煤矿机电设备故障诊断及维修技术浅探.pdf

2020 年 7 月2020 年第 7 期 现代化煤矿的高效生产严重依赖于煤矿机电设备 的正常运行。由于煤矿井下恶劣的作业环境以及机电 设备长期处于高负荷状态，机电设备会经常发生各种 故障，严重威胁煤矿的高产高效。因此，在机电设备 发生故障后，要采取合适的方法诊断发生的故障，并 快速维修[1-2]。为了提高设备的诊断效率，很多煤矿多 采用机电设备故障诊断技术。与人工诊断方法相比， 故障诊断技术更加灵敏。故障诊断技术是利用设备故 障时发出的声、电以及热等异常来进行故障诊断的。 除此之外，故障诊断技术更加有利于设备的维护，大 大延长了设备的使用寿命，提高了煤矿的经济效益。 下面将围绕煤矿机电设备的故障诊断技术以及故障维 修方法展开论述。 1煤矿机电设备的故障诊断技术 为了提高矿山机电设备的故障诊断率，很多矿山 都引进了设备故障诊断技术。设备故障诊断技术的整 个工作流程如图 1 所示，主要分为状态监测、故障诊 断和诊断决策三个阶段。与人工诊断方法相比，故障 诊断技术更依赖于自动化技术，准确性更高[3]。 1.1设备的状态监测 设备运行过程中发生故障时，设备的一些参数会 发生异常。若采集到设备的参数异常信号，就可以准 确地判断设备的故障情况。因此，设备的运行状态监测 是实现故障诊断的基础。对设备运行状态的监测，要依 赖于传感器和微处理器，常见的设备运行状态参数主要 有工作电流、电压、温度、压力和振动等。例如当设 备出现散热故障时，设备的温度就会急剧上升，设备上 的温度传感器采集的温度信号就会出现明显的异常。 收稿日期2020-03-20 作者简介任斌，1985年生，男，山西介休人，2009年毕业于山 西农业大学电气工程及其自动化专业，助理工程师。 煤矿机电设备故障诊断及维修技术浅探 任斌 （ 山西介休义棠安益煤业有限公司，山西 介休 032000 ） 摘要 现代化煤矿生产基本已经实现了机械化，正在向自动化和智能化的方向发展，而在这个过程中煤矿机电设备 起到关键作用。由于煤矿井下设备的高负荷以及作业环境恶劣，机电设备会经常发生各种故障，严重影响到煤矿的安全 生产。因此，必须快速维修煤矿机电设备发生的故障。针对煤矿机电设备发生故障时的一些现象进行分析，提出了一些 设备故障的维修方法，从而保证煤矿的安全生产。 关键词 煤矿生产；机电设备；故障诊断；维修方法 中图分类号 TD607文献标识码 A文章编号 2095-0802-202007-0099-02 Discussion on Fault Diagnosis and Maintenance Technology of Electromechanical Equipment in Coal Mines REN Bin Jiexiu Yitang Anyi Coal Industry Co., Ltd. of Shanxi, Jiexiu 032000, Shanxi, China AbstractModern coal mine production has basically realized mechanization, and is developing towards automatization and intellectualization. In this process, electromechanical equipment of coal mines plays a key role. Due to the high load of under- ground equipment and the bad working environment, electromechanical equipment will often have various failures, seriously affecting the safety of production in coal mines. Therefore, it is necessary to repair the faults