淺析煤礦用輸送帶抗靜電性能的檢測(cè)

摘 要：我國(guó)是煤炭資源豐富的國(guó)家，也是以煤炭為主的能源消費(fèi)大國(guó)。在我國(guó)，煤炭開采行業(yè)規(guī)模龐大，產(chǎn)量居世界首位。在煤炭開采中，用于運(yùn)輸煤炭的輸送帶起著舉足輕重的作用，它的質(zhì)量直接關(guān)系到煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn)，而抗靜電性能的檢測(cè)又是輸送帶檢測(cè)中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。因此，本文對(duì)輸送帶抗靜電性能的檢測(cè)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的剖析，以便給予從事輸送帶檢測(cè)人員一定的幫助。

關(guān)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(yè)中，一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是把煤炭從礦井底部運(yùn)輸?shù)降孛?。限于有限的空間，煤炭的運(yùn)輸只能靠專用的帶式輸送機(jī)，所用的帶就是煤礦用輸送帶。本文從靜電產(chǎn)生的原因、目前我國(guó)煤礦井下抗靜電的現(xiàn)狀、輸送帶產(chǎn)生靜電的原因及抗靜電性能的重要性等幾個(gè)方面進(jìn)行剖析。

1 靜電產(chǎn)生的原因

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

小學(xué)的科學(xué)課中就學(xué)過摩擦起電，此處的“電”指的就是靜電。其實(shí)，靜電產(chǎn)生的方式有許多種，常見的有摩擦起電、接觸起電、感應(yīng)起電，而摩擦起電只是其中的一種。學(xué)過化學(xué)的都知道，物質(zhì)是由原子組成的，而原子中又有質(zhì)子、中子和電子。通常情況下帶正電荷的質(zhì)子和帶負(fù)電荷的電子的電量是平衡的，這使得物質(zhì)對(duì)外不顯電性。當(dāng)有摩擦、接觸、感應(yīng)、熱能等外因出現(xiàn)時(shí)，物質(zhì)原子中的電子就可能會(huì)發(fā)生流動(dòng)或轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致電量失去平衡，此時(shí)物質(zhì)的表面就會(huì)帶有電荷，此即為靜電產(chǎn)生的原因。

2 目前我國(guó)煤礦井下抗靜電的現(xiàn)狀

為了避免礦井下因靜電放電而導(dǎo)致災(zāi)難的發(fā)生，我國(guó)采取了多種措施來降低靜電帶來的風(fēng)險(xiǎn)。目前常見的有設(shè)備接地、增加環(huán)境濕度、在高分子材料中添加抗靜電劑等。

2.1 設(shè)備接地

煤炭的開采需要用到大量的設(shè)備，如采煤機(jī)、運(yùn)煤的輸送機(jī)、通風(fēng)設(shè)備等。設(shè)備使用中，是無法避免產(chǎn)生靜電的。所以，我國(guó)相關(guān)的煤礦安全作業(yè)要求，井下設(shè)備必須有效接地，使產(chǎn)生的靜電荷及時(shí)泄漏，避免靜電放電發(fā)生事故。即使有帶電體靠近設(shè)備，使設(shè)備因感應(yīng)而產(chǎn)生靜電荷，電荷也會(huì)通過接地線路流向大地，降低靜電放電的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 增加環(huán)境濕度

純凈的水幾乎是不導(dǎo)電的，生活中的自來水導(dǎo)電是因?yàn)槠渲泻衅渌s質(zhì)，如Ga2+、Mg2+等。礦井下存在的煤塵及其他粉塵，會(huì)使得水汽因含有大量的雜質(zhì)而導(dǎo)電。當(dāng)這些水汽大量存在于空氣中時(shí)，設(shè)備所產(chǎn)生的靜電荷會(huì)及時(shí)泄漏于大地，而無法集聚放電。

2.3 在高分子材料中添加導(dǎo)電材料或抗靜電劑

煤炭開采不僅會(huì)用到金屬材料，還會(huì)用到塑料、橡膠、樹脂等高分子材料，而且大多數(shù)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(chǎn)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(dǎo)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(chǎn)生的靜電荷及時(shí)泄漏掉[1]。

