煤矿井下无极绳绞车牵引车钢丝绳在线监测安全检测报告

煤矿井下无极绳绞车牵引车钢丝绳在线监测安全检测报告一、监测背景与设备概况（一）监测背景无极绳绞车作为煤矿井下辅助运输的关键设备，承担着材料、设备及人员的运输任务，其运行安全性直接关系到矿井的生产效率与人员生命安全。钢丝绳作为无极绳绞车的核心承载部件，长期在井下复杂恶劣环境中运行，受到拉伸、磨损、腐蚀、疲劳等多种因素影响，极易出现断丝、磨损、锈蚀、变形等损伤，若不能及时发现并处理，可能引发钢丝绳断裂、跑车等重大安全事故。据煤矿安全事故统计数据显示，因钢丝绳失效导致的运输事故占井下辅助运输事故的30%以上，造成了严重的人员伤亡和财产损失。因此，对无极绳绞车牵引车钢丝绳实施在线监测，实时掌握钢丝绳的运行状态，提前发现安全隐患，对于保障煤矿井下运输安全具有重要意义。（二）设备概况本次监测的无极绳绞车牵引车位于XX煤矿XX采区运输巷，型号为SQ-80/110B，配套钢丝绳型号为6×19S+FC，公称直径24mm，公称抗拉强度1770MPa，钢丝绳总长度为1200m，于2024年3月投入使用，截至监测开始时已运行约27个月，累计运行里程约18000km。该绞车采用双滚筒缠绕式结构，配备有液压制动系统、张紧装置、声光信号装置等安全保护装置，主要负责采区工作面材料、设备的运输任务，日均运输量约80t，日均运行时间约12小时。二、监测系统组成与原理（一）监测系统组成本次采用的钢丝绳在线监测系统主要由传感器单元、数据采集传输单元、数据处理分析单元及监控显示单元四部分组成。传感器单元：包括磁通量传感器、磨损传感器、振动传感器及温度传感器。磁通量传感器安装在钢丝绳的非接触位置，通过检测钢丝绳周围磁场变化来识别断丝、锈蚀等内部损伤；磨损传感器采用接触式测量方式，实时监测钢丝绳的直径变化，以判断磨损程度；振动传感器安装在绞车滚筒及张紧装置上，通过采集钢丝绳运行过程中的振动信号，分析钢丝绳的运行稳定性及潜在故障；温度传感器布置在钢丝绳与滑轮、滚筒接触部位，监测钢丝绳的运行温度，预防因摩擦过热导致的钢丝绳损伤。数据采集传输单元：由数据采集器、信号放大器及无线传输模块组成。数据采集器负责将各传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，信号放大器对微弱信号进行放大处理，无线传输模块通过井下WiFi网络将采集到的数据实时传输至地面数据处理分析单元。数据处理分析单元：采用工业级服务器，搭载专业的钢丝绳损伤分析软件。该软件通过对采集到的磁通量、磨损量、振动频率、温度等数据进行分析处理，运用人工智能算法识别钢丝绳的损伤类型、损伤位置及损伤程度，并生成相应的监测报告。监控显示单元：包括地面监控中心的显示器及井下现场的显示屏。地面监控中心显示器实时显示钢丝绳的运行状态参数、损伤预警信息及历史监测数据，井下现场显示屏则为绞车操作人员提供钢丝绳的实时运行状态及预警提示。（二）监测系统原理断丝监测原理：基于漏磁检测原理，钢丝绳在制造过程中，内部钢丝被磁化，当钢丝绳出现断丝时，断丝处的磁场会发生变化，产生漏磁现象。磁通量传感器通过检测钢丝绳周围的漏磁信号，将其转换为电信号，经数据采集传输单元传输至数据处理分析单元，软件通过对漏磁信号的分析处理，判断断丝的数量、位置及大小。磨损监测原理：磨损传感器采用激光位移测量技术，通过发射激光束照射钢丝绳表面，接收反射激光信号，计算激光束的反射时间差，从而得出钢丝绳的直径变化量。当钢丝绳出现磨损时，直径会减小，通过实时监测直径变化量，可准确判断钢丝绳的磨损程度。振动监测原理：钢丝绳在运行过程中，若出现松股、变形、与滑轮或滚筒异常摩擦等情况，会产生异常振动信号。振动传感器采集这些振动信号，通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，分析信号的频率成分及幅值变化，判断钢丝绳的运行状态及潜在故障。温度监测原理：温度传感器采用热电偶测温技术，当钢丝绳与滑轮、滚筒接触摩擦时，会产生热量，导致钢丝绳温度升高。