8.1. Wprowadzenie
W ocenie stanu lin nośnych pracujących w wyciągach szybowych istnieje zasada wykonywania badań wszystkimi dostępnymi metodami [40]. Podstawowymi metodami badawczymi są badanie wizualne i badanie magnetyczne. Oprócz tego zgodnie z powyższą zasadą w ocenie stanu lin wykorzystuje się inne dostępne sygnały diagnostyczne i wskaźniki:
pomiary długości skoku i średnicy [53], pomiar wydłużenia eksploatacyjnego [53], obserwację rozkładu pęknięć drutów [53, 54], obserwację narastania liczby pęknięć drutów [53], obliczanie wskaźnika pracy [54],
inne informacje [46].
Podstawą prognozowania czasu bezpiecznej pracy lin jest ich aktualny stan techniczny oraz analiza zmiany ich stanu w funkcji czasu (od początku eksploatacji) [10]. Wydaje się, że prognozowanie w diagnostyce lin jest najtrudniejsze i zarazem najważniejsze. Oprócz osłabienia w prognozowaniu rzeczoznawca uwzględnia również wszystkie inne informacje związane z eksploatacją (np. zmiana natężenia ruchu), jak również wykorzystuje własne doświadczenia [26]. Jak wcześniej wykazano, na niektóre parametry, które wykorzystuje się w ocenie stanu lin, ma wpływ zjawisko ich kręcenia się wokół własnych osi. Fakt ten należy uwzględnić i należy odpowiednio skorygować te parametry. Kręcenie się lin potencjalnie generuje różne formy zużycia dla różnych konstrukcji lin. Przedstawiono to w punkcie 6. Informacja ta o kręceniu się lin jest ważna w ocenie ich stanu i w prognozowaniu tego stanu. Oprócz tego należy poszukiwać innych informacji (sygnałów diagnostycznych) związanych z eksploatacją lin. Takie działania są w pełni uzasadnione z uwagi na trudne do interpretacji przypadki spotykane w diagnostyce stanu lin nośnych. Dotyczy to szczególnie nowych konstrukcji lin, które od niedawna są stosowane jako liny nośne w wyciągach szybowych. Są to liny nieodkrętne Notorplast oraz liny typu Dyform. Każdy sygnał diagnostyczny informuje o stanie obiektu i w efekcie jest podstawą prawidłowej oceny tego stanu. W konsekwencji działania te prowadzą do podniesienia poziomu bezpieczeństwa pracy całego systemu [52]. Poniżej przedstawiono propozycje takich działań uwzględniając informacje o kręceniu się lin nośnych podczas ich pracy.
8.2. Interpretacja wydłużenia eksploatacyjnego lin nośnych wyciągów szybowych w kontekście diagnostyki ich stanu
Jak przedstawiono w punkcie 4.2 i 4.3 wydłużenie eksploatacyjne pracującej liny jest efektem wydłużenia trwałego i quasi trwałego (równania 4.4 i 4.5). Wynika z tego
76
ważny wniosek: z faktu, że zmierzone wydłużenie jest względnie małe nie wynika wcale, że stan techniczny liny jest dobry. W opinii autora tej pracy w większości przypadków parametr względnego wydłużenia może mylnie informować o dobrym stanie technicznym lin. Uzasadniono to teoretycznie w punkcie 4.2. i potwierdzono przykładami praktycznymi w punkcie 4.3. Drugi wniosek praktyczny dotyczy faktu, że jeżeli zmierzone wydłużenie jest względnie duże to stan techniczny lin nie musi być zły. Przypadki takie znane są z praktyki eksploatacyjnej. Jednak tych przypadków jest niewiele. Należy podkreślić, że wnioski te dotyczą lin kręcących się. W przypadku lin nieodkrętnych parametr określający ich wydłużenie poprawnie informuje o stanie technicznym. Przedstawiono to w punkcie 4.3.
Uwzględniając informacje przedstawione w punktach 4.1. i 4.2. można określić przyczynę ponownego wydłużenia się lin w końcowej fazie eksploatacji. Przykład takiego przebiegu wydłużenia przedstawiono na rysunku 4.4. Ponowne szybsze wydłużenie jest spowodowane zmniejszeniem się kręcenia liny wokół własnej osi. W tym przypadku składnik quasi trwałego wydłużania jest dodatni. Przypadek jest przedstawiony na rysunku 4.2b. Przyczyną w tym przypadku może być korozja lub starcia wewnętrzne, które powodują częściowe zatarcie się liny. Podobny przebieg wydłużenia stwierdza się w wyniku doświadczeń laboratoryjnych polegających na badaniach zmęczeniowych odcinków lin [8, 13, 46]. Stwierdzane tam ponowne wydłużenie występuje wkrótce przed zerwaniem liny i spowodowane jest zupełnie inną przyczyną. Jest nią lawinowe pękanie drutów. Należy zauważyć, że osłabienia liny nośnej pracującej i liny badanej zmęczeniowo w momencie ich ponownych wydłużeń znacznie się różnią. Osłabienie liny pracującej jest rzędu wielkości poniżej 20% [40, 54], natomiast osłabienie liny badanej zmęczeniowo jest znacznie większe. Przypuszczenie, że istnieją dwie różne przyczyny takich ponownych wydłużeń jest logiczną konsekwencją analizy pracy tych lin.
