浅析煤矿用输送带抗静电性能的检测

摘 要：我国是煤炭资源丰富的国家，也是以煤炭为主的能源消费大国。在我国，煤炭开采行业规模庞大，产量居世界首位。在煤炭开采中，用于运输煤炭的输送带起着举足轻重的作用，它的质量直接关系到煤炭企业的安全生产，而抗静电性能的检测又是输送带检测中的一个非常重要的环节。因此，本文对输送带抗静电性能的检测进行了简单的剖析，以便给予从事输送带检测人员一定的帮助。

关键词：煤炭，输送带，抗静电性能

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

0 引 言

在煤炭开采作业中，一个非常关键的环节就是把煤炭从矿井底部运输到地面。限于有限的空间，煤炭的运输只能靠专用的带式输送机，所用的带就是煤矿用输送带。本文从静电产生的原因、目前我国煤矿井下抗静电的现状、输送带产生静电的原因及抗静电性能的重要性等几个方面进行剖析。

1 静电产生的原因

静电放电是日常生活中经常见到的一种自然现象。比如冬季夜晚人们脱化纤类的衣服时，会听到噼噼啪啪的声响，并伴有蓝光的出现，皮肤也会有轻微的刺痛感；又如用梳子梳头后，将梳子靠近头发，头发会伸向梳子；和他人握手或不经意接触时，“啪”的一声并伴有刺痛感，这些都是发生在人体的静电。

小学的科学课中就学过摩擦起电，此处的“电”指的就是静电。其实，静电产生的方式有许多种，常见的有摩擦起电、接触起电、感应起电，而摩擦起电只是其中的一种。学过化学的都知道，物质是由原子组成的，而原子中又有质子、中子和电子。通常情况下带正电荷的质子和带负电荷的电子的电量是平衡的，这使得物质对外不显电性。当有摩擦、接触、感应、热能等外因出现时，物质原子中的电子就可能会发生流动或转移，从而导致电量失去平衡，此时物质的表面就会带有电荷，此即为静电产生的原因。

2 目前我国煤矿井下抗静电的现状

为了避免矿井下因静电放电而导致灾难的发生，我国采取了多种措施来降低静电带来的风险。目前常见的有设备接地、增加环境湿度、在高分子材料中添加抗静电剂等。

2.1 设备接地

煤炭的开采需要用到大量的设备，如采煤机、运煤的输送机、通风设备等。设备使用中，是无法避免产生静电的。所以，我国相关的煤矿安全作业要求，井下设备必须有效接地，使产生的静电荷及时泄漏，避免静电放电发生事故。即使有带电体靠近设备，使设备因感应而产生静电荷，电荷也会通过接地线路流向大地，降低静电放电的风险。

2.2 增加环境湿度

纯净的水几乎是不导电的，生活中的自来水导电是因为其中含有其他杂质，如Ga2+、Mg2+等。矿井下存在的煤尘及其他粉尘，会使得水汽因含有大量的杂质而导电。当这些水汽大量存在于空气中时，设备所产生的静电荷会及时泄漏于大地，而无法集聚放电。

2.3 在高分子材料中添加导电材料或抗静电剂

煤炭开采不仅会用到金属材料，还会用到塑料、橡胶、树脂等高分子材料，而且大多数高分子材料是绝缘体。然而，材料的绝缘性能越好，电荷越不容易泄漏，就越易产生静电。为了降低绝缘性能，常用的工艺就是在高分子材料中添加导电材料或抗静电剂，以此来降低它们的表面电阻或体积电阻，使产生的静电荷及时泄漏掉[1]。

3 输送带产生静电的原因及抗静电性能的重要性

在绝缘材料中，电荷是无法自由流动或转移的，它们会在绝缘材料的表面大量集聚，所以绝缘性能越好，越易产生静电。而运送煤炭的输送带的覆盖层主要以塑料或橡胶为主，均为绝缘体。在煤炭的运送过程中，输送带与煤块、输送带与输送机之间摩擦产生的静电会集聚于输送带表面，此即为静电产生的主因[2]。

