淺析TCK鋼絲繩在線無損檢測技術的應用

楊步忠

（同煤集團有限責任公司云岡礦，山西 大同 037017）

引言

提升鋼絲繩是礦井提升系統中的重要組成部分，它起到連接提升容器與提升機的作用。提升鋼絲繩的正確使用、及時保養是確保礦井提升安全、延長鋼絲繩使用壽命和經濟運行的重要環節。

《國家煤礦安全規程》中規定，“提升鋼絲繩每日應檢查一次”。在以往的生產活動中，使用中的鋼絲繩日常主要依靠人工檢查，手段無非是手捋摸、錘敲、寬鉗口游標卡尺測量繩徑等方法，檢查時每個礦井需要兩個人同時進行，一般是一人在井口，另一人在絞車房的出繩口，每人負責一條，而且必須是固定的，有豐富經驗的技術人員才能擔當此任。而TCK鋼絲繩在線無損檢測技術的應用則能有效彌補人工檢測的不足，能實時檢測出鋼絲繩的運行狀態，大幅提升勞動效率，為有效地預防斷繩等惡性事故的發生提供了切實保障。

1 人工檢測的弊端

對使用中的鋼絲繩進行檢查是及時發現缺陷和掌握強度損失程度的有效辦法，在日常檢查中，主要內容包括：斷絲、繩徑變細量、繩體潤滑及銹蝕、繩頭與繩卡連接（即全繩長的伸長變化量）情況。人工檢測方法存在以下三方面的問題：

1）設備空運行時間長、能耗大。人工檢測鋼絲繩，大多通過控制電控低頻，使絞車在0.3m／s左右的速度運行，然后目測、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卡尺進行測量。而對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，大大延長了檢修時間。以大同煤礦集團公司云岡礦副立井提升機為例：絞車主電機功率800kW，鋼絲繩全長200m，按照《規程》要求，每天需對鋼絲繩檢查一次，每檢測一次鋼絲繩約需40min，一年僅檢查副井提升機鋼絲繩就消耗掉約19.2萬kW·h的電能，折合工業用電峰谷電價平均值0.72元／度，則年檢查副井鋼絲繩單項電費支出約為13.82萬元。

2）檢查數據定性不足，潛在隱患無法從根本上消除。人工檢測僅能對鋼絲繩的外表變化及損傷情況進行判斷并僅限于有豐富經驗的技術工人方能做到，人力的制約對鋼絲繩內部的斷絲、磨損、銹蝕，尤其是疲勞狀況下很難發現問題，因此常常埋伏著重大隱患。

一旦發生斷繩，事故必然導致重大危害，設備損壞、井筒設施修復、停產整頓，直接損失以千萬元計；如遇人員傷亡，對遇難者家屬的直接傷害以及煤礦的負面影響力則無法用經濟方式衡量和彌補。

3）人工檢修時間長，降低了生產效能。人工檢查效率低，浪費大量的生產時間。以云岡礦主立井提升機（分南北兩部）為例，提升速度平均7.8 m／s，提升一個循環時間約3min，一個循環期間南北部共計提升原煤量為9t×4＝36t，按照《規程》的要求，每天查繩耗時40min，無形中占用了13.33個提升循環，折合原煤提升量約479.8t，現秦皇島港發熱量5 500大卡噸煤單價475元／t，則檢查鋼絲繩一項工作，每天就有22.8萬元的損失。

2 鋼絲繩無損探傷技術的發展應用

鋼絲繩無損探傷技術隨著生產需求和科技進步而不斷發展，20世紀六、七十年代以美國為主的西方工業國家，推出了一種利用“霍爾效應”輔以永磁體激勵形式的鋼絲繩無損檢測技術，國內隨之開始效仿。因檢測裝備帶有強大的磁體，故被業界形容為“強磁檢測技術”。該技術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，對鋼絲繩內部更豐富也更重要的磁特性信息毫無技術能力和處理方法，加之產品科技含量較低、實用性能又差，僅限于實驗室研究，本世紀以來逐漸被市場所漠視和淘汰。

