1、矿井通风机运行稳定性监测体系的应用研究高文博（大运华盛庄旺煤业有限公司，山西宁武036702）摘要：针对目前矿井通风系统运行故障率高、稳定性差、检修周期长的问题，提出了一种新的矿井通风机运行稳定性监测体系。在对通风机常见故障类型进行总结分析的基础上，合理确定了通风机运行稳定性监测参数和布局，利用模糊判断逻辑实现对风机运行状态的连续监测。根据实际应用表明，新的矿井通风机运行稳定性监测体系能够将风机故障率降低 88.4%，将风机检修周期降低 78.2%，显著提升了风机运行的稳定性和可靠性。关键词：通风机稳定性监测模糊判断中图分类号：TD635文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）0
2、2-0191-02引言矿井通风机是煤矿井下进行供风的核心装备，主要用于向井下通入新鲜的空气，是确保煤矿井下综采作业安全的核心。由于煤矿井下不同综采阶段对风量的需求不同，矿井通风系统需要根据井下的实际需求来调整供风状态。但目前国内多数煤矿的通风机均无精确的风量调控系统，常常处在大功率运行模式下，不仅极大地提高了通风成本，而且造成风机在高负荷运行状态下磨损加剧、故障率居高不下，通过定期检修的方案不仅周期长而且无法有效发现突发的故障，严重影响了井下通风的安全性。本文在对通风机常见故障进行分析的基础上，提出了一种新的矿井通风机运行稳定性监测体系，根据通风机的运行特性合理设置了通风监测参数，利用变频控制
3、和模糊 PID 调控的模式实现了对风机运行状态的实时在线监测，能够及时对故障进行预警和分析，根据实际应用表明，新的通风监测系统能够将风机故障率降低 88.4%，将风机检修周期降低 78.2%，对于提升矿井通风系统的运行稳定性和可靠性具有十分重要的意义。1矿井通风机常见故障分析建立矿井通风机运行状态监测体系的前提是确定合适的监测参数，而监测参数的确定则来源于对风机运行故障数据的统计。通过对近 4 000 起风机运行故障原因分析，发现通风机常见的故障类型主要包括电气故障和机械故障，随着电气元器件可靠性的逐步提升，目前电气故障所占的比例逐年下降，而风机机械故障的比例则逐年上升，占到了故障总数的 80
4、%以上，风机常见的机械故障主要包括以下几个部分1：1）风机转子不平衡。转子不平衡主要是指风机轴承在加工或者运行过程中转子的运转出现偏移，导致轴承加速磨损，引起风机运行振动和噪声，严重的会导致风机主轴折断，当出现转子不平衡时，风机运行的机械振动幅值会产生显著的变化。2）转子不对中。转子不对中主要是指风机两个相邻转子的中轴线和轴承中心不重合，当发生不对中故障时，会导致风机运行出现显著的震颤，风机的机械振动情况会加剧。3）轴承故障。轴承故障是指风机轴承在长时间运行后出现的磨损、点蚀等故障，一旦出现异常后将导致风机运行时的振动、噪声加剧、风量变化，影响通风安全性。通过对风机常见运行故障的分析，电气故障
5、的主要异常是电气控制信号的紊乱，而机械故障的主要异常则是风机运行时的振动加剧、风量变化，因此通过对风机运行时的风量、振动及电气控制信号的监测可以有效判断出风机的实际运行状态。2通风监测系统监测方案为了确保对风机运行状态监测的完整性，在对风机常见故障进行分析的基础上，综合考虑监测可行性和准确性，最终确定了对风机运行风量、风机运行电气控制信号、风机运行温度、风机运行振动信号进行监测的方案。2.1风机风量监测风机风量监测主要是用于监测风机的风量是否和井下实际需求相匹配，用于实现对风机通风情况进行灵活调整，满足通风经济性的需求，风机风量监测方案如下页图 1 所示。在风道内设置 2 组取压环，分别获取风
6、机在风道内取压环 1 处和取压环 2 处的动压，根据两者之间的压差，再根据风道的横截面积及风量修正系数即可获取风道内的风量，其关系式可表示为2：Q=KAv.（1）式中：Q 为风道内风量，m3/s；K 为风量修正系数，可以根据实际测量值进行设置；A 为风道横截面积，m2；V为风道内压差，MPa。收稿日期：2022-08-23作者简介：高文博（1989），男，山西宁武人，东北大学在读本科，机电技术员，助理工程师，从事煤矿机电工作。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.1
7、6525/14-1134/th.2023.02.075自动化系统设计机械管理开发第 38 卷2.2电气信号监测对电气信号的监测，主要是利用电流传感器、电压传感器等对风机运行时的电流、电压值进行监测。2.3温度监测温度监测主要包括电气轴承温度、定子温度，监测方式主要是利用设置在风机内侧的 PT100 型温度传感器进行采集，监测精度高、可靠性好。2.4风机运行振动信号监测风机运行振动信号采集时需要在振动最明显的地方布置振动传感器（4 个），确保对风机振动情况监测的准确性，各振动传感器布置位置如图 2 所示3。3矿井通风监测系统根据矿井通风安全性需求，本文所提出的矿井通风监测系统整体结构如图 3 所
8、示4。由图 3 可知，该通风系统主要包括远程控制层、集中控制层和现场设备层三个部分5，远程控制层主要是对通风系统的运行状态进行集中显示，同时可以根据监测结果发出调控指令，对通风系统运行状态进行实时调整。集中控制层是该通风监测系统的核心，主要由工控机和可编程控制器构成，能够对风机运行时的风量、风机温度、运行电气信号进行实时监测。现场设备层主要是用于对设备进行集中控制，对风机运行参数进行存储，同时系统内还设置有风机运行状态判断逻辑，实现对风机运行状态的准确判断。为了满足对风机运行状态监测准确性的需求，在系统工作时，首先利用设备层各传感器对风机运行情况进行检测，然后将数据信息传输到控制中心，控制中心
