發(fā)表期刊:《礦山機械》
[摘要] 分析排查提升機鋼絲繩安全監(jiān)管的薄弱環(huán)節(jié)，使鋼絲繩在生產(chǎn)運行過程中，始終處于安全受控的檢測狀態(tài)，鄭煤集團趙家寨礦成功應用處于國際領先水平的TCK鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)，不但解決了鋼絲繩安全監(jiān)管難題，而且在提高生產(chǎn)效率，降低檢測能耗，節(jié)約用繩成本等方面，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益。
[關鍵詞] 礦井提升機 鋼絲繩安全 弱磁檢測技術 鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)
本質(zhì)安全化理論認為，由于多種環(huán)境的影響，人的自由度增大，安全可靠性將會變差。因此，要確保安全，必須采用某種即使存在人為失誤的情況下也能確保人身及財產(chǎn)安全的科學技術，使之達到“本質(zhì)的安全化”。
礦用提升鋼絲繩更處于礦井的咽喉部位。在設備運行過程中，反復加載、釋載會導致鋼絲繩不可逆的機械性能損耗，而長期以來又對此缺乏更為可靠的預防手段，煤礦生產(chǎn)往往因為提升鋼絲繩而陷于“隱患、浪費、低效”三大矛盾同在的窘境。傳統(tǒng)的人工檢查不可靠，難以有效發(fā)現(xiàn)鋼絲繩上潛伏的隱患;定期換繩不能確保安全，而且造成了鋼絲繩用量的巨大浪費;鋼絲繩檢修過度擠占生產(chǎn)時間，導致設備空轉(zhuǎn)能耗，效率低下。
1 存在的問題
鄭煤集團蘆溝煤礦曾于三年前發(fā)生提升鋼絲繩斷裂事故，致使箕斗墜落井筒，影響生產(chǎn)長達116小時。此后鄭煤集團公司6對大型主力礦井逐一排查分析后表明：全部4臺多繩摩擦式提升機鋼絲繩規(guī)定使用年限為2年，從未出現(xiàn)過斷繩事故，強制更換的鋼絲繩經(jīng)檢查也無嚴重缺陷;5臺單繩纏繞式提升機鋼絲繩使用年限平均為2.7年，鋼絲繩使用損耗反而較為嚴重，正常使用年限內(nèi)多次出現(xiàn)臨界斷繩甚至事實斷繩的險情。
基于這種調(diào)查研究結果，鄭煤集團決定對在用鋼絲繩采取行之有效的無損檢測、科學評估等技術手段，使礦井提升運輸安全得到標本兼治的目的。
2 采用先進檢測技術治理鋼絲繩安全隱患
鄭煤集團各下屬煤礦首先裝備使用了TCK便攜式鋼絲繩無損探傷儀。該種儀器采用弱磁檢測技術，能夠定量檢測鋼絲繩內(nèi)外部斷絲、磨損、銹蝕、疲勞等各種損傷，準確評估鋼絲繩剩余承載能力和使用壽命。該儀器融合多項先進技術，結構精巧，自重輕，通過性好，操作簡單方便，使用安全可靠，整機防淋水、抗干擾，適用于較為惡劣的工況條件。
采用先進檢測技術取代人工檢查的落后方式，取得了立竿見影的安全成效和經(jīng)濟效益。鄭煤集團超化礦原有1根承諾4年的進口鋼絲繩，實際使用不足0.5年，對其進行檢測時，明確檢出6處嚴重損傷，最大損傷值達到10.6%，按規(guī)定判為立即停止使用。如果沒有這次檢測，該繩隨時可能導致嚴重的墜井事故。由于國內(nèi)外一直很難準確地無損評定在用鋼絲繩的實際技術狀態(tài)，鋼絲繩的國外供方在質(zhì)保交涉中嚴重置疑質(zhì)量索賠的依據(jù)。礦方出示的TCK科學儀器和TCK數(shù)據(jù)報告，使鋼絲繩的國外供方最終信服地確認了檢測結果，向鄭煤超化礦賠償經(jīng)濟損失92萬元。
3 創(chuàng)建鋼絲繩安全監(jiān)管新模式
通過對鋼絲繩安全監(jiān)管方式的進一步探索和研究，鄭煤集團認識到：雖然便攜式探傷儀為鋼絲繩安全運行提供了一定的技術保證，但由于鋼絲繩受動載荷的影響很大、高產(chǎn)煤礦24h連續(xù)運行、儀器操作存在較多人為因素以及停產(chǎn)檢測仍舊擠占生產(chǎn)時間等問題存在，礦井提升鋼絲繩的實際安全狀態(tài)與本質(zhì)化安全要求之間仍舊存在明顯差距。必須要采用動態(tài)和連續(xù)的鋼絲繩在線實時自動檢測方案，才能最終實現(xiàn)對礦井提升鋼絲繩科學監(jiān)管與可靠防控。
2008年，TCK鋼絲繩弱磁檢測技術成功地融和了以太網(wǎng)通訊、微電子集成、二維模型分析等現(xiàn)代高科技成果，可以針對重大生產(chǎn)及公共設施中的鋼絲繩實現(xiàn)遠程監(jiān)測。鄭煤集團趙家寨礦立即組織科技骨干與TCK公司協(xié)同開展了新的技術攻關，開發(fā)了鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)，可在200mT以下磁場環(huán)境，全天候地檢測礦井提升鋼絲繩內(nèi)外部各種損傷，監(jiān)測過程無磁污染。傳感器與鋼絲繩表面的提離間隙達到50mm，對各種損傷導致鋼絲繩金屬截面積損失率的不確定度小于 0.5%。
鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)配備了模式組合檢測、智能數(shù)采轉(zhuǎn)換 、光電計程測速 、自控聲光報警和多信道終端主控等 5 個技術單元，采用專家型數(shù)據(jù)平臺，系統(tǒng)嵌入式控制程序 ，具有無需職守的全天候自動檢測 、自動數(shù)據(jù)集成和 自動生成檢測報告等先進功能，能夠?qū)崿F(xiàn) “數(shù)據(jù)序列/損傷曲線/統(tǒng)計圖表多重預制”、“后臺數(shù)據(jù)運算”、“自動建檔”、“系統(tǒng) 自檢”以及 “故障分析”等功能 ，并生成處理預案，與礦井提升機的實際工作生態(tài)和安全運行需要密切結合 ，可以在正常提升時對鋼絲繩在線檢測。該系統(tǒng)最大限度地避免了監(jiān)測過程中的人為影響 ，監(jiān)測范圍進一步延伸擴展到以往檢查人員無法到達的部位 ，從而能夠?qū)︿摻z繩實現(xiàn)全程全周期的在線實時自動監(jiān)測 ，成為目前最先進的鋼絲繩運行安全解決方案。
目前 鄭煤 集團趙家寨 礦主副井投入運行的是TCK—SC式4繩8測點鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)，檢測頭固定在礦井提升鋼絲繩運行路徑旁，在正常升降作業(yè)的同時可根據(jù)行程選擇完成相應的在線檢測 。檢測過程 中一旦遇 到危重程度的損傷信號 ，就會在第一時間自動發(fā)出聲光警示，同時計算機系統(tǒng)也將根據(jù)檢測數(shù)據(jù)實時向設備操作員提供 “加強保養(yǎng)”、“停機復查”或 “立即換繩”等設備處置預案。該礦一些檢修人員初期對系統(tǒng)檢測的數(shù)據(jù)懷有疑慮，但是經(jīng)過細致的實測 、比對和參數(shù)淵整，各項技術指標都在現(xiàn)場得到 了充分驗證 ，其準確性是 日常人工檢查和傳統(tǒng)檢測技術無法達到的。
4 效 果
2009年7月，趙家寨礦主副井鋼絲繩在線檢測系統(tǒng)投入運行 ，經(jīng)過一段時間的現(xiàn)場驗證，煤炭產(chǎn)量顯著提高，用繩成本得到控制，檢測能耗接近零。企業(yè)的小投入換來了大回報 ，并成為一種對重要用途鋼絲繩的安全監(jiān)管新模式。
(1) 鋼絲繩在生產(chǎn)運行過程 中始終 處于安 全受控狀態(tài)TCK鋼絲繩在 線實時 自動檢測 系統(tǒng)的應 用大大提高了現(xiàn)場安全監(jiān)控 、生產(chǎn)過程控制和科學管理水平。該系統(tǒng)使鋼絲繩運行始終受到密切的安全監(jiān)控，從根本上杜絕各種隱患，確保提升機安全，成為鄭煤集團趙家寨礦最重要的管理創(chuàng)新成果。
(2) 生產(chǎn)效率顯著提高根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：提升鋼絲繩和罐道繩每天必須檢查1次。在此要求下，趙家寨礦過去每天需耗費1.5h用于鋼絲繩人工檢查。采用鋼絲繩在線實時自動監(jiān)測系統(tǒng)后，在正常生產(chǎn)的同時就完成了鋼絲繩檢測，使生產(chǎn)和檢測流程合二為一，過去用于鋼絲繩人工檢查的時間成為有效生產(chǎn)時問，每年至少提高煤炭產(chǎn)量 18萬t。
(3) 徹底消除設備檢測導致的空轉(zhuǎn)能耗 趙家寨礦主、副井提升高度分別為446m和 465m，電動機功率分別為2800 kW和850kW。人工檢查時，繩速為 0.3～0.5m/s，設備空載功耗235kW，由4名檢測工同步完成1遍人工檢查需耗電350kW·h。按照每年 330d的有效工作日，每年用于鋼絲繩檢查的空載能耗至少 11.6萬kW·h。采用提升鋼絲繩安全監(jiān)管系統(tǒng)，專門用于鋼絲繩檢測的設備空載能耗幾乎為零，節(jié)電效益近10 萬元。
(4) 合理利用鋼絲繩剩余使用壽命 趙家寨礦主、副井提升機過去換繩周期為2年，每次換繩的材料費用78萬元，檢修工費25萬元，停產(chǎn)和調(diào)整凈縮短開工時間達到3d，由此核算，每年的換繩成本為51萬元。使用鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)以后，主、副井提升鋼絲繩因為可以做到服役期滿，甚至適延長1年使用壽命，每年換繩成本降至34萬元，用繩成本也降為原來的1/3。
5 結 語
鄭煤集團趙家寨礦通過應用TCK鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)，實施礦井提升鋼絲繩安全監(jiān)管
的工作方式轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)了鋼絲繩在線實時監(jiān)測與動態(tài)連續(xù)有效監(jiān)測的目標，不但解決了鋼絲繩安全監(jiān)
管難題，而且在提高生產(chǎn)效率 、降低檢測能耗和節(jié)約用繩成本等方面 ，每年可創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益 8127萬元，從而真正實現(xiàn)了礦井提升鋼絲繩運行安全 、節(jié)約和高效的三重管理 目標。
作者簡介：
劉士棟，男，生于1963年5月，1985年畢業(yè)于原焦作礦業(yè)學院(現(xiàn)為河南理工大學),機電高級工程師，現(xiàn)任河南省新鄭煤電有限責任公司副總經(jīng)理，發(fā)表論文十多篇，主要從事礦山機電設備技術研究和現(xiàn)場管理工作。