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冀慶亞
冀中能源峰峰集團(tuán) 河北邯鄲 056200
鋼絲繩作為起重、運(yùn)輸、提升及承載等重大裝備與設(shè)施中的主要組件,廣泛應(yīng)用于民經(jīng)濟(jì)各個(gè)域,是工程中主要的承載構(gòu)件,因此鋼絲繩的安使用也備受關(guān)注。
1、 鋼絲繩安管理中存在的主要問題
長期以來,由于鋼絲繩探傷技術(shù)手段問題,導(dǎo)致鋼絲繩使用和管理始終存在5大“疾患”:
(1)安隱患 鋼絲繩使用過程中,多發(fā)因強(qiáng)度損耗而導(dǎo)致的斷繩事故。據(jù)美權(quán)威機(jī)構(gòu)對球8000家鋼絲繩用戶的調(diào)查,有12%的在用鋼絲繩處于“危險(xiǎn)或度危險(xiǎn)”狀態(tài)。
(2)經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)大 定期更換鋼絲繩造成大浪費(fèi)。70%以上被強(qiáng)制更換的鋼絲繩“很少或基本上沒有強(qiáng)度損耗”。
(3)工作率低 傳統(tǒng)的靠人工目視、手摸檢查方法,耗時(shí)、費(fèi)工、率低下。
(4)人為管理松 人工檢測不可及,安管理不到位,許多重大事故隱患難以發(fā)現(xiàn)。
(5)社會危害重 重大斷繩事故必然導(dǎo)致重大危害后果。以我為例,據(jù)統(tǒng)計(jì),僅在2004-2005年,煤礦共發(fā)生煤炭運(yùn)輸提升事故1065起,造成1142人死亡,其中大部分為鋼絲繩斷繩事。嚴(yán)重的鋼絲繩斷繩事故中,次死亡人數(shù)達(dá)到14人,重傷5人。
2、 三維磁信息感應(yīng)技術(shù)基本技術(shù)原理
鋼絲繩的探傷環(huán)境較惡劣,探傷系統(tǒng)受多種因素的干擾,因鋼絲繩結(jié)構(gòu)復(fù)雜,存在股間干擾信號,斷絲識別非常困難,怎樣將損傷信息客觀真實(shí)地反映出來,達(dá)到準(zhǔn)確定量地判定鋼絲繩損傷,是目前困擾鋼絲繩無損探傷域的個(gè)難題[1]。
在鋼絲繩被飽和磁化的情況下,會因諸如結(jié)構(gòu)征、材料缺陷、表面創(chuàng)傷、材質(zhì)變異及各種疲勞損傷等原因,使鋼絲繩內(nèi)部磁場不同程度地向其外部空間“泄漏”,完整地采集這些詞場信息對分析鋼絲繩狀態(tài),合理使用更新能鋼絲繩,保障安生產(chǎn)十分重要?,F(xiàn)在對鋼絲繩磁場信息的采集方法般采用霍爾元件法和感應(yīng)線圈法。由霍爾元件或者感應(yīng)線圈組成的傳感裝置,只能完成兩維空間的平面信息采集,而鋼絲繩內(nèi)外部的磁場,屬漫步于空間的、邊界模糊不確定的三維立體物理場,因此,上述兩類裝置無法面客觀地反映鋼絲繩的安狀態(tài)[2]。
圖1 傳感器三維布置示意
將6個(gè)柱狀線繞式電感傳感器,按正三棱錐三維空間形體配置,如圖1所示。每個(gè)傳感器作為正三棱錐的個(gè)棱邊,各三角形平面由3個(gè)傳感器尾相隨順序連成,利用正三棱錐體空間對稱的幾何點(diǎn),形成各傳感器之間既相互立又相互共用的相關(guān)關(guān)系。磁場信息屬種空間物理場,能量集中表現(xiàn)于發(fā)生源(磁)附近空間,現(xiàn)行的感應(yīng)線圈(環(huán)狀)傳感器和霍爾應(yīng)(片狀)傳感器,只限于軸向(維)或面向(二維)采集,柱狀線繞式電感傳感器有明顯的取向接收性,三維磁信息感應(yīng)橋裝置獲得了空間多取向采集模式,如圖2所示,可有完成對磁場信息的完整采集。
圖2 空間多取向采集模式示意
