矿井机电设备故障分析与维修技术研究

章俊

摘 要：为高效、快速解决矿井机电设备故障，促进矿井稳定、连续、安全生产，进行了矿井机电设备故障分析与维修技术的研究。在分析矿井机电设备常见故障以及故障产生原因的基础上，详细阐述了基于设备运行状态和设备管理的两种矿井机电设备故障诊断方案，并分析其应用场景和优缺点，最后分析了矿井机电设备维修中存在的问题。

关键词：故障分析;故障诊断;机电设备;矿井

中图分类号：TD407;TD607 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）29-0078-03

Research on Fault Analysis and Maintenance Technology of

Mine Electromechanical Equipment

ZHANG Jun

（Shanxi Baoli Pingshan Coal Industry Co.， Ltd.， Jincheng Shanxi 048205）

Abstract：In order to solve the failure of mine electromechanical equipment efficiently and quickly， and promote the stable， continuous and safe production of mine， the research on the failure analysis and maintenance technology of mine electromechanical equipment was carried out. Based on the analysis of common faults and causes of mine electromechanical equipment， the article elaborates on two mine electromechanical equipment fault diagnosis schemes based on equipment status operation and equipment management， and analyzes application scenarios， advantages and disadvantages. Finally， the maintenance technology and existing problems of mine electromechanical equipment are analyzed.  for reducing the failure rate of mine electromechanical equipment and improving the level of maintenance.

Keywords： fault analysis;fault diagnosis;maintenance technology;electromechanical equipment;mine

矿井机电设备是煤矿高效率、高质量安全生产系统的重要组成部分，如综掘工作面的掘进机、连续采煤机、破碎机、梭车;综采工作面的采煤机、液压支架、刮板输送机、转载运输机;负责矿井通风的局部通风机;负责井下无轨运输的铲车、支架搬运车、料车、载人车等。对矿井机电设备进行科学合理的维修检查，降低矿井机电设备的故障发生率是提升矿井机电设备运行效率、实现煤矿安全高效生产的有效途径[1-2]。為将矿井机电设备故障影响降至最低，煤矿企业及科研机构对矿井机电设备故障预警展开了一系列研究，田晓斐[3]针对矿井提升机设计了设备故障信号频域分析检测系统，提升了矿井提升机的故障预警水平;王慧敏[4]开发了基于高阶累积量信号分析的矿井设备机械故障检测诊断系统，可实现矿井设备振动信号的时域、频率及现代谱分析，准确诊断设备故障;张建勋[5]基于VC++及仿真软件实现了对掘进机齿轮的故障诊断，可根据采集的数据信号绘制时频域图并完成傅立叶变换，实现对掘进机齿轮断齿、磨损、划伤等故障的判断。笔者以矿井机电设备为研究对象，分析常见故障及故障原因，详细阐述基于设备运行状态和设备管理的故障诊断方案，为降低矿井机电设备故障发生率，实现矿井高效、高质量生产提供支持。

1 机电设备故障原因

①运行时间过长，如刮板输送机保持长时间连续不间断高负荷运行，造成机头、机尾电动机发生过载、过流、两相粘连等故障，缩短电动机使用寿命;高强度长时间运行使得矿井机电设备间的配合度下降，极易发生断链、跑偏及机械故障。②超负荷运行，如掘进机截割较坚硬的煤层时，会因截割功率低烧毁截割电动机，引发安全故障;刮板输送机长时间超载运行后会引发机头、机尾电动机故障;液压支架推移油缸存在管路堵塞时会引发油泵电动机故障等。③矿井机电设备部件缺陷，如部件尺寸、形态、性能与标准部件存在较大差异会影响矿井机电设备的安全、连续运行，存在故障风险。

2 机电设备故障诊断

2.1 基于设备运行状态的故障诊断

基于设备运行状态的故障诊断流程如图1所示。对矿井设备的原始信号进行预处理后，进行时域、频域、现代谱分析。根据分析结果提取特征值，完成解释输出、诊断推理、故障特征库后输出该矿井设备的故障诊断结果。

2.1.1 时域分析。矿井设备运行状态原始数据信号时域分析方法即观察原始数据信号的时域波形数据，如周期、幅值、波形及变化规律等。采用概率密度函数ρ（x）表征时域信号幅值概率，可直观说明矿井设备正常运行、异常运行时的振动信号明显差异。采用偏态指标[Ki]及峭度指标[Kj]表征时域信号概率密度分布的偏峭程度，即获取信号偏离正态分布的程度。该值越大，表明该矿井设备发生故障的概率越大[6-7]。矿井设备状态时域分析方案适用于对矿井设备典型信号的简易诊断分析，且需要由具有故障诊断分析经验的专业人员完成。

