宋聰惠

(河南省煤炭科學(xué)研究院有限公司，河南 鄭州 450001)

隨著煤炭工業(yè)的迅猛發(fā)展，帶式輸送機(jī)不僅具有強(qiáng)度大、運(yùn)量大、運(yùn)輸平衡等特點(diǎn)，還具有連續(xù)性好和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，膠帶輸送機(jī)被廣泛使用并成為了井下運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，輸送帶也相應(yīng)得到了快速發(fā)展[1-5]。

煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境十分復(fù)雜、條件惡劣，有水、火、瓦斯、煤塵、高溫、高濕等多種危險(xiǎn)因素存在，輸送帶長(zhǎng)期在煤礦井下的超負(fù)荷工作過程中，由于輸送帶和托輥、滾筒之間不斷地摩擦使得輸送帶上電量積聚，當(dāng)電量達(dá)到某種程度時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生火花放電從而引起爆炸或者火災(zāi)[6-11]。因此，在煤礦井下傳動(dòng)過程中應(yīng)避免輸送帶和其他傳動(dòng)裝置產(chǎn)生打滑，更應(yīng)嚴(yán)格實(shí)行輸送帶入井制度，即要選擇阻燃抗靜電阻燃輸送帶。煤礦井下輸送帶生產(chǎn)廠家眾多，質(zhì)量參差不齊，依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，采用非金屬聚合物制造的輸送帶、托輥和滾筒包膠材料等，其阻燃性能和抗靜電性能必須符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。因此，阻燃輸送帶的檢測(cè)質(zhì)量必須被嚴(yán)格控制，檢驗(yàn)結(jié)果必須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，才可以入井，從而有效降低阻燃輸送帶在井下產(chǎn)生的火災(zāi)危害[12-15]。

一般來說，煤礦用阻燃輸送帶分為3類：煤礦用織物芯阻燃輸送帶、煤礦用鋼絲繩芯阻燃輸送帶、煤礦用鋼絲繩牽引輸送帶。其中，煤礦用織物整芯阻燃輸送帶應(yīng)用非常普遍，因?yàn)槠洳粌H具有質(zhì)量輕、抗沖擊、耐撕裂、成本低等優(yōu)點(diǎn)，還具有良好的阻燃、抗靜電、抗沖擊、耐磨損、耐腐蝕等性能[16-17]。

織物芯阻燃輸送的檢驗(yàn)必須嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)MT/T 914—2019《煤礦用織物芯阻燃輸送帶》。其中抗靜電性能(表面電阻)的測(cè)定是使用表面電阻測(cè)試儀在一定的溫濕度范圍內(nèi)測(cè)量輸送帶上、下表面的表面電阻值[18]。 在檢測(cè)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，同一條輸送帶表面電阻的檢測(cè)結(jié)果有時(shí)相差較大，穩(wěn)定性不好，這是因?yàn)橛绊懕砻骐娮柚档囊蛩睾芏?。為了深入分析輸送帶表面電阻值的影響因素，本文?組試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)研究。

1 試驗(yàn)

為便于分析表面電阻值的影響因素，在此選用規(guī)格為PVG1250S 800 mm的橡膠面整芯阻燃輸送帶進(jìn)行檢驗(yàn)分析。截取長(zhǎng)度和寬度均為300 mm的試樣1塊，試件表面無裂紋、氣泡和機(jī)械雜質(zhì)等缺陷，且已清洗干凈再用潔凈的干布片擦干并放置在干燥處24 h。為了減小測(cè)試結(jié)果的誤差，每種情況在試件表面測(cè)出5組數(shù)據(jù)，求得其平均值。在此前提下，對(duì)環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、呼吸作用、充電時(shí)間、試件處理時(shí)長(zhǎng)等因素進(jìn)行分析。

