摘要:分析了煤礦鋼絲繩檢測的管理要求，采用TCK.W鋼絲繩在線自動檢測系統后，蔣莊礦每年提高產能6.3%，提高產量18.9萬t，新增產值～1.1億元;每年節約鋼絲繩檢測能耗22.3萬kWh。使主、副井提升鋼絲繩檢測始終處在安全受控狀態，杜絕了斷繩事故隱患，實現了對鋼絲繩運行全程的安全管理。鋼絲繩探傷 鋼絲繩無損檢測

　　關鍵詞: 提升鋼絲繩無損探傷; 弱磁鋼絲繩檢測技術; 鋼絲繩在線檢測系統 T

　　中圖分類號:TD532;TD76文獻標識碼:B文章編號:1001-0874(2010)04-0026-03

　　Main Rope Online Detecting System Based on the Synthesis of

　　Weak Magnetic Vector

　　ZHAO Qiang

　　(Jiang zhuang Coa lMine，Zao zhuang Coal Mining(Group)Co.，Ltd.，Tengzhou277519，China)

　　Abstract:Analyzes the application and the detecting method of main rope in coal mine，according to weak magnetic vectors synthesis theory，sets the mathematical model of quantitative nondestructive detecting of wire rope. By the circumferential magnetic field around the rope，and the high-sensitivity magnetic field sensors to detect the information of weak magnetic vector of synthesis degeneration features uses high-speed single chip digital processing and software analyzing to achieve wire rope online real-time inspection with large-gap between sensors to rope，satisfies with needs for the quantitative safety management of mining wirerope.

　　Keywords:the safety of hoisting wire rope;the technology of weak magnetic detection;the online detection system of wire rope。

　　1 概述

　　鋼絲繩是煤礦提升運輸系統的必然構件，其安全使用狀態維系著企業的人員及財產的安全。鋼絲繩檢測儀

　　傳統人工檢查方法和定期換繩措施，較難保證安全。礦井提升鋼絲繩事故頻發數僅次于瓦斯、頂板事故，是煤礦生產重大“危險源”之一。據國家安全生產管理總局發布的全國煤炭安全生產狀況綜合分析數據，2003年1～5月，全國煤炭系統因鋼絲繩問題，造成重大、特大事故215起，死亡223人，其中最嚴重的一起斷繩事故發生在山西省呂梁市交城縣五七煤礦，一次死亡14人，重傷5人。

　　檢測鋼絲繩內、外部各種損傷，預防斷繩事故，已成為迫切的需求。以下為TCK.W公司研制的基于弱磁矢量合成的鋼絲繩在線檢測系統。鋼絲繩探傷儀

　　2 TCK.W鋼絲繩在線檢測系統

　　(1)工作原理

　　如圖1所示。首先由弱磁加載裝置對鋼絲繩全長進行弱磁規劃;安裝有TCK.W高靈敏度傳感器的檢測裝置，固定在需要監測的提升鋼絲繩的適當位置，對鋼絲繩實施“全息”切片式檢測，提取原始檢測信號并輸出;系統二級站接收原始檢測信號，完成規定的數據和信息制式轉換，實現對原始數據的初步處理和信息存儲，將運行中的鋼絲繩損傷信號實時傳輸到主控中心;由主控站進行綜合分析、計算，得出檢測結果，在顯示終端實時顯示檢測結果，自動打印檢測報告，同時存檔檢測結果。檢測過程中，發現重度損傷，實時聲光報警并啟動應急響應預案，采取相應的處理措施，保證設備安全運行。

　　(2)系統特點

　　應用弱磁檢測技術的鋼絲繩在線自動檢測系統的特點:

　　1)理論方面，根據鐵磁性物質周圍空間磁場矢量態勢的變化和運動規律，建立了數學模型;

　　2)應用方面，通過在線實時檢測和對檢測數據定量分析，消除了以往人工檢測和定期換繩控制鋼絲繩安全的弊端;