3 輸送帶產(chǎn)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(dòng)或轉(zhuǎn)移的，它們會(huì)在絕緣材料的表面大量集聚，所以絕緣性能越好，越易產(chǎn)生靜電。而運(yùn)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(yùn)送過程中，輸送帶與煤塊、輸送帶與輸送機(jī)之間摩擦產(chǎn)生的靜電會(huì)集聚于輸送帶表面，此即為靜電產(chǎn)生的主因[2]。

對(duì)于煤礦企業(yè)來說，安全工作無疑是第一位的，防火又是企業(yè)安全工作中的“重中之重”，因?yàn)榛馂?zāi)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?xì)浠衔锏纫兹嘉铩Ｔ偌由祥_采過程中，難免會(huì)產(chǎn)生大量的煤塵，混入空氣中形成易燃易爆物。此時(shí)，若發(fā)生靜電放電，對(duì)礦井來說無疑是致命的。輕則影響安全生產(chǎn)，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(chǎn)生火花而引起災(zāi)難。

4 輸送帶抗靜電性能的機(jī)理

生產(chǎn)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(chǎn)過程中，會(huì)加入導(dǎo)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(chǎn)工藝中常用到的導(dǎo)電材料有石墨粉、炭黑粉、金屬粉末、其他金屬氧化物等[3]。導(dǎo)電材料的分子會(huì)與高分子材料的分子形成物理連接，組成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使產(chǎn)生的靜電荷及時(shí)泄漏而消除安全隱患。這種工藝有抗靜電性能穩(wěn)定、不受環(huán)境條件的影響等諸多優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也很明顯，需要添加的量較大，同時(shí)，添加量太大又會(huì)影響輸送帶本身的其他性能。

抗靜電劑大多數(shù)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(dá)到泄漏靜電的效果?？轨o電劑的使用方式有外涂型和內(nèi)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(huì)與水結(jié)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(huì)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(shí)，抗靜電劑的親水基會(huì)重新吸收周圍環(huán)境中的水汽，在表面形成一層薄薄的水膜，從而使電荷及時(shí)泄漏，達(dá)到抗靜電的效果。內(nèi)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(nèi)部，親水基則伸向外部表面。使用時(shí)，會(huì)吸收周圍環(huán)境中的水汽，形成導(dǎo)電層，使物質(zhì)具備抗靜電性能[4]。內(nèi)混型工藝的抗靜電性能要優(yōu)于外涂型工藝，因?yàn)榍罢邇?nèi)部的抗靜電劑分子會(huì)不斷地向材料表面遷移，修復(fù)表面損傷部分的導(dǎo)電性，而后者的抗靜電劑在損傷后就無法得到有效修復(fù)，所以前者的工藝相對(duì)來說更加安全。但兩者的抗靜電性能均是靠吸收水汽來實(shí)現(xiàn)的，對(duì)環(huán)境的依賴性比較大，對(duì)環(huán)境的濕度要求比較高。

5 輸送帶抗靜電性能的檢測(cè)

因?yàn)檩斔蛶У目轨o電性能直接關(guān)系到煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn)，所以用于礦井下運(yùn)輸煤炭的輸送帶都應(yīng)該進(jìn)行該項(xiàng)目的檢測(cè)，避免給生產(chǎn)帶來安全隱患。根據(jù)我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T 914—2019，輸送帶的抗靜電性能主要是通過表面電阻的測(cè)量值來反映。

檢測(cè)時(shí)，首先從完整的輸送帶上切取長(zhǎng)、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(zhì)影響檢測(cè)結(jié)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(huán)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(dǎo)電液后放于試件正中間，外電極和內(nèi)電極分別連接表面電阻測(cè)試儀的低壓端和高壓端，充電1 min后，進(jìn)行讀數(shù)[5]。重復(fù)以上操作，分別取上表面和下表面3個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)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(cè)的因素分析

