淺析TCK鋼絲繩在線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

楊步忠

（同煤集團(tuán)有限責(zé)任公司云岡礦，山西 大同 037017）

引言

提升鋼絲繩是礦井提升系統(tǒng)中的重要組成部分，它起到連接提升容器與提升機(jī)的作用。提升鋼絲繩的正確使用、及時(shí)保養(yǎng)是確保礦井提升安全、延長(zhǎng)鋼絲繩使用壽命和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

《國(guó)家煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定，“提升鋼絲繩每日應(yīng)檢查一次”。在以往的生產(chǎn)活動(dòng)中，使用中的鋼絲繩日常主要依靠人工檢查，手段無(wú)非是手捋摸、錘敲、寬鉗口游標(biāo)卡尺測(cè)量繩徑等方法，檢查時(shí)每個(gè)礦井需要兩個(gè)人同時(shí)進(jìn)行，一般是一人在井口，另一人在絞車房的出繩口，每人負(fù)責(zé)一條，而且必須是固定的，有豐富經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員才能擔(dān)當(dāng)此任。而TCK鋼絲繩在線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用則能有效彌補(bǔ)人工檢測(cè)的不足，能實(shí)時(shí)檢測(cè)出鋼絲繩的運(yùn)行狀態(tài)，大幅提升勞動(dòng)效率，為有效地預(yù)防斷繩等惡性事故的發(fā)生提供了切實(shí)保障。

1 人工檢測(cè)的弊端

對(duì)使用中的鋼絲繩進(jìn)行檢查是及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷和掌握強(qiáng)度損失程度的有效辦法，在日常檢查中，主要內(nèi)容包括：斷絲、繩徑變細(xì)量、繩體潤(rùn)滑及銹蝕、繩頭與繩卡連接（即全繩長(zhǎng)的伸長(zhǎng)變化量）情況。人工檢測(cè)方法存在以下三方面的問(wèn)題：

1）設(shè)備空運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、能耗大。人工檢測(cè)鋼絲繩，大多通過(guò)控制電控低頻，使絞車在0.3m／s左右的速度運(yùn)行，然后目測(cè)、手摸、敲擊檢查。如果遇到有懷疑的地方立即停車換用寬鉗游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量。而對(duì)于部分繩體表面污泥裹體較重的繩段需清污之后才能檢測(cè)，大大延長(zhǎng)了檢修時(shí)間。以大同煤礦集團(tuán)公司云岡礦副立井提升機(jī)為例：絞車主電機(jī)功率800kW，鋼絲繩全長(zhǎng)200m，按照《規(guī)程》要求，每天需對(duì)鋼絲繩檢查一次，每檢測(cè)一次鋼絲繩約需40min，一年僅檢查副井提升機(jī)鋼絲繩就消耗掉約19.2萬(wàn)kW·h的電能，折合工業(yè)用電峰谷電價(jià)平均值0.72元／度，則年檢查副井鋼絲繩單項(xiàng)電費(fèi)支出約為13.82萬(wàn)元。

2）檢查數(shù)據(jù)定性不足，潛在隱患無(wú)法從根本上消除。人工檢測(cè)僅能對(duì)鋼絲繩的外表變化及損傷情況進(jìn)行判斷并僅限于有豐富經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)工人方能做到，人力的制約對(duì)鋼絲繩內(nèi)部的斷絲、磨損、銹蝕，尤其是疲勞狀況下很難發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，因此常常埋伏著重大隱患。

一旦發(fā)生斷繩，事故必然導(dǎo)致重大危害，設(shè)備損壞、井筒設(shè)施修復(fù)、停產(chǎn)整頓，直接損失以千萬(wàn)元計(jì)；如遇人員傷亡，對(duì)遇難者家屬的直接傷害以及煤礦的負(fù)面影響力則無(wú)法用經(jīng)濟(jì)方式衡量和彌補(bǔ)。

