基于弱磁矢量合成的钢丝绳在线检​测系统 枣庄矿业(集团)公司蒋庄煤矿

基于弱磁矢量合成的钢丝绳在线检测系统

赵强

(枣庄矿业(集团)公司蒋庄煤矿，山东滕州277519)

摘要:分析了煤矿钢丝绳的用途及其检测方法，根据弱磁矢量合成理论，建立了钢丝绳定量无损检测的数学模型。通过在钢丝绳周围形成的环带磁场，高灵敏度的磁场传感器检测钢丝绳综合蜕变特征弱磁矢量的信息，利用高速单片机数字处理和软件分析，实现了宽距条件下的钢丝绳实时在线检测，满足了煤矿钢丝绳的定量安全管理。

关键词:提升钢丝绳安全;弱磁检测技术;钢丝绳在线检测系统

中图分类号:TD532;TD76文献标识码:B文章编号:1001－0874(2010)04－0026－03

MainRopeOnlineDetectingSystemBasedontheSynthesisof

WeakMagneticVector

ZHAOQiang

(JiangzhuangCoalMine，ZaozhuangCoalMining(Group)Co.，Ltd.，Tengzhou277519，China)

Abstract:Analyzestheapplicationandthedetectingmethodofmainropeincoalmine，accordingtoweak

magneticvectorssynthesistheory，setsthemathematicalmodelofquantitativenondestructivedetectingofwirerope.Bythecircumferentialmagneticfieldaroundtherope，andthehigh-sensitivitymagneticfieldsensorstodetecttheinformationofweakmagneticvectorofsynthesisdegenerationfeatures，useshigh-speedsinglechipdigitalprocessingandsoftwareanalyzingtoachievewireropeonlinereal-timeinspectionwithlarge-gapbetweensensorstorope，satisfieswithneedsforthequantitativesafetymanagementofminingwirerope.

Keywords:thesafetyofhoistingwirerope;thetechnologyofweakmagneticdetection;theonlinedetectionsystemofwirerope

1 概述

钢丝绳是煤矿提升运输系统的必然构件，其安全使用状态维系着企业的人员及财产的安全。

传统人工检查方法和定期换绳措施，较难保证安全。矿井提升钢丝绳事故频发数仅次于瓦斯、顶板事故，是煤矿生产重大“危险源”之一。据国家安全生产管理总局发布的全国煤炭安全生产状况综合分析数据，2003年1～5月，全国煤炭系统因钢丝绳问题，造成重大、特大事故215起，死亡223人，其中最严重的一起断绳事故发生在山西省吕梁市交城县五七煤矿，一次死亡14人，重伤5人。钢丝绳探伤仪

检测钢丝绳内、外部各种损伤，预防断绳事故，已成为迫切的需求。以下为TCK公司研制的基于弱磁矢量合成的钢丝绳在线检测系统。

2 钢丝绳在线检测系统

(1)工作原理

如图1所示。首先由弱磁加载装置对钢丝绳全长进行弱磁规划;安装有TCK高灵敏度传感器的检测装置，固定在需要监测的提升钢丝绳的适当位置，对钢丝绳实施“全息”切片式检测，提取原始检测信号并输出;系统二级站接收原始检测信号，完成规定的数据和信息制式转换，实现对原始数据的初步处理和信息存储，将运行中的钢丝绳损伤信号实时传输到主控中心;由主控站进行综合分析、计算，得出检测结果，在显示终端实时显示检测结果，自动打印检测报告，同时存档检测结果。检测过程中，发现重度损伤，实时声光报警并启动应急响应预案，采取相应的处理措施，保证设备安全运行。钢丝绳探伤仪

(2)系统特点

应用弱磁检测技术的钢丝绳在线自动检测系统的特点:

1)理论方面，根据铁磁性物质周围空间磁场矢量态势的变化和运动规律，建立了数学模型;钢丝绳探伤仪

2)应用方面，通过在线实时检测和对检测数据定量分析，消除了以往人工检测和定期换绳控制钢丝绳安全的弊端;

