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金川集团使用TCK.W钢丝绳检测技术的评价报告 -王群昌

  【摘要】钢丝绳检测的意义重大,充分的调查数据和管理实践说明,互联网+TCK.W钢丝绳检测专家系统将从整体上提高金川集团提升设备的管理水平,可以有效预防钢丝绳断绳事故,降低用绳成本,节约人工检测的时间,降低专门用于钢丝绳检测的开机能耗,充分提高设备利用率,挖掘并提升生产潜力。

  【关键词】钢丝绳检测 钢丝绳在线检测 互联网+钢丝绳智慧检测

  概述

  钢丝绳作为矿井提升设备的重要构件,对于安全生产以及公司的生产效益来说都至关重要。

  长期以来,在钢丝绳的管理上一直处于一种“重视但没有有效手段”的尴尬境地,不得不采用人工目测、卡尺量、凭经验、凭感觉换绳等方法,存在着“不可靠、不安全、不经济、低效率”等四大难题,亟需利用先进的管理和技术手段加强钢丝绳检测、承载能力评估、安全管理等工作,从整体上提高二矿区提升设备的管理水平,保障钢丝绳安全运行。

  1实施该项目的必要性

  洛阳威尔若普检测技术有限公司研制的TCK.W钢丝绳检测专家系统,是目前最为领先的钢丝绳实时监控系统,该系统以弱磁检测技术为核心,结合现代互联网技术,实现对在线钢丝绳的实时监控。二矿区论证了TCK.W钢丝绳远程网络测控系统在矿井提升中的可行性和必要性,该钢丝绳远程网络测控系统将能够做到:

  (1)将高灵敏检测装置固定安装于提升机适当位置,并通过有线或无线通讯方式连接至中心主控站,实现对在线钢丝绳的实时监控;

  (2)中心控制站能实时监控到所有被监测钢丝绳损伤情况、剩余承载情况,并给出相应处理措施建议;

  (3)监控范围包括二矿区区主、副井的钢丝绳。

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  2二矿钢丝绳管理的现状

  二矿区钢丝绳的管理对于整个公司的安全生产和生产效率都关系重大,公司历来对其管理都十分重视。然而长期以来,对于钢丝绳健康程度如何、有无重大损伤、剩余承载能力 如何、可否继续使用等的判断,一直缺乏适当的检测设备和科学的控制手段,对钢丝绳的管理也一直停留在基本依靠人工经验判断的落后模式,采用人工目测、卡尺量、凭感觉换绳等方法进行。

  实际上.早在多年之前,二矿区乃至公司相关部门的技术人员就已经在寻找相关的检测仪器或者解决方案,近年来,这种努力也直没有停止。然而,由于钢丝绳检测技术本身的成熟度的问题,一直没有能够寻找到一种能够满足实际检测需求的钢丝绳检测产品,因而对于钢丝绳的管理也一直延续着过去几十年的做法—一人工检测、定期换绳。

  2.1钢丝绳主要采用的人工检测方式

  (1)目测:检查时以0.3一0.5m/s的验绳速度开车,检测人员对钢丝绳进行检查,观察钢丝绳表面有无明显断丝、磨损、锈蚀、缩颈等,如有异常进行停机再作详细检查;

  (2)卡尺量缩颈:对钢丝绳直径用卡尺进行测量,以确保缩颈在规定范围之内。

  人工检查又分为以下几种:

  ①班检 根据金川公司特种设备相关规定,每班必须对主提升钢丝绳进行检查(12小时为一班)。检查时。开车速度一般定为0.3—0.5m/s.开车一个来回,检测人员选取合适的观测点对主提升钢丝绳进行观测,如发现表面异常损伤,则停车检查。

  班检一般只对主提升钢丝绳进行检查,罐道绳、尾绳等来不及检测,只能放在周检中进行。而在实际生产中,由于任务重,通常是靠牺牲检查钢丝绳的时间来确保生产时间。

  ②周检 每周一次.规定要对所有提升绳、罐道绳、尾绳全部进行较为详细检查;首绳检查方式与班检基本相同。罐道绳检查时需要至少两名检查人员站在提升容器上,在提升机运行过程中观测罐道绳有无异常。另外还需对尾绳也进行相关检查。

  实际操作中,由于二矿主井提升工区每天停机检查及检修的时间通常不到4小时,时间上远远不够检查所有的钢丝绳,因此一般是利用几周的检查时间分别对不同的钢丝绳进行检查,即这周主要检查罐道绳.下周主要检查尾绳等等。

