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　　內(nèi)容摘要：礦山重大提升設(shè)備鋼絲繩是直接承荷的高危構(gòu)件，一旦發(fā)生故障就會(huì)出現(xiàn)影響生產(chǎn)和機(jī)毀人亡的惡性事故。長(zhǎng)期以來，由于沒有科學(xué)可靠的檢測(cè)設(shè)備，鋼絲繩的安全運(yùn)行始終是設(shè)備管理過程中的難點(diǎn)，甚至是“盲點(diǎn)”。本文詳細(xì)介紹了我國自主研發(fā)的世界上第一套鋼絲繩在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的研制成功，不僅為我國重大設(shè)備鋼絲繩用戶克服“隱患、浪費(fèi)、低效”的三大管理矛盾，實(shí)現(xiàn)“安全、節(jié)約、高效”的三重管理目標(biāo)，起到十分重要的作用，而且標(biāo)志我國的鋼絲繩無損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)走在世界的前列。

　　關(guān)鍵詞：鋼絲繩 安全 檢測(cè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　中圖分類號(hào)：TD791 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 文章編號(hào)：1003-496X (2007) 06-0042-04

　　重大提升設(shè)備在用鋼絲繩使用過程中的一個(gè)重要的問題，是對(duì)鋼絲繩從出廠、使用、檢測(cè)、直至報(bào)廢過程的全程管理。對(duì)在線鋼絲繩使用過程中可能發(fā)生的各種損傷進(jìn)行準(zhǔn)確的量化檢測(cè)，并及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)控其變化趨勢(shì)，則是鋼絲繩全程管理體系中的一個(gè)至關(guān)重要環(huán)節(jié)。長(zhǎng)期以來，鋼絲繩的安全管理一直是一道世界性難題，原因在于過去的檢測(cè)技術(shù)無法完成對(duì)鋼絲繩損傷狀況實(shí)施可靠的在線監(jiān)測(cè)。

　　TCK.W鋼絲繩在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用全新的弱磁檢測(cè)技術(shù)，第一次在世界范圍內(nèi)成功的解決了這一技術(shù)難題。TCK.W鋼絲繩在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以通過對(duì)在線鋼絲繩各種損傷的量化檢測(cè)，準(zhǔn)確地評(píng)估被測(cè)鋼絲繩的剩余承載能力和使用壽命，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)鋼絲繩的使用狀態(tài)提出評(píng)估診斷對(duì)策，給出鋼絲繩使用的全程管理方案。

　　峰峰集團(tuán)與TCK.W鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)有限公司經(jīng)過近一年的研究，實(shí)驗(yàn)表明TCK.W弱磁檢測(cè)技術(shù)能夠克服不同礦井的工況差異、鋼絲繩技術(shù)特征差異、提升機(jī)特征差異等影響檢測(cè)結(jié)果的各種因素，在集團(tuán)公司三對(duì)生產(chǎn)礦井試用的效果良好，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確。不僅解決了長(zhǎng)期困擾峰峰集團(tuán)鋼絲繩使用中“浪費(fèi)、隱患、低效”同在的三大管理矛盾，而且為實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司“安全、節(jié)約、高效”的三重管理目標(biāo)，提供了可靠的高科技手段。

　　該系統(tǒng)的主要組成部分有：加載組件、檢測(cè)組件、整形組件、隨動(dòng)組件、結(jié)構(gòu)組件、數(shù)采通訊組件、報(bào)警指示執(zhí)行組件、中央處理組件、軟件系統(tǒng)、顯示終端等。

　　一、安全管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)總圖

　　二、在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程

　　TCK.W鋼絲繩安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，首先對(duì)鋼絲繩因損傷和附著物引起的外形變化進(jìn)行磁規(guī)劃整形，使檢測(cè)組件能順利對(duì)鋼絲繩進(jìn)行檢測(cè)。其次，檢測(cè)組件準(zhǔn)確、精確的檢測(cè)到鋼絲繩的各種參數(shù)，這些參數(shù)通過有線或無線、中轉(zhuǎn)設(shè)備傳輸?shù)街骺卣?，由主控站進(jìn)行綜合分析，最后通過顯示終端以人機(jī)較為容易理解的界面顯示出來。通過報(bào)警指示和執(zhí)行組件完成安全保護(hù)功能。

