煤矿井下机电设备状态监测技术分析

煤矿井下机电设备状态监测技术分析

姚军明

陕西建新煤化有限责任公司 陕西省延安市 727307

摘要：煤炭是我国重要的能源，随着我国煤炭开采行业的不断进步，煤炭资源开采已经实现了机械化。企业除了应做好日常点检工作，还应准确采集数据，做好设备的状态监测，基于此，本文对故障检测诊断技术概述、煤矿井下机电设备故障原因以及煤矿井下机电设备状态监测技术进行了分析。

关键词：煤矿开采；机电设备运行状态；监测

煤矿井下机电设备在煤矿生产过程中有着十分重要的作用，且一旦发生故障，将会影响整个生产系统的运行，为煤矿企业带来巨大的经济损失。为了降低故障发生率，为工作人员提供安全的工作环境，企业应及时做好井下机电设备的状态监测工作，并准确识别核心零部件的故障机电信号，为延长设备寿命提供更多的技术支持。

1 故障检测诊断技术概述

故障检测与诊断技术的关键任务是监测机械设施的工作状态，并在机械设施出现异常问题后对故障问题进行诊断和总结。机械设备的故障检测与诊断来源于机械设备的早期运行监测，可以动态监测机械设备的共走状态和工作参数。将故障检测与诊断技术应用于机械设施，可以有效地保证整个机械设施和系统的安全性、稳定性和合理性。因此，有必要加强对故障检测诊断技术的重视，确定该技术的应用模式和应用方案。

2 煤矿井下机电设备故障原因

煤矿井下机电设备故障原因有：（1）煤矿井中湿度过大，尤其是深井中的温度过高，空气中水分影响机电设备的绝缘性，泄漏电流，甚至引发绝缘击穿问题，以致机电设备出现接地故障、断路及短路等问题；（2）煤矿生产过程中存在大量粉尘、煤屑，异步电机定子与转子之间需要合适的气隙，但煤矿开采期间会存在大量煤屑，充填至气隙中会改变定子与转子的原有功能与结构，造成功能损耗问题，无法保证机电设备正常运行。

3 煤矿井下机电设备状态监测技术

3.1 系统整体设计

现场检测、网络通信及控制管理均属于煤矿井下机电设备状态监测系统。其中现场检测模块具备感知功能，划分为感知层。网络通信模块具备网络功能，划分为网络层。控制管理模块具备应用功能，划分为应用层。通过设计系统流程，工作人员可通过感知层判别煤矿井下机电设备的运行模式，准确判定空气电压、湿度、温度及CO2浓度等因素。感知层主要以网络层为控制中心传输数据信息，并在屏幕显示机电设备的运行状态，当系统感知参数与标准设定参数不符，超出设计标准时，会向用户发出声光报警信号，保证机电设备故障信号的准确测定，并据此制订可行的解决方案，确保机电设备的安全稳定运行。

3.2 信号采集和传输设备选型设计

通过近年来的发展，我国煤矿开采技术正不断向自动化靠拢，在将无线网络技术运用到生产中时可以充分实现煤矿企业针对机械设施的监控任务，避免产生监测失误的情况，并且此类方式还可充分降低资金的投放量。通过无线传输方式确保传输工作的速度和质量，最终达成动态化及时传输的效果。在对现阶段的无线传输技术开展分析工作时发现，红外线没办法穿透密不透光的物体，并且传输的长距较短，蓝牙能够辐射的范围也不大，而Wi-Fi虽说拥有良好的传输效率，但功耗过大。LoRa、GPRS以及NB-loT在动态化检测中最为高效适用，能够辐射到的范围比较大，传输的效率非常高。由于部分煤炭项目的井下提升机间相隔的距离较大，因此必须确保技术能够达到长距离传输的效果。通过LoRa、GPRS以及NB-loT来开展传输工作，不用顾虑在信号上出现不良问题，可充分确保信息传送的精准性和稳定性。

