浅析TCK钢丝绳在线无损检测技术的应用

杨步忠

（同煤集团有限责任公司云冈矿，山西 大同 037017）

引言

提升钢丝绳是矿井提升系统中的重要组成部分，它起到连接提升容器与提升机的作用。提升钢丝绳的正确使用、及时保养是确保矿井提升安全、延长钢丝绳使用寿命和经济运行的重要环节。

《国家煤矿安全规程》中规定，“提升钢丝绳每日应检查一次”。在以往的生产活动中，使用中的钢丝绳日常主要依靠人工检查，手段无非是手捋摸、锤敲、宽钳口游标卡尺测量绳径等方法，检查时每个矿井需要两个人同时进行，一般是一人在井口，另一人在绞车房的出绳口，每人负责一条，而且必须是固定的，有丰富经验的技术人员才能担当此任。而TCK钢丝绳在线无损检测技术的应用则能有效弥补人工检测的不足，能实时检测出钢丝绳的运行状态，大幅提升劳动效率，为有效地预防断绳等恶性事故的发生提供了切实保障。

1 人工检测的弊端

对使用中的钢丝绳进行检查是及时发现缺陷和掌握强度损失程度的有效办法，在日常检查中，主要内容包括：断丝、绳径变细量、绳体润滑及锈蚀、绳头与绳卡连接（即全绳长的伸长变化量）情况。人工检测方法存在以下三方面的问题：

1）设备空运行时间长、能耗大。人工检测钢丝绳，大多通过控制电控低频，使绞车在0.3m／s左右的速度运行，然后目测、手摸、敲击检查。如果遇到有怀疑的地方立即停车换用宽钳游标卡尺进行测量。而对于部分绳体表面污泥裹体较重的绳段需清污之后才能检测，大大延长了检修时间。以大同煤矿集团公司云冈矿副立井提升机为例：绞车主电机功率800kW，钢丝绳全长200m，按照《规程》要求，每天需对钢丝绳检查一次，每检测一次钢丝绳约需40min，一年仅检查副井提升机钢丝绳就消耗掉约19.2万kW·h的电能，折合工业用电峰谷电价平均值0.72元／度，则年检查副井钢丝绳单项电费支出约为13.82万元。

2）检查数据定性不足，潜在隐患无法从根本上消除。人工检测仅能对钢丝绳的外表变化及损伤情况进行判断并仅限于有丰富经验的技术工人方能做到，人力的制约对钢丝绳内部的断丝、磨损、锈蚀，尤其是疲劳状况下很难发现问题，因此常常埋伏着重大隐患。

一旦发生断绳，事故必然导致重大危害，设备损坏、井筒设施修复、停产整顿，直接损失以千万元计；如遇人员伤亡，对遇难者家属的直接伤害以及煤矿的负面影响力则无法用经济方式衡量和弥补。

3）人工检修时间长，降低了生产效能。人工检查效率低，浪费大量的生产时间。以云冈矿主立井提升机（分南北两部）为例，提升速度平均7.8 m／s，提升一个循环时间约3min，一个循环期间南北部共计提升原煤量为9t×4＝36t，按照《规程》的要求，每天查绳耗时40min，无形中占用了13.33个提升循环，折合原煤提升量约479.8t，现秦皇岛港发热量5 500大卡吨煤单价475元／t，则检查钢丝绳一项工作，每天就有22.8万元的损失。

2 钢丝绳无损探伤技术的发展应用

钢丝绳无损探伤技术随着生产需求和科技进步而不断发展，20世纪六、七十年代以美国为主的西方工业国家，推出了一种利用“霍尔效应”辅以永磁体激励形式的钢丝绳无损检测技术，国内随之开始效仿。因检测装备带有强大的磁体，故被业界形容为“强磁检测技术”。该技术以捕捉贴近钢丝绳外表的漏磁信息和少量外部磁通信息为主，对钢丝绳内部更丰富也更重要的磁特性信息毫无技术能力和处理方法，加之产品科技含量较低、实用性能又差，仅限于实验室研究，本世纪以来逐渐被市场所漠视和淘汰。

