煤矿钢丝绳实时在线监控系统

煤矿钢丝绳实时在线监控系统

技术方案

上海宏探无损检测设备有限公司

第一章监控技术简介

1、目前现状

钢丝绳作为起重、运输、提升及承载等重大装备与重要设施中的高度危险构件，被视为诸多工业领域的“生命线”。被广泛应用于矿山、冶金、建筑、水利、旅游、港口码头、交通运输、航空航天、石油钻探、军事工业等各个领域。在起重提升设备中，钢丝绳的使用十分普遍。

长期以来，由于复杂的结构、恶劣的使用环境和损伤的不可修复性，原因的千差万别，但一般随着使用时间的持续，都会出现损伤现象，大体归纳起主要损伤现象有以下几种，即：断丝、磨损、疲劳、锈蚀、变形、咬绳、过载。以致钢丝绳的使用和管理始终是设备管理的难点，也成为企业安全生产的重大隐患，多年来事故不断，直接的设备损失和间接的经济损失巨大。历史以来，由于缺少科学可靠的实时在线监控设备，钢丝绳的安全监测一直是重大设备管理过程中的“盲点”或“危险源”。研制钢丝绳实时在线监控系统，及时发现在役运行设备的事故隐患，确保钢丝绳安全运行，是用户长期要求解决的迫切问题。

煤矿的主副井提升钢丝绳在遭遇淋水、粉尘、含硫气体的恶劣环境下频繁工作，钢丝绳断裂的事故时常发生。为了保证安全，煤矿安全规程以很大的篇幅对钢丝绳的使用进行严格的规范。各种股捻钢丝绳在1个捻距内断丝断面积与钢丝总断面积之比或直径量减小量达到煤矿安全规程第404条、405条、406条规定，提升钢丝绳必须每天检查1次，必须更换。

长期以来，在钢丝绳的管理上一直处于一种“重视但没有有效手段”的尴尬境地，不得不采用人工目测、卡尺量、凭经验、凭感觉换绳等方法，存在着“不可靠、不安全、不经济、低效率”等四大难题，亟需利用先进的管理和技术手段加强钢丝绳的检测、承载能力评估、安全管理等工作，从整体上提高二矿区提升设备的管理水平，保障钢丝绳安全运行。

随着便携式钢丝绳电脑探伤仪诞生，从技术上解决了煤矿钢丝绳的在线检测，众多煤矿已率先投入使用。现行的检测仪器是虚拟式的设计理念，利用现代的功能强大的IT技术，将该设备的的技术性能加以拓展与衍生，应用于钢丝绳在线实时监控，成为煤矿保障安全的工具。

2、国内外产品

自1906年世界上第一台钢丝绳探伤仪问世以来，目前国内外市场相继拥有众多钢丝绳无损探伤设备，作为点检与巡检，无法长期固定在被检设备进行实时监测之用，现国外主要产品有：美国史普拉格公司的NDT、波兰Zawada公司的MD、南非AATS公司、俄罗斯Intron Plus Ltd的Intros、德国Stuttgart大学的WBB、日本东京制钢的MRT和加拿大Rotesco的Rotescograph 2D和2C-TAG88M；国内主要产品有：华中科技大学的MTC、沈阳全鞍安全报警器材有限公司的KST、、北京杰安泰无损检测有限公司的EMT，目前现有产品都局限于仪器仪表的采样实施，不能利用计算机进行控制，实现虚拟仪器模式的监测设备，以致无法满足实时在线长期监控的方案与效果。

3、同类产品

目前钢丝绳在线监控系统在国内是绝无仅有的几家公司研制出该类产品，主要有两类：洛阳TCK公司(TST公司)与上海宏探无损检测设备有限公司已涉足该领域的发，一类是剩磁类，洛阳的研制的产品为弱磁式(剩磁式)钢丝绳在线自动检测系统；一类是永磁类，上海宏探无损检测设备有限公司的现有产品为GNDT钢丝绳在线监控系统。

