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[摘 要]钢丝绳广泛应用于国民经济的多个重要领域，多年来钢丝绳在使用过程中始终存在安全隐患突出、经济性差、事故危害大等世界性难题。目前，国内矿山企业还一直沿用人工检测方法进行钢丝绳安全管理，造成企业多年来提升运输事故不断，损失十分巨大。焦家金矿根据当前矿用钢丝绳使用现状，结合自身实际和钢丝绳使用经验，引用先进的TCK弱磁检测技术对在用钢丝绳进行科学定量检测，并率先在国内同行业建立钢丝绳在线实时监测系统，在钢丝绳科学、安全使用方面进行了富有成效的探索。
[关键词]钢丝绳检测；在线监测；弱磁；安全管理
中图分类号：TD532 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0167-01
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，钢丝绳的使用和管理始终是矿山企业设备管理的难点，甚至是“盲点”。钢丝绳也成为企业安全生产的重大隐患，多年来事故不断。焦家金矿是国有重点矿，也多次发生钢丝绳断绳事故，直接的设备损失和间接的经济损失巨大。
1 加强技术创新，探索钢丝绳使用与科学管理之路
焦家金矿目前共运行各种类型的大型提升设备21余台，每年钢丝绳使用量约50t，用绳成本约为160万元。如何能够科学管理和使用钢丝绳一直是个难题。焦家金矿在此方面作了如下探索。
（1） 科学可靠的检测技术和检测方法方面的探索。
焦家金矿注意到了国内自主创新、在全球范围内唯一采用弱磁检测方法的TCK钢丝绳检测技术。该技术是TCK钢丝绳检测技术有限公司研发人员在全球钢丝绳检测领域实现的一项重大突破，在理论上通过研究损伤场强和各项磁场矢量变量其和差关系，建立了其与钢丝绳损伤面积△S之间的数学模型，通过监测围绕钢丝绳出现主漏磁场Hz、局部漏磁场Hi（即：内外断丝造成的局部漏磁场Hd、内外磨损造成的漏磁场Hm、内外锈蚀所产生的局部漏磁场Hx及断面变小、钢丝焊点等所产生的其它漏磁场Hq等）以确定钢丝绳内部和表面缺陷，并通过实验得到了证明。如图1所示：在钢丝绳周围取一个环节，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△S。
实验证明，完全正确。运算速度也非常之快。这个数学模型的建立对断丝之类的缺陷已经完全满足了。对于锈蚀、磨损、疲劳、变形等在捻距中也能被测出。这项新技术实现了钢丝绳各种损伤的定量检测，解决了钢丝绳量化检测的难题。
（2）钢丝绳安全系数与钢丝绳使用寿命关系的探索。钢丝绳随着载荷的增加会有微量的伸长，当载荷超过弹性极限时，钢丝绳就可能断裂。通常，把钢丝绳承受的静载荷控制在安全负荷内。但钢丝绳实际上往往处于运动状态，钢丝绳在工作时除了要承受货物、吊物、自重等静载荷外，还要受到因加速度和冲击引起的动载荷，因弯曲引起的附加载荷，因摩擦引起的阻力载荷等等。由此可见，当除了静载荷以外的其它载荷增多时，实际的安全系数就降低了。另外，《规程》第401条规定：提升装置使用的钢丝绳做定期检验时，安全系数有下列情况之一的，必须更换：①专为升降人员用的小于7；②升降人员和物料用的钢丝绳：升降人员时小于7；升降物料时小于6；③专为升降物料用和悬挂吊盘用的小于5。我们在实际应用中选择安全系数多大时为合理呢？比如，我们对一条升降人员的提升钢丝绳选择安全系数7.1合理还是10.1甚至更大合理呢？通过对一个具体提升装置提升钢丝绳安全系数与其使用寿命关系的研究，就会为我们科学合理的选用钢丝绳提供科学依据。
下图是试验得到安全系数与钢丝绳寿命的关系曲线。
2 建立科学的管理系统
