鋼絲繩是煤礦提升系統(tǒng)的核心承載構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)完整性直接關(guān)系到運(yùn)行安全與穩(wěn)定。在高載荷、高頻循環(huán)及井下惡劣環(huán)境作用下，鋼絲繩易發(fā)生疲勞斷絲、磨損與腐蝕等損傷。筆者系統(tǒng)綜述了鋼絲繩無損檢測技術(shù)與裝備的發(fā)展進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了漏磁檢測技術(shù)的基本原理和應(yīng)用優(yōu)勢，并分析了其他檢測技術(shù)在鋼絲繩檢測領(lǐng)域中的不足之處；探討了信號預(yù)處理、缺陷智能定量識別及深度學(xué)習(xí)診斷等關(guān)鍵技術(shù)；總結(jié)了礦用便攜式與固定式在線監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)現(xiàn)狀。展望了多物理場融合檢測、智能故障診斷及全生命周期健康管理等未來發(fā)展方向，旨在構(gòu)建適應(yīng)復(fù)雜工況、滿足實時在線監(jiān)測需求的高可靠性檢測體系。

文章來源：《智能礦山》2026年第1期“科創(chuàng)探討”欄目

第一作者：胡而已，博士，研究員，主要從事智慧應(yīng)急、礦山智能化、智能傳感與機(jī)器人等技術(shù)研究。E-mail：horyhu@126.com

作者單位：應(yīng)急管理部信息研究院；華中科技大學(xué)；中國安全生產(chǎn)協(xié)會；中國礦業(yè)大學(xué)

引用格式：胡而已，王東橋，周垚，等. 鋼絲繩無損檢測技術(shù)及裝備研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]. 智能礦山，2026，7（1）：79-85.

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礦井提升系統(tǒng)是煤礦井下物料與人員運(yùn)輸?shù)暮诵脑O(shè)備，其安全運(yùn)行直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)的連續(xù)性與作業(yè)人員的生命安全。鋼絲繩作為提升系統(tǒng)中承載與牽引的關(guān)鍵部件，長期運(yùn)行在高載荷、高頻率及井下惡劣環(huán)境（如潮濕、腐蝕、粉塵、電磁干擾）中，極易發(fā)生斷絲、磨損、銹蝕等多類損傷。據(jù)統(tǒng)計，我國礦山生產(chǎn)總安全事故中，由于提升鋼絲繩故障引發(fā)的安全事故占比高達(dá)29.6%。鋼絲繩一旦發(fā)生斷裂事故，輕則停產(chǎn)，重則造成人員傷亡與重大財產(chǎn)損失。例如，2024年3月，遼寧某煤礦鋼絲繩腐蝕斷裂導(dǎo)致墜罐事故，造成3人遇難、1人受傷；2025年1月，貴州某煤礦中的鋼絲繩繃斷導(dǎo)致1人死亡，3人受傷。因此，礦山鋼絲繩可靠性及安全性是確保礦山提升運(yùn)輸設(shè)備不發(fā)生物毀人亡等重大事故的先決條件。

為保障提升機(jī)的運(yùn)行安全，2025年8月，國家礦山安監(jiān)局發(fā)布的《煤礦安全規(guī)范》規(guī)定：提升鋼絲繩必須每天檢查1次，且大型以上礦井的提升系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用無損探傷與人工檢測相結(jié)合的方式；同年發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 46010—2025《信息技術(shù) 礦山大數(shù)據(jù) 技術(shù)要求》要求：礦山生產(chǎn)數(shù)據(jù)需包含鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)；國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51272—2018《煤炭工業(yè)智能化礦井設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》也要求：提升鋼絲繩檢測采用無損自動檢測設(shè)備。