1.1 試驗(yàn)過程與結(jié)果

依據(jù)MT/T 914—2019《煤礦用織物芯阻燃輸送帶》規(guī)定，試件應(yīng)在溫度為(23±2)℃，相對(duì)濕度為65%±5%的環(huán)境中存放至少2 h且在此環(huán)境中測(cè)量，檢測(cè)過程中要帶口罩，不能因呼吸作用使試件表面受潮。

(1)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)室的溫度為23.0 ℃，濕度65%，對(duì)試件的處理時(shí)長(zhǎng)分別設(shè)置為0、30、60、90、120、150、180 min，測(cè)量不同處理時(shí)長(zhǎng)試件的表面電阻變化如圖1所示。測(cè)試過程中，充電1 min且測(cè)量電壓選為100 V。

圖1 試樣處理不同時(shí)長(zhǎng)對(duì)表面電阻的影響Fig.1 Effect of sample treatment time on surface resistance

(2)保持溫度23.0 ℃不變，調(diào)節(jié)濕度分別為55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%，測(cè)試不同濕度時(shí)其表面電阻值的變化如圖2所示。測(cè)試過程中，充電1 min鐘且測(cè)量電壓選為100 V。

圖2 濕度變化對(duì)表面電阻的影響Fig.2 Effect of humidity change on surface resistance

(3)保持濕度65%不變，調(diào)節(jié)溫度分別5、10、15、21、23、25、30、35、40 ℃，測(cè)試不同溫度時(shí)其表面電阻值的變化如圖3所示。測(cè)試過程中，充電1 min且測(cè)量電壓選為100 V。

圖3 溫度變化對(duì)表面電阻的影響Fig.3 Effect of temperature change on surface resistance

(4)保持溫度為23 ℃，濕度65%，對(duì)試樣分別充電0、30、60、90、120 s的情況下進(jìn)行電阻檢測(cè)，充電時(shí)長(zhǎng)對(duì)表面電阻值的影響如圖4所示。

圖4 充電時(shí)長(zhǎng)不同對(duì)表面電阻的影響Fig.4 Effect of charging time on surface resistance

(5)保持溫度為23 ℃，濕度65%，改變測(cè)試電壓分別為10、50、100、500 V，在不同電壓測(cè)量的情況下其表面電阻值的變化如圖5所示。

圖5 不同測(cè)試電壓對(duì)表面電阻的影響Fig.5 Effect of different test voltage on surface resistance

2 影響因素分析

2.1 試件處理時(shí)長(zhǎng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

從圖1中可以看出，試件在溫度為(23±2)℃、相對(duì)濕度為65%±5%的環(huán)境中，存放時(shí)間越長(zhǎng)，其表面電阻值越小。這是因?yàn)樵嚰唇?jīng)過溫濕度的處理，雖然測(cè)量環(huán)境滿足，但是其表面覆蓋層并未受到溫室度的任何影響，所以表面電阻的測(cè)量值會(huì)隨著處理時(shí)長(zhǎng)的不同而不同。

2.2 環(huán)境濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

從圖2中可以看出，在其他條件不變的情況下，濕度越大，其測(cè)量的表面電阻越小，這是因?yàn)楸砻骐娮鑼?duì)環(huán)境濕度比較敏感。這是由于絕緣材料表面吸濕效應(yīng)所致，濕度越大，表面泄露越大，從而測(cè)量的電阻會(huì)更小。在濕度分別為60%、65%、70%這3個(gè)點(diǎn)測(cè)得的表面電阻分別為1.91×108、1.85×108、1.81×108Ω，電阻值比較接近。

2.3 環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

從圖3中可以看出，在其他條件不變的情況下，溫度越高，其測(cè)量的表面電阻越小。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，電阻內(nèi)的分子受熱后變得更加活躍，絕緣材料的吸收電流和電導(dǎo)電流會(huì)相應(yīng)增加，致使其絕緣電阻值減小。據(jù)相關(guān)資料報(bào)道，一般介質(zhì)在70 ℃時(shí)的電阻值僅有20 ℃時(shí)的10%。在溫度分別為21、23、25 ℃時(shí)測(cè)得的表面電阻分別為1.91×108、1.88×108、1.87×108Ω，表面電阻值比較接近。

