[摘要] 分析排查提升机钢丝绳安全监管的薄弱环节，使钢丝绳在生产运行过程中，始终处于安全受控的检测状态，郑煤集团赵家寨矿成功应用处于国际领先水平的TCK钢丝绳在线实时自动检测系统，不但解决了钢丝绳安全监管难题，而且在提高生产效率，降低检测能耗，节约用绳成本等方面，为企业带来了可观的经济效益。

　　[关键词] 矿井提升机 钢丝绳安全 弱磁检测技术 钢丝绳在线实时自动检测系统

　　本质安全化理论认为，由于多种环境的影响，人的自由度增大，安全可靠性将会变差。因此，要确保安全，必须采用某种即使存在人为失误的情况下也能确保人身及财产安全的科学技术，使之达到“本质的安全化”。

　　矿用提升钢丝绳更处于矿井的咽喉部位。在设备运行过程中，反复加载、释载会导致钢丝绳不可逆的机械性能损耗，而长期以来又对此缺乏更为可靠的预防手段，煤矿生产往往因为提升钢丝绳而陷于“隐患、浪费、低效”三大矛盾同在的窘境。传统的人工检查不可靠，难以有效发现钢丝绳上潜伏的隐患;定期换绳不能确保安全，而且造成了钢丝绳用量的巨大浪费;钢丝绳检修过度挤占生产时间，导致设备空转能耗，效率低下。

　　1 存在的问题

　　郑煤集团芦沟煤矿曾于三年前发生提升钢丝绳断裂事故，致使箕斗坠落井筒，影响生产长达116小时。此后郑煤集团公司6对大型主力矿井逐一排查分析后表明：全部4台多绳摩擦式提升机钢丝绳规定使用年限为2年，从未出现过断绳事故，强制更换的钢丝绳经检查也无严重缺陷;5台单绳缠绕式提升机钢丝绳使用年限平均为2.7年，钢丝绳使用损耗反而较为严重，正常使用年限内多次出现临界断绳甚至事实断绳的险情。

　　基于这种调查研究结果，郑煤集团决定对在用钢丝绳采取行之有效的无损检测、科学评估等技术手段，使矿井提升运输安全得到标本兼治的目的。

　　2 采用先进检测技术治理钢丝绳安全隐患

　　郑煤集团各下属煤矿首先装备使用了TCK便携式钢丝绳无损探伤仪。该种仪器采用弱磁检测技术，能够定量检测钢丝绳内外部断丝、磨损、锈蚀、疲劳等各种损伤，准确评估钢丝绳剩余承载能力和使用寿命。该仪器融合多项先进技术，结构精巧，自重轻，通过性好，操作简单方便，使用安全可靠，整机防淋水、抗干扰，适用于较为恶劣的工况条件。

　　采用先进检测技术取代人工检查的落后方式，取得了立竿见影的安全成效和经济效益。郑煤集团超化矿原有1根承诺4年的进口钢丝绳，实际使用不足0.5年，对其进行检测时，明确检出6处严重损伤，最大损伤值达到10.6%，按规定判为立即停止使用。如果没有这次检测，该绳随时可能导致严重的坠井事故。由于国内外一直很难准确地无损评定在用钢丝绳的实际技术状态，钢丝绳的国外供方在质保交涉中严重置疑质量索赔的依据。矿方出示的TCK科学仪器和TCK数据报告，使钢丝绳的国外供方最终信服地确认了检测结果，向郑煤超化矿赔偿经济损失92万元。

　　3 创建钢丝绳安全监管新模式

　　通过对钢丝绳安全监管方式的进一步探索和研究，郑煤集团认识到：虽然便携式探伤仪为钢丝绳安全运行提供了一定的技术保证，但由于钢丝绳受动载荷的影响很大、高产煤矿24h连续运行、仪器操作存在较多人为因素以及停产检测仍旧挤占生产时间等问题存在，矿井提升钢丝绳的实际安全状态与本质化安全要求之间仍旧存在明显差距。必须要采用动态和连续的钢丝绳在线实时自动检测方案，才能最终实现对矿井提升钢丝绳科学监管与可靠防控。

　　2008年，TCK钢丝绳弱磁检测技术成功地融和了以太网通讯、微电子集成、二维模型分析等现代高科技成果，可以针对重大生产及公共设施中的钢丝绳实现远程监测。郑煤集团赵家寨矿立即组织科技骨干与TCK公司协同开展了新的技术攻关，开发了钢丝绳在线实时自动检测系统，可在200mT以下磁场环境，全天候地检测矿井提升钢丝绳内外部各种损伤，监测过程无磁污染。传感器与钢丝绳表面的提离间隙达到50mm，对各种损伤导致钢丝绳金属截面积损失率的不确定度小于 0.5%。