2.1.2 频域分析。矿井设备状态运行原始数据信号频域分析方法即将原始数据信号进行傅立叶变换，频率为以横坐标，可分析该原始信号的幅值、相位。对比正常运行数据的特征频谱、细化谱、解周谱，发现矿井设备故障运行数据，最终锁定矿井设备故障。

2.1.3 现代谱分析。矿井设备状态运行原始数据现代谱分析方法即将原始数据信号进行小波分析和Hilbcrt-Huang变换，使变换后的信号具有较好的时频局部化特性、去噪能力及高分辨率，从而更加准确、直观、便捷地检测矿井设备故障[8]。

2.2 基于设备管理的故障诊断

基于设备管理的矿井设备故障诊断流程如图2所示。基于设备管理的故障诊断由系统监测子系统、数据分析子系统、数据管理子系统、用户管理子系统及系统帮助子系统5部分组成。系统监测子系统用于完成矿井设备运行状态的在线实时监测，如监测采煤机设备运行时的牵引方向、牵引速度、截割滚筒高度、截割频率、电动机电压及电动机温度等，完成矿井设备数据的在线周期性采集及时域指标计算;数据分析子系统用于完成矿井设备运行状态数据的时域、频域波形实时显示及频谱分析，同时需要对安装在矿井设备本体的传感器数据进行分析，判断传感器数值是否超限，如果超限，则需要发出故障预警;数据管理子系统用于完成矿井设备运行状态数据的存储、查询、删除等，并可直观地给出指定特征信号的历史曲线、实时动态曲线;用户管理子系统用于完成故障诊断控制平台用户的信息管理、登录/退出管理，还可设置、修改使用权限[8];系统帮助子系统可方便用户进行帮助信息查询。以矿井设备管理为基础，各大煤矿企业大力推广矿井设备点检制，对矿井设备进行信息化、网络化管理，进而实现矿井设备故障诊断的智能化。

3 机电设备故障诊断流程及面临的修维问题

矿井机电设备故障诊断系统运行流程如图3所示，设备运行过程中，控制系统实时采集安装在矿井机电设备机身的传感器数据[9-12]，经信号分析、逻辑判断后，诊断该传感器数据是否超出设定的阈值，如果超出，则需停机检修;没有超出，则继续实时监测。

为保证矿井机电设备稳定、连续、安全运行，要加强对矿井机电设备的科学管理修与维，将故障、事故发生率降至最低。矿井机电设备维修面临的问题主要有以下几个。①专业矿井设备维修人员严重缺乏。由于煤矿工作环境恶劣，专业机电设备维修人员来矿工作的意愿不强，人才缺口现象严重。②矿方重视程度不够。矿方一味追求生产效益，例如：未能及时完成矿井机电设备的维修、维护，甚至矿井机电设备出现故障时“带病”工作。③机电设备维修不科学。未制定科学、合理、周期性的设备维修方案;未及时发现设备运行过程中的微小磨损、细微隐患。

4 机电设备诊断预警系统

矿井机电设备诊断预警系统如图4所示，分为在线监测、信号处理、数据库管理、用户管理以及帮助系统5个部分，是一个实时的多线程系统[13-16]。在线监测模块主要完成对机电设备运行状态和传感器数据的监测;信号处理模块主要对采集到的传感器数据进行A/D转换、阈值判断以及逻辑处理等;数据库模块主要用于存储机电设备的电压、电流、故障信息、传感器数据等;用户管理模块用于完成对登录该预警系统的用户的分级管理，不同级别的用户权限不同;帮助系统用于对该预警系统中遇到的问题进行简单提示和帮助。

矿井机电设备诊断预警系统中的核心功能为数据管理，如图5所示。该系统可实现机电设备诊断数据的存储、显示、查询以及删除，还能实时更新矿井机电设备预警数据，同时与故障监控平台进行无缝衔接，在线、实时显示故障信息，提示矿井机电设备维护人员及时发现并解决故障[17-18]。

5 结语

以矿井机电设备为研究对象，详细分析了矿井机电设备的常见故障及故障产生原因。针对矿井机电设备故障诊断，阐述了基于设备运行状态和设备管理的两种故障诊断方案，指出各自的应用场合及优缺点，并分析了矿井机电设备维修技术中存在的问题。为保证矿井机电设备连续、稳定、安全运行，需要加强矿井机电设备的维修、故障诊断、故障预警工作，提高矿井生产的经济效益和安全性。

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