9、根据所获得的井下通风环境信息，对目前通风状态的合理性进行判断，然后输出变频调节信号，使风机运行状态满足井下通风需求。同时系统自动对风机运行过程中的信息进行监测，利用模糊控制理论对风机运行情况进行判断，出现异常后自动进行调整并报警，同时自动对故障进行定位，便于检测人员快速进行故障处理6。该矿井通风机运行稳定性监测体系的应用，将风机运行时的平均故障数量由最初的 14.6 次/月，降低到了目前的 1.69 次/月，将风机故障率降低了88.4%；将风机检修周期由最初的 37.1 min/次降低到了目前的 8.09 min/次，检修时间降低了 78.2%，显著提升了矿井通风系统的运行稳定性和可靠性。4结
10、论针对目前矿井通风系统运行故障率高、稳定性差、检修周期长的不足，提出了一种新的矿井通风机运行稳定性监测体系，根据实际应用表明：1）通风机常见的故障类型主要包括电气故障和机械故障，机械故障主要包括风机转子不平衡、转子不对中和轴承故障，其共有的异常现象是导致风机运行时的振动发生显著变化；2）对风机运行风量、风机运行电气控制信号、风机运行振动信号进行监测，能够实现对风机运行状态的精确判断；3）矿井通风系统主要包括远程控制层、集中控制层和现场设备层三个部分，能够实现对风机运行状态自动监测、故障自动诊断；4）新的通风监测系统能够将风机故障率降低88.4%，将风机检修周期降低 78.2%，对于提升矿井通风
11、系统的运行稳定性和可靠性具有十分重要的意义。参考文献1任恒军.自动化控制技术在煤矿通风系统中的应用J.现代工业经济和信息化，2018，23（1）：64-67.2张国栋，祁瑞敏.基于 PLC 矿井主通风机远程监控系统设计J.煤炭机械，2016，37（8）：165-166.3申瑞杰，吴新忠，牛洪海，等.煤矿主要通风机远程无线监控系统设计J.工矿自动化，2017，43（11）：30-344胥良，白晓磊.模拟退火 BP 神经网络在矿用通风机故障诊断中的应用J.黑龙江科技大学学报，2018，28（5）：582-586.5余发山，高勇.基于 AGA 优化 RBF 神经网络的矿井通风机故障诊断J.电子测量技
12、术，2017，40（9）：241-2456程国志.基于时频分析法的煤矿主要通风机故障诊断研究J.能源与环保，2018，40（8）：145-149.（编辑：贾娟）图 1风机风量监测结构示意图图 2风机振动传感器布置位置示意图图 3矿井通风系统监测结构示意图负压风量差压变差压变送器送器P2+P1+P1-P2-取压环 1取压环 2副风门风井风流中间轴扩散塔电机叶轮主风门检修风门电机中间轴风机轴承1234中央监控室远程控制层工业以太网交换机风机房集中控制层PLC控制器现场设备层传感器及检测仪表（下转第 195 页）1922023 年第 2 期楚地展示出各个阀门的情况以及水位和排水泵中的流量等信息。在系
13、统中的水位大小以及流量信息等数据显示异常时，警示装置会马上监测出来并进行警示操作，提醒工作人员进行处理。4结论1）排水系统整体结构合理，电路的精度也高，稳定性好，减少了 10%的事故发生率。上位机表现良好，人机交互界面简洁明了，整体可以满足目前的煤矿排水需求。2）采用自动化控制技术之后，相比于人工操作，需求的人员数量更少，并且可以自行完成检查，能及时发现故障并给予警示，使得整个排水系统更加安全可靠，保证了开采工作的正常进行。参考文献1车永军，王成真，杜利宏.煤矿井下中央水泵房自动化排水系统研究与应用J.煤矿开采，2013，18（5）：28-31；37.2高林.煤矿井下排水自动控制系统的研究与开
14、发D.太原：太原理工大学，2007.3李从科，张艳.煤矿中央泵房自动排水系统的应用J.山东煤炭科技，2013（5）：1-4.4刘昌亮.煤矿排水综合自动化系统的设计与应用J.煤炭技术，2013（3）：67-69.5周继昌.煤矿井下排水自动化控制系统的设计与应用J.现代矿业，2021（10）：159-161.（编辑：李俊慧）Application and Research of Automatic Control Technology of Coal Mine DrainageEquipmentZhang Wenyan（Mechanical and Electrical Management Se
15、ction,Sitai Mine,Jinneng Holding Group,Datong Shanxi037007）Abstract:Aiming at the problem of water gushing in mine mining,the automation technology of coal mine drainage equipment is proposedby analyzing the application of coal mine drainage equipment,specifically studying the automation control of
16、drainage system and carryingout practical application.The results show that the whole drainage system is simple to operate,rich in functions,and can achieve real-timemonitoring,which can reduce the incidence of accidents by 10%and can meet the current drainage needs in mines and ensure the normalmining of coal mines.Key words:drainage equipment;automatic control;real-time monitoringApplication on the Monitoring System of Mine Ventilation Fan Operation StabilityGao Wenbo（Dayun Huasheng Zhuangwang