到20世纪八、九十年代，出现了一种借助灵敏度很高的传感器，对带有剩磁的钢丝绳实施无损检测的技术。这种技术较之 “强磁检测技术”而言能捕捉到更微弱的磁特征信息，而且检测工艺与“强磁检测技术”截然相反，所以自称为“弱磁检测技术”，该技术能够捕捉钢丝绳的漏磁信息、磁通信息，丰富了钢丝绳无损探伤技术方法，改写了钢丝绳的检测领域只有强磁无损检测技术的历史。

由于TCK钢丝绳无损探伤仪采用弱磁检测方法、使用“窦氏元件”高灵敏度传感器并结合应用数字集成化技术，所以该仪器不仅可以准确定量检测钢丝绳内外部各种损伤，正确评估钢丝绳使用寿命，而且能在随机的液晶显示屏即时显示检测结果。通过现场使用验证，TCK无损探伤仪能够直观明确地检测出钢丝绳的损伤程度，且能够正确客观的评估钢丝绳承载能力，满足了煤矿对钢丝绳安全定量管理的需求。设备轻便、操作简单，更有利于在煤矿普及和推广使用。

3 TCK钢丝绳在线监测系统的工作流程

在钢丝绳需要监测的重点部位，固定安装上TCK模式组合检测装置，在钢丝绳正常工作过程中，自动完成对钢丝绳的检测工作。基本动作是：TCK弱磁加载组件先对被测钢丝绳进行弱磁规划，然后，高性能传感器检测组件完成对被测钢丝绳全程状态信息的提取，并输出原始检测信号。

TCK智能型数采转换装置接收到原始检测信息后，对原始数据进行初步处理和信息存储，并通过有线或无线的通讯传输方式，将运行中的钢丝绳损伤信号实时传输回主控中心。

TCK行程编码器与目标钢丝绳的联动机械相耦合，根据钢丝绳的行进位置，形成由脉冲信号表示的位置信息，与钢丝绳损伤信号同步传输到主控中心。

TCK自控式报警装置依据多功能数采转换工作站的处理结果，提供出评价钢丝绳的安全状态的预警光源信号，用以提示钢丝绳的损伤完好程度：绿灯表示钢丝绳处于安全状态；黄灯表示被测钢丝绳的损伤量值已经处于安全警戒线的60%～90%之间，提示用户加强关注；红灯表示钢丝绳已经严重损伤，处于危险状态。

TCK多信道终端主控装置即终端程序主控制中心可通过程序软件会全面地综合分析收集到的检测信息，为用户提供每日的分析处理结果及钢丝绳的损伤变化趋势并通过终端显示或打印出检测报告。用户可以从检测报告上非常清楚的看到到钢丝绳的安全状态。

4 结论

1）随着TCK便携式无损探伤仪在云冈矿的投入使用，使得该矿对提升钢丝绳的安全检测水平实现了技术性跨越，彻底地改变了提升钢丝绳靠人工检测的单一落后管理现状，对及时发现钢丝绳内外部损伤，尤其是疲劳损伤等事故隐患，做到了有效的超前预防。

2）TCK钢丝绳在线无损检测技术的应用，准确合理地评估了钢丝绳承载能力、安全系数和使用寿命，为科学用绳，降低用绳成本提供了科学依据。从管理意义上说，也为云冈矿安全管理的提升提供了可靠的技术保障。

3）TCK钢丝绳在线监测系统的应用，也为云冈矿带来了可观的经济效益。该矿主井、副井以及材料斜井共计四部绞车运行能耗尽钢丝绳检测一项每年节约近100万kW·h，每年减少停机检修时间共计约973h，如果这些全部用于生产，按我矿日均16h提升原煤5 000t／d计算，将是约30.4万t的原煤产出，经济效益显著增加。

［1］ 国家安全生产监督管理局国家煤矿安全监察局制定.煤矿安全规程［S］.北京：煤炭工业出版社，2004.

［2］ 黄步云，张德馨.钢丝绳检验实用手册［M］.北京：煤炭工业出版社，1993.

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［4］ 周大同.煤矿机械设备选型、安装检修维护技术手册［M］.北京：煤矿科技出版社，2010.

［5］ 傅全臻.矿用钢丝绳的使用检测及事故案例分析［M］.北京：煤炭工业出版社，1999.

［6］ 鲁青，徐文尚，孙志海，等.基于FTA的矿井提升钢丝绳断绳故障分析［J］.煤矿机械，2006，27（2）：356－358.