6.1 放置時(shí)間對(duì)輸送帶表面電阻檢測(cè)的影響

抗靜電性能檢測(cè)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(zhì)等混入導(dǎo)電液中對(duì)結(jié)果產(chǎn)生不確定的影響。同時(shí)，要將輸送帶置于干燥處24 h以上，是為了避免近期生產(chǎn)的輸送帶中抗靜電劑沒有及時(shí)遷移到帶的表面，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果異常。為此，選取了一塊新生產(chǎn)的輸送帶進(jìn)行了試驗(yàn)，表1為同一試件、同一表面、相同環(huán)境條件下的表面電阻隨時(shí)間的變化數(shù)據(jù)。

從表1中的數(shù)據(jù)可知，輸送帶的表面電阻隨時(shí)間在不斷下降，直至趨于穩(wěn)定。MT/T 914—2019中規(guī)定輸送帶的表面電阻不得大于3×108 Ω，試驗(yàn)所用的試件原本不合格，但放置一段時(shí)間后數(shù)據(jù)卻符合了標(biāo)準(zhǔn)的要求。所以，當(dāng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一定要將試件置于干燥處足夠長(zhǎng)的時(shí)間，避免誤判。

6.2 環(huán)境條件對(duì)輸送帶表面電阻檢測(cè)的影響

MT/T 914—2019中規(guī)定對(duì)輸送帶表面進(jìn)行電阻檢測(cè)時(shí)，要在（23±2）℃、（65%±5%）RH的環(huán)境下放置2 h以上，主要是為了使輸送帶與檢測(cè)環(huán)境的條件相適宜，盡量避免產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差。

通常情況下金屬導(dǎo)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(dǎo)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?yàn)榻饘賹?dǎo)電靠的是可自由移動(dòng)的電子，而絕緣體的導(dǎo)電是離子性的，溫度的升高使得絕緣體中分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，脫離分子“束縛”的離子也隨之增多，導(dǎo)電性也因此增強(qiáng)。所以在對(duì)輸送帶表面電阻檢測(cè)時(shí)，一定要控制好環(huán)境的溫度，符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

另一個(gè)需要控制的環(huán)境條件是濕度。從輸送帶抗靜電機(jī)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(dǎo)電膜而實(shí)現(xiàn)的。所以空氣的濕度會(huì)直接影響測(cè)量數(shù)值。表2的數(shù)據(jù)記錄了同一輸送帶試件、同一表面、同一時(shí)間、相同溫度下，不同濕度的表面電阻值。

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，隨著環(huán)境濕度的增加，輸送帶表面電阻在不斷地下降。所以測(cè)量時(shí)，一定要控制好環(huán)境的濕度。

對(duì)檢測(cè)環(huán)境條件的監(jiān)控，不僅僅是因?yàn)闇?、濕度?huì)直接影響測(cè)量結(jié)果，更多的是因?yàn)橐M輸送帶使用時(shí)的環(huán)境條件，檢測(cè)亦是為了使用的安全。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，煤礦井下的溫度通常為26℃左右，相對(duì)濕度為50%～60%。為了使用的安全，檢測(cè)時(shí)，一定要做好環(huán)境溫濕度的監(jiān)測(cè)與控制，使其符合MT/T 914—2019的要求。

7 結(jié) 語(yǔ)

“安全無小事，責(zé)任大于天”，對(duì)于煤礦企業(yè)來說安全無疑是重要的，而抗靜電性能又是輸送帶的一個(gè)至關(guān)緊要的檢測(cè)項(xiàng)目。因此，為了保障煤礦企業(yè)生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定，輸送帶生產(chǎn)廠家首先要肩負(fù)起自己的社會(huì)責(zé)任，不偷工減料，不弄虛作假，嚴(yán)格按我國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)去生產(chǎn)。其次，煤礦企業(yè)也要對(duì)自己負(fù)責(zé)，做到凡用必檢，確保所用的產(chǎn)品均為合格品。最后，為質(zhì)量把關(guān)的檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，一定要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)去檢測(cè)，避免不合格產(chǎn)品流入市場(chǎng)，為社會(huì)把好質(zhì)量關(guān)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，助力經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介

史海東，本科，工程師，主要從事產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)工作。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）