1、电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering87煤矿风机是矿井开采时的重要辅助设备，负责向井下各工作面提供新鲜的空气，并将井下有害热量和污浊空气通过井上井下强迫式空气交互排出井下，确保井下工作面正常安全的开采环境1。风机的正常运转对维持矿井正常生产和井下工作安全具有重要意义，随着技术的发展，风机故障监测检修方法从传统的人工检修法逐渐向智能化检修方法过渡，传统的人工检修方法实时性差，无法及时发现和解决问题，严重影响煤矿正常生产；目前的智能化风机监测检修方法着重于直接监
2、测风机设备的振动、压力、温度等参数异常，从而判断风机故障点，这种直接诊断风机设备故障的方法应用过程中误差大、成本高，难以在煤矿开采中推广2。在 PLC 技术的基础上，探究以问题表象为导向，逆推风机故障类型，通过合理设置预警值和极限值的方法，及时发现风机运行时的故障类型，及时维修，具有一定的预测性、实时性和可培训性。1 风机故障监测方法优缺点分析在目前的矿井开采中，矿井风机检修技术主要有两种：一是传统的人工检测维修，二是通过检测风机的振动、压力、温度等参数，直接判断风机的故障点从而排除故障的直接诊断法，是一种直接法故障监测系统。第一种传统的人工检测维修方法实时性差，不能及时快速的分析问题、解决问
3、题，在风机产生问题后再由人工检测解决问题，工作滞后严重；解决风机故障更多的依靠检修人员的经验，可培训性差3。第二种检修方法通过在风机设备的关键部位布置传感器，实时监测风机的振动、压力、温度等参数，经过控制中心数据处理后，直接判断风机的故障点，从而及时排除故障，这种检修方法具有实时快速、灵活可培训的优点，但是直接对风机运行参数监测的过程中，监测误差较大，以风机振动参数监测为例，振动频率与振动加速度传感器监测值的误差关系如表 1。如表 1 所示，振动频率越高，误差越大，振动频率为 20Hz 和 240Hz 时，振动加速度传感器的误差约为1.0%1.8%，与振动实际值相比，振动监测值偏大；振动频率为
4、 900Hz 和 1500Hz 时，振动加速度传感器的误差约为 3.25%4.0%，与振动实际值相比，振动监测值偏小。因此以风机运行参数作为监测对象，监控风机的运行状态存在一定的误动作的可能，当监测到风机运行状态参数不正常时，井下通风系统的工况可能是正常的，井下的工作环境可能仍然是安全可控的，风机的智能化技术在矿井风机故障检测中的应用研究杨立安（晋能控股集团晋中公司 山西省晋中市 030600）摘要：本文利用智能化技术建立故障类型库和故障特征库，以问题结果为导向逆推故障类型，从而达到及时、准确、高效排除通风系统故障的目的。风机是矿井通风的关键设备，使用时间长，故障率高，传统的人工监测方法实时性
5、差，直接对通风设备进行故障检测故障率高，难以满足矿井通风系统精细化需要。关键词：智能化技术；故障类型库；故障特征库；故障检测表 1：振动监测误差频率/Hz振动测量值/mm振动实际值/mm误差/%209.8510.03-1.759.8410.02-1.802409.9410.07-1.309.9910.10-1.0590011.4511.093.2511.2510.903.25150012.2111.773.7812.5511.783.99电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Eng
6、ineering88运行状态参数无法准确的描述井下通风系统的状况，仅依此判断通风系统存在安全问题是有失偏颇的，有时也会极大的影响矿井的正常生产。而以井下通风系统的安全问题作为导向，逆推风机的故障问题和故障点，可以避免因检修系统误动作或过动作导致井下无法正常生产的问题，同时，在通风系统质量薄弱点布置监测设备，监测重点明确，监测设备简单，可以极大的节省监测检修系统成本，是一种间接法的故障监测方法。与直接法故障检测系统相同，间接法故障检测系统监测到系统故障后，也需要在控制器上显示故障点和故障内容，进而指导检修人员及时检修设备。与直接法检修系统不同，间接法监测维修系统是开放的系统，间接法的故障库可以根