3）人工檢修時(shí)間長(zhǎng)，降低了生產(chǎn)效能。人工檢查效率低，浪費(fèi)大量的生產(chǎn)時(shí)間。以云岡礦主立井提升機(jī)（分南北兩部）為例，提升速度平均7.8 m／s，提升一個(gè)循環(huán)時(shí)間約3min，一個(gè)循環(huán)期間南北部共計(jì)提升原煤量為9t×4＝36t，按照《規(guī)程》的要求，每天查繩耗時(shí)40min，無(wú)形中占用了13.33個(gè)提升循環(huán)，折合原煤提升量約479.8t，現(xiàn)秦皇島港發(fā)熱量5 500大卡噸煤?jiǎn)蝺r(jià)475元／t，則檢查鋼絲繩一項(xiàng)工作，每天就有22.8萬(wàn)元的損失。

2 鋼絲繩無(wú)損探傷技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用

鋼絲繩無(wú)損探傷技術(shù)隨著生產(chǎn)需求和科技進(jìn)步而不斷發(fā)展，20世紀(jì)六、七十年代以美國(guó)為主的西方工業(yè)國(guó)家，推出了一種利用“霍爾效應(yīng)”輔以永磁體激勵(lì)形式的鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，國(guó)內(nèi)隨之開始效仿。因檢測(cè)裝備帶有強(qiáng)大的磁體，故被業(yè)界形容為“強(qiáng)磁檢測(cè)技術(shù)”。該技術(shù)以捕捉貼近鋼絲繩外表的漏磁信息和少量外部磁通信息為主，對(duì)鋼絲繩內(nèi)部更豐富也更重要的磁特性信息毫無(wú)技術(shù)能力和處理方法，加之產(chǎn)品科技含量較低、實(shí)用性能又差，僅限于實(shí)驗(yàn)室研究，本世紀(jì)以來(lái)逐漸被市場(chǎng)所漠視和淘汰。

到20世紀(jì)八、九十年代，出現(xiàn)了一種借助靈敏度很高的傳感器，對(duì)帶有剩磁的鋼絲繩實(shí)施無(wú)損檢測(cè)的技術(shù)。這種技術(shù)較之 “強(qiáng)磁檢測(cè)技術(shù)”而言能捕捉到更微弱的磁特征信息，而且檢測(cè)工藝與“強(qiáng)磁檢測(cè)技術(shù)”截然相反，所以自稱為“弱磁檢測(cè)技術(shù)”，該技術(shù)能夠捕捉鋼絲繩的漏磁信息、磁通信息，豐富了鋼絲繩無(wú)損探傷技術(shù)方法，改寫了鋼絲繩的檢測(cè)領(lǐng)域只有強(qiáng)磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的歷史。

由于TCK鋼絲繩無(wú)損探傷儀采用弱磁檢測(cè)方法、使用“竇氏元件”高靈敏度傳感器并結(jié)合應(yīng)用數(shù)字集成化技術(shù)，所以該儀器不僅可以準(zhǔn)確定量檢測(cè)鋼絲繩內(nèi)外部各種損傷，正確評(píng)估鋼絲繩使用壽命，而且能在隨機(jī)的液晶顯示屏即時(shí)顯示檢測(cè)結(jié)果。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用驗(yàn)證，TCK無(wú)損探傷儀能夠直觀明確地檢測(cè)出鋼絲繩的損傷程度，且能夠正確客觀的評(píng)估鋼絲繩承載能力，滿足了煤礦對(duì)鋼絲繩安全定量管理的需求。設(shè)備輕便、操作簡(jiǎn)單，更有利于在煤礦普及和推廣使用。

3 TCK鋼絲繩在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作流程

在鋼絲繩需要監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)部位，固定安裝上TCK模式組合檢測(cè)裝置，在鋼絲繩正常工作過(guò)程中，自動(dòng)完成對(duì)鋼絲繩的檢測(cè)工作?；緞?dòng)作是：TCK弱磁加載組件先對(duì)被測(cè)鋼絲繩進(jìn)行弱磁規(guī)劃，然后，高性能傳感器檢測(cè)組件完成對(duì)被測(cè)鋼絲繩全程狀態(tài)信息的提取，并輸出原始檢測(cè)信號(hào)。