of electromechanical equipment in coal mines. This paper analyzed some phenomena when the electromechanical equipment of coal mines breaks down, and put forward some maintenance s to ensure the safe production of coal mines. Key words coal mine production; electromechanical equipment; fault diagnosis; maintenance s （总第 178 期） 技术研究 图 1煤矿机电设备故障诊断技术的工作流程 信号处理和数据分析单元 传感器和监测仪器 状态识别对比参数 提取特征信息 监测设备信 号 采 集 信 号 处 理 状 态 监 测 故 障 诊 断 诊 断 决 策 劣化 初期 故障 状态 良好 状态 性能 低下 效率 评判 专家知识 人工智能 故障诊断 确定故障类型、 性质、 程度和部位， 查找故障原因 设备维修度 有效度分析 可靠性分析， 寿命估计 改变 结构 调整 参数 预警 监视 参数 控制 停机 整治 延长 使用 零部件或 整体更新 人工防治或主动控制 99 2020 年第 7 期2020 年 7 月 与此同时，还应该对采集的故障信号进行处理， 提取参数异常的特征。在很多情况下，并不能根据这 些异常信号来直接判断故障的原因，需要综合分析这 些信号的特征来进行故障诊断。 1.2设备故障诊断 故障诊断是故障诊断技术实施的关键环节，这不 是一件容易的事，其主要任务是根据采集到的异常信 号的特征进行综合分析，从而确定故障原因以及故障 发生的位置。通常情况下，设备故障诊断是通过与现 有数据库中的故障信息进行比对完成的。为了提高故 障信息比对的成功率，采用了一些人工智能算法，例 如人工神经网络算法、模糊算法等。此外，应该尽可 能准确地将更多的故障特征录入到数据库中。这就要 求煤矿企业具有相当完善的计算机硬件条件和较为充 分的软件技术。 故障诊断时，不仅要对故障原因进行诊断，还要 给出具体的位置，以便于维修人员快速维修。同时， 还要根据故障的类型给出设备的故障损害程度，以便 提出合理的维修建议。 1.3设备的故障诊断决策 为了更好地服务于机电设备的维修工作，现代的 故障诊断技术还增加了故障诊断决策的内容。其主要 任务是根据故障诊断结果给出更为详细的维修方式， 从而大大提高机电设备的维修效率。设备故障维修的 诊断决策在很大程度上依赖于设备故障诊断的结果， 可以通过人为或计算机软件技术来完成。一般情况下， 很多设备维修决策是通过多年的维修经验来确定的， 常见的维修方式主要有更换零部件、停机整治或更换 新设备。从某种意义上讲，故障诊断技术之所以提高 了故障维修率，关键在于集成了更多人的经验。 2改善煤矿机电设备故障维修率的措施 2.1建立信息化设备管理系统加强维护 在煤矿生产过程中，很多设备故障的发生并不是 偶然的，而是设备使用过程中必然会出现的。一般来 说，机电设备的故障不仅与设备的生产质量和使用时 间有关，还与设备的使用环境和人员操作有关。为了 更好地快速维修设备故障，应该建立完善的机电设备 信息化管理系统。与纸质化的维修记录相比，机电设 备的信息化管理系统更加方便，无论是对于设备管理 人员还是对于机电设备的维修人员[4]。 经过统计可以发现，很多设备故障发生多是由操 作不当以及井下生产环境恶劣引起的。对于这种故障， 只能是在设备发生故障后才能进行维修。一般情况下， 设备的使用时期可以分为磨合期、有效寿命期和耗损 期 （ 俗称“报废期” ） ，每个时期故障率不同，呈现出了 不同的故障澡盆曲线，如图 2 所示。这就要求根据设备 使用时期，为设备制订合理的维护计划，从而减小故 障所带来的危害。值得注意的是，对设备进行合理的 维护，有助于延长设备的有效寿命期，减少更换设备 所增加的成本。 姿*.