發(fā)表期刊:《煤礦安全》
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)生故障就會出現(xiàn)影響生產(chǎn)和機毀人亡的惡性事故。長期以來，由于沒有科學可靠的檢測設(shè)備，鋼絲繩的安全運行始終是設(shè)備管理過程中的難點，甚至是“盲點”。本文詳細介紹了我國自主研發(fā)的世界上第一套鋼絲繩在線自動監(jiān)測系統(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、低效”的三大管理矛盾，實現(xiàn)“安全、節(jié)約、高效”的三重管理目標，起到十分重要的作用，而且標志我國的鋼絲繩無損檢測技術(shù)已經(jīng)走在世界的前列。
關(guān)鍵詞：鋼絲繩 安全 檢測 監(jiān)測系統(tǒng)
中圖分類號：TD791 文獻標識碼：C 文章編號：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重要的問題，是對鋼絲繩從出廠、使用、檢測、直至報廢過程的全程管理。對在線鋼絲繩使用過程中可能發(fā)生的各種損傷進行準確的量化檢測，并及時準確地監(jiān)控其變化趨勢，則是鋼絲繩全程管理體系中的一個至關(guān)重要環(huán)節(jié)。長期以來，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技術(shù)無法完成對鋼絲繩損傷狀況實施可靠的在線監(jiān)測。
TCK.W鋼絲繩在線自動監(jiān)測系統(tǒng)采用全新的弱磁檢測技術(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鋼絲繩在線自動監(jiān)測系統(tǒng)可以通過對在線鋼絲繩各種損傷的量化檢測，準確地評估被測鋼絲繩的剩余承載能力和使用壽命，并根據(jù)檢測結(jié)果對鋼絲繩的使用狀態(tài)提出評估診斷對策，給出鋼絲繩使用的全程管理方案。
峰峰集團與TCK.W鋼絲繩檢測技術(shù)有限公司經(jīng)過近一年的研究，實驗表明TCK.W弱磁檢測技術(shù)能夠克服不同礦井的工況差異、鋼絲繩技術(shù)特征差異、提升機特征差異等影響檢測結(jié)果的各種因素，在集團公司三對生產(chǎn)礦井試用的效果良好，測試結(jié)果準確。不僅解決了長期困擾峰峰集團鋼絲繩使用中“浪費、隱患、低效”同在的三大管理矛盾，而且為實現(xiàn)集團公司“安全、節(jié)約、高效”的三重管理目標，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、檢測組件、整形組件、隨動組件、結(jié)構(gòu)組件、數(shù)采通訊組件、報警指示執(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)實現(xiàn)總圖
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二、在線自動監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)過程
TCK.W鋼絲繩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)，首先對鋼絲繩因損傷和附著物引起的外形變化進行磁規(guī)劃整形，使檢測組件能順利對鋼絲繩進行檢測。其次，檢測組件準確、精確的檢測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?，由主控站進行綜合分析，最后通過顯示終端以人機較為容易理解的界面顯示出來。通過報警指示和執(zhí)行組件完成安全保護功能。
三、各個部分主要研制技術(shù)關(guān)鍵點
1、加載組件
加載組件采用弱磁加載技術(shù)，在被測鋼絲繩上建立穩(wěn)定有序的“弱”勢磁場。
2、檢測組件
檢測組件主要有殼體、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“空間磁場矢量合成”原理對鋼絲繩進行定量無損檢測，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強度及其變化和各項磁場矢量的分布關(guān)系，建立了其與鋼絲繩損傷面積△S之間的數(shù)學模型，通過監(jiān)測圍繞鋼絲繩的主磁場Hz、局部磁場Hi(即：內(nèi)外斷絲造成的局部磁場Hd、內(nèi)外磨損造成的磁場Hm、內(nèi)外銹蝕所產(chǎn)生的局部磁場Hx及斷面變小、鋼絲焊點等所產(chǎn)生的其它磁場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 煤礦安全 (Total 380) .43.