确保钢丝绳使用安全 通过长期对在用钢丝绳的使用管理和检测技术的探索，焦家金矿认识到建立一个科学的在用钢丝绳管理系统是十分必要的。于是，焦家金矿建立了以TCK弱磁检测技术为核心的矿山重大提升设备中钢丝绳安全使用管理系统。通过该系统可以实现对钢丝绳内外部磨损、断丝、锈蚀以及疲劳等损伤的检测，并通过MT/T970-2005法定的判定规则，对所检测的钢丝绳进行损伤程度分析和更换与否进行判定。
（1）实现在用钢丝绳的在线检测。目前，国内外绝大多数钢丝绳检测仪对钢丝绳的运行速度是有限制的，一般在0-8m/s。而这项弱磁检测技术不受钢丝绳运行速度的影响，为实现在线检测创造了条件。
（2）建立鋼丝绳安全使用管理系统。由于实现了钢丝绳的在线检测，公司采集了大量的现场在用钢丝绳工况数据，通过对工况数据的分析，系统根据钢丝绳型号、制造商等信息对钢丝绳的外部磨损、内部磨损、外部锈蚀、内部锈蚀、外部断丝、内部断丝、压溃和疲劳程度等因素综合分析设定一个上限，把在线检测到的在用钢丝绳的损伤程度与该上限进行比较。小于上限的30%属轻度损伤，判定为继续使用；最大损伤量值在判定上限 30% 到 60% 的，属中度损伤，判定为加强保养；最大损伤量值在判定上限 60% 到 80% 的，属较重损伤，判定为加强监测；最大损伤量值在判定上限 80% 至判定上限间的，属严重损伤，判定为近期更换；最大损伤量值达到或超过判定上限的，属超限损伤，判定为停止使用。 通过科学检测，可以杜绝人工检测的各种弊端，系统的建立为钢丝绳的科学管理奠定了基础。
结语
提升设备在用钢丝绳安全使用过程中更为重要的问题是对钢丝绳从出厂、使用、甚至报废过程的全程管理，而不仅仅是对钢丝绳进行安全检测，对钢丝绳的检测和在线监测仅仅是钢丝绳管理体系中的一个环节而已。如何处理检测结果，如何根据检测结果对钢丝绳的使用提出对策，即针对钢丝绳使用情况的评估诊断、日常维护、处置方案是钢丝绳管理的更为重要的研究方向。
目前，根据焦家金矿对全国矿山企业钢丝绳使用单位的调查研究，企业真正需要的不仅仅是损伤检测，更重要的是通过损伤的检测，告诉钢丝绳的使用者应该如何对钢丝绳进行保养维护，如何调整钢丝绳的使用方法，也就是得到钢丝绳使用的全程管理方案。针对以上问题，焦家金矿在钢丝绳在线检测和监测系统的基础上，正在进行钢丝绳数据库的建立，进而开发填补国内外空白、具有国际领先水平的钢丝绳全程管理系统，对钢丝绳进行从购买、存储、转运、使用、检测、维护到更换的全过程系统管理。
[关键词]钢丝绳检测；在线监测；弱磁；安全管理
中图分类号：TD532 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0167-01
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，钢丝绳的使用和管理始终是矿山企业设备管理的难点，甚至是“盲点”。钢丝绳也成为企业安全生产的重大隐患，多年来事故不断。焦家金矿是国有重点矿，也多次发生钢丝绳断绳事故，直接的设备损失和间接的经济损失巨大。
1 加强技术创新，探索钢丝绳使用与科学管理之路
焦家金矿目前共运行各种类型的大型提升设备21余台，每年钢丝绳使用量约50t，用绳成本约为160万元。如何能够科学管理和使用钢丝绳一直是个难题。焦家金矿在此方面作了如下探索。
（1） 科学可靠的检测技术和检测方法方面的探索。
焦家金矿注意到了国内自主创新、在全球范围内唯一采用弱磁检测方法的TCK钢丝绳检测技术。该技术是TCK钢丝绳检测技术有限公司研发人员在全球钢丝绳检测领域实现的一项重大突破，在理论上通过研究损伤场强和各项磁场矢量变量其和差关系，建立了其与钢丝绳损伤面积△S之间的数学模型，通过监测围绕钢丝绳出现主漏磁场Hz、局部漏磁场Hi（即：内外断丝造成的局部漏磁场Hd、内外磨损造成的漏磁场Hm、内外锈蚀所产生的局部漏磁场Hx及断面变小、钢丝焊点等所产生的其它漏磁场Hq等）以确定钢丝绳内部和表面缺陷，并通过实验得到了证明。如图1所示：在钢丝绳周围取一个环节，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△S。