对于煤矿企业来说，安全工作无疑是第一位的，防火又是企业安全工作中的“重中之重”，因为火灾的后果是不可估量的。矿井下不仅有易燃的瓦斯，还有少量的氢气、一氧化碳及其他碳氢化合物等易燃物。再加上开采过程中，难免会产生大量的煤尘，混入空气中形成易燃易爆物。此时，若发生静电放电，对矿井来说无疑是致命的。轻则影响安全生产，重则造成人员伤亡。因此，煤矿用输送带必须具备良好的抗静电性能，避免放电产生火花而引起灾难。

4 输送带抗静电性能的机理

生产输送带所用的塑料或橡胶不仅是高分子材料，而且是绝缘体，为了使它们具有抗静电性能，在其生产过程中，会加入导电材料或抗静电剂，以此来降低输送带的表面电阻，避免电荷集聚。

输送带生产工艺中常用到的导电材料有石墨粉、炭黑粉、金属粉末、其他金属氧化物等[3]。导电材料的分子会与高分子材料的分子形成物理连接，组成三维导电网络，使产生的静电荷及时泄漏而消除安全隐患。这种工艺有抗静电性能稳定、不受环境条件的影响等诸多优点，但缺点也很明显，需要添加的量较大，同时，添加量太大又会影响输送带本身的其他性能。

抗静电剂大多数是表面活性剂，而表面活性剂中，亲水基和亲油基兼而有之，抗静电工艺就是利用了它的这一特性，使材料表面亲和水分，达到泄漏静电的效果。抗静电剂的使用方式有外涂型和内混型。外涂型是先将抗静电剂加入到水中形成溶液，抗静电剂分子中的亲水基会与水结合，而亲油基裸露于空气。输送带用这种溶液浸渍后，亲油基会吸附于表面，浸渍溶液晾干后，水分子脱离输送带表面，抗静电剂的亲水基就裸露于空气中。输送带在使用时，抗静电剂的亲水基会重新吸收周围环境中的水汽，在表面形成一层薄薄的水膜，从而使电荷及时泄漏，达到抗静电的效果。内混型是将抗静电剂按比例直接混于输送带的覆盖层中，抗静电剂的亲油基伸向覆盖层内部，亲水基则伸向外部表面。使用时，会吸收周围环境中的水汽，形成导电层，使物质具备抗静电性能[4]。内混型工艺的抗静电性能要优于外涂型工艺，因为前者内部的抗静电剂分子会不断地向材料表面迁移，修复表面损伤部分的导电性，而后者的抗静电剂在损伤后就无法得到有效修复，所以前者的工艺相对来说更加安全。但两者的抗静电性能均是靠吸收水汽来实现的，对环境的依赖性比较大，对环境的湿度要求比较高。

5 输送带抗静电性能的检测

因为输送带的抗静电性能直接关系到煤炭企业的安全生产，所以用于矿井下运输煤炭的输送带都应该进行该项目的检测，避免给生产带来安全隐患。根据我国行业标准MT/T 914—2019，输送带的抗静电性能主要是通过表面电阻的测量值来反映。

检测时，首先从完整的输送带上切取长、宽不小于300 mm的试件3块，用蘸有蒸馏水的纱布将试件表面擦拭干净，避免有油污等杂质影响检测结果，然后置于干燥处24 h以上待用。其次再将试件放于温度为（23±2）℃，湿度为（65%±5%）RH的环境中2 h以上，并将试件置于绝缘平板上，给MT/T 914—2019 附录D中所示的圆形电极涂抹导电液后放于试件正中间，外电极和内电极分别连接表面电阻测试仪的低压端和高压端，充电1 min后，进行读数[5]。重复以上操作，分别取上表面和下表面3个数据的算术平均值作为上、下表面的表面电阻，如果上、下表面的表面电阻均小于3×108 Ω，则说明输送带的抗静电性能合格。