3.3 系统硬件设计

煤矿井下机电设备监测系统硬件由三个无线基站和五个MIMO天线组成，三台基站都配置为AP+WDS模式，相互之间以无线分布式桥接模式（WDS模式）进行组网，目的是实现厂区地面机电设备的网络全覆盖，所有的数据采集终端工作于同一个无线局域网中。三台基站的ESSID和无线密码做了相同的设置。感知层的硬件选择S3C6410型ARM处理器芯片进行设计。S3C6410型ARM是一种RISC微处理器，它的特点是功耗低、成本低、处理速度快、结构简单等，对于煤矿井下设备工作状态的监测感知具有良好的应用价值。S3C6410型ARM采用了32位内部总线架构。结构由AXI、AHB和APB总线三部分组成。

3.4 监测系统传感器

3.4.1传感器选择原则

在对传感器进行选择必须注意几大事项：①考虑传感器的灵敏性，灵敏性属于其中关键性的考核指标，因为灵敏度高的传感器能够更加精准的对物体进行检测。与精度的测量任务相同，其精度可以对检测流程中产生的误差值带来直接影响，必须将误差降至最低，提升精度。②考虑传感器的线性度，这主要会影响到传感器的输出量和输入量。③考虑传感器的分辨率，主要作用为可以检验出井下提升机输入的最低数值。在选择期间，还应该分析传感器的重复性特定和迟泄特点等，综合传感器所处的工作境况和传感器的适用性等进行科学选择。

3.4.2提升速度传感器

针对井下提升机来讲，把其中提高速度的传感器装配在机械设施的机轴部分，而后利用编码器输出信号，确保可以和主电动机的转动速度呈正比。其主要价值为检测提升机的工作速率，而后和PLC接轨。

3.5 RFID技术

RFID技术是一种无线通讯技术，RFID读卡器通电以后将射频信号调制成无线电频率的电磁场，标签内部有接收磁场的电路，能够从磁场中获得能量转换为电能，驱动标签并将其包含的信息通过内置的天线发送出去，阅读器接收标签卡发送出来的载波信号，然后对其进行解码并将信息传送至系统服务器由系统对其处理。

3.6 引进先进的故障诊断技术

为提高煤矿机电设备维修的质量和效率，企业应积极引进先进的维修技术，确保机电设备的运行效率，并将故障诊断技术应用于机电设备的维修保养。采用先进的故障诊断技术对振动检测、温度检测进行样品分析和机电设备零部件部件运行数据采集三种方法，并通过科学方法的分析收集数据，对比检验和标准比较，从而确定故障形式和故障区域，是对机电设备安全运行的保驾护航。振动检测是利用精密诊断系统或简易诊断仪器，检测结构部件在正常状态和故障状态下产生的声音、振幅等方面的振动差异，从而实现准确的故障定位。油样分析是根据金属仪器在磨损阶段油样中金属磨料颗粒的浓度进行分析，一般采用铁谱或光谱分析仪来准确判断磨损程度、磨损结构和未来磨损趋势。温度检测是根据煤矿机电设备异常时的温升现象判断机电设备的故障，并根据温度变化预测未来的温度变化趋势。若温度值超过设计标准值，则可判定为机电设备故障。此外，故障诊断技术还可以协助完成机电设备维修方案的建立，提高机电维修工作的质量。

3.7 建立完善的维护维修管理制度

煤矿企业的安全生产需要健全的规章制度作保障。鉴于目前的维修保养管理制度不严格，煤炭企业应尽快完善机电设备的使用和操作规程，对设备的使用频率做出明确的规定，严禁超负荷使用设备，确保所有的操作都按照公司章程进行，遵守法律，从根本上降低人为因素产生的事故概率，避免一切安全隐患。同时建立健全机电设备维修管理制度，相关人员严格按照制度操作，不得违规；维护管理体系还应具有明确的维护方法和程序，以保证维护操作的准确性，确保设备的维护和维护效果。

4 结束语

随着科学技术的进步，矿井机电设备运行状态监测技术会取得更好的发展，特别是管理经验及机电运行数据结合的大数据处理技术，对机电设备的运行寿命预测，是未来研究的重点方向。

参考文献：
[1]潘文忠.物联网技术在煤矿井下机电设备状态监测中的应用[J].机械管理开发,2018,33(10):261-262.

[2]范红斌.煤矿井下机电设备状态监测技术分析[J].煤炭科技,2017(02):89-91+94.

[3]韩学政, 无线传感网络在煤矿井下时变机电设备群监测中的关键技术研究. 山东省,枣庄学院,2013-01-10.