三維磁信息感應技術在鋼絲繩無損探傷中的應用

冀慶亞

冀中能源峰峰集團  河北邯鄲  056200

鋼絲繩作為起重、運輸、提升及承載等重大裝備與設施中的主要組件，廣泛應用于民經濟各個域，是工程中主要的承載構件，因此鋼絲繩的安使用也備受關注。

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手段問題，導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，多發因強度損耗而導致的斷繩事故。據美權威機構對球8000家鋼絲繩用戶的調查，有12%的在用鋼絲繩處于“危險或度危險”狀態。

（2）經濟浪費大  定期更換鋼絲繩造成大浪費。70%以上被強制更換的鋼絲繩“很少或基本上沒有強度損耗”。

（3）工作率低  傳統的靠人工目視、手摸檢查方法，耗時、費工、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現。

（5）社會危害重  重大斷繩事故必然導致重大危害后果。以我為例，據統計，僅在2004-2005年，煤礦共發生煤炭運輸提升事故1065起，造成1142人死亡，其中大部分為鋼絲繩斷繩事。嚴重的鋼絲繩斷繩事故中，次死亡人數達到14人，重傷5人。

2、 三維磁信息感應技術基本技術原理

鋼絲繩的探傷環境較惡劣，探傷系統受多種因素的干擾，因鋼絲繩結構復雜，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地反映出來，達到準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難題[1]。

在鋼絲繩被飽和磁化的情況下，會因諸如結構征、材料缺陷、表面創傷、材質變異及各種疲勞損傷等原因，使鋼絲繩內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，合理使用更新能鋼絲繩，保障安生產十分重要。現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線圈法。由霍爾元件或者感應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[2]。

圖1  傳感器三維布置示意

將6個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。每個傳感器作為正三棱錐的個棱邊，各三角形平面由3個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，形成各傳感器之間既相互立又相互共用的相關關系。磁場信息屬種空間物理場，能量集中表現于發生源（磁）附近空間，現行的感應線圈（環狀）傳感器和霍爾應（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技術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，形成對被測鋼絲繩周向的完整包容，可準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、 三維磁信息感應技術的應用

鋼絲繩是主、副井提升設備的個重要組成部分，它直接關系到煤礦正常生產、人員生命安及經濟運轉。為確保煤礦提升設備的安運行，《煤礦安規程》對提升用鋼絲繩做了詳細的規定。

檢測人員的安性是所有重大裝備鋼絲繩用戶為關注的問題。在澳大利亞，采礦行業規定人員不能進入距運轉鋼絲繩4 m的區域范圍內；在，礦山行業的人工檢測安繩速范圍為0.3 m/s以下；在起重行業，很多需要檢測的點都是人員難以到達的位置。采用三維磁信息感應技術的鋼絲繩探傷系統具有良好的自動運行能力，可檢測人員難以到達位置的鋼絲繩，無需檢測人員靠近鋼絲繩，并且能夠適應各種惡劣的環境。

峰峰集團目前共運行各種類型的大型提升設備60余臺，每年鋼絲繩使用量約1240 t，用繩成本約為1050萬元。以峰峰集團目前大淑村礦為例，主井為4繩摩擦式提升機，提升高度227米,以每繩速度0.3 m/s計算,驗1根繩用時12 min,4根繩共計48 min。即使采用手持式無損探測設備，以每繩0.5 m/s計算,驗4根繩也需30 min左右。鋼絲繩在線探傷系統有著24 h在線不間斷監測的優勢，大地提高了對提升鋼絲繩的檢測率。

同時，鋼絲繩在線探傷系統也為峰峰集團帶來了可觀的經濟益:峰峰集團每年鋼絲繩使用量1240 t，成本1050萬元。使用鋼絲繩自動檢測技術后，每年可將低用繩量1/3，節約成本350萬元；減少停機檢測時間4/5，創造利潤4000萬元；節約檢測能耗成本達百萬元以上。

4、 結束語

利用三維磁信息感應技術原理研究并開發出鋼絲繩無損探傷系統，通過科學檢測，可以杜人工檢測的各種弊。探傷系統的建立為鋼絲繩的科學管理奠定了基礎，構建個能及時準確的監測記錄過程，以及具有數據網絡傳輸功能的業化鋼絲繩監測平臺。利用該技術，可準確解析被測鋼絲繩的損傷等，為評估鋼絲繩的安狀態提供了客觀依據。

參考文獻

[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]. 礦山機械， 2001， 29(5):549-53.