因此，安全、高效地實現(xiàn)鋼絲繩健康狀態(tài)的在線檢測成為煤礦企業(yè)亟待解決的難題。目前，我國煤礦業(yè)仍主要采用人工法對鋼絲繩進(jìn)行檢測，即由質(zhì)檢工人對慢速運(yùn)行的鋼絲繩進(jìn)行手工觸摸和目視檢測，并用卡尺測量疑似損傷繩段直徑，其操作實況如圖1所示，人工檢測方法費(fèi)時耗力，且存在一定的安全隱患。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工檢測法的缺陷，采用先進(jìn)的漏磁無損檢測方法被廣泛應(yīng)用于鋼絲繩缺陷檢測領(lǐng)域，通過該技術(shù)，能夠在不破壞鋼絲繩結(jié)構(gòu)的情況下，檢測出其外部或內(nèi)部缺陷損傷。此外，渦流檢測法、視覺檢測法、超聲導(dǎo)波檢測法、聲發(fā)射檢測法、射線檢測法等無損檢測技術(shù)也受到了一定關(guān)注，但此類研究均處于實驗室階段，可靠性并未在實際工況中得到充分驗證。

圖1 人工目視法檢測鋼絲繩損傷情況

筆者系統(tǒng)總結(jié)了近年來鋼絲繩無損檢測技術(shù)與裝置的發(fā)展進(jìn)程，重點(diǎn)圍繞檢測原理、信號處理與定量識別技術(shù)和檢測裝備的演進(jìn)展開綜述。在總結(jié)并歸納鋼絲繩無損檢測基本理論框架的基礎(chǔ)上，對相關(guān)技術(shù)路徑進(jìn)行了系統(tǒng)分類，特別介紹了機(jī)器學(xué)習(xí)等智能算法在鋼絲繩缺陷識別中的應(yīng)用進(jìn)展與實際成效。同時，梳理了國內(nèi)外典型礦井提升鋼絲繩便攜式檢測與固定式在線監(jiān)測裝備的發(fā)展現(xiàn)狀，并對未來發(fā)展方向進(jìn)行了多維度展望，以期為礦井提升鋼絲繩安全監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與工程應(yīng)用提供理論參考與方向引導(dǎo)。

鋼絲繩無損檢測技術(shù)

鋼絲繩在長期服役過程中可能呈現(xiàn)復(fù)雜多樣的損傷形式，典型缺陷類型及其特征進(jìn)行了歸類總結(jié)見表1。從缺陷表現(xiàn)形式來看，除疲勞導(dǎo)致的微觀結(jié)構(gòu)退化外，鋼絲繩的損傷可主要劃分為2類：局部缺陷（LF）和金屬截面積損失（LMA）。其中，LF型缺陷表現(xiàn)為局部位置發(fā)生的突發(fā)性結(jié)構(gòu)損傷，典型形式包括斷絲、鋼絲的蝕坑、深度磨損或其他鋼絲繩局部物理狀態(tài)的退化等；LMA型缺陷為指鋼絲繩上特定區(qū)域中材料（質(zhì)量）缺損的相對度量，可用儀器進(jìn)行檢測，并通過比較檢測點(diǎn)與鋼絲繩上象征最大金屬截面積的基準(zhǔn)點(diǎn)測定。

表1 鋼絲繩缺陷類型及相關(guān)說明

鋼絲繩無損檢測是指在不影響鋼絲繩正常使用性能、不破壞其結(jié)構(gòu)完整性的前提下，借助專用檢測技術(shù)與裝備，對其在役狀態(tài)下的損傷情況進(jìn)行非接觸式識別與評估，并依據(jù)既定準(zhǔn)則推斷其當(dāng)前性能狀態(tài)與剩余使用壽命的過程。在實際工程應(yīng)用中，以漏磁檢測技術(shù)為主，將渦流、視覺、超聲導(dǎo)波、聲發(fā)射和射線等檢測技術(shù)引入鋼絲繩缺陷檢測領(lǐng)域，但此類研究均處于實驗室階段，未得到充分可靠的驗證。

1.1 漏磁檢測法

漏磁（MFL）技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于鐵磁性構(gòu)件缺陷檢測的電磁學(xué)技術(shù)。該技術(shù)主要基于鐵磁性材料的磁導(dǎo)率突變原理，當(dāng)鋼絲繩被磁化至飽和狀態(tài)后，若存在缺陷，磁力線會在缺陷處發(fā)生畸變，部分磁通泄漏至空氣中形成漏磁場。通過霍爾傳感器或感應(yīng)線圈捕獲漏磁信號，可實現(xiàn)斷絲、磨損等缺陷的識別。漏磁檢測的基本原理如圖2所示。