7、据专家的意见和现场实践经验不断的补充完善。2 间接法检测维修系统设计间接法检测维修系统是以 PLC 技术为基础的，通过在通风系统的故障薄弱点布置相应的监测器，实现对通风系统的实时监测，并将监测数据反馈给控制器进行逻辑判断，与 PLC 监控系统不同的是，从控制模块中输出的信号不经转换器的作用从而发出动作指令，而是直接将判断结果显示在控制器上，指导作业人员精准维修，其运行机理如图 1。如图 1 所示，在通风系统的薄弱环节布置故障监测设备，监测电信号在 A/D 转换器作用下准换为数字信号传输给控制模块，与控制模块中故障库进行对比分析，输出故障信息指导检修人员及时排除设备故障，与 PLC自动监控不同的
8、是，检测维修系统不具有自动控制功能，控制模块不直接发出动作指令控制设备执行相应动作，而是将判断后的故障信息显示在控制模块上指导检修人员进行精准维修作业。控制模块中预先输入的逻辑判断语句是基于通风系统的故障信息，而不是风机的运行参数特征。控制模块中故障库的建立遵循如图 2 流程。首先利用头脑风暴法或专家质询法，根据现场实际，汇总影响通风系统安全的风机机故障类型，根据这些故障类型充分研究风机故障引起的通风系统安全隐患特征，分别组成风机故障类型库和通风系统故障特征库。在控制器中预先输入对比算法，根据通风系统故障类型特征值，选定合理的预警值和安全限值，把实时监测的数据在控制器中与预警值和安全限值做对比
9、，监测值达到预警值时，检测系统及时发出报警，通知检修人员及时排除故障，监测值达到安全限制时，检测系统发出人员撤离井下的危急信号。间接法检测维修系统通过监测到的井下通风系统超限参数，逆推通风设备的故障特征，具有一定的预测性和开放性，间接法检测维修系统的故障库和故障特征库是开放的，可以根据矿井的具体情况，设定各矿通风系统的关键故障类型和故障特征。3 间接法监测维修系统设计根据上文分析，间接法检测维修系统以 PLC 技术为基础，在输出模块对 PLC 技术进行优化，排除了输出模块 D/A 数模转换器的作用，数据经控制器对比后输出的数字信号，不在经转换器作用转换为电信号，而是直接把对比结果显示在控制器上
10、，指导检修人员及时排除通风系统故障。在间接法检测维修系统建立过程中，系统建立的关键是全面准确的故障库和故障特征库，根据井下通风系统运行特征，故障库内应包含影响通风系统安全的关键故障类型，故障特征库应能准确逆推风机故障类型。根据矿井生产实际，统计风机主要故障类型和故障类型特征如表 2。如表 2 所示，统计结果表明，矿井间接法检测维修系统库中的关键故障类型、故障特征和其监测参数有：（1）叶轮粘附油污故障，其故障特征是风机异常振动，叶轮粘附油污故障的监测参数是风机振动值。（2）风管风筒连接口漏气、接风管松弛故障，其图 2：控制模块作用过程图 1：检修系统机理电力与电子技术Power&Electron
11、ical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering89故障特征是风管连接口漏气，该故障的监测参数是接风口风速。（3）轴承安装错误、润滑油劣化故障，其故障特征是风机轴承释放热量超标，该故障的监测参数是轴承温度。（4）输送带磨损、不对称故障，其故障特征是风机跳动、输送带松弛，该故障的监测参数是输送带长度。（5）电机超负荷、输入电压过高故障，其故障特征是风机电机温度超限，该故障的监测参数是风机电机温度。通过对上述故障类型的故障特征值的监测逆推风机故障类型，间接法检测维修系统是一个开放的系统，在逆推风机故障类型的过程中，
