邢東礦提升機鋼絲繩張力監測研究

摘要：礦井提升系統是聯系井上與井下運輸的咽喉，它的安全運行直接關系到礦井的安全生產與礦工的安全，而鋼絲繩又是礦井提升系統最關鍵的組成之一。為保證鋼絲繩運行可靠，同時也是保證提升安全，我礦結合相關單位對提升機鋼絲繩張力監測進行了深入的研究，找到了對提升機鋼絲繩張力進行實時監測的新方法，從而增加了礦井提升的安全性。

關鍵詞：提升系統 鋼絲繩 實時監測

0 引言

礦井提升系統尤其是深井開采的提升系統，是保障礦井安全生產的重要系統之一，其運行狀況能直接影響礦井的安全情況、生產情況，關系著礦井所有工作人員的安全及利益。在實際生產過程中，提升系統中最容易出現問題的是鋼絲繩，如：提升（鋼絲繩）過載、鋼絲繩受力不平衡等問題，嚴重影響了礦井提升系統的安全運行。因此，監測、檢測提升機的鋼絲繩張力，掌握鋼絲繩受力情況，對礦井安全運行具有重要的意義。

1 國內現狀

為了能實現實時監測提升鋼絲繩的張力，國內已先后采用了多種方法，進行了深入研究，但至今還沒有很成熟的研究成果，大多數還停留在理論和實驗階段，無法進行大面積的實際應用。

目前國內使用的監測或檢測方法如下：

①標記法：通過標記、測量、計算鋼絲繩最大相對位移量來確定鋼絲繩不平衡度，通過車繩槽調整鋼絲繩張力差。

②彈簧秤拉力測定法：通過對鋼絲繩進行定值拉力實驗，測量鋼絲繩位移量，通過計算得鋼絲繩張力。

③振波法：根據提升系統空載、重載時每根鋼絲繩振動周期值及鋼絲繩自重、鋼絲繩懸重長度、重力加速度等可求出鋼絲繩張力。

④壓輪-力電轉換傳感器法：通過安裝壓輪-力電轉換傳感器機構，測量鋼絲繩部分縱向壓力，利用輸出的電信號，根據相關原理實現測量鋼絲繩張力的目的。

⑤油壓傳感器檢測法：通過在平衡裝置的每個平衡油路上加裝球閥和液壓傳感器，來實現單根鋼絲繩張力的檢測。

標記法和懸掛法檢測鋼絲繩張力時需要停機測量，不僅要花費時間，而且影響生產，誤差也相對較大。

振波法和壓輪力電轉換傳感器法屬于靜態間接檢測鋼絲繩張力，不能實現實時在線檢測，它們和動態實時監測相比，都存在著效率不高，測量值有偏差等缺點。

油壓傳感器檢測法檢測時必須手動關閉球閥，這樣檢測單根鋼絲繩張力時平衡懸掛裝置將無法自動調節張力差。因此在正常工作狀態下此方法只能檢測出總重量而無法檢測單根鋼絲繩的張力。

我們通過大量的研究，發現其主要是傳感器的測力方式及結構設計不合理，且都屬于間接測量，中間環節過多，無法真實反映鋼絲繩張力數據變化等問題。

2 監測系統組成及傳感器設計

礦用多繩提升鋼絲繩動態張力監測系統主要由傳感器、無線發射裝置、接收及處理裝置等組成，其中傳感器為核心部件，監測的準確性關鍵在于傳感器設計，此檢測系統采用了壓力傳感器直接測量鋼絲繩張力的方法，具體如下：

在多繩摩擦式提升系統中，平衡裝置作為平衡鋼絲繩張力的重要部件是不可或缺的，而平衡裝置內的每個油缸都對應著1根鋼絲繩，鋼絲繩張力與油缸受力相等，即可通過油缸受力情況檢測鋼絲繩張力。

通過制作以下模型，模型內內置尺寸39mm*39mm*

45mm的FDCL-20T壓力傳感器，使壓力傳感器片與油缸接觸受力，即可實現鋼絲繩張力測量。

3 監測系統傳輸設計

礦用多繩提升鋼絲繩動態張力監測系統的無線信號傳輸是一項技術關鍵，煤礦井筒的復雜性，局限性都對信號的傳輸產生不利影響。邢東礦副井井筒直徑為6m，井深820m，井筒內布滿鋼梁、管路、電纜等，信號衰減十分厲害，且井筒內設備維護復雜、困難，因此井筒內不可布置信號傳遞繼站，如何將檢測信號傳出，選擇無線信號傳輸方法就是關鍵。

為達到信號傳輸的目的，選用了RF射頻傳輸方式，射頻為具有遠距離傳輸能力的高頻電磁波，根據相關領域人員的研究，其具有非常強大的傳輸調制信號的功能，保證在有干擾信號和阻斷信號的情況下，該系統也可以做到以最高的質量發送并且以最好的靈敏度接收調制信號。經在實際使用環境中實驗，完全可以滿足礦井井筒信號傳輸的要求。

4 監控系統工作流程

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檢測系統設計工作流程-系統拓撲圖

基于FDCL-20T壓力傳感器工作流程如上圖所示，傳感器安裝前需進行調試，安裝后采集壓力值，壓力值經內部濾波處理換算成數字量，通過RF射頻信號向井口傳遞，傳感器不斷采集信號并傳遞，實現不間斷檢測功能。

井口安裝射頻信號接收裝置，不斷將信號轉發至絞車房終端（計算機）。

5 監控系統的功能

礦用多繩提升鋼絲繩動態張力監測系統可實現實時檢測每根鋼絲繩的張力，并能直觀顯示每根鋼絲繩的張力，防止提升超載、鋼絲繩張力差超限的情況，并實現報警功能。

該系統傳感器添加在平衡裝置上，僅使平衡油缸的伸長量略微縮短，不會對原系統有任何安全影響。

通過長期運行記錄鋼絲繩張力，可繪制、查詢鋼絲繩的載荷曲線，為礦井安全生產提供有力的技術支持。

6 結語

礦用多繩提升鋼絲繩動態張力監測系統，可以形象直觀反映出提升機的鋼絲繩張力，保證對在用鋼絲繩的安全隱患早發現，早處理，降低或避免礦井提升的安全事故，最大限度地保護礦井提升的安全，使礦井安全生產順利進行。

參考文獻：

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作者簡介：

薛濤（1985-），男，河北邢臺人，助理工程師，現任冀中能源股份公司邢東礦動力科技術主管，研究方向：礦山機電運輸。