圖2 鋼絲繩漏磁檢測的基本原理

從文獻(xiàn)綜述來看，漏磁技術(shù)在鋼絲繩等鐵磁性構(gòu)件缺陷檢測中已經(jīng)取得了較為系統(tǒng)的發(fā)展，研究主要圍繞磁化方式、傳感器布置、裝置結(jié)構(gòu)、信號處理及建模分析等方面提出了多種創(chuàng)新方案，提升了漏磁檢測的靈敏度、魯棒性和適用范圍。隨著高靈敏度磁傳感器的發(fā)展，漏磁檢測法在鋼絲繩無損檢測領(lǐng)域已形成系統(tǒng)化研究體系與應(yīng)用范式，被認(rèn)定為可靠性最高的定量化檢測方法。

近年來，部分機(jī)構(gòu)將剩磁檢測技術(shù)引入鋼絲繩缺陷無損檢測領(lǐng)域，即在鋼絲繩未被強(qiáng)磁場完全磁化的情況下，僅利用殘余磁場（剩磁）的磁通泄漏來判斷缺陷。然而，剩磁檢測因磁化不足，僅依賴剩磁場信號，存在靈敏度低，尤其對內(nèi)部斷絲和金屬截面積損失無能為力，結(jié)果重復(fù)性差，且易受鋼絲繩歷史磁化狀態(tài)和外界干擾影響，常產(chǎn)生誤判，因此檢測數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、不可靠；相比之下，強(qiáng)磁MFL方法通過使鋼絲繩磁飽和，能均一化磁性能，準(zhǔn)確識別內(nèi)外缺陷并定量評估金屬損失，結(jié)果重復(fù)性好，已被國際標(biāo)準(zhǔn)廣泛認(rèn)可，所以剩磁檢測不適合作為鋼絲繩安全評估手段。在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21837-2023《鐵磁性鋼絲繩電磁檢測方法》中，已經(jīng)明確移除剩磁類儀器工作原理相關(guān)條款。

1.2 其他無損檢測法

目前，部分學(xué)者將渦流、視覺、超聲導(dǎo)波、聲發(fā)射和射線檢測法應(yīng)用于鋼絲繩缺陷無損檢測領(lǐng)域，為鋼絲繩缺陷檢測提供了新思路，但均處于實驗室階段，難以滿足實際生產(chǎn)工況的檢測需求，未真正應(yīng)用于鋼絲繩無損檢測中。

（1）基于被檢測體渦流效應(yīng)的渦流檢測（ECT）法由于存在趨膚效應(yīng)（電渦流集中在表面和近表面）只能檢測表面及近表面損傷，以及存在提離效應(yīng)只適合平整表面對象檢測，難以適應(yīng)有繩股繩槽且存在高速擺動運(yùn)行狀態(tài)的鋼絲繩檢測。

（2）視覺檢測是基于計算機(jī)視覺與圖像處理技術(shù)，首先難以檢測內(nèi)部損傷，其次鋼絲繩有潤滑油等覆蓋，且在實際鋼絲繩檢測任務(wù)中易受光照、油污及運(yùn)動模糊等因素干擾，導(dǎo)致鋼絲繩表層損傷都不易檢測出。

（3）超聲檢測（UGWT）由于探頭和被檢測體之間需要良好的耦合劑而不能有空氣氣隙層，且被檢測對象內(nèi)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)不能過于復(fù)雜，所以不適應(yīng)高速擺動運(yùn)行狀態(tài)、有繩股繩槽、絲股旋結(jié)構(gòu)的鋼絲繩的快速動態(tài)檢測。

（4）聲發(fā)射（AE）技術(shù)由于是基于材料內(nèi)部能量的微弱釋放，導(dǎo)致?lián)p傷信號非常微弱幾乎被噪聲所淹沒，不適應(yīng)高速擺動運(yùn)行狀態(tài)的鋼絲繩檢測。