设备生命周期的平均故障率； 姿.设备有用寿命期的故障率。 图 2设备故障的澡盆曲线 2.2定期更换易磨损的零部件 在机电设备中，有一些零件使用时会被严重磨损， 当磨损比较严重时会引起机电设备故障。因此，应该定 期更换这部分易磨损的零件，从而降低机电设备发生故 障的可能性。更换零部件时，一定要采用同一批厂家生 产的零件，从而保证与设备具有良好的兼容性。最典型 的易磨损的零件就是液压支架上的密封圈，密封圈为橡 胶制品，在油及高温作用下很容易损坏。若密封圈损 坏，则会引发一系列故障液压支架会出现漏油的情 况，漏油量很大时会影响液压支架的工作阻力。由此可 见，机电设备中易磨损器件要定期更换，更换周期根 据使用条件来确定。如果液压支架的工作阻力较大， 则密封圈的更换周期应该短一些，相反则延长。 2.3提高机电维修人员的素质 采用故障诊断技术后，虽然机电设备故障的维修 方便了很多，但还需要维修人员具有较高的专业素质。 随着科学技术的发展，煤矿机电设备中采用了更多精 密的传感器和仪表，这对机电设备维修人员提出了更 高的要求。为此，应该提高机电维修人员的专业素养， 保证故障的维修质量和效率。 在维修机电设备时，很多情况下需要拆解机电设 备，若不了解设备的内部构造，则很难保证拆解效率。 一些煤矿在维修机电设备时存在着暴力拆解的问题， 导致设备出现了不可逆转的破坏，甚至报废，这种做 法是不值得提倡的。为了提高维修人员的维修水平， 应该对其进行专业的培训或者从社会上招聘一些有能 力的维修工人。与此同时，应该严格执行持证上岗制 度，从而最大程度上保证维修效率。对于维修人员最 好的培训方式是让其与设备生产厂家的工程师进行交 流，从而获得理论上和实践上的指导，例如如何拆解 这种机电设备，如何对设备进行有效的维修等。 3结语 在煤矿生产过程中，由于恶劣的作业环境，机电设 备会发生各种故障，严重地影响了煤矿的生产效率。 为此，应该提高煤矿机电设备故障的维修效率。为了 提高煤矿机电设备故障诊断的效率，很多煤矿都引进了 设备故障诊断技术。与人工诊断方法相比，故障诊断技 术更依赖于自动化技术，准确性更高。一般来讲，很多 设备维修决策是通过多年的维修经验来确定的，常见的 维修方式主要有更换零部件、停机整治或更换新设备。 故障率 姿t 姿* O 早期故障期 （磨合期） 偶然故障期 （有用寿命期） 耗损故障期 （耗损期） 使用时间t （下转 153 页） 100 2020 年 7 月2020 年第 7 期 （上接 100 页） 因此，在实际工作中，应该从建立信息化设备管理系 统、定期更换易磨损的零部件以及提高机电维修人员 的素质等方面来保证机电设备的维修质量和效率。 参考文献 ［1］ 庞振华.煤矿机电设备故障诊断及维修技术浅探 ［J］ .石化技 术， 2020， 271 242. ［2］ 沈磊.煤矿机电设备故障诊断及维修技术浅探 ［J］ .四川水泥， 20201 331. ［3］ 王鑫.煤矿机电设备故障诊断及维修技术探析 ［J］ .化工管理， 201925 171-172. ［4］ 杨瑞东.故障诊断技术在煤矿机电设备维修中的运用探讨 ［J］ . 居舍， 201921 62. （ 责任编辑白洁 ） 即 12.8 m 的距离。但是，为了满足末采回撤要求，同 样需要对这 16 个循环实行双层网的布设。在前 11 个循 环中加设钢丝绳，在后 5 个循环中加设顶锚杆，在 12耀 13 个循环间、14耀15 个循环间加设施工锚索[2]。 在机尾段支架回撤方案中，需要在机尾 61耀109 支 架段中利用综掘机割煤推动支架前移来确保其到达末 采回撤位置。末采按 14 刀煤，即 11.2 m 左右组织，综 掘机割煤时，设置 2 个循环，确保割煤宽度在 5.6 m 左 右，掘进距离控制在 147 m。在掘进工作到达工作面顶 板破碎区域后，需对其实施维护作业。在该段内采用 的维护措施为摆正掘进机后，从距离开口位置 18 m 的距离上对掘进速度实行控制，4.5 min 内的掘进距离 要控制在 25.5 m 左右。之后再掘进 33 m 的距离到达 机尾支架处，确保倾斜角度不超过 4毅。 