礦用鋼絲繩無損檢測技術

撰文/余濤

■550008 貴州省煤田地質局實驗室 貴州 貴陽

?

礦用鋼絲繩無損檢測技術

撰文/余濤

■550008 貴州省煤田地質局實驗室 貴州 貴陽

礦用鋼絲繩作為礦井提升、運輸中的關鍵機電設備，其安全性極為重要。本文以礦用鋼絲繩為研究對象，簡述礦用鋼絲繩傳統檢驗方法的缺點和弊端，針對礦用鋼絲繩無損檢測技術，簡述了礦用鋼絲無損檢測技術的概念和原理，采用弱磁檢測理論進行運行現場和在線檢測是最成熟可靠的檢測方法，最后闡述了實際應用TCK.W無損檢測技術在礦用鋼絲繩檢測的研究應用。關鍵詞：礦用鋼絲繩；無損檢測；技術

煤礦提升運輸對生產十分重要，作業人員、物料、原煤等的運輸提升都由其完成。在提升運輸中，鋼絲繩維系著職工的生命安全，直接關系到礦井設備、財產安全，是礦井的“咽喉”。因此，礦用鋼絲繩是煤礦機電設備管理的重點和難點，礦用鋼絲繩的安全運行一直備受關注，但由于缺少可靠的檢測手段，長期以來，煤礦仍沿用人工外觀檢測方法和破損檢驗方法這些傳統檢驗方法，鋼絲繩運行始終潛伏著可能導致斷繩、墜井事故的重大安全隱患。

礦用鋼絲繩的傳統檢驗方法

a人工外觀檢測方法

煤礦日常對鋼絲繩的檢查一般靠維護人員人工目測、手摸，同時也借助一些簡單工具，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的優點，但缺點是無法發現內部磨損、斷絲及銹蝕的情況，尤其是疲勞等損傷根本無法檢測，耗時、耗工、效率低下，檢查結果的不準確、不可靠，可能導致鋼絲繩的超期使用，還可能誤判而提前更換鋼絲繩，對礦井安全生產造成重大隱患。

b鋼絲繩的破損檢驗方法

鋼絲繩的破損檢驗方法是在使用的鋼絲繩中截取一段鋼絲繩作為樣本，對該樣本進行拆股，然后做每一根鋼絲的抗拉強度、彎曲試驗，按單絲力學性能是否滿足MT 716-2005《煤礦重要用途鋼絲繩驗收技術條件》的相關條款檢驗。

該檢驗方法通過大量檢測數據能夠準確判斷該樣本鋼絲繩的安全性能是否滿足實際需要，但由于鋼絲繩在礦井使用環境中，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結果不能代表整段鋼絲繩的使用性能。

鋼絲繩的無損檢驗方法

a無損檢測概念

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題，人們一直在探索鋼絲繩的損傷機理和檢測鋼絲繩缺陷的各種方法，而磁檢測法一直是無損檢測鋼絲繩的首選方法，也是目前被公認為最成熟可靠的鋼絲繩無損檢測方法。現在國內的鋼絲繩磁檢測法大致分成2種：弱磁檢測法和強磁檢測法。傳統強磁檢測的主要特點在于：傳感器靈敏度低，要求貼近鋼絲繩表面，檢測通過能力弱；強磁磁化強度強，對被測物體的磁場束縛力較大，因此，幾乎不可能用于在線監測及運行現場檢測。而相比之下，弱磁檢測的主要優勢在于：①弱磁檢測元件靈敏度極高，檢測時傳感器與被測物體表面之間的間隙允許較大，最大可達30 mm。②由于是弱磁檢測，對被測物體的磁場束縛力小，可以實現時速為0～30 m/s下的檢測，可以滿足各種提升裝置的提升速度。

b無損檢測原理

這種檢驗方法是采用磁檢測的原理，鋼絲繩是磁性材料，在磁場中容易磁化從而達到磁飽和，向鐵磁性構件（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，連續分布，則任意體積元的磁能積也是等量均勻的。當鋼絲繩出現斷絲、銹蝕、磨損等損傷時，在周圍就會產生散漏磁場，在鋼絲繩使用過程中進行檢測，將失誤降到最低，弱磁無損檢測技術使鋼絲繩在線實時檢測及運行現場檢測真正得以變成現實。這是因為弱磁檢測采用的傳感器靈敏度高，比霍爾元件精細數萬倍，所以即使檢測體與被測物體之間的間距達30 mm，仍然可以準確拾取信號，實現寬距非接觸檢測。礦用鋼絲繩采用導磁性能良好的高碳鋼制成，很適合于利用弱磁無損檢測技術進行檢測；同時這種無損檢測法具有成本較低，易于實現等優點。

圖1　弱磁檢測原理

cTCK.W無損檢測技術研究

當前，在國內TCK弱磁無損探傷儀使用較普及，筆者也長時間使用TCK.W-BX-40作為檢驗檢測設備。TCK.W弱磁檢測技術可以定量定性檢測鋼絲繩內部及外部磨損、銹蝕、斷絲、疲勞等損傷。該系統采用弱磁檢測方法引入調制給定弱電磁場，與經弱磁規劃的鋼絲繩弱磁場形成物理場關聯。使傳感器具有弱磁狀態無基噪工作、提離效應自抑式寬距感應、高靈敏/高分辨/高速率空域等突出的技術特點（如圖2）。

圖2 TCK弱磁檢測技術

筆者對一根12米長新鋼絲繩（規格： 6×19+NF-Ф21.5）進行了3處破壞性試驗（分別為4.8米處斷絲、7米處壓傷、9米處斷絲），經過BX-40型鋼絲繩探傷儀檢測，以上3處損傷位置在波形分析均有明顯顯示，且經過10次檢測，都能準確檢測出結果，檢測準確率達到95%以上。

考慮探傷儀在實驗室測試效果良好，但設備在礦用鋼絲繩運行使用的情況比較復雜，如現場溫濕度、礦井水、油污、電氣設備等對探傷儀的影響，因此筆者在6個月期間對同一礦井同一鋼絲繩總共進行了6次檢測，前5次為每月進行一次檢測，第6次為更換后鋼絲繩檢測。在前5次檢測中發現同一根鋼絲繩存在11處損傷，并且五次檢測的損傷波形均在同一處出現報警。波形的抗干擾能力較強，曲線分析中無較大雜波出現。

采用該無損探傷方法，一是改變了礦用鋼絲繩只能采用人工外觀檢測法和破損檢測法的落后管理現狀，操作簡單方便，只需一個人，智能型“傻瓜”式操作；二是可以及時發現使用中礦用鋼絲繩內外部的各種損傷，不僅能夠定性的分析，而且能夠定量檢測鋼絲繩的斷絲、磨損、銹蝕，尤其是疲勞損傷等安全隱患，做到有效預防鋼絲繩事故；三是科學、準確評估鋼絲繩剩余承載能力、安全系數和使用壽命，有效提高鋼絲繩的運行效率，為科學用繩，降低用繩成本提供了可靠依據。

參考：

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

［2］汪偉紅.煤礦鋼絲繩探傷弱磁檢測原理與應用研究［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，長期從事礦山設備檢驗檢測，機電工程師，工程碩士，單位：貴州省煤田地質局實驗室，研究方向：礦山機電。