（5）射線檢測法存在著對人體輻射的環(huán)保問題，以及在絲股旋空氣氣隙層結(jié)構(gòu)內(nèi)射線能量傳遞衰減復(fù)雜通常靜態(tài)拍照式實施，不適應(yīng)鋼絲繩的快速動態(tài)掃查探傷。

1.3 鋼絲繩檢測技術(shù)選擇依據(jù)

鋼絲繩作為重要承載構(gòu)件，其安全性直接關(guān)系到礦山、橋梁、起重設(shè)備等關(guān)鍵系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。選擇合適的無損檢測方法可提高缺陷檢出率和定位精度，避免過度檢測或漏檢風(fēng)險，并為后續(xù)的壽命評估和風(fēng)險管理提供數(shù)據(jù)支持，實現(xiàn)鋼絲繩的智能化、精準(zhǔn)化安全管理。鋼絲繩檢測技術(shù)選擇依據(jù)可以歸為以下5項內(nèi)容。

（1）滿足通用標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）為行業(yè)認(rèn)同的原理和方法。

（3）符合通用原理的技術(shù)實施特點(diǎn)。

（4）呈現(xiàn)清晰明了的信號形式。

（5）具有良好的實際損傷檢測效果。

相較于其他無損檢測技術(shù)，漏磁檢測基于鐵磁材料磁化后缺陷引起的漏磁場變化，較為直接、準(zhǔn)確地反映斷絲、磨損等典型缺陷特征，對外部和內(nèi)部缺陷均具備較高敏感性，而且檢測設(shè)備相對簡單，適合于鋼絲繩在役狀態(tài)下的在線快速檢測與長距離巡檢。

在美國ASTM E1571—11（2016）標(biāo)準(zhǔn)《鐵磁性鋼絲繩的電磁評估標(biāo)準(zhǔn)》、英國BS EN 12927：2019標(biāo)準(zhǔn)《載人鋼索的安全要求》和我國GB/T 21837—2023標(biāo)準(zhǔn)《鐵磁性鋼絲繩電磁檢測方法》中均明確納入漏磁檢測技術(shù)為鐵磁性鋼絲繩的可靠檢測技術(shù)。國內(nèi)外學(xué)者基于漏磁檢測原理對鋼絲繩缺陷取得了良好的檢測效果。漏磁檢測技術(shù)遵從能量守恒定律，磁激勵單元與磁敏單元同時作用，符合從能量輸入到能量輸出（攜帶信息）的傳輸模式。鋼絲繩的斷絲缺陷漏磁信號呈現(xiàn)出明顯的雙峰特征，易于觀察和區(qū)分。因此，漏磁檢測技術(shù)是當(dāng)前最可靠的鋼絲繩缺陷無損檢測技術(shù)，鋼絲繩斷絲缺陷的典型漏磁信號如圖3所示。

圖3 鋼絲繩斷絲缺陷的典型漏磁信號

漏磁信號處理與定量識別技術(shù)

2.1 信號預(yù)處理

基于電磁檢測法對鋼絲繩缺陷進(jìn)行檢測時，鋼絲繩螺旋結(jié)構(gòu)引起的股波噪聲信號易與缺陷信號混疊，增加了非周期沖擊類缺陷的識別難度。檢測過程中儀器抖動、鋼絲繩自身振動以及繩索表面臟污引發(fā)的行走輪擾動也會導(dǎo)致缺陷信號中夾雜振動噪聲信號。此外，背景噪聲等干擾信號也會影響檢測準(zhǔn)確性。鋼絲繩損傷信號中的噪聲示例如圖4所示，因此，信號預(yù)處理是確保損傷特征提取與定量識別的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖4 鋼絲繩損傷信號中的噪聲示例

