礦用鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

撰文/余濤

■550008 貴州省煤田地質(zhì)局實(shí)驗(yàn)室 貴州 貴陽(yáng)

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礦用鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

撰文/余濤

■550008 貴州省煤田地質(zhì)局實(shí)驗(yàn)室 貴州 貴陽(yáng)

礦用鋼絲繩作為礦井提升、運(yùn)輸中的關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備，其安全性極為重要。本文以礦用鋼絲繩為研究對(duì)象，簡(jiǎn)述礦用鋼絲繩傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法的缺點(diǎn)和弊端，針對(duì)礦用鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，簡(jiǎn)述了礦用鋼絲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的概念和原理，采用弱磁檢測(cè)理論進(jìn)行運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)和在線檢測(cè)是最成熟可靠的檢測(cè)方法，最后闡述了實(shí)際應(yīng)用TCK.W無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在礦用鋼絲繩檢測(cè)的研究應(yīng)用。關(guān)鍵詞：礦用鋼絲繩；無(wú)損檢測(cè)；技術(shù)

煤礦提升運(yùn)輸對(duì)生產(chǎn)十分重要，作業(yè)人員、物料、原煤等的運(yùn)輸提升都由其完成。在提升運(yùn)輸中，鋼絲繩維系著職工的生命安全，直接關(guān)系到礦井設(shè)備、財(cái)產(chǎn)安全，是礦井的“咽喉”。因此，礦用鋼絲繩是煤礦機(jī)電設(shè)備管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，礦用鋼絲繩的安全運(yùn)行一直備受關(guān)注，但由于缺少可靠的檢測(cè)手段，長(zhǎng)期以來(lái)，煤礦仍沿用人工外觀檢測(cè)方法和破損檢驗(yàn)方法這些傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法，鋼絲繩運(yùn)行始終潛伏著可能導(dǎo)致斷繩、墜井事故的重大安全隱患。

礦用鋼絲繩的傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法

a人工外觀檢測(cè)方法

煤礦日常對(duì)鋼絲繩的檢查一般靠維護(hù)人員人工目測(cè)、手摸，同時(shí)也借助一些簡(jiǎn)單工具，人工檢查有直接觀察到鋼絲繩外部較明顯的損傷、鋼絲繩斷口、斷絲、銹蝕程度以及繩股是否松動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是無(wú)法發(fā)現(xiàn)內(nèi)部磨損、斷絲及銹蝕的情況，尤其是疲勞等損傷根本無(wú)法檢測(cè)，耗時(shí)、耗工、效率低下，檢查結(jié)果的不準(zhǔn)確、不可靠，可能導(dǎo)致鋼絲繩的超期使用，還可能誤判而提前更換鋼絲繩，對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成重大隱患。

b鋼絲繩的破損檢驗(yàn)方法

鋼絲繩的破損檢驗(yàn)方法是在使用的鋼絲繩中截取一段鋼絲繩作為樣本，對(duì)該樣本進(jìn)行拆股，然后做每一根鋼絲的抗拉強(qiáng)度、彎曲試驗(yàn)，按單絲力學(xué)性能是否滿足MT 716-2005《煤礦重要用途鋼絲繩驗(yàn)收技術(shù)條件》的相關(guān)條款檢驗(yàn)。

該檢驗(yàn)方法通過(guò)大量檢測(cè)數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確判斷該樣本鋼絲繩的安全性能是否滿足實(shí)際需要，但由于鋼絲繩在礦井使用環(huán)境中，各段受到礦井酸堿程度的影響不同，油脂脫落、磨損、銹蝕影響的位置不同，鋼絲繩各段受到外力的作用情況也不同，故該段樣本鋼絲繩的檢驗(yàn)結(jié)果不能代表整段鋼絲繩的使用性能。

鋼絲繩的無(wú)損檢驗(yàn)方法

a無(wú)損檢測(cè)概念

以上兩種落后且不可靠的方法，使礦用鋼絲繩的使用管理始終存在多方面問(wèn)題，人們一直在探索鋼絲繩的損傷機(jī)理和檢測(cè)鋼絲繩缺陷的各種方法，而磁檢測(cè)法一直是無(wú)損檢測(cè)鋼絲繩的首選方法，也是目前被公認(rèn)為最成熟可靠的鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)方法。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的鋼絲繩磁檢測(cè)法大致分成2種：弱磁檢測(cè)法和強(qiáng)磁檢測(cè)法。傳統(tǒng)強(qiáng)磁檢測(cè)的主要特點(diǎn)在于：傳感器靈敏度低，要求貼近鋼絲繩表面，檢測(cè)通過(guò)能力弱；強(qiáng)磁磁化強(qiáng)度強(qiáng)，對(duì)被測(cè)物體的磁場(chǎng)束縛力較大，因此，幾乎不可能用于在線監(jiān)測(cè)及運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。而相比之下，弱磁檢測(cè)的主要優(yōu)勢(shì)在于：①弱磁檢測(cè)元件靈敏度極高，檢測(cè)時(shí)傳感器與被測(cè)物體表面之間的間隙允許較大，最大可達(dá)30 mm。②由于是弱磁檢測(cè)，對(duì)被測(cè)物體的磁場(chǎng)束縛力小，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)速為0～30 m/s下的檢測(cè)，可以滿足各種提升裝置的提升速度。

