆迹量科技公司首席光电检测工程师王金玉博士介绍,纵观矿带检测方法的演变进化,其中蕴含着两大重大发展趋势:

一是从接触式进化到非接触式。随着科技进步,以及对输送皮带检测要求的不断提升,特别是智慧矿山,智能煤矿大势所趋,中型和大型的煤矿现在均已经升级为非接触式的皮带检测设备,接触式的检测设备逐渐退出历史舞台。

二是从2D智能检测进化到3D智能检测。人们摸索中逐渐感受到,皮带检测从2D智能检测改为3D智能检测,有更好的效果。从2D智能产品来看,包括人工智能AI,它们都是有两个明显的缺陷,一是都无法生成缺陷的3D图像,其次,老一代智能产品受限于技术特性,一般都是只能检测皮带表面少量损伤类型,如:纵撕和横向断带这两类缺陷,而对更多类别的缺陷,如:鼓包、皮带啃边、皮带掉皮、钢芯祼漏等均缺乏有效的识别精度,在实际运用中表现得并不理想。而3D智能检测刚好解决上述的两个痛点。从工业产品发展的历史规律来看,新品类往往是出现在解决老品类的痛点上。

3D矿带缺陷智能检测带来的好处是显而易见的:经济性价比更高!比如矿带检测中,如果采用老一代的产品,绝大多数的解决方案是测纵向撕裂要配一个测纵撕的设备,测横向断带又要配一个横向断带检测设备,但是如果你采用3D矿带损伤智能检测设备,那么你只需要一台3D智能设备就可以检测皮带表面所有的表面缺陷和损伤了(诸如:表面鼓包、龟裂、钢芯裸漏、钢芯断裂、边缘缺损、接头拉开、横向断带、表面起皮)。因此无论是从设备的检测效果、维护成本、时间成本来看,3D矿带智能检测设备都有巨大的优势和前景。

王金玉博士认为,3D矿带损伤智能检测技术的巨大优势和高性价比使其在未来的输送带检测设备市场上拥有更高的接受度和占有率,并将引领新一轮的中国矿带智能检测发展趋势。