6 影响输送带抗静电性能检测的因素分析

6.1 放置时间对输送带表面电阻检测的影响

抗静电性能检测前，要用蒸馏水将输送带表面擦拭干净，主要是为了防止表面的油污、杂质等混入导电液中对结果产生不确定的影响。同时，要将输送带置于干燥处24 h以上，是为了避免近期生产的输送带中抗静电剂没有及时迁移到带的表面，导致检测结果异常。为此，选取了一块新生产的输送带进行了试验，表1为同一试件、同一表面、相同环境条件下的表面电阻随时间的变化数据。

从表1中的数据可知，输送带的表面电阻随时间在不断下降，直至趋于稳定。MT/T 914—2019中规定输送带的表面电阻不得大于3×108 Ω，试验所用的试件原本不合格，但放置一段时间后数据却符合了标准的要求。所以，当进行检测时，一定要将试件置于干燥处足够长的时间，避免误判。

6.2 环境条件对输送带表面电阻检测的影响

MT/T 914—2019中规定对输送带表面进行电阻检测时，要在（23±2）℃、（65%±5%）RH的环境下放置2 h以上，主要是为了使输送带与检测环境的条件相适宜，尽量避免产生数据误差。

通常情况下金属导体的电阻随温度增加而增大，温度越高电阻越大。像塑料、橡胶等高分子材料的导电性却与之相反，随着温度的升高，绝缘性能下降，温度越高电阻越小。这是因为金属导电靠的是可自由移动的电子，而绝缘体的导电是离子性的，温度的升高使得绝缘体中分子的热运动加剧，脱离分子“束缚”的离子也随之增多，导电性也因此增强。所以在对输送带表面电阻检测时，一定要控制好环境的温度，符合标准的要求。

另一个需要控制的环境条件是湿度。从输送带抗静电机理可知，输送带抗静电性能主要是其中的抗静电剂吸收空气中的水汽，在带表形成一层导电膜而实现的。所以空气的湿度会直接影响测量数值。表2的数据记录了同一输送带试件、同一表面、同一时间、相同温度下，不同湿度的表面电阻值。

从表2的数据可以看出，随着环境湿度的增加，输送带表面电阻在不断地下降。所以测量时，一定要控制好环境的湿度。

对检测环境条件的监控，不仅仅是因为温、湿度会直接影响测量结果，更多的是因为要模拟输送带使用时的环境条件，检测亦是为了使用的安全。相关数据显示，煤矿井下的温度通常为26℃左右，相对湿度为50%～60%。为了使用的安全，检测时，一定要做好环境温湿度的监测与控制，使其符合MT/T 914—2019的要求。

7 结 语

“安全无小事，责任大于天”，对于煤矿企业来说安全无疑是重要的，而抗静电性能又是输送带的一个至关紧要的检测项目。因此，为了保障煤矿企业生产的安全与稳定，输送带生产厂家首先要肩负起自己的社会责任，不偷工减料，不弄虚作假，严格按我国的相关标准去生产。其次，煤矿企业也要对自己负责，做到凡用必检，确保所用的产品均为合格品。最后，为质量把关的检验检测机构，一定要严格按照标准去检测，避免不合格产品流入市场，为社会把好质量关，推动产业升级，助力经济社会高质量发展。

参考文献

[1]黄丹.关于煤矿用PVC阻燃输送带的抗静电性能的研究[J].中国石油和化工标准与质量，2020，40（21）：100-102.

[2]王克峰，任拥军，汪景合，等.煤矿用PVC阻燃输送带抗静电性能的研究[J].河南化工，2007，24（9）：29-31.

[3]荣文波.煤矿用PVC阻燃输送带的抗静电性能研究[J].内蒙古煤炭经济，2013（6）：84-92.

[4]杨兴明.关于煤矿用PVC阻燃输送带的抗静电性能探讨[J].当代化工研究，2019（3）：77-78.

[5]煤炭行业煤矿安全标准化技术委员会.煤矿用织物芯阻燃输送带：MT/T 914—2019[S].北京：应急管理出版社，2020.

作者简介

史海东，本科，工程师，主要从事产品质量检测工作。

（责任编辑：张瑞洋）