TCK智能型數(shù)采轉(zhuǎn)換裝置接收到原始檢測(cè)信息后，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理和信息存儲(chǔ)，并通過(guò)有線或無(wú)線的通訊傳輸方式，將運(yùn)行中的鋼絲繩損傷信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸回主控中心。

TCK行程編碼器與目標(biāo)鋼絲繩的聯(lián)動(dòng)機(jī)械相耦合，根據(jù)鋼絲繩的行進(jìn)位置，形成由脈沖信號(hào)表示的位置信息，與鋼絲繩損傷信號(hào)同步傳輸?shù)街骺刂行摹?/p>

TCK自控式報(bào)警裝置依據(jù)多功能數(shù)采轉(zhuǎn)換工作站的處理結(jié)果，提供出評(píng)價(jià)鋼絲繩的安全狀態(tài)的預(yù)警光源信號(hào)，用以提示鋼絲繩的損傷完好程度：綠燈表示鋼絲繩處于安全狀態(tài)；黃燈表示被測(cè)鋼絲繩的損傷量值已經(jīng)處于安全警戒線的60%～90%之間，提示用戶加強(qiáng)關(guān)注；紅燈表示鋼絲繩已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p傷，處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

TCK多信道終端主控裝置即終端程序主控制中心可通過(guò)程序軟件會(huì)全面地綜合分析收集到的檢測(cè)信息，為用戶提供每日的分析處理結(jié)果及鋼絲繩的損傷變化趨勢(shì)并通過(guò)終端顯示或打印出檢測(cè)報(bào)告。用戶可以從檢測(cè)報(bào)告上非常清楚的看到到鋼絲繩的安全狀態(tài)。

4 結(jié)論

1）隨著TCK便攜式無(wú)損探傷儀在云岡礦的投入使用，使得該礦對(duì)提升鋼絲繩的安全檢測(cè)水平實(shí)現(xiàn)了技術(shù)性跨越，徹底地改變了提升鋼絲繩靠人工檢測(cè)的單一落后管理現(xiàn)狀，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼絲繩內(nèi)外部損傷，尤其是疲勞損傷等事故隱患，做到了有效的超前預(yù)防。

2）TCK鋼絲繩在線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，準(zhǔn)確合理地評(píng)估了鋼絲繩承載能力、安全系數(shù)和使用壽命，為科學(xué)用繩，降低用繩成本提供了科學(xué)依據(jù)。從管理意義上說(shuō)，也為云岡礦安全管理的提升提供了可靠的技術(shù)保障。

3）TCK鋼絲繩在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，也為云岡礦帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。該礦主井、副井以及材料斜井共計(jì)四部絞車運(yùn)行能耗盡鋼絲繩檢測(cè)一項(xiàng)每年節(jié)約近100萬(wàn)kW·h，每年減少停機(jī)檢修時(shí)間共計(jì)約973h，如果這些全部用于生產(chǎn)，按我礦日均16h提升原煤5 000t／d計(jì)算，將是約30.4萬(wàn)t的原煤產(chǎn)出，經(jīng)濟(jì)效益顯著增加。

［1］ 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局制定.煤礦安全規(guī)程［S］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.

［2］ 黃步云，張德馨.鋼絲繩檢驗(yàn)實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1993.

［3］ 撫順煤炭研究所、開灤煤礦合編.礦井提升鋼絲繩［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1979.

［4］ 周大同.煤礦機(jī)械設(shè)備選型、安裝檢修維護(hù)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：煤礦科技出版社，2010.

［5］ 傅全臻.礦用鋼絲繩的使用檢測(cè)及事故案例分析［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1999.

［6］ 魯青，徐文尚，孫志海，等.基于FTA的礦井提升鋼絲繩斷繩故障分析［J］.煤礦機(jī)械，2006，27（2）：356－358.