到20世紀八、九十年代，出現了一種借助靈敏度很高的傳感器，對帶有剩磁的鋼絲繩實施無損檢測的技術。這種技術較之 “強磁檢測技術”而言能捕捉到更微弱的磁特征信息，而且檢測工藝與“強磁檢測技術”截然相反，所以自稱為“弱磁檢測技術”，該技術能夠捕捉鋼絲繩的漏磁信息、磁通信息，豐富了鋼絲繩無損探傷技術方法，改寫了鋼絲繩的檢測領域只有強磁無損檢測技術的歷史。

由于TCK鋼絲繩無損探傷儀采用弱磁檢測方法、使用“竇氏元件”高靈敏度傳感器并結合應用數字集成化技術，所以該儀器不僅可以準確定量檢測鋼絲繩內外部各種損傷，正確評估鋼絲繩使用壽命，而且能在隨機的液晶顯示屏即時顯示檢測結果。通過現場使用驗證，TCK無損探傷儀能夠直觀明確地檢測出鋼絲繩的損傷程度，且能夠正確客觀的評估鋼絲繩承載能力，滿足了煤礦對鋼絲繩安全定量管理的需求。設備輕便、操作簡單，更有利于在煤礦普及和推廣使用。

3 TCK鋼絲繩在線監測系統的工作流程

在鋼絲繩需要監測的重點部位，固定安裝上TCK模式組合檢測裝置，在鋼絲繩正常工作過程中，自動完成對鋼絲繩的檢測工作。基本動作是：TCK弱磁加載組件先對被測鋼絲繩進行弱磁規劃，然后，高性能傳感器檢測組件完成對被測鋼絲繩全程狀態信息的提取，并輸出原始檢測信號。

TCK智能型數采轉換裝置接收到原始檢測信息后，對原始數據進行初步處理和信息存儲，并通過有線或無線的通訊傳輸方式，將運行中的鋼絲繩損傷信號實時傳輸回主控中心。

TCK行程編碼器與目標鋼絲繩的聯動機械相耦合，根據鋼絲繩的行進位置，形成由脈沖信號表示的位置信息，與鋼絲繩損傷信號同步傳輸到主控中心。

TCK自控式報警裝置依據多功能數采轉換工作站的處理結果，提供出評價鋼絲繩的安全狀態的預警光源信號，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；黃燈表示被測鋼絲繩的損傷量值已經處于安全警戒線的60%～90%之間，提示用戶加強關注；紅燈表示鋼絲繩已經嚴重損傷，處于危險狀態。

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

4 結論

1）隨著TCK便攜式無損探傷儀在云岡礦的投入使用，使得該礦對提升鋼絲繩的安全檢測水平實現了技術性跨越，徹底地改變了提升鋼絲繩靠人工檢測的單一落后管理現狀，對及時發現鋼絲繩內外部損傷，尤其是疲勞損傷等事故隱患，做到了有效的超前預防。

2）TCK鋼絲繩在線無損檢測技術的應用，準確合理地評估了鋼絲繩承載能力、安全系數和使用壽命，為科學用繩，降低用繩成本提供了科學依據。從管理意義上說，也為云岡礦安全管理的提升提供了可靠的技術保障。

3）TCK鋼絲繩在線監測系統的應用，也為云岡礦帶來了可觀的經濟效益。該礦主井、副井以及材料斜井共計四部絞車運行能耗盡鋼絲繩檢測一項每年節約近100萬kW·h，每年減少停機檢修時間共計約973h，如果這些全部用于生產，按我礦日均16h提升原煤5 000t／d計算，將是約30.4萬t的原煤產出，經濟效益顯著增加。

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［4］ 周大同.煤礦機械設備選型、安裝檢修維護技術手冊［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及事故案例分析［M］.北京：煤炭工業出版社，1999.

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