  ③月检 每月对各类钢丝绳进行彻底检查,并做检查记录作为换绳依据。

  由于人工检查的局限性和不确定性,为了确保钢丝绳安全,只能采取“牺牲成本换取安全”的做法,定期对钢丝绳进行更换。也就是说.只要到了一定的时间,无论钢丝绳使用情况如何.基本都要被更换下来。

  换绳周期大致如下:主井首绳:提升600万t左右约2年;主井罐道绳:2—3年左右换绳;主井尾绳:3年左右换绳。

  另外,如果在换绳周期内发现钢丝绳出现了明显断丝或其他损伤,一般为安全起见,也立即对钢丝绳进行更换。

  2.2定期换绳管理中存在的问题

  近年来,随着二矿区“建设数字化矿山”理念的实施.很多主要设备的监控和管理已经引进了很多先进的管理方式和手段,但唯独钢丝绳的管理,可以说是几十年一贯制,没有任何改变。在这种落后的钢丝绳管理模式下,钢丝绳管理“不可靠、不安全、低效率、不经济”等四大难题始终得不到解决。

  2.2.l问题之一:不可靠

  由于以下几个主要原因,人工检测对各种损伤的发现极不可靠:

  不连续:人工目测检测钢丝绳的时候,不能保证人的眼睛一刻都不离开在检钢丝绳。实际上,当受到生产任务的压力而只能象征性地以2—3m/s的速度(远高于规定的0.3~O.5m/s的检查速度)进行“班检”的时候,这种人工目测就更是“走马观花”,效果可想而知。罐道绳和尾绳的检查也是如此,且井底的能见度又非常差,因而人工目测的可靠性就更是大打折扣;

  不全面:受眼睛视线局限,只能观测到视线所及的一面,而另一面则无法看到;

  环境、光线等影响:很多情况下,目测时光线很差,有的检测位置人只能离很远的距离,靠灯光检测(如尾绳在发现问题后钢丝钩拉到跟前观察),因此目测局限性极大。

  另外,即使完全按照0.3—0.5m/s的速度检测,检测人员非常认真,光线非常良好,人工检测方法也只能部分检出钢丝绳的外部较明显的损伤,而对钢丝绳的内部磨损、锈蚀、断丝.尤其是疲劳等损伤则根本无法察觉。

  根据长期工作中的总结及有关资料显示,在用钢丝绳存在的主要损伤包括以下几类,而人工检测能够检测到的损伤类型只占到20%左右,人工检测是否有效如表l的分析。

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  图1是对于以上各种类型的人工检测是否能够发现的一个分析示意图。

  由上述分析可见,大多数损伤并不能通过人工目测、卡尺量等方法发现。而实际上,影响钢丝绳承载能力的各种损伤中,不可见的内部损伤相对于外表损伤,其影响更大。

  通常情况下,当内部产生损伤的时候,外表不一定能表现出来,而当外表一旦能够表现出来的时候,内部也许已经十分严重了。根据俄罗斯的一位专家对钢丝绳研究发现,当钢丝绳外层钢丝出现断丝时,其内部未能发现的断丝—般是外部已能见到的2.5倍。

  再者,所有的疲劳都是肉眼不可见的,但疲劳的危害却恰恰是对钢丝绳危害最大的一种。举个简单的例子,如果一根铁丝反复弯折l00次会断裂,当弯折到99次的时候.铁丝的外表并没有表现出明显的异常,但事实上,这个时候其承载能力已经基本丧失了,这时只要给一个轻微的弯折力,就会断裂。钢丝绳在工作过程中,长期承受各种弯曲疲劳、拉压疲劳等等,疲劳对于钢丝绳的影响与刚才的这个例子中是一样的。然而,人工检测根本就无法检测疲劳,也就是说,二矿区每天例行的人工检测对于威胁钢丝绳安全的最大因素却恰恰无法洞察。

  2.2.2问题之二:不安全

  综上所述,目前的人工检测方对于保障钢丝绳的安全运行是及其不可靠的,因此,生产中实际上隐藏着许多的重大事故隐患。

  据美国的权威部门对全世界8000家钢丝绳实验室和应用现场统计数据的研究分析,结论是有12%以上的在用钢丝绳处于“危险或极度危险”的状态,即l0%的强度损耗超过l5%,处于危险状态,另有2%的在用钢丝绳强度损耗超过30%,处于极度危险状态。

