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礦井提升鋼絲繩安全監(jiān)管的創(chuàng)新實(shí)踐 -劉士棟
發(fā)表期刊:《礦山機(jī)械》
[摘要] 分析排查提升機(jī)鋼絲繩安全監(jiān)管的薄弱環(huán)節(jié)，使鋼絲繩在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，始終處于安全受控的檢測(cè)狀態(tài)，鄭煤集團(tuán)趙家寨礦成功應(yīng)用處于國(guó)際領(lǐng)先水平的TCK鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，不但解決了鋼絲繩安全監(jiān)管難題，而且在提高生產(chǎn)效率，降低檢測(cè)能耗，節(jié)約用繩成本等方面，為企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
[關(guān)鍵詞] 礦井提升機(jī) 鋼絲繩安全 弱磁檢測(cè)技術(shù) 鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)
本質(zhì)安全化理論認(rèn)為，由于多種環(huán)境的影響，人的自由度增大，安全可靠性將會(huì)變差。因此，要確保安全，必須采用某種即使存在人為失誤的情況下也能確保人身及財(cái)產(chǎn)安全的科學(xué)技術(shù)，使之達(dá)到“本質(zhì)的安全化”。
礦用提升鋼絲繩更處于礦井的咽喉部位。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，反復(fù)加載、釋載會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩不可逆的機(jī)械性能損耗，而長(zhǎng)期以來(lái)又對(duì)此缺乏更為可靠的預(yù)防手段，煤礦生產(chǎn)往往因?yàn)樘嵘摻z繩而陷于“隱患、浪費(fèi)、低效”三大矛盾同在的窘境。傳統(tǒng)的人工檢查不可靠，難以有效發(fā)現(xiàn)鋼絲繩上潛伏的隱患;定期換繩不能確保安全，而且造成了鋼絲繩用量的巨大浪費(fèi);鋼絲繩檢修過(guò)度擠占生產(chǎn)時(shí)間，導(dǎo)致設(shè)備空轉(zhuǎn)能耗，效率低下。
1 存在的問(wèn)題
鄭煤集團(tuán)蘆溝煤礦曾于三年前發(fā)生提升鋼絲繩斷裂事故，致使箕斗墜落井筒，影響生產(chǎn)長(zhǎng)達(dá)116小時(shí)。此后鄭煤集團(tuán)公司6對(duì)大型主力礦井逐一排查分析后表明：全部4臺(tái)多繩摩擦式提升機(jī)鋼絲繩規(guī)定使用年限為2年，從未出現(xiàn)過(guò)斷繩事故，強(qiáng)制更換的鋼絲繩經(jīng)檢查也無(wú)嚴(yán)重缺陷;5臺(tái)單繩纏繞式提升機(jī)鋼絲繩使用年限平均為2.7年，鋼絲繩使用損耗反而較為嚴(yán)重，正常使用年限內(nèi)多次出現(xiàn)臨界斷繩甚至事實(shí)斷繩的險(xiǎn)情。
基于這種調(diào)查研究結(jié)果，鄭煤集團(tuán)決定對(duì)在用鋼絲繩采取行之有效的無(wú)損檢測(cè)、科學(xué)評(píng)估等技術(shù)手段，使礦井提升運(yùn)輸安全得到標(biāo)本兼治的目的。
2 采用先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)治理鋼絲繩安全隱患
鄭煤集團(tuán)各下屬煤礦首先裝備使用了TCK便攜式鋼絲繩無(wú)損探傷儀。該種儀器采用弱磁檢測(cè)技術(shù)，能夠定量檢測(cè)鋼絲繩內(nèi)外部斷絲、磨損、銹蝕、疲勞等各種損傷，準(zhǔn)確評(píng)估鋼絲繩剩余承載能力和使用壽命。該儀器融合多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，結(jié)構(gòu)精巧，自重輕，通過(guò)性好，操作簡(jiǎn)單方便，使用安全可靠，整機(jī)防淋水、抗干擾，適用于較為惡劣的工況條件。
采用先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)取代人工檢查的落后方式，取得了立竿見(jiàn)影的安全成效和經(jīng)濟(jì)效益。鄭煤集團(tuán)超化礦原有1根承諾4年的進(jìn)口鋼絲繩，實(shí)際使用不足0.5年，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，明確檢出6處嚴(yán)重?fù)p傷，最大損傷值達(dá)到10.6%，按規(guī)定判為立即停止使用。如果沒(méi)有這次檢測(cè)，該繩隨時(shí)可能導(dǎo)致嚴(yán)重的墜井事故。由于國(guó)內(nèi)外一直很難準(zhǔn)確地?zé)o損評(píng)定在用鋼絲繩的實(shí)際技術(shù)狀態(tài)，鋼絲繩的國(guó)外供方在質(zhì)保交涉中嚴(yán)重置疑質(zhì)量索賠的依據(jù)。礦方出示的TCK科學(xué)儀器和TCK數(shù)據(jù)報(bào)告，使鋼絲繩的國(guó)外供方最終信服地確認(rèn)了檢測(cè)結(jié)果，向鄭煤超化礦賠償經(jīng)濟(jì)損失92萬(wàn)元。
3 創(chuàng)建鋼絲繩安全監(jiān)管新模式