在掘进作业中，第一循环中顶锚杆的布置要按照 “四 四 ”的 方 式 布 置 ， 将 锚 间 距 控 制 在 1 000 mm 伊 1 000 mm，在顶锚杆上部铺设一层单网，之后利用左 旋螺纹钢锚杆与钢护板的配合增强支护效果。左旋螺 纹钢锚杆的尺寸为 椎20 mm伊2 000 mm，钢护板的型号 为 BHW3伊280伊450mmW。第一循环中，锚索的布置采 用了“二二”的布置方式，距离控制在 2 m伊2.5 m，同 样需要在布设中铺设一层单网，实现钢丝绳与网的紧 密连接。以上工序完成后，将挖掘机退到绕巷位置处， 将支架整体向前移动 5.6 m。之后便可开展二次循环作 业，步骤与一次循环作业相同，从而完成尾段支架的 回撤工作。 2.2回撤方案对比及确定 通过方案一与方案二的对比分析，在同机头段支 架回撤方案的对比分析中了解到，方案一在末采回撤 过程中，通过菱形网、液压支架的设定，确保回撤作 业中支架后方即使存在垮落情况，也能够起到很好的 支护作用，保证工作面回采作业的安全。分析相关参 数可以看出，该方案加强了顶板支护效果，将维护距 离延长到 8.8 m 左右，可缓解垮落带来的危险[3]。方案 二中则对以往的支护方式予以优化，利用 16 个循环实 现回撤工作，比第一方案减少了 4 个循环，且将支架尾 部压网距离缩小了 4 m 左右。在分析机尾段支架回撤方 案时，充分应用了综掘机，并优化了末采回撤方案，有 效缩减了回撤过程中大断面拐弯宽度，并在此基础上采 用支架调向方式实施抽架处理，减少了综掘机回撤过 程中的循环数量，加快了回撤速度，改进了回撤质量。 两个方案相比，明显看出方案二要优于方案一， 其不仅能够改进顶板支护质量，还可在回撤过程中减 少支护工作量，加快回撤速度，节省更多的支出成本。 所以在本项目进行中，应用方案二的来开展回撤作业[4]。 3关键问题解决措施及创新点 本项目在实际作业中会受到地质构造因素的影响， 工作无法正常进行，需要工作人员回撤关闭工作面。在 回撤时，为了维护工作面的作业安全，可利用分段回撤 方案解决回撤技术应用中存在的问题，以保证作业质量。 在特殊情况下，综采工作面会面临末采回撤的问 题，在末采回撤过程中，需要根据现场实际情况和现 有条件设施，合理规划末采回撤方案，通过对比分析 选择科学的末采回撤方案，以增强末采回撤的安全[5]。 在本项目的回撤方案中，通过对施工工艺的优化，减 少了循环次数，增大了顶板支护强度，从而解决了特 殊情况下末采回撤存在的问题，促进工作的顺利开展， 既增强了回撤作业的安全性，也节省了较多的经济效 益，值得推广和应用。 4结语 通过实际案例分析，对综采过地质构造分段回撤 技术进行说明。明确了在特殊情况下采用分段回撤技 术，能够有效维护综采工作面的作业安全，不仅解决 了工作面回撤中存在的各类问题，确保回撤工作的安 全完成，同时也加强了煤矿生产安全，为企业技术、 经济的发展奠定了坚实基础。希望通过相关论述，能 够帮助相关从业人员了解分段末采回撤技术的应用要 求及作用，遇到类似情况时，能够及时根据现场条件 和特征做出正确的反应，降低综采工作面的作业难度。 同时，也希望能够加强对分段回撤技术的应用和推广， 为中国矿产行业的进一步发展助力。 参考文献 ［1］ 秦世国.综采过地质构造分段回撤技术研究 ［J］ .山东煤炭科 技， 20171 67-69. ［2］ 刘成明.普采面遇地质构造带顶帮支护及回撤技术探索 ［G］ // 川、 渝、 滇、 黔、 桂煤炭学会 2017 年度学术年会重庆部分论 文集.重庆 重庆市煤炭学会， 2017. ［3］ 张修峰， 周璇璇.综采工作面停采期间的综合防灭火技术 ［J］ . 煤炭工程， 2016， 4810 64-66. ［4］ 卢须芬.高架综采过较大落差断层方法探索 ［J］ .科技创新与 应用， 20177 134. ［5］ 郭太.综采过上覆采空区煤柱开采工艺研究 ［J］ .山东煤炭科 技， 20178 9-10. （ 责任编辑白洁 ） 邢刚 浅谈综采过地质构造分段回撤技术 153