温度传感器实时监测钢丝绳的表面温度，当温度超过设定阈值时，系统发出预警信号，提示操作人员及时检查处理。三、监测内容与方法（一）监测内容本次监测主要包括钢丝绳的外观损伤、内部损伤、运行状态参数及环境参数四个方面。外观损伤监测：包括钢丝绳的磨损程度、表面锈蚀情况、变形情况（如松股、扭结、压扁等）及断丝数量。内部损伤监测：主要监测钢丝绳内部钢丝的断丝情况、锈蚀程度及疲劳损伤情况。运行状态参数监测：包括钢丝绳的张力变化、运行速度、加速度、振动频率及运行温度。环境参数监测：监测井下巷道的温度、湿度、粉尘浓度等环境参数，分析环境因素对钢丝绳性能的影响。（二）监测方法实时在线监测：监测系统24小时不间断采集钢丝绳的运行数据，通过数据处理分析单元实时分析钢丝绳的运行状态，当监测数据超过设定阈值时，系统自动发出预警信号。定期离线检测：在实时在线监测的基础上，每季度对钢丝绳进行一次离线检测，采用钢丝绳探伤仪对钢丝绳进行全面检测，获取钢丝绳的详细损伤情况，与在线监测数据进行对比分析，校准在线监测系统的监测精度。人工巡检：绞车操作人员每班对钢丝绳进行一次人工巡检，重点检查钢丝绳的外观损伤情况、张紧装置的工作状态、滑轮及滚筒的磨损情况等，并将巡检记录及时反馈至地面监控中心。四、监测结果与分析（一）外观损伤监测结果与分析磨损监测结果：监测数据显示，钢丝绳的平均磨损量为0.32mm，最大磨损量为0.58mm，位于钢丝绳与主滚筒接触的位置。根据《煤矿安全规程》规定，钢丝绳的直径减小量不得超过公称直径的10%，本次监测的钢丝绳公称直径为24mm，允许最大磨损量为2.4mm，实际最大磨损量远低于允许值，表明钢丝绳的磨损情况处于正常范围。分析其原因，主要是绞车操作人员定期对滑轮、滚筒进行润滑维护，减少了钢丝绳与滑轮、滚筒之间的摩擦磨损。锈蚀监测结果：通过外观检查及磁通量传感器监测发现，钢丝绳表面存在轻微锈蚀现象，主要分布在钢丝绳的中部及尾部位置，锈蚀面积约占钢丝绳总面积的5%。锈蚀深度较浅，未对钢丝绳的内部结构造成明显影响。经分析，锈蚀产生的原因主要是井下巷道湿度较大，钢丝绳长期暴露在潮湿环境中，且部分位置通风不畅，导致钢丝绳表面氧化锈蚀。变形监测结果：监测过程中未发现钢丝绳存在松股、扭结、压扁等变形情况，钢丝绳的外观形态保持良好。断丝监测结果：在线监测系统共检测到钢丝绳表面断丝3根，其中2根位于钢丝绳的端部位置，1根位于钢丝绳的中部位置，断丝直径均约为0.5mm。根据《煤矿安全规程》规定，提升钢丝绳的断丝数在一个捻距内不得超过总丝数的10%，本次监测的钢丝绳一个捻距长度约为144mm，总丝数为114根，允许最大断丝数为11根，实际断丝数远低于允许值，表明钢丝绳的断丝情况处于安全范围。（二）内部损伤监测结果与分析通过磁通量传感器监测及离线探伤检测发现，钢丝绳内部存在轻微疲劳损伤，主要表现为部分内部钢丝出现微小裂纹，但未出现内部断丝情况。疲劳损伤主要分布在钢丝绳与张紧装置滑轮接触的位置，该位置钢丝绳反复受到弯曲拉伸作用，应力集中现象较为明显，长期运行导致钢丝出现疲劳裂纹。经检测，疲劳裂纹的长度均小于1mm，深度小于0.2mm，未对钢丝绳的承载能力造成明显影响。（三）运行状态参数监测结果与分析张力变化监测结果：监测数据显示，钢丝绳的运行张力在12kN至18kN之间波动，平均张力为15kN，张力变化幅度较小，表明绞车的张紧装置工作状态良好，钢丝绳的张力保持稳定。当绞车启动、停止及运输重载时，钢丝绳的张力会出现短暂波动，但波动幅度均在允许范围内，未出现张力突变现象。运行速度监测结果：钢丝绳的运行速度在0.8m/s至1.2m/s之间变化，平均运行速度为1.0m/s，符合绞车的额定运行速度要求。在绞车加速、减速过程中，速度变化平稳，未出现速度突变现象，表明绞车的调速系统工作正常。振动频率监测结果：钢丝绳的运行振动频率主要集中在5Hz至15Hz之间，振动幅值较小，均在0.5mm以下，表明钢丝绳的运行状态较为稳定。当钢丝绳通过滑轮、滚筒时，振动频率会出现短暂升高，但升高幅度较小，未出现异常振动信号。