部分學(xué)者針對鋼絲繩缺陷信號中的噪聲干擾開展了降噪和濾波算法研究。鋼絲繩MFL檢測中振動噪聲與股波噪聲干擾，分析其空間特性并建立多通道MFL信號仿真模型，提出融合多通道信號處理與成像的組合方法；針對鋼絲繩無損檢測中漏磁信號較弱且受多源噪聲干擾嚴(yán)重的問題，提出了一種基于改進(jìn)Hilbert-Huang變換與多步濾波相結(jié)合的信號處理方法；針對鋼絲繩漏磁檢測中由懸空抖動引起的強(qiáng)噪聲干擾問題，提出了一種基于形態(tài)學(xué)圖像處理的抖動噪聲抑制方法；針對鋼絲繩漏磁圖像中噪聲干擾與結(jié)構(gòu)畸變影響缺陷識別的問題，提出了一種基于圖像塊重建與對稱殘差判據(jù)的自適應(yīng)局部缺陷檢測方法。

鋼絲繩無損檢測過程中各種噪聲是影響缺陷信號識別的關(guān)鍵難題。從現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，信號預(yù)處理技術(shù)的發(fā)展提升了鋼絲繩缺陷檢測的可靠性與適用性，其本質(zhì)是對缺陷信號與噪聲特征的有效區(qū)分與建模。未來研究重點(diǎn)為進(jìn)一步整合多種信號處理方法，構(gòu)建兼具高信噪比保持能力、原始特征保真度與多工況適應(yīng)性的智能化預(yù)處理系統(tǒng)，為鋼絲繩缺陷的定量識別與工程應(yīng)用提供更加穩(wěn)健的技術(shù)支撐。

2.2 智能定量識別

隨著電磁無損檢測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，對鋼絲繩進(jìn)行準(zhǔn)確評估和檢測已被確定為高精度、高靈敏度行業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵要求。為了準(zhǔn)確、定量地評估鋼絲繩的缺陷信息，提出了多種特征提取、定量識別缺陷技術(shù)；為準(zhǔn)確評估鋼絲繩剩余載荷能力，并預(yù)防斷繩事故奠定了堅實基礎(chǔ)。國內(nèi)外研究人員利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逐級迭代獲取輸入和輸出內(nèi)在聯(lián)系的特點(diǎn)，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用于鋼絲繩缺陷檢測領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

圖5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

2.3 漏磁信號處理與定量識別技術(shù)比較分析

漏磁信號預(yù)處理與智能識別技術(shù)的協(xié)同發(fā)展，為鋼絲繩缺陷檢測的高精度化與智能化提供了堅實基礎(chǔ)。通過有效分離噪聲與缺陷特征，信號預(yù)處理確保了后續(xù)特征提取與定量分析的可靠性；基于機(jī)器（深度）學(xué)習(xí)的智能識別方法，在缺陷類型判別和參數(shù)定量評估中展現(xiàn)出更高的精度與魯棒性。二者的結(jié)合，提升了檢測結(jié)果的可信度和穩(wěn)定性，拓展了復(fù)雜工況下的適用范圍。未來的研究應(yīng)著重于融合多源檢測信息與先進(jìn)智能算法，進(jìn)一步構(gòu)建具備自適應(yīng)能力、強(qiáng)魯棒性與廣泛適用性的檢測與識別系統(tǒng)。

礦用鋼絲繩缺陷檢測裝置

鋼絲繩缺陷無損檢測技術(shù)種類眾多，但大部分技術(shù)或設(shè)備仍處于實驗室試驗階段，實際在煤礦等復(fù)雜工況下的鋼絲繩檢測、監(jiān)測裝備仍以漏磁檢測原理為主，此類裝置按照設(shè)備部署方式可以分為便攜式、固定式和自主爬行檢測式3種。

3.1 便攜式無損檢測儀

由于鋼絲繩的應(yīng)用領(lǐng)域廣，且螺旋結(jié)構(gòu)相對統(tǒng)一，相應(yīng)的便攜式無損探傷裝置國內(nèi)外均有生產(chǎn)。在國際市場上，美國NDT Technology、波蘭LRM-NDE Laboratory、意大利AMC instruments等公司占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位。部分國外便攜式鋼絲繩檢測儀如圖6所示。