3)技术方面，将核心检测技术与现代通讯技术、微电子技术、集成技术、信息处理技术、网络技术等先进技术综合运用到钢丝绳在线自动检测系统。

3 关键技术

(1)数学模型

根据国际公认的钢丝绳技术标准，钢丝绳断伤面积ΔS是更换钢丝绳的主要依据。断伤场强和各项变量都是矢量，其和差关系均为矢量关系。以下是弱磁定量无损探伤检测的数学模型。钢丝绳探伤仪

如图2所示，在钢丝绳周围取一个环带，检测环带面积上的磁通密度或磁场强度，即可判定损伤面积ΔS₀。B=μH，其中μ为导磁通值，在空气和真空中 

上述公式二重积分变成二次积分，利用极坐标求函数，通过单片机处理速度慢，必须转换成便于单片机处理的数学模型。

在环带上组装m个传感器，形成一种模式识别型的环形传感器，不但能识别某点场强的物理量，且可以识别钢丝绳探伤点所处的空间位置。钢丝绳损伤点的面积ΔS变成了场强的函数，即:式中:A—比例系数，可大于1或者小于1;C—为一定条件下的标定常量。令C(u)为门限函数，

那么钢丝绳断面积损伤量ΔS₀应当是各点的积分:钢丝绳探伤仪

一个捻距内的总损伤量ΔS_n则为:式中:n_x—捻距。

实验和实践证明，按照以上数学模型构建的TCK钢丝绳损伤定量检测系统，检测结果与实际损伤结果基本一致。

(2)高灵敏度传感器

基于空间磁场矢量合成原理的“窦氏元件”传感器，是钢丝绳检测的技术核心，由释能元件提供一个给定磁场，这个磁场与钢丝绳沿轴向体积微分的弱磁场所关联出的磁场，反映的就是钢丝绳的综合退变特征，也就是有效金属截面积损失(LF)和局部缺陷(LMA)。传感器的磁衡元件能够把这些变化量转化成为相应的电量信号。钢丝绳探伤仪

采用“窦氏元件”传感器的钢丝绳在线监测系统，使钢丝绳非常容易通过，可实时提取钢丝绳损伤信号，准确定量检测钢丝绳内外部的断丝、磨损、锈蚀和疲劳等各种损伤，评估钢丝绳安全状态。检测速度0～30m/s。检测结果不受钢丝绳抖动的影响。

4应用实践

2009年10月，枣庄矿业集团公司蒋庄煤矿主、副井安装了TCK钢丝绳在线自动检测系统，当月调试完毕，投入运行。设备满足了提升钢丝绳在线自动检测要求，检测结果准确，系统各装置工作正常。钢丝绳探伤仪

根据《煤矿安全规程》规定，蒋庄矿每天用于钢丝绳人工检测的时间≥1h。采用TCK钢丝绳在线自动检测系统后，蒋庄矿至少可提高产能6.3%，按核定作业能力300万t，每年可提高产量18.9万t，以煤价600元/t计，可新增产值～1.1亿元;主、副井的提升机的额定功率分别是2000kW和800kW，按《煤矿安全规程》规定检测，蒋庄煤矿每年为人工检测钢丝绳开机的22.3万kWh电耗，可全部节约。

使用TCK钢丝绳在线自动检测系统后，蒋庄煤矿主、副井提升钢丝绳运行始终处在安全检测的受控状态，杜绝了隐患，保证了安全。于此同时，还节约检测时间、降低检测空转能耗、减少钢丝绳用量。实现了对钢丝绳运行全程的安全管理。

参考文献:

［1］窦毓堂，郭铁松.钢丝绳(缆)无损检测仪的新原理磁场

矢量综合法［A］.全国电磁(涡流)无损检测学术会议论文集

［C］，2000.

［2］窦毓堂，郭保中.TCK钢丝绳在线无损定量检测系统［J］.煤矿

机械，2001(8).

作者简介:赵强(1973－)，男，高级工程师。1993年毕业于中国矿

业大学，现在枣庄矿业(集团)公司蒋庄煤矿从事生产技术工作。

(收稿日期:2010－04－01;责任编辑:周丛笑)