煤矿井下车辆空压机故障原因解析

侯卫红

摘要：在煤矿井下作业过程中机械设备性能优劣直接影响到煤矿井下作业人员的安全。因此，为了能够保障煤矿井下作业人员的安全需要做好煤矿井下设备的生产管理和故障维修工作。煤矿井下车辆主要用于辅助材料、人员的运输，是煤矿运输的重要组成部分，空压机是重要零部件。文章以此为基本研究对象，在阐述煤矿井下车辆空压机故障和故障出现原因的基础上，就如何防范煤矿井下车辆空压机故障问题进行探究。

Abstract： In the process of underground coal mine operation， the performance of machinery and equipment directly affects the safety of underground coal mine operators. Therefore， in order to ensure the safety of underground coal mine operators， it is necessary to do well the production management and fault maintenance of underground coal mine equipment. Underground coal mine vehicles are mainly used to assist the transport of materials and personnel， is an important part of coal mine transport， air compressor is an important part. Taking this as the basic research object， on the basis of elaborating the fault of the underground coal mine vehicle air compressor and the causes of the fault， this paper explores how to prevent the fault of the underground coal mine vehicle air compressor.

关键词：煤矿;井下车辆;空压机;故障;原因

Key words： coal mine;underground vehicles;air compressor;fault;why

中图分类号：TE931                                    文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）06-0099-02

0  引言

现阶段煤矿防爆车辆发动机多以气启动为主，发动机运转的时候空压机会将高压气体输送到储气罐中，储气罐中的高压空气会通过气路控制系统启动气马达启动防爆车辆，空压机是压缩空气的制造装置，也是煤矿井下防爆车辆的重要零部件，属于工业现代化的基础产品。空压机的构成主要包含气路循环系统、油路循环系统、配电系统和控制系统这四个部分，在长时间运作的过程中不可避免的会出现故障问题，如果这些故障问题得不到及时的解决就会引发煤矿生产故障。文章在总结空压机常见运行故障的基础上，就如何防范空压机运行故障，规范煤矿企业的安全生产进行策略分析。

1  煤矿井下车辆空压机的原理和基本结构

发动机曲轴齿轮在通过中间齿轮之后会带动空气压缩机的曲轴旋转，曲柄连杆机构在旋转的过程会驱动活塞，使得活塞在气缸内部上下运动。在活塞从上面停止点向下面停止点运动的时候活塞在向下移动的时候会使得空气容积比较大，这个时候气缸的压力会低于外界的压力数值，外界空气在经过空气过滤器、进气管道、吸气缸之后会进入到气缸中。活塞在向下移动达到下面停止点的时候，吸气阀门关闭，活塞挤压空气，气缸内部的空气会被压缩，汽缸内部的空气压力和温度会提升，在空气压力达到一定数值的时候排气阀膜片会被顶开，压缩空气会通过管路进入到储气罐中，由此为发动机的启动提供重要支持。防爆车辆空压机在反复工作的过程中会向储气罐内部输送高压空气，储气管内设置了压力阀，在空气达到一定压力之后高压空气会借助压力阀将气体释放到大气中。

空压机类型众多，从压缩空气形式上常见的分为活塞空压机、螺杆空压机、离心空压机。从供气控制方式上一般都是采用加载、卸载的控制方式，控制操作簡单，但是能耗高，在使用的过程中会出现进气阀损害、气体供应压力不稳定等问题。从工作原理上具体可以划分为容积类型的空压机和速度类型的空压机。

2  煤矿井下车辆空压机故障原因

2.1 排气量不足问题

第一，进气滤清器故障。在污垢积累过多时会降低排气量，加上吸气管太长、管径太小，会出现因为吸气阻力增大影响气量的现象，为了杜绝整个现象需要相关人员定期清洗滤清器。第二，压缩机转动速度降低引起的排气量减少问题。空压机排气量是按照一定海拔高度、吸气温度、湿度进行设计的，在以上标准超过规定显示的时候吸气压力降低，排气量减少。第三，气缸、活塞破损的情况下会出现泄漏问题，最终降低排气量。第四，填料函在密封不严谨的情况下会降低气体排放量。第四，压缩机吸气、排气阀出现故障的时候也会影响排气量。

2.2 排气温度不正常的问题

一般情况下，影响排气温度的因素有进气温度、压力比、压缩指数。实际导致吸气温度高的因素包含中间冷却效率低下、中冷器内部污垢过多引起散热、气阀漏气、活塞环漏气。这些问题的出现不仅会影响排气温度，而且还会使得级间的压力出现变化。

压缩机排出的气量在额定压力下不能满足使用者的流量要求，则排气压力必然要降低，而出现这一问题的本质是排气量无法满足使用者的基本需要。对于一些排气量比较大的机械，影响级间压力不正常的因素是气阀漏气或者活塞环磨损出现的漏气。

2.3 其他原因

第一，曲轴断裂。过渡圆角比较小，在实施热处理的时候圆角位置没有得到处理，在交界的位置上会出现应力集中的问题。圆角加工不规范会使得其局部断裂面变大，在超期运转的情况下会引发空压机故障。第二，连杆断裂。连杆断裂包含连杆螺钉的断裂、螺钉头和螺母接触不良引起的断裂、接触点断裂距离超过圆周的八分之一。第三， 活塞杆断裂。活塞杆断裂部位和十字连接螺纹产生连接，加上设计疏漏会加剧断裂问题的发生。