圖6 部分國外便攜式鋼絲繩檢測儀

美國NDT Technology公司生產(chǎn)的LMA系列鋼絲繩缺陷檢測裝置（圖6a），采用了磁通壓縮技術(shù)，將鋼絲繩磁化至近飽和狀態(tài)，并沿繩軸方向施加強(qiáng)磁場，激發(fā)繩索內(nèi)部及表面缺陷引發(fā)磁通泄漏，利用多通道傳感頭實時探測由斷絲、磨損等缺陷引起的漏磁信號。INTROS-AUTO是由俄羅斯INTRON PLUS公司研制的自動化鋼絲繩無損檢測裝置（圖6b），基于漏磁檢測原理，通過內(nèi)置強(qiáng)永磁體使鋼絲繩磁化，并利用霍爾傳感器與感應(yīng)線圈檢測因斷絲、腐蝕或磨損引起的磁場畸變。意大利AMC instruments公司基于漏磁原理所研發(fā)的ROPE系列鋼絲繩缺陷檢測裝置（圖6c）內(nèi)置鋼絲繩居中系統(tǒng)，通過輪組進(jìn)行機(jī)械引導(dǎo)，提高信號質(zhì)量，并減少襯套間的摩擦，集成式編碼器系統(tǒng)，實現(xiàn)缺陷的精準(zhǔn)定位；波蘭LRM-NDE Laboratory公司所設(shè)計的LRM XXI鋼絲繩探傷系統(tǒng)，集成了不銹鋼 LRM MH測量頭（圖6d），內(nèi)置 LMA與 LF傳感器，可精準(zhǔn)定位長段金屬流失與斷絲、凹坑等缺陷。裝置通過可調(diào)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和編碼器同步測量繩速與位置，并將信號由錄入至LRMXXI-B Recorder記錄儀，實時生成缺陷波形、百分比損失、位置映射及對比國際標(biāo)準(zhǔn)。

部分國內(nèi)便攜式鋼絲繩檢測儀如圖7所示，國內(nèi)部分高?；蚱髽I(yè)也研發(fā)了鋼絲繩無損檢測裝置。

圖7 部分國內(nèi)便攜式鋼絲繩檢測儀

1984年，華中科技大學(xué)無損檢測團(tuán)隊研發(fā)出國內(nèi)首臺套符合國家標(biāo)準(zhǔn)的便攜式鋼絲繩檢測儀，后續(xù)不斷迭代升級，其代表型號便攜式鋼絲繩檢測儀（圖7a）計算機(jī)系統(tǒng)式和（圖7b）嵌入系統(tǒng)臂式，該檢測儀基于漏磁檢測原理設(shè)計，漏磁檢測組件通過一種浮動跟蹤結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對鋼絲繩姿態(tài)的實時跟蹤，適配16~60 mm范圍內(nèi)多種規(guī)格鋼絲繩，具有較高的檢測信噪比，適用于鋼絲繩高速、大幅擺動情況下的檢測需求。

3.2 固定安裝式在線監(jiān)測系統(tǒng)

固定安裝式鋼絲繩缺陷檢測裝置是一種集成于關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)中的永久性、自動化監(jiān)測解決方案，其核心價值在于實現(xiàn)對鋼絲繩結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行連續(xù)、實時、非侵入式的在線監(jiān)控。該裝置通過永久集成在鋼絲繩的運(yùn)行路徑上，如提升系統(tǒng)的進(jìn)出繩區(qū)，成為設(shè)備本體的一部分，從根本上解決了傳統(tǒng)定期檢測存在的監(jiān)測盲區(qū)、時效性差、依賴人工經(jīng)驗等痛點(diǎn)。目前礦井提升機(jī)多數(shù)為多繩提升系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國外鋼絲繩無損檢測公司罕有生產(chǎn)多繩缺陷在線監(jiān)測裝置，而主要采用便攜式檢測設(shè)備檢測完撤走的方式。因此在本節(jié)主要介紹國內(nèi)多繩缺陷監(jiān)測裝置的研制進(jìn)展。