  据国家安全生产管理总局发布的2009年全国煤炭安全生产状况综合分析数据:全国煤矿共发生煤炭运输提升事故509起,死亡559人;2008年全国煤矿共发生煤炭运输提升事故556起,死亡583人;仅l—5月,全国煤炭系统因钢丝绳问题所造成的重、特大恶性事故就多达215起,死亡223人,其中死亡人数最多的是山西吕梁交城县五七煤矿断绳事故,一次死亡14人,重伤5人。 二矿区近年来也发生过副井提升工区l#机2#尾绳的断绳事故。

  而另一方面,钢丝绳在制造、运输等环节也存在着承载能力损伤的可能性,因此“新”钢丝绳不等于“好”钢丝绳。但由于缺乏手段对新钢丝绳的情况进行检验,导致即便采用定期换绳,也无法完全确保钢丝绳安全运行。

  由于制造工艺、材料等的限制,钢丝绳出厂时本身就允许一定范围内的不均匀度。钢丝绳制造国标规定,钢丝绳出厂时有效金属承载面积允许5%的误差,而承载金属面积的不均匀本身就会带来承载能力的不均匀。另外钢丝绳在运输、储存等环节也存在着被腐蚀、遭受意外创伤等可能性而影响钢丝绳承载能力,钢丝绳使用工况复杂,经常存在着承载不均匀、冲击性承载等情况。特别是,二矿区在用的进口绳,由于订购及运输等原因,钢丝绳从出厂到使用的储存期一般在一年甚至两年以上,而钢丝绳储存期通常规定不得超过半年。更换储存了一年或两年以上的所谓“新”绳,实际上已经是存在腐蚀、老化等损伤的“旧绳”了。

  因此,即便按照规定定期或者定量更换钢丝绳,也不可能完全确保钢丝绳的使用安全!许多钢丝绳还未到更换期限,便已经发生了断绳事故。据《矿用钢丝绳的检测及事故案例分析》(煤炭工业出版社)一书的不完全统计,仅河南省境内煤炭系统发生的新绳断绳事故就多达l7起,……。而钢丝绳一旦发生断绳事故,必然导致重大危害,轻则机毁,重则人亡。

  以金川公司副井提升工区不久前发生的1#机2#尾绳断绳事故为例,发生事故后停产2天进行设备修复和矿井修复,直接经济损失l0多万元,万幸的是当时刚检查完1#提升机进行试运行,罐内没有乘罐人员,而且尾绳断后坠人井筒也未对其它设施造成破坏,因而停产只有两天。

  然而,无论是几十万,还是上百万,这些经济上的损失都是可以用数字来衡量的,而一旦出现人员伤亡,事故给那些遇难者的家庭带来的伤害却是无法衡量、用多少钱都无法弥补的!

  2.2.3问题之三:低效率

  人工检测的方法效率低下,浪费了大量的生产时间。以二矿区“班检”为例,提升容器正常“班查”的运行速度一般为0.3~0.5m/s,如果按每班对主提升钢丝绳检查一次,则需要20分钟的时间,每天两班,一年将会浪费300多小时宝贵的生产时问。按照主井现有每小时800t计.一年就损失了24万t的生产能力,占到目前的总生产能力的6%左右。以上的估算还只是计算了“班检”,如果把“周检”、“月检”计算进去,效率的损失更是惊人的。

  更为重要的是,为了实现金川公司2010年生产能力达到l000万t的5年战略规划,二矿明年计划任务为345万t、奋斗目标为363万t,后年将为420万t的生产任务,提升能力恰恰是决定二矿能否完成公司目标的保障。

  另外,“不经挤”还体现在低效率的人

  工检测带来的种种其他成本的增加,例如检测过程的人工、耗电以及其它材料损失。仅耗电一项:平均井深600m;提升机耗电功率主副井合计5500kw;检查绳速0.3m/s;提升一来回耗时66分钟;检查一次绳耗电约6000度;每度工业用电价格按0.6元;则检查一次耗电费用:3600元;每年检测累计耗电费用200多万元。

  总而言之,在钢丝绳管理中,金川公司始终存在着“不可靠、不安全、不经济、低效率” 等四大难题,后两年生产指标的瓶顼,只有进一步挖掘提升潜力、突破目前的提升瓶颈,才能完成公司下达的生产指标。而提高检测效率,缩短检测时间,增加有效提升时间正是挖掘提升潜力、优化提升时间的重要方面。从这一方面来说.目前人工检测的低效率极大地阻碍了提升潜力的挖掘。