3、整形組件
鋼絲繩在運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影響檢測精度或損傷檢測組件，因此我們在鋼絲繩通過檢測組件前，先對鋼絲繩表面進行磁規(guī)劃整形。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查聽取現(xiàn)場技術(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檢測設(shè)備的損傷性沖擊。
為了解決這一潛在因素，專門設(shè)置了一套緊急自動開合機構(gòu)。如圖所示損傷檢測單元兩端各有一個動作開關(guān)，動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，此時損傷檢測單元會檢測到該損傷并立即產(chǎn)生聲光報警，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%，動作器便會立即動作，使工作主機在0.05秒左右的時間內(nèi)迅速張開并停止工作，保護損傷檢測單元不受傷害，同時產(chǎn)生緊急情況警報，要求監(jiān)視人員火速檢查現(xiàn)場，查明排除故障原因后方可使檢測設(shè)備恢復工作。
上下保護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，避免引起動作器的誤判。
4、隨動組件
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。檢測組件為環(huán)抱式，鋼絲繩始終居于檢測組件的正中。鋼絲繩的晃動和移動會引起檢測組件的震動和受力，為了避免鋼絲繩運動對檢測組件的損傷，所以考慮采用損傷檢測單元跟隨鋼絲繩運動的結(jié)構(gòu)方案。為了使檢測組件能夠隨動檢測鋼絲繩狀況，設(shè)置了隨動組件。
所謂區(qū)域隨動就是利用固定支架在損傷檢測單元的周圍圈定一個活動區(qū)域，然后限制損傷檢測單元在這個范圍內(nèi)進行運動，從而達到跟隨鋼絲繩運動的目的。
.44. 煤礦安全 (Total 380) 技術(shù)經(jīng)驗
所謂鋼絲繩整流就是利用限位輪系將鋼絲繩的振動限制在移動范圍之內(nèi)，從而順利通過固定安裝的檢測組件。
在離損傷檢測單元兩端不遠的地方，各有一個鋼絲繩限位裝置，可將鋼絲繩水平方向的振幅收小到5mm內(nèi)，達到損傷檢測單元自身可接受的振動范圍之內(nèi)，避免因鋼絲繩的過度振動給檢測組件帶來損壞。
考慮到會給檢測帶來影響，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)場布置情況，具體設(shè)計制作的支撐固定上述組件的構(gòu)架，設(shè)計方案隨現(xiàn)場情況不同而采取具體的形式。
6、數(shù)采通訊組件
實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進行預處理。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，完成檢測信號的傳輸任務(wù)。
7、報警指示及執(zhí)行組件
由紅色、黃色、綠色警示燈和繼電器組成，由數(shù)采通訊組件對檢測數(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燈實現(xiàn)報警指示和安全制動。從而避免事故進一步惡化。
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。主要負責數(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)存入一個數(shù)據(jù)庫中，然后進行二次處理，主要是數(shù)據(jù)的損傷分析計算，計算公式中的參數(shù)分為默認預處理后的數(shù)據(jù)參數(shù)和模擬現(xiàn)場的數(shù)據(jù)參數(shù)。計算結(jié)果存入一個數(shù)據(jù)庫中，并可歸入歷史檔案庫，以便檢索查詢。在顯示終端可實時查閱或打印損傷數(shù)據(jù)分析報告。
TCK.W鋼絲繩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)對礦井提升系統(tǒng)鋼絲繩日常運行情況的檢測分析，如果在日常提升系統(tǒng)運行當中，鋼絲繩發(fā)生翹絲、斷絲、疲勞、磨損、繡蝕等損傷時，檢測分析處理系統(tǒng)將及時給出一個詳細的報表分析處理結(jié)果，并對鋼絲損傷變化有一個全程的損傷變化曲線顯示。
在鋼絲繩損傷達到一定程度時，TCK.W檢測分析處理系統(tǒng)將發(fā)出損傷預警信號，提示操作人員注意，鋼絲繩需要加強注意和維護。當損傷超過規(guī)定的損傷上限時，則報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。
同時為了科研的需要，檢測分析系統(tǒng)將對鋼絲繩長期運行情況下的損傷數(shù)據(jù)進行大量的存儲，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。提供一個科學的損傷變化數(shù)據(jù)。
為了以后系統(tǒng)的擴展需要，檢測分析處理系統(tǒng)將全部采用模塊化構(gòu)成，各模塊內(nèi)實現(xiàn)一定的功能，模塊與模塊間有邏輯上的聯(lián)系，從而構(gòu)成整體的檢測系統(tǒng)。在設(shè)計模塊時，將充分考慮到今后系統(tǒng)的擴展需要。
峰峰集團有限公司目前在三對礦井中安設(shè)了TCK.W鋼絲繩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)，經(jīng)投入使用實踐證明，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。
作者簡介：冀慶亞，男，1968年生。畢業(yè)于重慶大學計算機技術(shù)及其應(yīng)用專業(yè)，工學學士。一直從事礦山機電技術(shù)和行政管理工作?，F(xiàn)在峰峰集團有限公司煤炭生產(chǎn)部工作。
(收稿日期：2007-03-07;責任編輯：金麗華)