12、可以根据故障类型的故障特征增加监测参数，辅助判断风机的故障类型，避免风机监测维修系统的误动作。根据风机故障的特征，在 PLC 控制模块中预先输入合理的预警值和安全限制如表 3。如表 3 所示，当监测参数中风机振动值达到预警值P1 时，风机间接法监测维修系统及时显示故障类型和故障点，指导检修人员及时排除通风系统故障；当监测参数中风机振动值达到安全限值 P2 时，风机间接法监测维修系统及时显示故障类型和故障点，并发出撤离井下作业人员的紧急信号。当接风口风速达到预警值 V1时，风机间接法监测维修系统及时显示故障类型和故障点，指导检修人员及时排除通风系统故障；当接风口风速达到预警值 V2 时，风机间接
13、法监测维修系统及时显示故障类型和故障点，并发出撤离井下作业人员的紧急信号。当监测到轴承温度达到预警值 T1 时，风机间接法监测维修系统及时显示故障类型和故障点，指导检修人员及时排除通风系统故障；当监测到轴承温度达到预警值 T2 时，系统及时显示故障类型和故障点，并发出撤离井下作业人员的紧急信号。当监测到输送带长度达到安全限值 L1 时，风机间接法监测维修系统及时显示故障类型和故障点，指导检修人员及时排除通风系统故障；当监测到输送带长度达到安全限值 L2 时，统及时显示故障类型和故障点，并发出撤离井下作业人员的紧急信号。当风机电机温度达到预警值 T3 时，风机间接法监测维修系统及时显示故障类型和
14、故障点，指导检修人员及时排除通风系统故障；当风机电机温度达到预警值 T4 时，风机间接法监测维修系统及时显示故障类型和故障点，并发出撤离井下作业人员的紧急信号，以确表 2：风机故障专家库序号故障类型故障特征监测参数1叶轮粘附油污风机异常振动风机振动值2风管风筒连接口漏气、接风管松弛风管连接口漏气接风口风速3轴承安装错误、润滑油劣化风机轴承释放热量超标轴承温度4输送带磨损、不对称风机跳动、输送带松弛输送带长度5电机超负荷、输入电压过高风机电机温度超限风机电机温度表 3：监测预警值和安全限值设定序号监测参数预警值安全限值1风机振动值P1P22接风口风速V1V23轴承温度T1T24输送带增大幅度L1
15、L25风机电机温度T3T4表 4：某矿通风系统监测值设定序号监测参数预警值安全限值1地表风机振动值（mm）11.2182接风口风速（m/s）5.573风机轴承温度（）50654输送带长度增大幅度（mm）2052105风机电机温度（）6075电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering90保井下作业人员安全。4 间接法检测维修系统的应用某矿 7#煤层通风方式采用两翼对角抽出式，瓦斯涌出量为 11m3/t，设计井下需风量 9.1m3/s，主运输大巷设计风速 5.2m/s
16、，皮带长度 8m，使用间接法监测维修系统对该通风系统进行优化改造，在矿井地表主风机机轴上安装 VIBER X5 型振动检测分析仪，实时监测地表风机振动值；在矿井接风口布置矿用风速传感器，实时监测接风口风速；在地表风机轴承部位布置红外测温仪，实时监测地表风机轴承温度；在风机输送带上平均布置4 各位置监测点，实时监测输送带长度变化；在地表风机电机处布置红外测温仪，实时监测地表风机温度。设定该矿间接法检测维修系统监测参数预警值和安全限值如表 4。如 表 4 所 示，当 地 表 风 机 振 动 值 达 到 预 警 值11.2mm 时，风机间接法监测维修系统及时显示故障类型和故障点，指导检修人员及时排除通风系统故障；当监测参数中风机振动值达到安全限值 18mm 时，风机间接法监测维修系统及时显示故障类型和故障点，并发出撤离井下作业人员的紧急信号。当接风口风速达到预警值 5.5m/s 时，风机间接法监测维修系统及时显示故障类型和故障点，指导检修人员及时排除通风系统故障；当接风口风速达到预警值 7m/s 时，风机间接法监测维修系统及时显示故障类型和故障点，并发出撤离井下作业人员的紧急信号。当监测到轴