通過(guò)對(duì)鋼絲繩安全監(jiān)管方式的進(jìn)一步探索和研究，鄭煤集團(tuán)認(rèn)識(shí)到：雖然便攜式探傷儀為鋼絲繩安全運(yùn)行提供了一定的技術(shù)保證，但由于鋼絲繩受動(dòng)載荷的影響很大、高產(chǎn)煤礦24h連續(xù)運(yùn)行、儀器操作存在較多人為因素以及停產(chǎn)檢測(cè)仍舊擠占生產(chǎn)時(shí)間等問(wèn)題存在，礦井提升鋼絲繩的實(shí)際安全狀態(tài)與本質(zhì)化安全要求之間仍舊存在明顯差距。必須要采用動(dòng)態(tài)和連續(xù)的鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)方案，才能最終實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井提升鋼絲繩科學(xué)監(jiān)管與可靠防控。
2008年，TCK鋼絲繩弱磁檢測(cè)技術(shù)成功地融和了以太網(wǎng)通訊、微電子集成、二維模型分析等現(xiàn)代高科技成果，可以針對(duì)重大生產(chǎn)及公共設(shè)施中的鋼絲繩實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。鄭煤集團(tuán)趙家寨礦立即組織科技骨干與TCK公司協(xié)同開(kāi)展了新的技術(shù)攻關(guān)，開(kāi)發(fā)了鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，可在200mT以下磁場(chǎng)環(huán)境，全天候地檢測(cè)礦井提升鋼絲繩內(nèi)外部各種損傷，監(jiān)測(cè)過(guò)程無(wú)磁污染。傳感器與鋼絲繩表面的提離間隙達(dá)到50mm，對(duì)各種損傷導(dǎo)致鋼絲繩金屬截面積損失率的不確定度小于 0.5%。
鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)配備了模式組合檢測(cè)、智能數(shù)采轉(zhuǎn)換 、光電計(jì)程測(cè)速 、自控聲光報(bào)警和多信道終端主控等 5 個(gè)技術(shù)單元，采用專家型數(shù)據(jù)平臺(tái)，系統(tǒng)嵌入式控制程序 ，具有無(wú)需職守的全天候自動(dòng)檢測(cè) 、自動(dòng)數(shù)據(jù)集成和 自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告等先進(jìn)功能，能夠?qū)崿F(xiàn) “數(shù)據(jù)序列/損傷曲線/統(tǒng)計(jì)圖表多重預(yù)制”、“后臺(tái)數(shù)據(jù)運(yùn)算”、“自動(dòng)建檔”、“系統(tǒng) 自檢”以及 “故障分析”等功能 ，并生成處理預(yù)案，與礦井提升機(jī)的實(shí)際工作生態(tài)和安全運(yùn)行需要密切結(jié)合 ，可以在正常提升時(shí)對(duì)鋼絲繩在線檢測(cè)。該系統(tǒng)最大限度地避免了監(jiān)測(cè)過(guò)程中的人為影響 ，監(jiān)測(cè)范圍進(jìn)一步延伸擴(kuò)展到以往檢查人員無(wú)法到達(dá)的部位 ，從而能夠?qū)︿摻z繩實(shí)現(xiàn)全程全周期的在線實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè) ，成為目前最先進(jìn)的鋼絲繩運(yùn)行安全解決方案。
目前 鄭煤 集團(tuán)趙家寨 礦主副井投入運(yùn)行的是TCK—SC式4繩8測(cè)點(diǎn)鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)頭固定在礦井提升鋼絲繩運(yùn)行路徑旁，在正常升降作業(yè)的同時(shí)可根據(jù)行程選擇完成相應(yīng)的在線檢測(cè) 。檢測(cè)過(guò)程 中一旦遇 到危重程度的損傷信號(hào) ，就會(huì)在第一時(shí)間自動(dòng)發(fā)出聲光警示，同時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也將根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)向設(shè)備操作員提供 “加強(qiáng)保養(yǎng)”、“停機(jī)復(fù)查”或 “立即換繩”等設(shè)備處置預(yù)案。該礦一些檢修人員初期對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)懷有疑慮，但是經(jīng)過(guò)細(xì)致的實(shí)測(cè) 、比對(duì)和參數(shù)淵整，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都在現(xiàn)場(chǎng)得到 了充分驗(yàn)證 ，其準(zhǔn)確性是 日常人工檢查和傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)無(wú)法達(dá)到的。
4 效 果
2009年7月，趙家寨礦主副井鋼絲繩在線檢測(cè)系統(tǒng)投入運(yùn)行 ，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，煤炭產(chǎn)量顯著提高，用繩成本得到控制，檢測(cè)能耗接近零。企業(yè)的小投入換來(lái)了大回報(bào) ，并成為一種對(duì)重要用途鋼絲繩的安全監(jiān)管新模式。