  2.2.4问题之四:不经济

  由于检测技术和检测方法不能满足实际需要,为了避免钢丝绳事故,一直以来都

  是采取“牺牲成本换取安全”的方式,也就

  是定期换绳。但这种做法直接导致了钢丝绳用绳成本的提高。

  对于被强制更换的钢丝绳,据相关研究统计,大量是被浪费的。日本的统计结果表明:被强制更换的钢丝绳中.有一半以上的强度达新绳强度的90%以上,还有不少超过100%,即还处于磨合期。而美国的调查结果是,大约70%被强制更换的钢丝绳只有很小甚至没有强度损耗。

  原国家煤炭部曾对矿用钢丝绳的使用状况进行过统计,结论是,如果采用仪器对钢丝绳状态进行监测,并进行适当养护,每年至少可节约钢丝绳用量12%~20%,节省进口钢丝绳外汇20%一30%。

  就金川公司的实际情况而言,每次换绳的成本统计如表2所示。

  亟需利用先进的管理手段加强钢丝绳的检测、承载能力评估、安全管理等工作,从整体上提高金川公司提升设备的管理水平,保障钢丝绳安全运行,充分挖掘提升潜力,这也正是本项目实施的必要性所在。

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  3实施该项目的重大意义

  为了提高金川公司钢丝绳的管理水平,优化提升效率,克服以上钢丝绳管理中的四大难题,通过论证钢丝绳在线远程网络测控系统在二矿实施的可行性,实施该系统将有以下积极意义。

  3.1以先进的管理方式替代落后的管理手段。推进“建设数字化矿山”的步伐

  采用TCK.W钢丝绳智慧检测专家系统,将彻底取代延续了几十年的落后管理方式:

  在管理模式上,变“定性管理”为“定量管理”;在检测时间上,变“停工检测”为“在线监测”;在提升效益上,变“误工误时”为“省时增产”;在检测方式上,变“人工检测”为“实时监控”;在安全保障上,变“提心吊胆”为“安全可靠”;在换绳依据上,变“经验估计”为“科学判断”;在成本控制上,变“大量浪费”为“充分利用”。

  总之,在各个方面,都将极大地提升公司的安全管理水平,使金川公司朝着“建设数字化矿山”的目标前进了一大步。

  3.2提高检测效率、挖掘提升潜力.充分体现了向管理要效益、向管理要降耗的理念创新

  该系统的实施将能极大地提高检测效率、优化提升时间、挖掘提升潜力,不仅仅是技术手段的创新,更体现了向管理要效益、向管理要效率、向管理要降耗的管理理念创新。

  优化提升时间、挖掘提升潜力。该系统的实施将以“不停机的实施监控”替代目前“停机人工检测”,极大地节约检测时间用于生产,从而实现优化提升时间、挖掘提升潜力、克服提升能力瓶颈的目的,为集团公司带来巨大的经济效益,并且为实现集团公司2010年1000万t产能的5年规划奠定基础。实施这一系统,就算只节省l/2的检测时间(理论上可以节省全部钢丝绳检铡时间),每年也将至少新增提升时间250~375小时,将能增加生产能力20-30万t。

  提高人员效率。该系统的实施将以系统自动监测替代人工检测劳动,从而解放了大量从

  事钢丝绳检测的人力资源,缓解人力资源紧缺。公司将这些解放出来的人力资源用于直接生产,将从总体上节约人工成本,提高了人员效率。

  减少盲目的换绳浪费、节约成本。该系统的实施将能使管理人员科学、客观地评估被监测钢丝绳的承载能力与剩余寿命,合理掌握换绳时间,避免在钢丝绳还有足够的承载能力的时候盲目换绳,延长钢丝绳使用寿命,节约钢丝绳使用成本。

  4结语

  洛阳威尔若普检测技术有限公司研制的TCK.W钢丝绳检测专家系统的实施,将有效解决“可靠性”、“安全性”、“经济性”和“效率性”问题,并可消除钢丝绳的断绳事故隐患。

  该系统将从根本上解决目前人工检测不可靠、不科学的现状,通过在生产过程中对钢丝绳的实时监控,减少提升机钢丝绳运行的安全隐患,降低钢丝绳事故及故障发生概率,提高安全生产系数.从源头上预防可能出现的重、特大安全事故,避免事故造成的损失。

  技术交流:wm@wmndt.com

  参考文献

  l《矿用钢丝绳的检测及事故案例分析》,(1999年,煤炭工业出版社)

  2《钢丝绳(缆)在线无损定量方法和判定规则》。MT/T970-2005



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