圖8 多繩全自動高精智能檢測系統(tǒng)

2010年，華中科技大學(xué)無損檢測團(tuán)隊研發(fā)的世界首臺套符合國家標(biāo)準(zhǔn)的多繩全自動高精智能檢測系統(tǒng)如圖8所示，面向礦井提升鋼絲繩在線無損檢測的智能裝備，采用非接觸式復(fù)合電磁探頭結(jié)合柔性跟蹤機(jī)構(gòu)和PLC控制，實現(xiàn)對運(yùn)行中鋼絲繩的連續(xù)、精準(zhǔn)檢測。系統(tǒng)通過恒磁激勵技術(shù)獲取斷絲、磨損、銹蝕等缺陷信息，借助智能濾波與識別算法從高噪聲環(huán)境中提取有效信號，具備較強(qiáng)的抗干擾能力。自動開合結(jié)構(gòu)保證探頭與鋼絲繩穩(wěn)定貼合，數(shù)據(jù)經(jīng)多通道高速采集后上傳至計算機(jī)進(jìn)行分析評估。該系統(tǒng)集探傷監(jiān)測、遠(yuǎn)程視頻、數(shù)據(jù)處理于一體，現(xiàn)已在中國長江三峽集團(tuán)有限公司、金川集團(tuán)股份有限公司、河南神火煤電股份有限公司應(yīng)用。

3.3 自主式檢測機(jī)器人

對于“靜態(tài)”鋼絲繩，例如礦山尾繩，橋梁拉索、旅游滑索、施工扣索等鋼絲繩，由于無法動起來穿過檢測傳感器，所以傳統(tǒng)的便攜式和固定式的無法完成探傷。2017年，華中科技大學(xué)無損檢測團(tuán)隊研發(fā)出世界首臺套符合國家標(biāo)準(zhǔn)的自主式鋼絲繩檢測機(jī)器人如圖9所示，已在中國長江三峽集團(tuán)有限公司、鄂黃長江公路大橋等得到應(yīng)用。

圖9 國內(nèi)自主式檢測機(jī)器人

近年來國內(nèi)在多繩智能檢測方面取得突破，部分監(jiān)測系統(tǒng)已在礦山現(xiàn)場驗證其穩(wěn)定性與實用性，標(biāo)志著鋼絲繩無損檢測技術(shù)逐步走向智能化與工程化。礦井提升鋼絲繩缺陷檢測裝置主要分為便攜式與固定式2類。

（1）便攜式檢測儀多采用漏磁原理，結(jié)合機(jī)械導(dǎo)向或隨動定心機(jī)構(gòu)以保持鋼絲繩居中，部分設(shè)備設(shè)計有浮動跟蹤或自動變徑裝置，適應(yīng)不同直徑鋼絲繩，并在高速、大幅擺動條件下維持較高信噪比。

（2）固定式在線監(jiān)測系統(tǒng)通過柔性跟蹤、自動開合及恒磁激勵技術(shù)實現(xiàn)穩(wěn)定貼合，提離間隙可控，獲得更高質(zhì)量信號，實現(xiàn)對多繩系統(tǒng)的連續(xù)實時監(jiān)測，有效彌補(bǔ)人工與定期檢測的不足。

展 望

未來鋼絲繩無損檢測技術(shù)與裝備的演進(jìn)，將呈現(xiàn)“多物理場融合檢測→智能化診斷→全生命周期管理”協(xié)同發(fā)展的趨勢。結(jié)合礦山智能化和本質(zhì)安全化的行業(yè)需求，重點(diǎn)展開以下5個方面的研究。

