钢丝绳无损探伤技术研究与发展 吕宝莲（沈阳焦煤鸡西盛隆公司，黑龙江鸡西１５８１００） 摘要：钢丝绳是矿山煤炭运输、提升等设备中不可缺少的关键部件之一，并直接关系到工作设备的安全性。所以，钢丝绳的探 伤研究非常重要。本文对钢丝绳无损探伤技术现状进行了分析，对于指导钢丝绳探伤研究具有一定的参考意义。 关键词：钢丝绳；无损；探伤；综述研究 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｎａｄ ｌｉｔｆｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｒｅｌａｔ— ｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｓｏ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｏｎ—ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｆｌａｗ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｉｓ ｒｅａｌｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｎｏｎ— ｄｅｓｔｕｒｃｔｉｖｅ ｆｌａｗ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｆｌａｗ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ；ｎｏｎ—ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ；ｆｌａｗ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ． 中图分类号：Ｆ４０３．７；ＴＤ５２６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８—０１５５（２０１４）０７—０１０９—０１ 矿用钢丝绳在矿井提升机的工作过程中具有非常 自二十世纪初世界上出现第一台钢丝绳缺陷探伤 重要的作用，它处在矿井的关键部位，它的安全性能直 检测仪器到如今，钢丝绳缺陷检测的主要方法达到十 接影响到人员和物料的运输，严重影响矿井工作人员 余种，如：振动检测法、超声波检测法、机械检测法、电 的生命安全保障。 流检测法等。 矿用钢丝绳与其他行业使用的普通钢丝绳相比， 就目前而言，钢丝绳无损检测从检测其断丝、锈 具有如下特点： 蚀、磨损等向检测钢丝绳剩余寿命及其横截面损失的 （１）因为淋水造成的锈蚀，涂油维护困难； 方向发展。目前美国和法国制定了钢丝绳电磁无损检 （２）高频率作用下高速运行，负载很重； 测的标准，而国内对钢丝绳无损检测还没有形成统一 （３）处于一种特殊形式的运行状态，受静力和动力 的规范和标准。 作用； 随着科技的发展和进步，钢丝绳无损检测设备向 （４）涉及人员的升降，安全系数要求高； 小型化、智能化、网络化、简单化、多功能化方向转变。 （５）须考虑天轮或滚筒直径和钢丝绳钢丝的直径 钢丝绳的有损检测虽可检测其强度损失和疲劳等情 的配比关系。 况，但只能反映送检样品情况，且无法实时检测。而简 综上所述，矿用钢丝绳在使用过程中的安全性是 单的人工检查虽然简单却很难发现钢丝绳内部的缺 不容忽视，钢丝绳在应用中需要经常检查，才能使其安 陷，效率低、受客观环境影响比较大。对人工检测结果 全性能得到保障。所以，开展对于钢丝绳的探伤研究 进行分析和处理以评估钢丝绳整体损失状况，但凭借 才能保证矿井提升机的安全。 检测数据不能得到被检钢丝绳具体的缺陷程度。 １钢丝绳探伤技术研究的意义 无损检测不仅能够检测出内部缺陷，并定量检测 钢丝绳在工业行业中多应用于重大装备和关键设 出金属横截面积损失，还能实现在线实时检测，能保证 施。它的安全性能直接影响整个工程甚至人身安全， 检测效率，不受环境影响。 钢丝绳在使用过程中的安全监测至关重要。 ２．２主要检测方法概述 钢丝绳缺陷的无损检测是以不影响正常工作状况 钢丝绳无损检测主要有两种类型：一是检测局部 下，采用相应的检查手段和处理方法，对内部结构进行 损伤；二是测量钢丝绳截面损失。目前钢丝绳检测方 判断，并评估其使用状况。因此，钢丝绳缺陷的无损检 法有人工目测检查法，破损检测法和无损检测法。人 测是以钢丝绳报废标准为基准，根据探伤数据，计算其 工目测的方法是通过人工观察和用手握着正低速运行 剩余使用寿命或报废时间。 的钢丝绳表面，对钢丝绳进行损伤分析，此方法劳动强 目前，钢丝绳缺陷无损检测已经在工程中实际应 度大，效率较低、漏检率高、受人为影响大。破损检查 用，并且结合实际应用中出现的问题进行进一步的探 法，是截取部分钢丝绳样本，通过低速应力牵引和高速 索，以保证钢丝绳的使用安全和避免过早报废所造成 重力负载试验来检测钢丝绳损失情况。该方法有很大 的浪费。 的局限性，它仅能反映样本的损伤情况，不能准确反映 ２钢丝绳无损检测技术的发展与方法 钢丝绳整个状态。钢丝绳无损检测技术是在不破坏钢 ２．１钢丝绳无损检测技术研究现状 丝绳结构的前提下，应用一定的物理检查方法对钢丝 绳的机械性质、内部结构等进行检测，并做出评估。它 收稿日期：２０１４—０２—２７ 克服了前两种方法的缺陷和不足，是目前钢丝绳检测 作者简介：吕宝莲（１９６８一），女，黑龙江鸡西市人，毕业于阜 顺煤校电气自动化专业，现在沈阳焦煤鸡西盛隆公司供应处设 的发展方向。 