3.1弱磁式钢丝绳在线自动检测系统

其使用的原理为剩磁方法（GB/T21837－2008《铁磁性钢丝绳电磁检测方法》中的4.14条定义并注：该方法是新开发的一种钢丝绳检测技术，有待进一步跟踪研究和应用验证），该方法在检测时是励磁设备与检测单元是分体的，必须在检测之前对被检钢丝绳进行磁化，然后由检测单元对被检测钢丝绳的剩余磁场变化进行检测。同时此方法早在美国的ASTM E 1571－93《铁磁性钢丝绳电磁检测规范》到目前最新版的标准都难以列入其中（该标准是在ASTM委员会E7无损探伤部司法监督下，由小组委员会E07.07电磁测量法部直接负责）。

步骤一步骤二

该剩磁方法的固有局限性（见GB/T21837－2008中的7.4条）：1、仪器所测的金属横截面积变化，只能表示相对仪器校准基准点处的变化。2、对于引起金属横截面

积的变化程度较小的磨损的磨损和锈蚀，剩磁类仪器可能不易辨别。3、由于剩磁通常比较微弱，在有外磁场干扰下进行检测可能失效。4、剩磁的大小通常随时间而有所变化，不同时间段的检测结果可能会不同。5、剩磁方法不适用于相对磁导率很低的铁磁性材料。

同时其制作主要材料为塑料，其优点为轻便，但缺点是长期与钢铁件的接触易损坏。

综合上述的情况说明该产品在设计原理和制作思路与实时在线监测现场条件存有差别，很难满足现场要求。

3.2 GNDT钢丝绳在线监控系统

该系统设计原理采用漏磁与磁通的方法，利用漏磁测量钢丝绳内外部的局部缺陷（如断丝、锈蚀、变形、跳丝等），利用磁通测量钢丝绳金属横截面积的变化（如磨损等连续缺陷）。该原理与测试方法最早就已纳ASTM E 1571-1994《铁磁性钢丝绳电磁检测方法》，同时在GB/T21837－2008标准中所被推崇的。

该产品设计思路是磁化与检测一体化的，是适应矿用提升系统的双绳单点监控模式。监控要求：在每根钢丝绳上安装一组传感部件，并将采集的监控信号送入机房，由机房的计算机进行采样控制与实时观察；可进行保存，并能对数据进行处理分析，自动生成检测报告。

安装平台采取双向摇臂伸缩系统,同时采用六轮定位模式，使其有着良好的通行空间，保证钢丝绳与传感器之间的安全运行。

增加了可选择的现场视频监控，可及时将监测现场的各种信息以视频图像的形式传送控制监控主机，能可靠地随时掌握现场的信息，更好了保证监测的效果。

第二章监控系统简介

1、现场条件

煤矿副井现场条件：煤矿摩擦式提升机的钢丝绳实时在线监控方案，其现场条件：由四绳摩擦式提升机，四根钢丝绳的全长米，直径 62 mm，正常运行速度为m/s,钢丝绳最大静张力为 kN。

2、用户需求

近年来随着社会的不断发展，人们的安全生产意识也在不断提高；煤矿对钢丝绳的安全检测重视，为副井提升机配套钢丝绳实时在线监控系统，为钢丝绳的安全运行带来可靠的保障。

具体的要求是：固定安装于副井钢丝绳上，对在役钢丝绳进行实时在线监测与检测功能，能准确地检测出在线钢丝绳的内外部断丝、锈蚀、变形、金属横截面积损失等各类缺陷，并能准确判断钢丝绳局部损伤位置与损伤的程度（即哪里有断丝，断丝数是多少，哪里有磨损，磨损是多少），对钢丝绳各种损伤进行定性、定量检测，对超过一定范围的损伤实时声光报警；特别是对接近报废限值的数据，自动发出声光报警；可根据设定的危值和限值的量，进行各类不同形式的报警，以提示核查超限点；钢丝绳进行全天候自动监测，并及时提供完整的损伤检测报告。对被测钢丝绳全程状态信息进行提取、转换、处理及存储；系统能自动生成数据库，保存检测数据能达到多年以上，以便日后对监测结果的调取。

3、解决技术方案

3.1系统概述

目前，全国煤矿为了确保生产安全均采用了监控系统，随着现代数字技术的发展，传统的模拟监控系统已经不能顺应先进的数字通信趋势，必将逐步被淘汰，均将计算机直接控制系统，同时采用单元分子合成方式。

监控系统采用双重监控方式：永磁监测与视频监控两大功能。可同时将两种不同方式的监控信息及时上传到监控主机，以确保设备的正常运行，真正实现了防患于未然的效果。