(1) 鋼絲繩在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程 中始終 處于安 全受控狀態(tài)TCK鋼絲繩在 線實(shí)時(shí) 自動(dòng)檢測(cè) 系統(tǒng)的應(yīng) 用大大提高了現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控 、生產(chǎn)過(guò)程控制和科學(xué)管理水平。該系統(tǒng)使鋼絲繩運(yùn)行始終受到密切的安全監(jiān)控，從根本上杜絕各種隱患，確保提升機(jī)安全，成為鄭煤集團(tuán)趙家寨礦最重要的管理創(chuàng)新成果。
(2) 生產(chǎn)效率顯著提高根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：提升鋼絲繩和罐道繩每天必須檢查1次。在此要求下，趙家寨礦過(guò)去每天需耗費(fèi)1.5h用于鋼絲繩人工檢查。采用鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，在正常生產(chǎn)的同時(shí)就完成了鋼絲繩檢測(cè)，使生產(chǎn)和檢測(cè)流程合二為一，過(guò)去用于鋼絲繩人工檢查的時(shí)間成為有效生產(chǎn)時(shí)問(wèn)，每年至少提高煤炭產(chǎn)量 18萬(wàn)t。
(3) 徹底消除設(shè)備檢測(cè)導(dǎo)致的空轉(zhuǎn)能耗 趙家寨礦主、副井提升高度分別為446m和 465m，電動(dòng)機(jī)功率分別為2800 kW和850kW。人工檢查時(shí)，繩速為 0.3～0.5m/s，設(shè)備空載功耗235kW，由4名檢測(cè)工同步完成1遍人工檢查需耗電350kW·h。按照每年 330d的有效工作日，每年用于鋼絲繩檢查的空載能耗至少 11.6萬(wàn)kW·h。采用提升鋼絲繩安全監(jiān)管系統(tǒng)，專門(mén)用于鋼絲繩檢測(cè)的設(shè)備空載能耗幾乎為零，節(jié)電效益近10 萬(wàn)元。
(4) 合理利用鋼絲繩剩余使用壽命 趙家寨礦主、副井提升機(jī)過(guò)去換繩周期為2年，每次換繩的材料費(fèi)用78萬(wàn)元，檢修工費(fèi)25萬(wàn)元，停產(chǎn)和調(diào)整凈縮短開(kāi)工時(shí)間達(dá)到3d，由此核算，每年的換繩成本為51萬(wàn)元。使用鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)以后，主、副井提升鋼絲繩因?yàn)榭梢宰龅椒燮跐M，甚至適延長(zhǎng)1年使用壽命，每年換繩成本降至34萬(wàn)元，用繩成本也降為原來(lái)的1/3。
5 結(jié) 語(yǔ)
鄭煤集團(tuán)趙家寨礦通過(guò)應(yīng)用TCK鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施礦井提升鋼絲繩安全監(jiān)管
的工作方式轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)了鋼絲繩在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)連續(xù)有效監(jiān)測(cè)的目標(biāo)，不但解決了鋼絲繩安全監(jiān)
管難題，而且在提高生產(chǎn)效率 、降低檢測(cè)能耗和節(jié)約用繩成本等方面 ，每年可創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益 8127萬(wàn)元，從而真正實(shí)現(xiàn)了礦井提升鋼絲繩運(yùn)行安全 、節(jié)約和高效的三重管理 目標(biāo)。
作者簡(jiǎn)介：
劉士棟，男，生于1963年5月，1985年畢業(yè)于原焦作礦業(yè)學(xué)院(現(xiàn)為河南理工大學(xué)),機(jī)電高級(jí)工程師，現(xiàn)任河南省新鄭煤電有限責(zé)任公司副總經(jīng)理，發(fā)表論文十多篇，主要從事礦山機(jī)電設(shè)備技術(shù)研究和現(xiàn)場(chǎng)管理工作。
序號(hào)
論文名稱
發(fā)表期刊
作者單位
作者
行業(yè)
3
《中國(guó)索道協(xié)會(huì)第四屆一次理事會(huì)暨索道技術(shù)論壇》
華山三特索道
杜軍紅 彭?xiàng)?/div>
索道
14
《煤礦機(jī)電》
晉城藍(lán)焰煤業(yè)股份有限公司
郭東兵
煤炭
21
《經(jīng)濟(jì)管理》
山東黃金礦業(yè)萊州有限公司焦家金礦
尹海林
金礦
35
《煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》
批準(zhǔn)執(zhí)行：國(guó)家發(fā)改委
TCK·W
煤炭
36
中國(guó)煤炭機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)、煤礦與煤炭城市發(fā)展工作委員會(huì)
煤炭
40
能 源 與 環(huán) 保
河南能源化工集團(tuán) 永煤公司陳四樓煤礦 永煤公司職工培訓(xùn)學(xué)校
奐光潤(rùn)1，謝良魁2，張 豪1，鄧高鵬1
42
機(jī)電工程技術(shù)2018年第47卷第08期
山西科林礦山檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司
張曦曦
煤礦
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