备大修科从事矿山设备维护工作。 无损钢丝绳检测的方法分类： （下转第１２３页） １０９ 程中，应该要考虑到工程顶板的支护问题。开采工程 的顶板支护形式的确定，可以根据切眼的位置以及顶 板自身的承受力等问题来进行确定，当确定了支护形 测量结果进行图线、数据分析，以此来确定钢丝绳的损 式支护，就需要对锚杆的材料、规格等问题进行考虑， 使得锚杆支护能够符合工程抗压力等方面的要求，对 开采工程的安全以及使用寿命进行保障。在方案设计 过程中，对于顶板的支护，应该要在切眼的位置采用钢 锚杆或者钢筋网的排列，对切眼的周围环境进行支护， 保证工程的稳定性和安全性。 第三，在施工过程中，支护技术涉及的巷道支护、 顶板支护以及各个部分都要进行管理，确保各个支护 伤程度。该方法可测定钢丝绳断面状况，但是对移动 钢丝绳的检测困难大，因为电流检测法的检测局限性 太大，所以该方法未能得到推广。 （５）光学检测法 光学检测法利用摄像技术来检测钢丝绳表面磨损 情况，通过分析检测得到的图像确定钢丝绳的缺陷。 光学检测法精度较高，但设备费用高，且检测结果受钢 丝绳表面油泥的影响严重。 （６）Ｘ一射线检测法 原理为用强ｘ射线垂直于绳轴照射，拍摄照片，并 工作的完成。 结语 煤矿开采过程中，传统的综采切眼支护技术存在 一定的缺陷，对于煤矿的开采技术也要不断进行改革， 采用大断面综采切眼支护技术，对于煤矿开采过程中 的安全、稳定具有十分重要的意义。 参考文献： ［１］蒋绪成．综采大断面切眼支护技术研究［Ｊ］．中小企业 管理与科技（下旬刊），２ｏｏ９（１２）． ［２］柴久茂．大断面综采切眼支护技术［Ｊ］．中国煤炭，２００４ （０９）． ［３］倪庆均，等．大断面综采切眼锚杆支护技术［Ｊ］．山东煤 炭科，２００４（１０）． （责任编辑：熊红婴） （上接第１０９页） （１）超声波检测法 此方法应用于钢丝绳端头与支撑结构的衔接点。 钢丝绳端头处因过载损伤可能发生损坏现象，该方法 通过超声波输出图像的分析来确定其断丝损伤数量。 目前，超声波检测法主要应用于检测断头部分钢丝绳 状态分析，譬如拉索及矿井导向系统，但该方法不易于 操作，性价比较低。 （２）声发射检测法 此方法通过测量钢丝绳结构变化时的弹性波，来 确定钢丝绳的损伤程度，用于测量断丝和钢丝绳的变 形。以往技术用于钢丝绳的主要目的是评估其结构的 完整性，测试过程从简单的拉伸到疲劳失效等。基于 声发射的钢丝绳探伤仪结构复杂，费用高，性价比低； 而且，声发射技术主要应用于连续介质，而对于像钢丝 绳这样的非连续介质，应用有限。 （３）电涡流检测法 利用电涡流效应可检测钢丝绳断丝和锈蚀，但检 测断丝和锈蚀分辨率低。电涡流传感器体积小、结构 紧凑、耐腐蚀、耐湿热，但普通的电涡流传感器有效量 程小，而且传感器的探头与放大器之间的电缆长度不 能随意变化，这些缺点了电涡流检测法的推广应 用。 （４）电流检测法 电流检测法首先测定固定钢丝绳的电阻，然后对 据此判断钢丝绳损伤。此法主要用来测量断丝，但是 不能连续测量，而且射线防护费用高。该方法在工程 行业已应用多年，在应用于钢丝绳的检验时却无成效。 因为它虽可用来检测钢丝绳内部，但由于钢丝绳结构 复杂，它只适用于给出钢丝绳近表面的清楚图像，而且 它只适用于一次检验小段钢丝绳，此法还未作为常规 工具，只限于科研之中。 （７）磁检测法 钢丝绳的磁检测方法安全、经济，是目前公认的应 用最广、最成熟的钢丝绳无损检测方法。钢丝绳所用 的材料为优质碳合金钢，易被磁化。当钢丝绳被磁化 至饱和后，由于缺陷处的物质磁导率的磁导率不同，在 缺陷处出现了漏磁场。通过测量钢绳表面局部区域中 的漏磁场可判别钢绳断丝、锈蚀等引起的局部突变缺 陷，称作局部缺陷检测ＬＦ法；通过钢绳磁化回路磁通 变化，判别磨损、锈蚀等引起钢丝绳金属截面总和变化 缺陷，称作截面积损耗型检测ＬＭＡ法。 近年来，很多针对小波分析的方法被提出，显示其 广阔的应用前景，但是在小波应用中，由于参数是根据 经验设定，所以具有一定的不确定性。 ３结语 由于钢丝绳应用的普遍性和必要性，准确地预估 钢丝绳强度以及剩余寿命，可以有效地控制矿井的经 济成本，保障矿井提升运输的安全。 参考文献： ［１］邵永波，等．基于声发射技术的钢丝绳断丝模式识别 ［Ｊ］．应用声学，１９９９，１８（１）：１—５． ［２］王中华．钢丝绳断丝损伤的智能化监测技术研究［Ｄ］． 北京理工大学，加１Ｏ． ［３］Ｊ．Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ，Ｊ．Ｓ．Ｌａｉ，Ｆ．Ｚ．Ｐｅｎｇ．Ｍｕｈｉｈｖｅｌ ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ：Ａ Ｓｕｒｖｅｒｙ ｏｆ ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ ｃｏｎｔｒｏｌｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃ－ ｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００２，４９（４）：７２４—７３８． ［４］柏青．小波变换及其在无损检测中的应用［Ｊ］．无损 检测，１９９７，１９（３）：６１—６３． ［５］高红兵．二钢丝绳断丝若干定量检测问题与遥测技术 的研究［Ｄ］．武汉理工大学，２０１１． ［６］彭树彦．提升绞车钢丝绳损伤定量检测技术的探索 ［Ｊ］．煤炭技术，２００８，５５２７（３）：１５９—１６０．（责任编辑：熊红婴） １２３