Podobnie można uzasadnić samoskracanie się lin. Zgodnie z nomenklaturą stosowaną w tej pracy jest to wydłużenie ujemne. Spowodowane jest zwiększeniem się kręcenia liny wokół własnej osi. Składnik quasi trwałego wydłużania w tym przypadku jest ujemny. Lina kręci się bardziej, czego skutkiem jest jej skrócenie. Przypadek ten przedstawiony jest na rysunku 4.2c.
8.3. Określenie przyczyn niektórych objawów zużycia lin nośnych pracujących w wyciągach szybowych
Jak przedstawiono w punkcie 6 kręcenie się lin ma wpływ na ich zużycie zmęczeniowe. Skutki tego zjawiska są różne dla różnych konstrukcji lin. Na tej podstawie można uzasadnić przyczyny powstawania niektórych objawów zużycia. Najbardziej charakterystyczne to pękanie zmęczeniowe drutów lin trójkątnosplotkowych pracujących w wyciągach zrębowych i pękanie drutów lin o styku liniowym z jednoczesnym ich poluźnieniem. Prawidłowe zdiagnozowanie przyczyn objawów
77
zużycia jest ważne szczególnie w prognozowaniu czasu ich bezpiecznej pracy [10, 27, 52].
Informacje zawarte w punkcie 6 mogą być pomocne w diagnostyce lin typu Dyform o styku powierzchniowo-liniowym drutów, które obecnie wchodzą do eksploatacji w miejsce lin trójkątnosplotkowych. Dotychczas brak jest doświadczeń eksploatacyjnych dotyczących tych lin uzyskanych w polskich kopalniach. Należy przypuszczać, że objawy zużycia tych lin mogą być podobne jak w przypadku lin o styku liniowym. Prawdopodobnie zmiana długości skoku lin typu Dyform i lin o styku liniowym drutów będzie powodowała podobne skutki w aspekcie zużycia. Przykład zużycia lin typu Dyform opisali autorzy pracy [41]. Był to komplet lin pracujących w głębokim szybie kopalni w Republice Południowej Afryki. Stwierdzono, że liny te zachowują się bardzo podobnie jak liny o liniowym styku drutów w splotce.
8.4. Metoda diagnostyczna oceny stanu na podstawie ciągłego pomiaru długości skoku i średnicy liny
Pomiary średnic i długości skoków lin wykonywane są obligatoryjnie i dokumentowane w formie tabel [53]. Pomiary zgodnie z przepisem wykonywane są na całych długościach lin, punktowo co 50m. Wykonywane są przez osoby dozoru podczas rewizji lin. Przepis nie precyzuje kryteriów ilościowych zmian tych parametrów dla lin eksploatowanych, a zatem są to parametry jakościowe i ich interpretacja zależy od uznania rzeczoznawcy. Istotne znaczenie ma tutaj sposób wykonywania tych pomiarów, którego przepis nie określa. W praktyce nie ma jednakowego sposobu wykonywania tych pomiarów i rzeczoznawcy lub osoby dozoru robią to w różny sposób. Celem wykonywania pomiarów długości skoku i średnicy jest określenie stanu technicznego liny poprzez porównanie aktualnych wyników pomiarów z wynikami pomiarów liny nowej [32]. Niestety w przypadku lin nośnych wyciągów szybowych zmiana obu parametrów (skok i średnica) nie zależy wyłącznie od poziomu zużycia. W przypadku tych lin występuje bowiem zjawisko ich kręcenia się wokół własnych osi, skutkami którego jest naturalna zmiana długości skoku i średnicy liny wzdłuż całej długości (punkt 3).
Reasumując: wnioskowanie o stanie technicznym lin na podstawie zmian ich średnic i długości skoków jest wątpliwe i trudne, jeżeli nie uwzględni się wyników przedstawionych w tej pracy.
Proponuje się takie działania, które spowodują aby obydwa podstawowe parametry długość skoku i średnica liny miały istotną wartość diagnostyczną. Możliwe jest:
na obecnym etapie ujednolicenie sposobu pomiarów długości skoku i średnicy oraz dokumentowanie ich wyników w formie elektronicznej i w postaci wydruku,
docelowo opracowanie metody diagnostycznej w oparciu o pomiar długości skoku i średnicy metodą aparaturową (pomiar ciągły na całej długości liny).
