矿山机电设备的管理及诊断关键技术研究

王宏达

摘 要：近來年，由矿山机电设备故障引起的矿难尤其严重，而通过提高机电设备的稳定性和安全性可有效解决这一问题，特别是在数字矿山的发展下，重视对矿山机电设备的管理与故障诊断变得尤其重要。据此，作者结合实践经验，探究矿山机电设备的管理及故障诊断技术。

关键词：矿山机电设备；管理与故障诊断；数字矿山

矿山的安全生产在促进社会经济的健康发展上具有重要作用，但在实际工作中，机电设备常因超负荷、超强度、超长时间运作及零件磨损而出现故障，这难免会影响到矿山安全生产目标的实现。对此，笔者认为应重视对矿山机电设备的管理及故障诊断技术的研究。

1 矿山机电设备管理

据统计，每一年因机电设备故障引起的事故约占当年矿山安全生产总事故的2/3，可见重视对矿山机电设备的管理具有重要价值。近年来，数字化矿山成为了矿山管理的研究热点，即其指的是在同一时空下，通过对矿山的环境、人和机实时进行三维数字化测控来实现矿山信息的实时自动化采集、高速网络化传输、规范化集成、三维可视化仿真、自动化运行和智能化决策。结合数字矿山的相关知识，建议采取如下措施来管理矿山机电设备。

1.1 运用计算机管理技术

计算机技术与网络技术是数字矿山的核心技术，则为了保证矿山生产的高效性、安全性和持续性，应将计算机管理技术运用在矿山机电设备管理中，从而满足机电设备发展的多元化与多功能要求。计算机的基本应用范围为内部局域网，则其可保证信息在不同部门间的高效传递，从而提高了资源的共享程度、数据处理的准确度及资产的利用率，并最终为企业实现利益最大化创造了有利条件。

1.2 运用先进的设备诊断技术

数字矿山是一种基于信息数字化、生产过程虚拟化、管理控制一体化和决策处理的矿山类型，其中应用到的机电设备种类较多，因此应定期检修和诊断机电设备，特别是在机电设备向精密化与大型化的发展中，设备的结构及其故障的成因变得更为复杂。因此，为了提高矿山机电设备的故障诊断效果，建议运用先进的诊断技术和仪器来监测设备。

1.3 重视设备的成本管理

机电设备是组成矿山机电企业固定资产的重要内容，其在购置与检修费用上的投入尤其大，因此应重视对机电设备的成本管理，具体措施如下：一是综合论证企业在机电设备上的投资与管理决策，并据此控制机电设备的检修成本；二是组织开展机电设备自检与材料回收再利用等工作；三是建立一套完善的机电设备检修逐级审批制度，并合理储备机电设备。

1.4 注重人员的管理

数字矿山是3S技术、计算机技术、人工智能、信息科学和采矿科学高度结合的产物，这就要求培养一支专业素养较高的人才队伍，以实现矿山机电企业的经济效益最大化及促进企业良性发展。对此，建议制定一套完善的员工培训计划，并将学习数字矿山的关键技术为培训的重点内容，以提高其对现代化生产方式和机电设备管理的适应能力。

2 矿山机电设备的故障诊断

为了实现矿山机电设备的安全可靠运行，应重视对矿山机电设备的故障诊断。鉴于矿山机电设备的运行参数较多，则可通过建立数学模型来总结机电设备在正常运行和故障运行时的参数变化，并找出两者的相互关系，用以指导矿山机电设备故障诊断工作的开展。此外，还可将信息采集技术、识别与分析技术及信息处理技术等运用其中，以提高故障诊断的效率和可靠性。据此，笔者介绍几种常用的矿山机电故障诊断方法。

2.1 故障记录方法

故障记录是一种常用的矿山机电设备故障诊断方法，其工作原理如下：根据故障出现的具体位置，深入分析引起故障的器件和系统，从而找出故障的成因。据此，故障记录方法采用的是排查法，即针对机电设备故障的表征，逐一排查可能的影响因素，并得出最后的结论。显然，故障记录方法的重复工作量较小。

2.2 模糊数学方法

模糊数学方法是智能诊断技术与数学模型诊断技术的结合，即其运用的原理如下：矿山机电设备故障的成因与参数密切相关，因此可从参数上来探寻故障的成因，其中包括随机因素与确定性因素两种。模糊数学方法的实现步骤如下：根据机电设备故障与参数的关系，先利用模糊数学的思路来诊断故障，并创建参数模型，然后再利用计算机来进行定量和定性分析，从而实现对矿山机电设备故障的准确诊断。

2.3 故障诊断专家系统

鉴于矿山机电设备故障具有隐蔽性、渐进性和复杂性的特点，则采用传统的故障诊断方法存在一定的局限性。对此，可将故障诊断专家系统应用其中，这是一种智能诊断技术，其主要运用专家工作系统来深入分析故障，并得出可靠性较高的诊断性结论，其中运用到了定量与定性分析方法，即在分类分析故障成因的基础上，建立故障树模型，用以描述故障源的特征。发展至今，在故障诊断专家系统中引入了粗糙集等理论，用以排除其中干扰性的因素和属性，这使得在表达故障成因上变得更为简洁。

3 应用实例分析

为了说明矿山机电设备故障诊断技术的运用，本案引入如下两组案例：

3.1 通风机故障诊断

通风机是一种从动的流体机械，即通过输入机械能来提高气体压力及实现气体的排送。在矿山生产中，通风机作为一种重要的机电设备，其故障诊断流程如图1所示。

结合图1，通风机故障诊断的实现步骤如下：一是细化诊断步骤，其中包括六个主要测点，即以轴承1、2、3、4为测点1、2、5、6及以液力耦合器前、后装置为测点3和4；二是运用专业的故障诊断仪器来诊断每一个测点；三是运用处理器来检测每一个测点；四是运用定时器及按不同的时限来对每一个测点进行定时；五是输入和输出检测结果。

3.2 电动机故障诊断

电动机是一种将电能转化为机械能的设备，其是一种十分关键的矿山机电设备，因此对其故障的诊断尤其关键，具体诊断流程见图2。

结合图2，电动机故障诊断的实现步骤如下：一是确定电动机的整体结构，其主要由定子、转子和其他附件（如端盖、轴承、风扇等）组成；二是测试电量参数和检测通风机参数；三是检测电动机的环境参数。针对高频率的异步电动机，可采用磁通检测、电流高次谐波检测和局部放电检测三种方法。其中，局部放电检测是利用高频检测仪和定子电流的电流互感器来辨别局放源，以诊断定子类故障；电流高次谐波检测是根据电动机故障的表征，将其划分为不对称和对称两类故障，然后再进行深入分析和判断；磁通检测是通过检测切向与径向分量磁通的变化来测定定子故障。目前，磁通检测在高压电动机定子类故障检测中的应用较为广泛，但该方法的操作不够便利，且检测结果的精度得不到保证。

4 结束语

综上，矿山机电设备的管理与诊断是一项极为系统的工程，其对矿山安全生产目标的实现具有重要作用。此外，为了解决日渐严峻的矿山安全问题及适应数字矿山的发展需要，应在机电设备管理中施行“预防为主”的管理方针，并根据计划性状态检修的要求，采取相应的故障诊断技术。

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