采用三維磁信息感應(yīng)技術(shù)將各單傳感器裝置在三維空間里對稱布置,組成空間對稱軸線重合安置狀態(tài),形成對被測鋼絲繩周向的完整包容,可準(zhǔn)確有地完成磁場矢量變化信息和磁聚集信息的高分辨采集。
3、 三維磁信息感應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用
鋼絲繩是主、副井提升設(shè)備的個(gè)重要組成部分,它直接關(guān)系到煤礦正常生產(chǎn)、人員生命安及經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)。為確保煤礦提升設(shè)備的安運(yùn)行,《煤礦安規(guī)程》對提升用鋼絲繩做了詳細(xì)的規(guī)定。
檢測人員的安性是所有重大裝備鋼絲繩用戶為關(guān)注的問題。在澳大利亞,采礦行業(yè)規(guī)定人員不能進(jìn)入距運(yùn)轉(zhuǎn)鋼絲繩4 m的區(qū)域范圍內(nèi);在,礦山行業(yè)的人工檢測安繩速范圍為0.3 m/s以下;在起重行業(yè),很多需要檢測的點(diǎn)都是人員難以到達(dá)的位置。采用三維磁信息感應(yīng)技術(shù)的鋼絲繩探傷系統(tǒng)具有良好的自動運(yùn)行能力,可檢測人員難以到達(dá)位置的鋼絲繩,無需檢測人員靠近鋼絲繩,并且能夠適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。
峰峰集團(tuán)目前共運(yùn)行各種類型的大型提升設(shè)備60余臺,每年鋼絲繩使用量約1240 t,用繩成本約為1050萬元。以峰峰集團(tuán)目前大淑村礦為例,主井為4繩摩擦式提升機(jī),提升高度227米,以每繩速度0.3 m/s計(jì)算,驗(yàn)1根繩用時(shí)12 min,4根繩共計(jì)48 min。即使采用手持式無損探測設(shè)備,以每繩0.5 m/s計(jì)算,驗(yàn)4根繩也需30 min左右。鋼絲繩在線探傷系統(tǒng)有著24 h在線不間斷監(jiān)測的優(yōu)勢,大地提高了對提升鋼絲繩的檢測率。
同時(shí),鋼絲繩在線探傷系統(tǒng)也為峰峰集團(tuán)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)益:峰峰集團(tuán)每年鋼絲繩使用量1240 t,成本1050萬元。使用鋼絲繩自動檢測技術(shù)后,每年可將低用繩量1/3,節(jié)約成本350萬元;減少停機(jī)檢測時(shí)間4/5,創(chuàng)造利潤4000萬元;節(jié)約檢測能耗成本達(dá)百萬元以上。
4、 結(jié)束語
利用三維磁信息感應(yīng)技術(shù)原理研究并開發(fā)出鋼絲繩無損探傷系統(tǒng),通過科學(xué)檢測,可以杜人工檢測的各種弊。探傷系統(tǒng)的建立為鋼絲繩的科學(xué)管理奠定了基礎(chǔ),構(gòu)建個(gè)能及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測記錄過程,以及具有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸功能的業(yè)化鋼絲繩監(jiān)測平臺。利用該技術(shù),可準(zhǔn)確解析被測鋼絲繩的損傷等,為評估鋼絲繩的安狀態(tài)提供了客觀依據(jù)。
參考文獻(xiàn)
[1]江四厚,王漢功,陽能軍,等. 小波分析在鋼絲繩檢測信號處理中的應(yīng)用[J]. 無損檢測, 2006,28(2):70-72.
[2]竇毓棠,楊 旭,竇伯莉. 鋼絲繩(纜)息定量無損檢測[J]. 礦山機(jī)械, 2001, 29(5):549-53.
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