b無(wú)損檢測(cè)原理

這種檢驗(yàn)方法是采用磁檢測(cè)的原理，鋼絲繩是磁性材料，在磁場(chǎng)中容易磁化從而達(dá)到磁飽和，向鐵磁性構(gòu)件（鋼絲繩）施加給定磁載（如圖1），使所有載荷材料具有同等適度的低量級(jí)磁能積（材料的磁能量密度），并且如果載荷材料沿鋼絲繩軸向等量均勻，連續(xù)分布，則任意體積元的磁能積也是等量均勻的。當(dāng)鋼絲繩出現(xiàn)斷絲、銹蝕、磨損等損傷時(shí)，在周圍就會(huì)產(chǎn)生散漏磁場(chǎng)，在鋼絲繩使用過(guò)程中進(jìn)行檢測(cè)，將失誤降到最低，弱磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)使鋼絲繩在線實(shí)時(shí)檢測(cè)及運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)真正得以變成現(xiàn)實(shí)。這是因?yàn)槿醮艡z測(cè)采用的傳感器靈敏度高，比霍爾元件精細(xì)數(shù)萬(wàn)倍，所以即使檢測(cè)體與被測(cè)物體之間的間距達(dá)30 mm，仍然可以準(zhǔn)確拾取信號(hào)，實(shí)現(xiàn)寬距非接觸檢測(cè)。礦用鋼絲繩采用導(dǎo)磁性能良好的高碳鋼制成，很適合于利用弱磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)；同時(shí)這種無(wú)損檢測(cè)法具有成本較低，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

圖1　弱磁檢測(cè)原理

cTCK.W無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究

當(dāng)前，在國(guó)內(nèi)TCK弱磁無(wú)損探傷儀使用較普及，筆者也長(zhǎng)時(shí)間使用TCK.W-BX-40作為檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備。TCK.W弱磁檢測(cè)技術(shù)可以定量定性檢測(cè)鋼絲繩內(nèi)部及外部磨損、銹蝕、斷絲、疲勞等損傷。該系統(tǒng)采用弱磁檢測(cè)方法引入調(diào)制給定弱電磁場(chǎng)，與經(jīng)弱磁規(guī)劃的鋼絲繩弱磁場(chǎng)形成物理場(chǎng)關(guān)聯(lián)。使傳感器具有弱磁狀態(tài)無(wú)基噪工作、提離效應(yīng)自抑式寬距感應(yīng)、高靈敏/高分辨/高速率空域等突出的技術(shù)特點(diǎn)（如圖2）。

圖2 TCK弱磁檢測(cè)技術(shù)

筆者對(duì)一根12米長(zhǎng)新鋼絲繩（規(guī)格： 6×19+NF-Ф21.5）進(jìn)行了3處破壞性試驗(yàn)（分別為4.8米處斷絲、7米處壓傷、9米處斷絲），經(jīng)過(guò)BX-40型鋼絲繩探傷儀檢測(cè)，以上3處損傷位置在波形分析均有明顯顯示，且經(jīng)過(guò)10次檢測(cè)，都能準(zhǔn)確檢測(cè)出結(jié)果，檢測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到95%以上。

考慮探傷儀在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試效果良好，但設(shè)備在礦用鋼絲繩運(yùn)行使用的情況比較復(fù)雜，如現(xiàn)場(chǎng)溫濕度、礦井水、油污、電氣設(shè)備等對(duì)探傷儀的影響，因此筆者在6個(gè)月期間對(duì)同一礦井同一鋼絲繩總共進(jìn)行了6次檢測(cè)，前5次為每月進(jìn)行一次檢測(cè)，第6次為更換后鋼絲繩檢測(cè)。在前5次檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)同一根鋼絲繩存在11處損傷，并且五次檢測(cè)的損傷波形均在同一處出現(xiàn)報(bào)警。波形的抗干擾能力較強(qiáng)，曲線分析中無(wú)較大雜波出現(xiàn)。

采用該無(wú)損探傷方法，一是改變了礦用鋼絲繩只能采用人工外觀檢測(cè)法和破損檢測(cè)法的落后管理現(xiàn)狀，操作簡(jiǎn)單方便，只需一個(gè)人，智能型“傻瓜”式操作；二是可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)使用中礦用鋼絲繩內(nèi)外部的各種損傷，不僅能夠定性的分析，而且能夠定量檢測(cè)鋼絲繩的斷絲、磨損、銹蝕，尤其是疲勞損傷等安全隱患，做到有效預(yù)防鋼絲繩事故；三是科學(xué)、準(zhǔn)確評(píng)估鋼絲繩剩余承載能力、安全系數(shù)和使用壽命，有效提高鋼絲繩的運(yùn)行效率，為科學(xué)用繩，降低用繩成本提供了可靠依據(jù)。

參考：

［1］李艷玲.礦用鋼絲繩檢查與檢驗(yàn)的重要性探討［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（15）:54-54

［2］汪偉紅.煤礦鋼絲繩探傷弱磁檢測(cè)原理與應(yīng)用研究［J］.山東煤炭科技，2012（6）:87-88

余濤（1984.2-），男，蒙古族，籍貫：貴州省石阡縣，長(zhǎng)期從事礦山設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)，機(jī)電工程師，工程碩士，單位：貴州省煤田地質(zhì)局實(shí)驗(yàn)室，研究方向：礦山機(jī)電。