　　3)技術方面，將核心檢測技術與現代通訊技術、微電子技術、集成技術、信息處理技術、網絡技術等先進技術綜合運用到鋼絲繩在線自動檢測系統。

　　3 關鍵技術

　　(1)數學模型

　　根據國際公認的鋼絲繩技術標準，鋼絲繩斷傷面積ΔS是更換鋼絲繩的主要依據。斷傷場強和各項變量都是矢量，其和差關系均為矢量關系。以下是弱磁定量無損探傷檢測的數學模型。

　　如圖2所示，在鋼絲繩周圍取一個環帶，檢測環帶面積上的磁通密度或磁場強度，即可判定損傷面積ΔS0。B=μH，其中μ為導磁通值，在空氣和真空中μ=1，所以H=B。H∝ΔS

　　上述公式二重積分變成二次積分，利用極坐標求函數，通過單片機處理速度慢，必須轉換成便于單片機處理的數學模型。

　　在環帶上組裝m個傳感器，形成一種模式識別型的環形傳感器，不但能識別某點場強的物理量，且可以識別鋼絲繩探傷點所處的空間位置。鋼絲繩損傷點的面積ΔS變成了場強的函數，即:式中:A—比例系數，可大于1或者小于1;C—為一定條件下的標定常量。令C(u)為門限函數，那么鋼絲繩斷面積損傷量ΔS0應當是各點的積分:

　　一個捻距內的總損傷量ΔSn則為:式中:nx—捻距。實驗和實踐證明，按照以上數學模型構建的TCK.W鋼絲繩損傷定量檢測系統，檢測結果與實際損傷結果基本一致。

　　(2)高靈敏度傳感器

　　基于空間磁場矢量合成原理的“竇氏元件”傳感器，是鋼絲繩檢測的技術核心，由釋能元件提供一個給定磁場，這個磁場與鋼絲繩沿軸向體積微分的弱磁場所關聯出的磁場，反映的就是鋼絲繩的綜合退變特征，也就是有效金屬截面積損失(LF)和局部缺陷(LMA)。傳感器的磁衡元件能夠把這些變化量轉化成為相應的電量信號。

　　采用“竇氏元件”傳感器的鋼絲繩在線監測系統，使鋼絲繩非常容易通過，可實時提取鋼絲繩損傷信號，準確定量檢測鋼絲繩內外部的斷絲、磨損、銹蝕和疲勞等各種損傷，評估鋼絲繩安全狀態。檢測速度0～30m/s。檢測結果不受鋼絲繩抖動的影響。

　　4 應用實踐

　　2009年10月，棗莊礦業集團公司蔣莊煤礦主、副井安裝了TCK.W鋼絲繩在線自動檢測系統，當月調試完畢，投入運行。設備滿足了提升鋼絲繩在線自動檢測要求，檢測結果準確，系統各裝置工作正常。

　　根據《煤礦安全規程》規定，蔣莊礦每天用于鋼絲繩人工檢測的時間≥1h。采用TCK.W鋼絲繩在線自動檢測系統后，蔣莊礦至少可提高產能6.3%，按核定作業能力300萬t，每年可提高產量18.9萬t，以煤價600元/t計，可新增產值～1.1億元;主、副井的提升機的額定功率分別是2000kW和800kW，按《煤礦安全規程》規定檢測，蔣莊煤礦每年為人工檢測鋼絲繩開機的22.3萬kWh電耗，可全部節約。

　　使用TCK.W鋼絲繩在線自動檢測系統后，蔣莊煤礦主、副井提升鋼絲繩運行始終處在安全檢測的受控狀態，杜絕了隱患，保證了安全。于此同時，還節約檢測時間、降低檢測空轉能耗、減少鋼絲繩用量。實現了對鋼絲繩運行全程的安全管理。

　　參考文獻:

　　[1]竇毓堂，郭鐵松.鋼絲繩(纜)無損檢測儀的新原理磁場矢量綜合法[A].全國電磁(渦流)無損檢測學術會議論文集[C]，2000.

　　[2]竇毓堂，郭保中. 鋼絲繩在線無損定量檢測系統[J].煤礦機械，2001(8).

　　作者簡介:趙強(1973-)，男，高級工程師。1993年畢業于中國礦業大學，現在棗莊礦業(集團)公司蔣莊煤礦從事生產技術工作。

(收稿日期:2010-04-01;責任編輯:周叢笑)

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