78
Sposób pomiaru długości skoku i średnicy liny pracującej
Nie można wyeliminować wpływu kręcenia się lin na wyniki pomiarów. W ocenie stanu technicznego w zasadzie nie chodzi o dokładną znajomość średnicy i skoku, ale o zmianę tych parametrów w funkcji czasu pracy. Można to zrealizować (śledzenie zmiany średnicy i długości skoku w funkcji pracy) poprzez wykonywanie pomiarów w takich samych warunkach. Wówczas wpływ kręcenia będzie każdorazowo prawie taki sam i nie będzie miał istotnego wpływu na różnicę wyników kolejnych pomiarów.
Dla lin nośnych z maszyną zrębową proponuje się aby pomiary były wykonywane w sposób przedstawiony na rys. 8.1. Pomiary należy wykonywać na zrębie, przy jeździe liną do góry, przy pełnych cyklach jazdy (od jednego do drugiego skrajnego położenia naczyń), bez cofania. Ma to ważne znaczenie, ponieważ przy jeździe do góry lina praktycznie nie kręci się. Obydwa parametry (średnica i skok) na odcinkach pionowych nie zmieniają się. Dla liny z maszyną wieżową analogicznie pomiary należy wykonywać przy jeździe liną do góry, zaczynając od skrajnego położenia. W oparciu o taki sposób pomiaru powstały rysunki rozkładu długości skoku przedstawione w punkcie 3. a) A B S k ip 2 S k ip 1 C c) A B S k ip 2 S k ip 1 C Zrąb szybu b) A B S k ip 2 S k ip 1 C
Rys. 8.1 Pomiar długości skoku i średnicy liny maszyny zrębowej, gdzie:
a) pomiar na odcinku liny A-C na zrębie po stronie skipu nr 1, początek pomiarów w skrajnym położeniu naczyń i następnie jazda odcinka liny A-C do góry,
b) przejazd w drugie skrajne położenie, następnie jazda odcinka nad skipem 2 do góry, do punktu C,
c) pomiar na odcinku liny B-C na zrębie po stronie skipu nr 2 , początek pomiarów od miejsca C i następnie jazda odcinka liny B-C do góry.
79
Metoda diagnostyczna oparta o ciągły pomiar długości skoku i średnicy liny metodą aparaturową
Podstawą metody jest stwierdzana zależność pomiędzy długością skoku i średnicą liny (na całej długości), a poziomem zużycia liny. Aby taką relację określić w okresie początkowym należy zebrać wystarczającą liczbę pomiarów obydwu parametrów i porównać z poziomem zużycia lin określonym innymi metodami.
Proponuje się, aby obydwa parametry czyli średnica i długość skoku liny dokumentowane były w formie elektronicznej i w postaci wydruku (podobnie jak na rysunkach 3.3 i 3.4). Taka wizualizacja obu parametrów wzdłuż całej długości liny podczas kolejnych pomiarów stwarza możliwość analizy porównawczej zmiany średnicy i długości skoku w funkcji czasu (postępującego zużycia). Z analizy wykresów można będzie wywnioskować:
jak zmienia się wielkość maksymalnych i minimalnych parametrów określonych odcinków liny w funkcji czasu (postępującego zużycia),
jak zmienia się różnica pomiędzy długością skoku maksymalnego i minimalnego w długiej gałęzi liny (jak na rys. 3.3) w funkcji czasu (postępującego zużycia),
jak zmienia się kształt wykresu rozkładu długości skoku w długiej gałęzi liny w funkcji czasu (postępującego zużycia); zdecydowana zmiana przebiegu krzywej rozkładu długości skoku wzdłuż długości może świadczyć o częściowym zatarciu liny,
jaki wpływ ma kręcenie się liny na jej wydłużenie; poprzez porównanie kolejnych rozkładów długości skoku można będzie oszacować składnik wydłużenia quasi trwałego (p. 4.2. i p. 8.2.). W efekcie parametr ten (wydłużenie eksploatacyjne) będzie miał większą wartość diagnostyczną (p. 8.2.).
Zebranie dużej liczby pomiarów obu parametrów z badań eksploatacyjnych może być podstawą opracowania kryteriów ilościowych (minimalna średnica liny, maksymalna zmiana długości skoku liny).
Niezbędnym narzędziem stosowanym w tej metodzie jest urządzenie do dokładnego pomiaru obu parametrów na całej długości liny. Propozycję takiego urządzenia przedstawiono w punkcie 7. Sposób pomiaru metodą aparaturową jest analogiczny jak przedstawiony na rys. 8.1 i tam opisany.
Reasumując:
poszukiwanie nowych metod badawczych jest zjawiskiem naturalnym, wynikającym z postępu technicznego,
wprowadzenie dla diagnostyki lin nośnych nowej metody jest sensowne, w pełni uzasadnione i powinno mieć wpływ na zwiększenie bezpieczeństwa eksploatacji tych lin.
80