（1）多模態(tài)與多物理場融合檢測

現(xiàn)有方法各具優(yōu)劣，單一技術(shù)難以覆蓋所有缺陷類型與復(fù)雜工況?，F(xiàn)已有少量關(guān)于多物理場融合檢測鋼絲繩缺陷的研究，雖提升了鋼絲繩缺陷檢測性能，但仍存在缺陷類型覆蓋不足且多集中于表面損傷，現(xiàn)場適應(yīng)性驗證不足等局限。未來應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展漏磁、超聲、視覺、熱成像、聲發(fā)射等多物理場信息的同步采集與融合反演技術(shù)，通過數(shù)據(jù)同源化與特征互補(bǔ)，實現(xiàn)從表層到內(nèi)部、從宏觀到微觀的全覆蓋檢測。尤其是針對深井高載荷、多繩并行運(yùn)行的復(fù)雜環(huán)境，多模態(tài)融合有望提升缺陷識別的全面性與可靠性。

（2）智能化信號處理與深度學(xué)習(xí)診斷

采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與多任務(wù)學(xué)習(xí)等人工智能方法，將在缺陷模式識別、趨勢預(yù)測和不確定性評估方面發(fā)揮更大作用。未來系統(tǒng)可結(jié)合在線自適應(yīng)學(xué)習(xí)與遷移學(xué)習(xí)，實現(xiàn)不同礦山、不同鋼絲繩規(guī)格間的快速泛化；同時引入可解釋人工智能，提升診斷結(jié)果的透明度與可信度，為安全決策提供可溯源依據(jù)。

（3）全生命周期健康管理

采用無損檢測發(fā)現(xiàn)缺陷，應(yīng)與剩余壽命預(yù)測、健康指數(shù)評估以及維護(hù)決策優(yōu)化相結(jié)合。未來可構(gòu)建面向鋼絲繩全壽命的數(shù)字孿生系統(tǒng)，將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與力學(xué)退化模型、環(huán)境負(fù)荷模型耦合，實現(xiàn)預(yù)測-預(yù)警-維護(hù)-驗證的閉環(huán)管理，從而最大化使用壽命、降低停機(jī)損失。

（4）礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與邊緣計算的融合應(yīng)用

未來檢測系統(tǒng)可與礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺無縫對接，利用邊緣計算實現(xiàn)現(xiàn)場快速數(shù)據(jù)預(yù)處理與異常識別，將核心特征上傳至云端進(jìn)行深度分析與長期趨勢建模，減少數(shù)據(jù)傳輸壓力并提升實時性。

（5）標(biāo)準(zhǔn)化與國際化協(xié)同

針對多檢測技術(shù)、多設(shè)備制造商、多礦山運(yùn)營商的現(xiàn)實情況，亟須制定統(tǒng)一的鋼絲繩無損檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與性能評價體系，明確檢測靈敏度、定位精度、報廢判據(jù)等指標(biāo)。

結(jié) 語

鋼絲繩無損檢測技術(shù)對礦井提升等關(guān)鍵裝備的安全運(yùn)行至關(guān)重要。當(dāng)前，漏磁檢測因靈敏度高和標(biāo)準(zhǔn)化程度高仍占主導(dǎo)，但復(fù)雜工況和多樣化缺陷決定了多方法協(xié)同是未來方向。檢測精度的提升依賴高性能傳感器與高效信號處理，并需結(jié)合對疲勞、腐蝕、磨損等退化機(jī)理的深入理解，以實現(xiàn)可靠判傷與壽命預(yù)測。人工智能與大數(shù)據(jù)的引入正推動檢測系統(tǒng)向智能化、定量化發(fā)展，既提升缺陷識別的準(zhǔn)確性，也支持全壽命健康管理?？傮w而言，未來鋼絲繩無損檢測將沿方法融合-傳感優(yōu)化-智能診斷的路徑演進(jìn)，為智能礦山建設(shè)與本質(zhì)安全提供有力保障。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

刊載欄目：企業(yè)/團(tuán)隊/人物專訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報道等。

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期刊成果：創(chuàng)刊5年來，策劃出版了“中國煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團(tuán)智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會”“煤炭清潔高效利用先進(jìn)成果發(fā)布會”“《智能礦山》理事、特約編輯年會暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運(yùn)維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動20余次。組建了理事會、特約編輯團(tuán)隊、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團(tuán)隊，打造了“刊-網(wǎng)-號-群-庫”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺，全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗。

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