2.4 測(cè)量時(shí)間對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

從圖4中可以看出，充電時(shí)間越長(zhǎng)，其測(cè)量的表面電阻值越小。這是因?yàn)椴煌慕^緣材料，其充電時(shí)間常數(shù)不一樣，在測(cè)量開始時(shí)，被測(cè)材料上的電流不是瞬間達(dá)到穩(wěn)定的，而是有一衰減過程，在加壓充電的同時(shí)，流過較大的電流，接著是比較長(zhǎng)時(shí)間緩慢減小的吸收電流，最后達(dá)到比較平穩(wěn)的電導(dǎo)電流。被測(cè)電阻值越高，達(dá)到平衡的時(shí)間則越長(zhǎng)。因此，測(cè)量時(shí)為了正確讀取被測(cè)電阻值，應(yīng)在穩(wěn)定后讀取數(shù)值或取加壓1 min后的讀數(shù)值。

2.5 測(cè)試電壓對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

從圖5可以看出，在溫濕度保持恒定的條件下，不同的測(cè)量電壓可能會(huì)導(dǎo)致不同的測(cè)量結(jié)果，通常是測(cè)量的電壓越高，漏電流越大，電阻值越小。因?yàn)樵谝话汶妷狠^低時(shí)，電流會(huì)隨著電壓的增加而增加，此時(shí)材料的電阻保持不變，但是當(dāng)電壓超過一定范圍時(shí)，介質(zhì)材料離子化運(yùn)動(dòng)加劇，電流的增加比電壓增加得快，材料的電阻就會(huì)迅速降低。因此，測(cè)試的電壓越高，試件的表面電阻越小，不同的測(cè)試電壓測(cè)得的電阻值的大小會(huì)有差別，所以，電壓的選擇以在試件中的點(diǎn)才能消耗不大于1 W為前提下，要選擇合適的測(cè)量電壓。

2.6 其他因素

(1)呼吸作用對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。檢驗(yàn)員在檢測(cè)輸送帶的表面電阻時(shí)應(yīng)佩戴口罩，這是因?yàn)闄z測(cè)原在操作高阻儀時(shí)正對(duì)著被測(cè)試樣，呼吸或者說話時(shí)都有可能增加被測(cè)試樣的表面濕度，從而影響檢測(cè)結(jié)果。

(2)重復(fù)測(cè)量對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。在短時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)試樣進(jìn)行重復(fù)測(cè)量時(shí)，后次檢測(cè)出來的電阻值會(huì)比前次的高，這是因?yàn)楸粶y(cè)試樣中存在前次測(cè)量所施加的殘余電荷，在沒有充分放電的情況下重復(fù)測(cè)量，充電效果是疊加的，其測(cè)量的電阻值會(huì)較前次高。因此，一般測(cè)量結(jié)果以第1次測(cè)量為準(zhǔn)，如果必須進(jìn)行多次測(cè)量，要將被測(cè)試件進(jìn)行充分放電并靜置最少5 min后再進(jìn)行。

(3)環(huán)境干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。由于測(cè)量?jī)x器高阻儀是一個(gè)比較精密的電子儀器，所以環(huán)境干擾對(duì)其測(cè)量結(jié)果的影響較大，例如電磁場(chǎng)干擾、機(jī)械振動(dòng)、人體感應(yīng)等，都會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生一定程度的影響[20]。

3 結(jié)論

影響表面電阻值測(cè)量的因素較多，在使用高阻儀進(jìn)行表面電阻測(cè)量時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵守MT/T 914—2019《煤礦用織物芯阻燃輸送帶》中的操作要求，截取規(guī)定尺寸的試樣、選擇標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)電壓、在標(biāo)準(zhǔn)要求的溫濕度范圍內(nèi)、充電1 min，避免其他不必要的干擾對(duì)試樣進(jìn)行電阻測(cè)量，這樣檢測(cè)出來的結(jié)果更準(zhǔn)確。