实验证明，完全正确。运算速度也非常之快。这个数学模型的建立对断丝之类的缺陷已经完全满足了。对于锈蚀、磨损、疲劳、变形等在捻距中也能被测出。这项新技术实现了钢丝绳各种损伤的定量检测，解决了钢丝绳量化检测的难题。
（2）钢丝绳安全系数与钢丝绳使用寿命关系的探索。钢丝绳随着载荷的增加会有微量的伸长，当载荷超过弹性极限时，钢丝绳就可能断裂。通常，把钢丝绳承受的静载荷控制在安全负荷内。但钢丝绳实际上往往处于运动状态，钢丝绳在工作时除了要承受货物、吊物、自重等静载荷外，还要受到因加速度和冲击引起的动载荷，因弯曲引起的附加载荷，因摩擦引起的阻力载荷等等。由此可见，当除了静载荷以外的其它载荷增多时，实际的安全系数就降低了。另外，《规程》第401条规定：提升装置使用的钢丝绳做定期检验时，安全系数有下列情况之一的，必须更换：①专为升降人员用的小于7；②升降人员和物料用的钢丝绳：升降人员时小于7；升降物料时小于6；③专为升降物料用和悬挂吊盘用的小于5。我们在实际应用中选择安全系数多大时为合理呢？比如，我们对一条升降人员的提升钢丝绳选择安全系数7.1合理还是10.1甚至更大合理呢？通过对一个具体提升装置提升钢丝绳安全系数与其使用寿命关系的研究，就会为我们科学合理的选用钢丝绳提供科学依据。
下图是试验得到安全系数与钢丝绳寿命的关系曲线。
2 建立科学的管理系统
确保钢丝绳使用安全 通过长期对在用钢丝绳的使用管理和检测技术的探索，焦家金矿认识到建立一个科学的在用钢丝绳管理系统是十分必要的。于是，焦家金矿建立了以TCK弱磁检测技术为核心的矿山重大提升设备中钢丝绳安全使用管理系统。通过该系统可以实现对钢丝绳内外部磨损、断丝、锈蚀以及疲劳等损伤的检测，并通过MT/T970-2005法定的判定规则，对所检测的钢丝绳进行损伤程度分析和更换与否进行判定。
（1）实现在用钢丝绳的在线检测。目前，国内外绝大多数钢丝绳检测仪对钢丝绳的运行速度是有限制的，一般在0-8m/s。而这项弱磁检测技术不受钢丝绳运行速度的影响，为实现在线检测创造了条件。
（2）建立鋼丝绳安全使用管理系统。由于实现了钢丝绳的在线检测，公司采集了大量的现场在用钢丝绳工况数据，通过对工况数据的分析，系统根据钢丝绳型号、制造商等信息对钢丝绳的外部磨损、内部磨损、外部锈蚀、内部锈蚀、外部断丝、内部断丝、压溃和疲劳程度等因素综合分析设定一个上限，把在线检测到的在用钢丝绳的损伤程度与该上限进行比较。小于上限的30%属轻度损伤，判定为继续使用；最大损伤量值在判定上限 30% 到 60% 的，属中度损伤，判定为加强保养；最大损伤量值在判定上限 60% 到 80% 的，属较重损伤，判定为加强监测；最大损伤量值在判定上限 80% 至判定上限间的，属严重损伤，判定为近期更换；最大损伤量值达到或超过判定上限的，属超限损伤，判定为停止使用。 通过科学检测，可以杜绝人工检测的各种弊端，系统的建立为钢丝绳的科学管理奠定了基础。
结语
提升设备在用钢丝绳安全使用过程中更为重要的问题是对钢丝绳从出厂、使用、甚至报废过程的全程管理，而不仅仅是对钢丝绳进行安全检测，对钢丝绳的检测和在线监测仅仅是钢丝绳管理体系中的一个环节而已。如何处理检测结果，如何根据检测结果对钢丝绳的使用提出对策，即针对钢丝绳使用情况的评估诊断、日常维护、处置方案是钢丝绳管理的更为重要的研究方向。
目前，根据焦家金矿对全国矿山企业钢丝绳使用单位的调查研究，企业真正需要的不仅仅是损伤检测，更重要的是通过损伤的检测，告诉钢丝绳的使用者应该如何对钢丝绳进行保养维护，如何调整钢丝绳的使用方法，也就是得到钢丝绳使用的全程管理方案。针对以上问题，焦家金矿在钢丝绳在线检测和监测系统的基础上，正在进行钢丝绳数据库的建立，进而开发填补国内外空白、具有国际领先水平的钢丝绳全程管理系统，对钢丝绳进行从购买、存储、转运、使用、检测、维护到更换的全过程系统管理。