运行温度监测结果：钢丝绳的运行温度在25℃至35℃之间变化，平均温度为30℃，与井下巷道的环境温度基本一致，未出现因摩擦过热导致的温度异常升高现象，表明钢丝绳与滑轮、滚筒之间的摩擦处于正常范围。（四）环境参数监测结果与分析监测数据显示，井下巷道的温度在22℃至28℃之间波动，平均温度为25℃；湿度在70%至90%之间变化，平均湿度为80%；粉尘浓度在10mg/m³至20mg/m³之间，平均粉尘浓度为15mg/m³。较高的湿度是导致钢丝绳表面锈蚀的主要原因，而粉尘浓度较高则会加速钢丝绳与滑轮、滚筒之间的磨损。因此，需要加强井下巷道的通风除湿及粉尘治理工作，改善钢丝绳的运行环境。五、存在的问题与隐患（一）钢丝绳表面锈蚀问题虽然目前钢丝绳的锈蚀情况较为轻微，但随着运行时间的延长，若不及时采取有效的防护措施，锈蚀程度可能会逐渐加重，导致钢丝绳的强度降低，增加钢丝绳断裂的风险。尤其是在钢丝绳的中部及尾部位置，由于通风不畅，湿度较大，锈蚀现象更为明显，需要重点关注。（二）内部钢丝疲劳损伤问题钢丝绳与张紧装置滑轮接触的位置存在轻微疲劳损伤，若长期运行，疲劳裂纹可能会逐渐扩展，导致内部钢丝断裂，影响钢丝绳的承载能力。该位置是钢丝绳运行过程中的应力集中区域，反复受到弯曲拉伸作用，疲劳损伤发展速度相对较快，需要加强监测与维护。（三）环境因素影响问题井下巷道湿度较大、粉尘浓度较高，对钢丝绳的运行寿命造成了一定影响。潮湿环境加速了钢丝绳的氧化锈蚀，粉尘则增加了钢丝绳与滑轮、滚筒之间的磨损，长期处于这样的环境中，会缩短钢丝绳的使用寿命，增加安全隐患。六、整改措施与建议（一）钢丝绳防护措施对钢丝绳表面进行除锈处理，采用钢丝刷、砂纸等工具清除钢丝绳表面的锈蚀层，然后涂抹专用的钢丝绳防锈油脂，形成保护膜，防止钢丝绳进一步锈蚀。除锈及涂油工作每季度进行一次，重点加强钢丝绳中部及尾部锈蚀严重位置的防护。定期对钢丝绳进行润滑维护，每月对钢丝绳涂抹一次润滑油，确保钢丝绳表面始终保持良好的润滑状态，减少钢丝绳与滑轮、滚筒之间的摩擦磨损。润滑油应选用符合煤矿安全标准的专用钢丝绳润滑油，具有良好的润滑性、防锈性及抗磨损性能。（二）疲劳损伤监测与维护措施加强对钢丝绳与张紧装置滑轮接触位置的监测频率，将该位置的在线监测数据采集频率从原来的每10分钟一次提高至每5分钟一次，实时掌握疲劳损伤的发展情况。同时，每两个月对该位置进行一次离线探伤检测，详细检测疲劳裂纹的长度、深度及数量变化。定期检查张紧装置滑轮的磨损情况，每季度对滑轮的直径、圆度及表面粗糙度进行检测，若发现滑轮磨损严重，及时更换滑轮，减少钢丝绳与滑轮之间的应力集中。同时，调整张紧装置的张紧力，确保钢丝绳在运行过程中张力稳定，避免因张力波动导致疲劳损伤加剧。（三）环境改善措施优化井下巷道的通风系统，在钢丝绳运行的主要区域增加通风设备，提高巷道的通风量，降低巷道内的湿度。同时，在巷道的中部及尾部位置安装除湿装置，进一步改善局部环境的湿度条件。加强井下粉尘治理工作，在运输巷的转载点、卸载点等粉尘产生源头安装喷雾降尘装置，定期对巷道进行洒水降尘，降低巷道内的粉尘浓度。同时，为绞车操作人员配备防尘口罩等防护用品，保障操作人员的身体健康。（四）日常管理措施建立健全钢丝绳监测维护档案，详细记录钢丝绳的运行参数、监测数据、维护保养情况及损伤处理情况，定期对档案进行分析总结，为钢丝绳的合理使用及更换提供依据。加强绞车操作人员的培训教育，提高操作人员的安全意识及操作技能，使其能够正确操作绞车设备，及时发现并处理钢丝绳运行过程中出现的异常情况。同时，制定严格的操作规程，规范操作人员的操作行为，避免因操作不当导致钢丝绳损伤。定期对钢丝绳在线监测系统进行校准维护，每半年对传感器、数据采集传输单元等设备进行一次校准检测，确保监测数据的准确性。同时，对监测系统的软件进行升级优化，提高系统的数据分析处理能力及预警准确性。七、监测结论通过本次对煤矿井下无极绳绞车牵引车钢丝绳的在线监测及分析，得出以下结论：本次监测的无极绳绞车牵引车钢丝绳整体运行状态良好，磨损、断丝、锈蚀等损伤情况均处于《煤矿安全规程》允许范围内，能够满足当前矿井运输的安全需求。钢丝绳表面存在轻微