　　三、各個(gè)部分主要研制技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

　　1、加載組件

　　加載組件采用弱磁加載技術(shù)，在被測(cè)鋼絲繩上建立穩(wěn)定有序的“弱”勢(shì)磁場(chǎng)。

　　2、檢測(cè)組件

　　檢測(cè)組件主要有殼體、竇氏元件、品質(zhì)模塊、電源和數(shù)據(jù)輸出輸入接口等，核心元件為“竇氏元件”，該元件利用“空間磁場(chǎng)矢量合成”原理對(duì)鋼絲繩進(jìn)行定量無損檢測(cè)，其靈敏度比“霍爾元件”高數(shù)萬倍。該技術(shù)在理論上通過研究損傷磁場(chǎng)強(qiáng)度及其變化和各項(xiàng)磁場(chǎng)矢量的分布關(guān)系，建立了其與鋼絲繩損傷面積△S之間的數(shù)學(xué)模型，通過監(jiān)測(cè)圍繞鋼絲繩的主磁場(chǎng)Hz、局部磁場(chǎng)Hi(即：內(nèi)外斷絲造成的局部磁場(chǎng)Hd、內(nèi)外磨損造成的磁場(chǎng)Hm、內(nèi)外銹蝕所產(chǎn)生的局部磁場(chǎng)Hx及斷面變小、鋼絲焊點(diǎn)等所產(chǎn)生的其它磁場(chǎng)Hq等)以確定鋼絲繩內(nèi)部和表面缺陷的量值。

　　技術(shù)經(jīng)驗(yàn) 煤礦安全 (Total 380) .43.

　　3、整形組件

　　鋼絲繩在運(yùn)行過程中有可能附著上其它物品或由于疲勞等原因造成斷絲，斷掉的鋼絲因受力斷絲端部會(huì)翹出鋼絲繩表面，這些附著懸掛的物品或翹起的鋼絲斷頭會(huì)影響檢測(cè)精度或損傷檢測(cè)組件，因此我們?cè)阡摻z繩通過檢測(cè)組件前，先對(duì)鋼絲繩表面進(jìn)行磁規(guī)劃整形。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查聽取現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)工人和工程技術(shù)人員的意見后，采取如下方案：

　　方案一緊急開合

　　由于鋼絲繩在使用中存在許多不可預(yù)料的事故隱患，其中危害較大的是斷絲及由斷絲翹曲造成的對(duì)檢測(cè)設(shè)備的損傷性沖擊。

　　為了解決這一潛在因素，專門設(shè)置了一套緊急自動(dòng)開合機(jī)構(gòu)。如圖所示損傷檢測(cè)單元兩端各有一個(gè)動(dòng)作開關(guān)，動(dòng)作器允許通過超過鋼絲繩直徑本身20%以內(nèi)的斷絲翹曲和常見的油泥等軟性附著物，此時(shí)損傷檢測(cè)單元會(huì)檢測(cè)到該損傷并立即產(chǎn)生聲光報(bào)警，已引起監(jiān)視人員的注意。一旦翹曲范圍超過了鋼絲繩直徑本身的20%，動(dòng)作器便會(huì)立即動(dòng)作，使工作主機(jī)在0.05秒左右的時(shí)間內(nèi)迅速張開并停止工作，保護(hù)損傷檢測(cè)單元不受傷害，同時(shí)產(chǎn)生緊急情況警報(bào)，要求監(jiān)視人員火速檢查現(xiàn)場(chǎng)，查明排除故障原因后方可使檢測(cè)設(shè)備恢復(fù)工作。

　　上下保護(hù)殼用來防范大部分水、煤、泥等空中墜物和鋼絲繩較大附著物的干擾，避免引起動(dòng)作器的誤判。

　　4、隨動(dòng)組件

　　由于纏繞式提升鋼絲繩在提升過程中，隨著鋼絲繩在卷筒上纏排，在水平方向上發(fā)生位移;多繩摩擦提升過程中，提升鋼絲繩發(fā)生晃動(dòng)。檢測(cè)組件為環(huán)抱式，鋼絲繩始終居于檢測(cè)組件的正中。鋼絲繩的晃動(dòng)和移動(dòng)會(huì)引起檢測(cè)組件的震動(dòng)和受力，為了避免鋼絲繩運(yùn)動(dòng)對(duì)檢測(cè)組件的損傷，所以考慮采用損傷檢測(cè)單元跟隨鋼絲繩運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)方案。為了使檢測(cè)組件能夠隨動(dòng)檢測(cè)鋼絲繩狀況，設(shè)置了隨動(dòng)組件。

　　所謂區(qū)域隨動(dòng)就是利用固定支架在損傷檢測(cè)單元的周圍圈定一個(gè)活動(dòng)區(qū)域，然后限制損傷檢測(cè)單元在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到跟隨鋼絲繩運(yùn)動(dòng)的目的。

　　.44. 煤礦安全 (Total 380) 技術(shù)經(jīng)驗(yàn)

　　所謂鋼絲繩整流就是利用限位輪系將鋼絲繩的振動(dòng)限制在移動(dòng)范圍之內(nèi)，從而順利通過固定安裝的檢測(cè)組件。

　　在離損傷檢測(cè)單元兩端不遠(yuǎn)的地方，各有一個(gè)鋼絲繩限位裝置，可將鋼絲繩水平方向的振幅收小到5mm內(nèi)，達(dá)到損傷檢測(cè)單元自身可接受的振動(dòng)范圍之內(nèi)，避免因鋼絲繩的過度振動(dòng)給檢測(cè)組件帶來損壞。

