任 剛

(長治市煤炭安全信息調(diào)度中心，山西 長治 046000)

礦井通風(fēng)機作為煤礦井下通風(fēng)的重要機械設(shè)備，擔(dān)負著向井下輸送新鮮風(fēng)流、排出粉塵、瓦斯等重要任務(wù)，為礦井作業(yè)人員提供安全保障，若通風(fēng)機出現(xiàn)故障，將會給煤礦造成不可估量的損失[1]。整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜多樣，巷道變化或者機械設(shè)備老化均會引起通風(fēng)異常，嚴重者會給礦井帶來安全隱患[2]。為確保礦井安全、穩(wěn)定通風(fēng)，保障人員生命安全，降低通風(fēng)機故障，本文從通風(fēng)機常見故障著手，分析了風(fēng)機故障原因，并提出了智能監(jiān)控技術(shù)，為礦井通風(fēng)機及時檢修提供理論指導(dǎo)，提高礦井通風(fēng)安全。

1 通風(fēng)機常見故障分析

因井下在不間斷生產(chǎn)、檢修，需要每天24 h不停地為井下供風(fēng)，通風(fēng)機一直處于工作狀態(tài)，長時間的運行必然造成風(fēng)機出現(xiàn)故障，嚴重影響整個通風(fēng)系統(tǒng)。為此，本文針對風(fēng)機常見的軸承、扇葉、轉(zhuǎn)子故障等[3]進行分析，為故障智能監(jiān)控提供參數(shù)基礎(chǔ)。

1) 軸承故障。礦井通風(fēng)機出現(xiàn)的硬件故障，基本上絕大多數(shù)都是由軸承引起，不同的軸承引起不同的故障。據(jù)統(tǒng)計，一般風(fēng)機會出現(xiàn)以下幾個類型的軸承故障：若潤滑油添加不及時或者出現(xiàn)異常時，軸承在運行過程中會因摩擦升溫，但是其變化是先升高后降低，溫度跳躍明顯；若轉(zhuǎn)軸不平衡或者轉(zhuǎn)子不對中時，運行的軸承發(fā)生振動，觸發(fā)溫度急劇升高；除了因溫度變化造成的軸承故障，另外就是軸承的滾珠、轉(zhuǎn)子或者軸承外圈因質(zhì)量而被磨損。

2) 扇葉故障。煤礦井下條件十分惡劣，環(huán)境復(fù)雜多變，風(fēng)流中不僅夾雜瓦斯、粉塵，還含有帶腐蝕性的氣體，經(jīng)常造成通風(fēng)機扇葉出現(xiàn)故障，根據(jù)統(tǒng)計記錄發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機扇葉故障類型主要為腐蝕和斷裂。引發(fā)風(fēng)機扇葉斷裂主要是因為氣流中含有較硬的顆粒(如煤矸石細小顆粒)，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下細小顆粒就會對扇葉造成損傷。引發(fā)風(fēng)機扇葉腐蝕損壞的是氣流中含有二氧化硫、水蒸氣等，在風(fēng)葉高速旋轉(zhuǎn)下，溫度較高，水蒸氣和二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成硫酸，嚴重腐蝕風(fēng)機扇葉。另外轉(zhuǎn)子載荷分布不均勻，致使軸承磨損嚴重，也會造成扇葉產(chǎn)生故障。

3) 轉(zhuǎn)子故障。風(fēng)機電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生故障主要有兩類，分別為轉(zhuǎn)子不對中和轉(zhuǎn)子不平衡故障。風(fēng)機電機轉(zhuǎn)子故障影響較大，不僅會引起電機被燒壞，嚴重的會使聯(lián)軸器斷裂。通風(fēng)機電機轉(zhuǎn)子不平衡的原因是質(zhì)量中心線與幾何中心線不在一條線上。每個轉(zhuǎn)子出現(xiàn)異常主要是因為不平衡，因此監(jiān)控是主要監(jiān)測轉(zhuǎn)子的平衡性。

4) 電機繞組故障。礦井通風(fēng)機的動力是電機，電機運行好壞主要看電機繞組，而電機繞組溫度又是確保其運行的指標參數(shù)，一般電機繞組正常的運行溫度在70～100℃，若電機繞組溫度低于或者超過表明電機有異常。電機內(nèi)部狹小的空間里安裝了繞組，繞組的溫度變化代表了電機運行狀況，從電機開始啟動到正常運轉(zhuǎn)，電機繞組由較低溫度上升至正常范圍，若在運行過程中，溫度不在此范圍內(nèi)，表明電機繞組發(fā)生故障，影響電機工作。

礦井通風(fēng)機故障嚴重制約著井下通風(fēng)效果，為確保井下安全供風(fēng)，需要對風(fēng)機的各個參數(shù)進行實時智能化監(jiān)測，才能及時發(fā)現(xiàn)問題，自動啟動報警功能，并作出反應(yīng)，立即維修風(fēng)機故障，給礦井通風(fēng)系統(tǒng)奠定堅實的安全基礎(chǔ)。

2 智能監(jiān)控系統(tǒng)

