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　　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(dòng)檢測系統(tǒng)后，蔣莊礦每年提高產(chǎn)能6.3%，提高產(chǎn)量18.9萬t，新增產(chǎn)值～1.1億元;每年節(jié)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(tài)，杜絕了斷繩事故隱患，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼絲繩運(yùn)行全程的安全管理。鋼絲繩探傷 鋼絲繩無損檢測

　　關(guān)鍵詞: 提升鋼絲繩無損探傷; 弱磁鋼絲繩檢測技術(shù); 鋼絲繩在線檢測系統(tǒng) T

　　中圖分類號(hào):TD532;TD76文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):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(yùn)輸系統(tǒng)的必然構(gòu)件，其安全使用狀態(tài)維系著企業(yè)的人員及財(cái)產(chǎn)的安全。鋼絲繩檢測儀

　　傳統(tǒng)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(fā)數(shù)僅次于瓦斯、頂板事故，是煤礦生產(chǎn)重大“危險(xiǎn)源”之一。據(jù)國家安全生產(chǎn)管理總局發(fā)布的全國煤炭安全生產(chǎn)狀況綜合分析數(shù)據(jù)，2003年1～5月，全國煤炭系統(tǒng)因鋼絲繩問題，造成重大、特大事故215起，死亡223人，其中最嚴(yán)重的一起斷繩事故發(fā)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(nèi)、外部各種損傷，預(yù)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(tǒng)。鋼絲繩探傷儀

　　2 TCK.W鋼絲繩在線檢測系統(tǒng)

　　(1)工作原理

　　如圖1所示。首先由弱磁加載裝置對(duì)鋼絲繩全長進(jìn)行弱磁規(guī)劃;安裝有TCK.W高靈敏度傳感器的檢測裝置，固定在需要監(jiān)測的提升鋼絲繩的適當(dāng)位置，對(duì)鋼絲繩實(shí)施“全息”切片式檢測，提取原始檢測信號(hào)并輸出;系統(tǒng)二級(jí)站接收原始檢測信號(hào)，完成規(guī)定的數(shù)據(jù)和信息制式轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)原始數(shù)據(jù)的初步處理和信息存儲(chǔ)，將運(yùn)行中的鋼絲繩損傷信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街骺刂行?由主控站進(jìn)行綜合分析、計(jì)算，得出檢測結(jié)果，在顯示終端實(shí)時(shí)顯示檢測結(jié)果，自動(dòng)打印檢測報(bào)告，同時(shí)存檔檢測結(jié)果。檢測過程中，發(fā)現(xiàn)重度損傷，實(shí)時(shí)聲光報(bào)警并啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，采取相應(yīng)的處理措施，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

　　(2)系統(tǒng)特點(diǎn)

　　應(yīng)用弱磁檢測技術(shù)的鋼絲繩在線自動(dòng)檢測系統(tǒng)的特點(diǎn):

　　1)理論方面，根據(jù)鐵磁性物質(zhì)周圍空間磁場矢量態(tài)勢(shì)的變化和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，建立了數(shù)學(xué)模型;

　　2)應(yīng)用方面，通過在線實(shí)時(shí)檢測和對(duì)檢測數(shù)據(jù)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(shù)方面，將核心檢測技術(shù)與現(xiàn)代通訊技術(shù)、微電子技術(shù)、集成技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)綜合運(yùn)用到鋼絲繩在線自動(dòng)檢測系統(tǒng)。

　　3 關(guān)鍵技術(shù)

　　(1)數(shù)學(xué)模型

　　根據(jù)國際公認(rèn)的鋼絲繩技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鋼絲繩斷傷面積ΔS是更換鋼絲繩的主要依據(jù)。斷傷場強(qiáng)和各項(xiàng)變量都是矢量，其和差關(guān)系均為矢量關(guān)系。以下是弱磁定量無損探傷檢測的數(shù)學(xué)模型。

　　如圖2所示，在鋼絲繩周圍取一個(gè)環(huán)帶，檢測環(huán)帶面積上的磁通密度或磁場強(qiáng)度，即可判定損傷面積ΔS0。B=μH，其中μ為導(dǎo)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(biāo)求函數(shù)，通過單片機(jī)處理速度慢，必須轉(zhuǎn)換成便于單片機(jī)處理的數(shù)學(xué)模型。

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

　　一個(gè)捻距內(nèi)的總損傷量ΔSn則為:式中:nx—捻距。實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明，按照以上數(shù)學(xué)模型構(gòu)建的TCK.W鋼絲繩損傷定量檢測系統(tǒng)，檢測結(jié)果與實(shí)際損傷結(jié)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(shù)核心，由釋能元件提供一個(gè)給定磁場，這個(gè)磁場與鋼絲繩沿軸向體積微分的弱磁場所關(guān)聯(lián)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(zhuǎn)化成為相應(yīng)的電量信號(hào)。

　　采用“竇氏元件”傳感器的鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)，使鋼絲繩非常容易通過，可實(shí)時(shí)提取鋼絲繩損傷信號(hào)，準(zhǔn)確定量檢測鋼絲繩內(nèi)外部的斷絲、磨損、銹蝕和疲勞等各種損傷，評(píng)估鋼絲繩安全狀態(tài)。檢測速度0～30m/s。檢測結(jié)果不受鋼絲繩抖動(dòng)的影響。

　　4 應(yīng)用實(shí)踐

　　2009年10月，棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司蔣莊煤礦主、副井安裝了TCK.W鋼絲繩在線自動(dòng)檢測系統(tǒng)，當(dāng)月調(diào)試完畢，投入運(yùn)行。設(shè)備滿足了提升鋼絲繩在線自動(dòng)檢測要求，檢測結(jié)果準(zhǔn)確，系統(tǒng)各裝置工作正常。

　　根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，蔣莊礦每天用于鋼絲繩人工檢測的時(shí)間≥1h。采用TCK.W鋼絲繩在線自動(dòng)檢測系統(tǒng)后，蔣莊礦至少可提高產(chǎn)能6.3%，按核定作業(yè)能力300萬t，每年可提高產(chǎn)量18.9萬t，以煤價(jià)600元/t計(jì)，可新增產(chǎn)值～1.1億元;主、副井的提升機(jī)的額定功率分別是2000kW和800kW，按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定檢測，蔣莊煤礦每年為人工檢測鋼絲繩開機(jī)的22.3萬kWh電耗，可全部節(jié)約。

　　使用TCK.W鋼絲繩在線自動(dòng)檢測系統(tǒng)后，蔣莊煤礦主、副井提升鋼絲繩運(yùn)行始終處在安全檢測的受控狀態(tài)，杜絕了隱患，保證了安全。于此同時(shí)，還節(jié)約檢測時(shí)間、降低檢測空轉(zhuǎn)能耗、減少鋼絲繩用量。實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼絲繩運(yùn)行全程的安全管理。

　　參考文獻(xiàn):

　　[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(xué)術(shù)會(huì)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(tǒng)[J].煤礦機(jī)械，2001(8).

　　作者簡介:趙強(qiáng)(1973-)，男，高級(jí)工程師。1993年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，現(xiàn)在棗莊礦業(yè)(集團(tuán))公司蔣莊煤礦從事生產(chǎn)技術(shù)工作。

(收稿日期:2010-04-01;責(zé)任編輯:周叢笑)

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