　　考慮到會(huì)給檢測(cè)帶來影響，限位輪系均采用非鐵磁性耐磨材料。

　　5、結(jié)構(gòu)組件

　　結(jié)構(gòu)組件主要是按照現(xiàn)場(chǎng)布置情況，具體設(shè)計(jì)制作的支撐固定上述組件的構(gòu)架，設(shè)計(jì)方案隨現(xiàn)場(chǎng)情況不同而采取具體的形式。

　　6、數(shù)采通訊組件

　　實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行預(yù)處理。組件主要有多芯屏蔽電纜、快速接頭、接口、中繼站、收轉(zhuǎn)設(shè)備等組成，完成檢測(cè)信號(hào)的傳輸任務(wù)。

　　7、報(bào)警指示及執(zhí)行組件

　　由紅色、黃色、綠色警示燈和繼電器組成，由數(shù)采通訊組件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析處理后，經(jīng)輸出接口輸出高低電平控制繼電器和警示信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)報(bào)警指示和安全制動(dòng)。從而避免事故進(jìn)一步惡化。

　　8、中央處理組件、軟件系統(tǒng)和顯示終端

　　中央處理組件由cpu芯片、ram芯片、rom芯片和接口芯片等組成。主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的前期處理，即可接收并緩存數(shù)采通訊組件上傳的數(shù)據(jù)，為二次處理提供初期數(shù)據(jù)。軟件系統(tǒng)將中央處理組件提供的初期數(shù)據(jù)存入一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，然后進(jìn)行二次處理，主要是數(shù)據(jù)的損傷分析計(jì)算，計(jì)算公式中的參數(shù)分為默認(rèn)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)參數(shù)和模擬現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)參數(shù)。計(jì)算結(jié)果存入一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，并可歸入歷史檔案庫，以便檢索查詢。在顯示終端可實(shí)時(shí)查閱或打印損傷數(shù)據(jù)分析報(bào)告。

　　TCK.W鋼絲繩安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)對(duì)礦井提升系統(tǒng)鋼絲繩日常運(yùn)行情況的檢測(cè)分析，如果在日常提升系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中，鋼絲繩發(fā)生翹絲、斷絲、疲勞、磨損、繡蝕等損傷時(shí)，檢測(cè)分析處理系統(tǒng)將及時(shí)給出一個(gè)詳細(xì)的報(bào)表分析處理結(jié)果，并對(duì)鋼絲損傷變化有一個(gè)全程的損傷變化曲線顯示。

　　在鋼絲繩損傷達(dá)到一定程度時(shí)，TCK.W檢測(cè)分析處理系統(tǒng)將發(fā)出損傷預(yù)警信號(hào)，提示操作人員注意，鋼絲繩需要加強(qiáng)注意和維護(hù)。當(dāng)損傷超過規(guī)定的損傷上限時(shí)，則報(bào)警提示用戶需盡快更換鋼絲繩，以保障用戶安全生產(chǎn)的需要。

　　同時(shí)為了科研的需要，檢測(cè)分析系統(tǒng)將對(duì)鋼絲繩長(zhǎng)期運(yùn)行情況下的損傷數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的存儲(chǔ)，以備科研人員取得原始數(shù)據(jù)，分析鋼絲繩在不同提升情況下的損傷變化趨勢(shì)。提供一個(gè)科學(xué)的損傷變化數(shù)據(jù)。

　　為了以后系統(tǒng)的擴(kuò)展需要，檢測(cè)分析處理系統(tǒng)將全部采用模塊化構(gòu)成，各模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)一定的功能，模塊與模塊間有邏輯上的聯(lián)系，從而構(gòu)成整體的檢測(cè)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)模塊時(shí)，將充分考慮到今后系統(tǒng)的擴(kuò)展需要。

　　峰峰集團(tuán)有限公司目前在三對(duì)礦井中安設(shè)了TCK.W鋼絲繩安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，經(jīng)投入使用實(shí)踐證明，該系統(tǒng)為鋼絲繩的使用管理提供了可靠的安全保障。淘汰了原來靠人手摸、肉眼看的落后的鋼絲繩檢查方法。

　　作者簡(jiǎn)介：冀慶亞，男，1968年生。畢業(yè)于重慶大學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用專業(yè)，工學(xué)學(xué)士。一直從事礦山機(jī)電技術(shù)和行政管理工作?，F(xiàn)在峰峰集團(tuán)有限公司煤炭生產(chǎn)部工作。

　　(收稿日期：2007-03-07;責(zé)任編輯：金麗華)