針對礦井通風(fēng)機常見故障，開發(fā)了集地面與井下于一體的智能化監(jiān)控系統(tǒng)，見圖1所示。井下傳感器對通風(fēng)系統(tǒng)各個執(zhí)行元件進行數(shù)據(jù)采集，并與地面通風(fēng)機運行狀況進行對比，然后統(tǒng)一匯總至計算機端進行分析處理，用于判斷、報警、控制及反饋，整個監(jiān)控系統(tǒng)為礦井通風(fēng)系統(tǒng)運行奠定基礎(chǔ)[4-5]。智能化監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面控制中心、風(fēng)機監(jiān)測分站、井下執(zhí)行元件等構(gòu)成，在智能化監(jiān)控軟件控制下運行，防止風(fēng)機出現(xiàn)異常。

圖1 智能化監(jiān)控系統(tǒng)

智能化監(jiān)控系統(tǒng)可以遠程實時監(jiān)控通風(fēng)機各個部件運行參數(shù)，也可以監(jiān)控風(fēng)機運行狀況，一旦發(fā)生故障報警功能立即響應(yīng)[6]。智能化監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)施是由智能化傳感器和執(zhí)行結(jié)構(gòu)、解調(diào)器等組成，具有智能自動化的分析處理功能，再配以智能化開發(fā)軟件，可以在線監(jiān)控風(fēng)機軸承、扇葉、轉(zhuǎn)子、電機繞組的各種運行參數(shù)、狀態(tài)，并進行開關(guān)量和視頻、圖像采集，在軟件界面上能夠及時體現(xiàn)風(fēng)機的性能參數(shù)。該系統(tǒng)良好地起到了保護風(fēng)機故障，完成了遠程控制和智能化管理的模式。礦井通風(fēng)機智能化監(jiān)控系統(tǒng)采用的遠距離多數(shù)據(jù)傳輸，現(xiàn)有礦井中的通訊設(shè)施均能配套使用，滿足礦井的兼容、便捷性，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)無人員看護現(xiàn)場的目的。

智能化監(jiān)控系統(tǒng)需要實時了解通風(fēng)機的運行狀態(tài)，就少不了各類傳感器的輔助作用。風(fēng)機上布置的各類傳感器見圖2所示，各類傳感器能夠把監(jiān)測到的風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)速、軸溫、轉(zhuǎn)子溫度、電機繞組溫度、軸承溫度、電流、電壓、大氣濕度等等參數(shù)通過通訊設(shè)備傳輸至PLC控制端，在PLC控制端處理后轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸入到監(jiān)控系統(tǒng)的軟件中存儲、分析、判斷、記錄，CPU進行高速運算，在智能終端的響應(yīng)下，針對風(fēng)機故障立即報警，并顯示風(fēng)機故障類型、原因、位置等信息，為檢修風(fēng)機提供有效信息。

圖2 傳感器在風(fēng)機上的布置

3 故障智能響應(yīng)

通風(fēng)機智能監(jiān)控系統(tǒng)的軟件登陸界面如圖3所示。軟件將會對風(fēng)機故障的診斷與正常情況進行對比，通過不斷改變變量，查找與正常情況下的差距。設(shè)置了軸承故障、轉(zhuǎn)子故障、電機繞組故障、扇葉故障4個類型的指示燈，用指示燈來預(yù)測通風(fēng)機的狀況，若為綠燈則表明風(fēng)機運行穩(wěn)定，紅燈表示軸承故障，黃燈表示扇葉故障，藍燈表示轉(zhuǎn)子出現(xiàn)異常，橙色表明電機繞組溫度不在正常范圍內(nèi)。這時系統(tǒng)就會自動發(fā)出報警，并顯示故障位置及原因，給值班人員帶來直觀的提示，從而為應(yīng)對風(fēng)機故障提供了便捷性。

圖3 智能監(jiān)控風(fēng)機登錄系統(tǒng)

為了驗證智能化監(jiān)控系統(tǒng)的效果，在某礦進行了工業(yè)性試驗。在試驗過程中，主要對風(fēng)機軸承溫度、扇葉好壞、轉(zhuǎn)子平衡性和電機繞組溫度等參數(shù)進行了遠程監(jiān)控，通過傳感器采集溫度，PLC控制器對溫度進行分析，CPU進行高速運算，智能軟件進行融合、歸檔，并結(jié)合其他零部件溫度數(shù)據(jù)采集情況綜合分析，發(fā)現(xiàn)電機繞組溫度呈現(xiàn)出異常狀態(tài)，溫度出現(xiàn)跳躍式驟然升高的情況，在PLC自動化控制器的分析判斷下，得出了該風(fēng)機電機在運行當中存在故障，智能軟件立即發(fā)出報警，并在界面顯示電機發(fā)生故障字樣。停機進行檢修，維修人員發(fā)現(xiàn)電機軸、減速器軸和其他零部件有局部燒壞的情況，表明在智能化監(jiān)控下，有效節(jié)約了人工檢修時間。礦井通風(fēng)機智能化監(jiān)控技術(shù)為礦井安全通風(fēng)提供了技術(shù)保障，提高了礦井的通風(fēng)系統(tǒng)的安全性和可靠性，節(jié)約了通風(fēng)機維修成本，顯著改善了通風(fēng)機的檢修效率。

4 結(jié) 語

通過分析礦井通風(fēng)機常見的故障，開發(fā)了通風(fēng)機智能化監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測通風(fēng)機各類故障，為礦井通風(fēng)機的安全、穩(wěn)定運行提供了保障。