　　钢丝绳在线实时自动检测系统配备了模式组合检测、智能数采转换 、光电计程测速 、自控声光报警和多信道终端主控等 5 个技术单元，采用专家型数据平台，系统嵌入式控制程序 ，具有无需职守的全天候自动检测 、自动数据集成和 自动生成检测报告等先进功能，能够实现 “数据序列/损伤曲线/统计图表多重预制”、“后台数据运算”、“自动建档”、“系统 自检”以及 “故障分析”等功能 ，并生成处理预案，与矿井提升机的实际工作生态和安全运行需要密切结合 ，可以在正常提升时对钢丝绳在线检测。该系统最大限度地避免了监测过程中的人为影响 ，监测范围进一步延伸扩展到以往检查人员无法到达的部位 ，从而能够对钢丝绳实现全程全周期的在线实时自动监测 ，成为目前最先进的钢丝绳运行安全解决方案。

　　目前 郑煤 集团赵家寨 矿主副井投入运行的是TCK—SC式4绳8测点钢丝绳在线实时自动检测系统，检测头固定在矿井提升钢丝绳运行路径旁，在正常升降作业的同时可根据行程选择完成相应的在线检测 。检测过程 中一旦遇 到危重程度的损伤信号 ，就会在第一时间自动发出声光警示，同时计算机系统也将根据检测数据实时向设备操作员提供 “加强保养”、“停机复查”或 “立即换绳”等设备处置预案。该矿一些检修人员初期对系统检测的数据怀有疑虑，但是经过细致的实测 、比对和参数渊整，各项技术指标都在现场得到 了充分验证 ，其准确性是 日常人工检查和传统检测技术无法达到的。

　　4 效 果

　　2009年7月，赵家寨矿主副井钢丝绳在线检测系统投入运行 ，经过一段时间的现场验证，煤炭产量显著提高，用绳成本得到控制，检测能耗接近零。企业的小投入换来了大回报 ，并成为一种对重要用途钢丝绳的安全监管新模式。

　　(1) 钢丝绳在生产运行过程 中始终 处于安 全受控状态TCK钢丝绳在 线实时 自动检测 系统的应 用大大提高了现场安全监控 、生产过程控制和科学管理水平。该系统使钢丝绳运行始终受到密切的安全监控，从根本上杜绝各种隐患，确保提升机安全，成为郑煤集团赵家寨矿最重要的管理创新成果。

　　(2) 生产效率显著提高根据《煤矿安全规程》规定：提升钢丝绳和罐道绳每天必须检查1次。在此要求下，赵家寨矿过去每天需耗费1.5h用于钢丝绳人工检查。采用钢丝绳在线实时自动监测系统后，在正常生产的同时就完成了钢丝绳检测，使生产和检测流程合二为一，过去用于钢丝绳人工检查的时间成为有效生产时问，每年至少提高煤炭产量 18万t。

　　(3) 彻底消除设备检测导致的空转能耗 赵家寨矿主、副井提升高度分别为446m和 465m，电动机功率分别为2800 kW和850kW。人工检查时，绳速为 0.3～0.5m/s，设备空载功耗235kW，由4名检测工同步完成1遍人工检查需耗电350kW·h。按照每年 330d的有效工作日，每年用于钢丝绳检查的空载能耗至少 11.6万kW·h。采用提升钢丝绳安全监管系统，专门用于钢丝绳检测的设备空载能耗几乎为零，节电效益近10 万元。

　　(4) 合理利用钢丝绳剩余使用寿命 赵家寨矿主、副井提升机过去换绳周期为2年，每次换绳的材料费用78万元，检修工费25万元，停产和调整净缩短开工时间达到3d，由此核算，每年的换绳成本为51万元。使用钢丝绳在线实时自动检测系统以后，主、副井提升钢丝绳因为可以做到服役期满，甚至适延长1年使用寿命，每年换绳成本降至34万元，用绳成本也降为原来的1/3。

　　5 结 语

　　郑煤集团赵家寨矿通过应用TCK钢丝绳在线实时自动检测系统，实施矿井提升钢丝绳安全监管

　　的工作方式转型，实现了钢丝绳在线实时监测与动态连续有效监测的目标，不但解决了钢丝绳安全监

　　管难题，而且在提高生产效率 、降低检测能耗和节约用绳成本等方面 ，每年可创造直接经济效益 8127万元，从而真正实现了矿井提升钢丝绳运行安全 、节约和高效的三重管理 目标。

　　作者简介：

　　刘士栋，男，生于1963年5月，1985年毕业于原焦作矿业学院(现为河南理工大学),机电高级工程师，现任河南省新郑煤电有限责任公司副总经理，发表论文十多篇，主要从事矿山机电设备技术研究和现场管理工作。