矿用钢丝绳无损检测技术

撰文/余涛

■550008 贵州省煤田地质局实验室 贵州 贵阳



矿用钢丝绳无损检测技术

撰文/余涛

■550008 贵州省煤田地质局实验室 贵州 贵阳

矿用钢丝绳作为矿井提升、运输中的关键机电设备，其安全性极为重要。本文以矿用钢丝绳为研究对象，简述矿用钢丝绳传统检验方法的缺点和弊端，针对矿用钢丝绳无损检测技术，简述了矿用钢丝无损检测技术的概念和原理，采用弱磁检测理论进行运行现场和在线检测是最成熟可靠的检测方法，最后阐述了实际应用TCK.W无损检测技术在矿用钢丝绳检测的研究应用。关键词：矿用钢丝绳；无损检测；技术

煤矿提升运输对生产十分重要，作业人员、物料、原煤等的运输提升都由其完成。在提升运输中，钢丝绳维系着职工的生命安全，直接关系到矿井设备、财产安全，是矿井的“咽喉”。因此，矿用钢丝绳是煤矿机电设备管理的重点和难点，矿用钢丝绳的安全运行一直备受关注，但由于缺少可靠的检测手段，长期以来，煤矿仍沿用人工外观检测方法和破损检验方法这些传统检验方法，钢丝绳运行始终潜伏着可能导致断绳、坠井事故的重大安全隐患。

矿用钢丝绳的传统检验方法

a人工外观检测方法

煤矿日常对钢丝绳的检查一般靠维护人员人工目测、手摸，同时也借助一些简单工具，人工检查有直接观察到钢丝绳外部较明显的损伤、钢丝绳断口、断丝、锈蚀程度以及绳股是否松动的优点，但缺点是无法发现内部磨损、断丝及锈蚀的情况，尤其是疲劳等损伤根本无法检测，耗时、耗工、效率低下，检查结果的不准确、不可靠，可能导致钢丝绳的超期使用，还可能误判而提前更换钢丝绳，对矿井安全生产造成重大隐患。

b钢丝绳的破损检验方法

钢丝绳的破损检验方法是在使用的钢丝绳中截取一段钢丝绳作为样本，对该样本进行拆股，然后做每一根钢丝的抗拉强度、弯曲试验，按单丝力学性能是否满足MT 716-2005《煤矿重要用途钢丝绳验收技术条件》的相关条款检验。

该检验方法通过大量检测数据能够准确判断该样本钢丝绳的安全性能是否满足实际需要，但由于钢丝绳在矿井使用环境中，各段受到矿井酸碱程度的影响不同，油脂脱落、磨损、锈蚀影响的位置不同，钢丝绳各段受到外力的作用情况也不同，故该段样本钢丝绳的检验结果不能代表整段钢丝绳的使用性能。

钢丝绳的无损检验方法

a无损检测概念

以上两种落后且不可靠的方法，使矿用钢丝绳的使用管理始终存在多方面问题，人们一直在探索钢丝绳的损伤机理和检测钢丝绳缺陷的各种方法，而磁检测法一直是无损检测钢丝绳的首选方法，也是目前被公认为最成熟可靠的钢丝绳无损检测方法。现在国内的钢丝绳磁检测法大致分成2种：弱磁检测法和强磁检测法。传统强磁检测的主要特点在于：传感器灵敏度低，要求贴近钢丝绳表面，检测通过能力弱；强磁磁化强度强，对被测物体的磁场束缚力较大，因此，几乎不可能用于在线监测及运行现场检测。而相比之下，弱磁检测的主要优势在于：①弱磁检测元件灵敏度极高，检测时传感器与被测物体表面之间的间隙允许较大，最大可达30 mm。②由于是弱磁检测，对被测物体的磁场束缚力小，可以实现时速为0～30 m/s下的检测，可以满足各种提升装置的提升速度。

b无损检测原理

这种检验方法是采用磁检测的原理，钢丝绳是磁性材料，在磁场中容易磁化从而达到磁饱和，向铁磁性构件（钢丝绳）施加给定磁载（如图1），使所有载荷材料具有同等适度的低量级磁能积（材料的磁能量密度），并且如果载荷材料沿钢丝绳轴向等量均匀，连续分布，则任意体积元的磁能积也是等量均匀的。当钢丝绳出现断丝、锈蚀、磨损等损伤时，在周围就会产生散漏磁场，在钢丝绳使用过程中进行检测，将失误降到最低，弱磁无损检测技术使钢丝绳在线实时检测及运行现场检测真正得以变成现实。这是因为弱磁检测采用的传感器灵敏度高，比霍尔元件精细数万倍，所以即使检测体与被测物体之间的间距达30 mm，仍然可以准确拾取信号，实现宽距非接触检测。矿用钢丝绳采用导磁性能良好的高碳钢制成，很适合于利用弱磁无损检测技术进行检测；同时这种无损检测法具有成本较低，易于实现等优点。

图1　弱磁检测原理

cTCK.W无损检测技术研究

当前，在国内TCK弱磁无损探伤仪使用较普及，笔者也长时间使用TCK.W-BX-40作为检验检测设备。TCK.W弱磁检测技术可以定量定性检测钢丝绳内部及外部磨损、锈蚀、断丝、疲劳等损伤。该系统采用弱磁检测方法引入调制给定弱电磁场，与经弱磁规划的钢丝绳弱磁场形成物理场关联。使传感器具有弱磁状态无基噪工作、提离效应自抑式宽距感应、高灵敏/高分辨/高速率空域等突出的技术特点（如图2）。

图2 TCK弱磁检测技术

笔者对一根12米长新钢丝绳（规格： 6×19+NF-Ф21.5）进行了3处破坏性试验（分别为4.8米处断丝、7米处压伤、9米处断丝），经过BX-40型钢丝绳探伤仪检测，以上3处损伤位置在波形分析均有明显显示，且经过10次检测，都能准确检测出结果，检测准确率达到95%以上。

考虑探伤仪在实验室测试效果良好，但设备在矿用钢丝绳运行使用的情况比较复杂，如现场温湿度、矿井水、油污、电气设备等对探伤仪的影响，因此笔者在6个月期间对同一矿井同一钢丝绳总共进行了6次检测，前5次为每月进行一次检测，第6次为更换后钢丝绳检测。在前5次检测中发现同一根钢丝绳存在11处损伤，并且五次检测的损伤波形均在同一处出现报警。波形的抗干扰能力较强，曲线分析中无较大杂波出现。

采用该无损探伤方法，一是改变了矿用钢丝绳只能采用人工外观检测法和破损检测法的落后管理现状，操作简单方便，只需一个人，智能型“傻瓜”式操作；二是可以及时发现使用中矿用钢丝绳内外部的各种损伤，不仅能够定性的分析，而且能够定量检测钢丝绳的断丝、磨损、锈蚀，尤其是疲劳损伤等安全隐患，做到有效预防钢丝绳事故；三是科学、准确评估钢丝绳剩余承载能力、安全系数和使用寿命，有效提高钢丝绳的运行效率，为科学用绳，降低用绳成本提供了可靠依据。

参考：

［1］李艳玲.矿用钢丝绳检查与检验的重要性探讨［J］.科技创新导报，2014（15）:54-54

［2］汪伟红.煤矿钢丝绳探伤弱磁检测原理与应用研究［J］.山东煤炭科技，2012（6）:87-88

余涛（1984.2-），男，蒙古族，籍贯：贵州省石阡县，长期从事矿山设备检验检测，机电工程师，工程硕士，单位：贵州省煤田地质局实验室，研究方向：矿山机电。