3  煤矿井下车辆空压机故障的预防对策

3.1 借助先进的编程控制技术对空压机实施自动巡回检测

在社会经济和科技的发展支持下空气压缩机控制系统研发取得了突破性的进步，针对以往空压机可靠性差、维护操作难、不容易监督控制的问题研究出了基于可编程控制器的通用控制装置。在這个装置的作用下会将传统意义上的继电器控制技术、计算机控制技术、移动通信技术融合在一起，从而使得空压机的使用操作更加灵活、方便、可靠。近几年，伴随可编程控制器研发的成熟，越来越多的控制器设备都开始使用PLC替代传统的继电器，有效提升了煤矿生产水平。

可编程控制器是空压机故障检测系统的核心器械，通过检测仪器来对PLC提供集中性的监控信号，主要监控的信号参数包含空压机高低压缸的温度、润滑油温度、电动机温度、风包温度、出水温度、高低压气缸的压力、风包压力、润滑油压力等。基于PLC的操作控制原理是在启动主机之前将水源电磁阀和放空电磁阀打开，在冷却水压和数值达到规定要求之后启动空压机，并延时关闭放空电磁阀，实现空压机的稳定运行。在启动空压机的时候允许在低油压的状态下启动，在启动完成一段时间之后还需要对油压进行监督控制。在停机的时候按下复位按钮，将放空电磁阀打开，延时30s之后切断主要电源，实现空压机的停机。

3.2 基于MCGS组态软件的空压机动态监测

借助MCGS组态软件能够实现对空压机运行动态的实时性监测，且能够达到理想的监测效果。整个系统主要由上位机、打印机、传感器、变送器、电磁阀门组成，按照空压机的基本控制流程要求借助PLC完成对每台空压机的手动控制，传感器和变动器会将空压机的压力、温度、流量以及电力运行参数模拟转变为标准信号，而后传递到智能仪表中，在智能仪表的作用下完成对多个线路信号的实施监督报警，在之后借助RS485通信模块将测量的信息传送到上位机，上位机将空压机的系统信息传递到监控界面。

整个监控系统会根据操作人员的不同来为其设定不同的使用权限，确保空压机动态监测系统稳定运转，保障系统的安全性和有效性。在MCGS组件的作用下还会对空压机的运行参数进行实时性的监督控制，将一系列的流量参数、温度参数、热量参数、压力参数等体现在同一个画面上，实现对空压机系统的实时性监督控制。

3.3 借助变频调速技术实现对空压机的控制

空压机容量的确定参考了最大排气量设备，但是在实际使用中用气设备的气体消耗量是经常变化的，在气体消耗量低于压缩空气站排气量的时候就需要对空气压缩机进行控制，目的是减少排气量，使其能够充分使用适应气体消耗量。

活塞空气压缩机的启停拥有严格的规范标准，是不允许频繁操作的，在使用的过程中为了能够满足井下用气量的变化，要求调度人员能够根据井下用气量的时间变化特点将一天分为几个时段来用气，在规定的时间段内空压机不能够随意打开或者关闭。

现阶段煤矿设备变频控制类型包含同步电机直接高压变频器和异步电机三电平高压变频器两个类型，前者具体划分为两个控制模式，一个是他控变频调速系统模式，另外一个是自控变频调速系统。他控变频调速系统装置所使用的变频装置是独立的，输出频率由速度给定信号决定。自控变频调速系统会使得同步机有效避免出现失步和振荡的问题。

同步电机直接高压变频调速装置采用了交流、直流和交流融合的变频调速控制模式，具体由变频器、同步电机、转子位置检测器共同组成。在系统运作的时候利用同步电机反电势能够及时关闭逆变器的晶闸管。

3.4 借助传感器设备预测和分析排查空气压缩机轴承的失效故障

空气压缩机轴承失效、断裂是比较常见的故障类型，在国内，离线监测是系统状态监测中针对一般性旋转设备所使用的技术形式，这类计数在一般性的故障设备诊断和检测中能够及时准确的判断设备的运行故障类型、故障程度，但是对于空压机这类具有高压力的设备故障往往很难发现和预测评估，最终会威胁到整个空压机的运作。

一般情况下，轴承保持架在设备运转的时候不是受力的部件，但是在设备的工况发生变化或者频繁加载卸载的时候，存在缺陷的轴承会在附加荷载的反复作用下慢慢扩大缺陷，继而引发横筋断裂的问题。为了能够有效解决这些问题可以在离线监测系统上额外安装温度传感器和振动传感器，并在其内部设置温度报警装置和振动报警装置，在出现温度报警和振动报警的时候及时安排人员到现场测试分析，及时发现和解决空压机的故障。

4  结束语

综上所述，空压机的选择深刻关系到矿山企业的生产建设，因此，为了确保矿山的安全生产，需要在煤矿企业生产加工的过程中选择符合工艺要求的空压机，文章结合煤矿生产实际情况，就几种常见的煤矿井下车辆空压机故障类型进行了分析，并立足实际提出了解决煤矿井下车辆空压机故障的对策，旨在能够为煤矿企业的安全生产提供重要支持。

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