矿井主通风机故障在线智能检测与诊断系统

矿井主通风机故障在线智能检测与诊断系统

施春筱

沈阳鼓风机研究所（有限公司）     辽宁沈阳        110869

摘要：矿井主通风机是井下供风的核心装备，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。我国大部分煤矿经过几十年的开采，都在逐步向深部推进，矿井通风巷道较长，通风系统也较为复杂。矿井主通风机作为通风系统的核心设备，其运行状态对井下工作环境、瓦斯治理、粉尘治理、物理降温等有重要的影响。由于井下作业条件恶劣，主通风机又长期保持高负荷运转，导致产生高温、异响以及振动等问题，对于通风安全产生不利影响。因此，研究故障在线智能检测与诊断系统，通过对主通风机结构的分析，在其基础上设计在线监测系统，具有较高的推广应用价值。

关键词：矿井；主通风机；故障；在线智能检测；诊断系统

中图分类号：TD635 文献标识码：A

引言

针对矿井主通风机运行稳定性差和检修周期长的问题，提出了通风机故障诊断监测体系。在对通风机故障类型进行分析的基础上，确定了运行稳定性监测参数和布局，实现对风机运行状态的连续监测。确保了主通风机故障的提前发现、快速维修。工作人员可以按照警示内容开展维护维修工作，进而降低主通风机的事故率 。

1矿井主通风机故障在线智能检测与诊断系统建立的必要性

在矿井生产中，为能够实时发现主通风机出现的故障，实现实时监控，需要将主通风机的电动机振动和轴流式轴承温度等相关参数纳入到实时监测中去。其中，震动传感器分别安装在电机与风机两部分上，同时对设备在垂直方向和水平方向上的震动进行实时监测。为实现对整个系统温度的全面控制，在轴承的前、中、后三个部位分别安装温度传感器，实现轴承温度的动态采集。按照对主通风机监测点位的设计，根据实际情况对主通风机监测控制系统进行设计，设计的监测控制系统主要包括防火墙、服务器、工控机、以太网、传感器节点和协调节点等。传感器节点包括温度传感器和震动传感器，负责实时采集主通风机的温度和震动情况；路由节点的作用为实现数据的远距离传送和无线接收等，并将数据传送给以太环网。无线通信功能由芯片实现，提高系统无线通信的稳定性。监测监控流程为：首先由温度和震动传感器收集相应的温度和震动数据，并将信号传送至数模转换器，将模拟信号转变为数字信号，然后通过对震动和温度数据展开分析和判断，并对可能存在的故障进行数据源匹配，同时将主通风机相关部位的运行状况反映在显示屏上，实现相关参数的可视化。在主通风机出现故障或运行状态突然发生较大改变时，监控系统可以实时发出警示，帮助维修人员确定故障并迅速排除。

2通风监测系统设计

在线智能检测与诊断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，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，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[1]。

3分段智能控制

由于井下风量和风压的变化，主通风机调节系统的各控制参数之间存在着非线性的耦合关系，传统的 PID控制逻辑不仅要求对变量的监测精确度高，而且其模糊控制逻辑相对精密，在实际使用过程中会产生“过度”调节的情况，导致变频器对风机运行状态的调节极为频繁，反而在一定程度上影响了井下通风的效率和可靠性，而且也使风机的使用寿命受到影响。通过对驱动电机和变频器运行特性的分析，其可等效为一阶惯性驱动逻辑，因此可以根据系统在不同状态下所监测分析的风量误差的大小来实现对驱动系统的控制，当监测到的风量误差大时，定义此时的控制为强控制逻辑，PID控制器提高对控制量的分析速度和精度，此时消耗的能量较多。当监测到的风量误差为中等条件时，定义此时的控制为中度控制逻辑，PID控制器按正常的分析速度和精度进行逻辑运算。当监测到的风量误差较小时，定义此时的控制为弱控制逻辑，PID控制器确认此时的误差水平在可接受范围内，无需进行强制调节，因此仅会对数据进行微调，此时消耗的能量极低。因此以分段模糊控制为基础，建立了误差控制坐标，该坐标的横轴为风量、风压的监测误差，纵轴为风量、风压的监测误差变化率。根据分段控制发难，当监测误差在第一和第三象限时，控制器开始根据误差大小进行分段控制调节；而当监测误差处在第二和第四象限内时，系统不动作，保持当前的运行状态，在保证调节精度的情况下有效降低调节次数，提高系统调节的精度和可靠性

[2]。

4煤矿通风机远程监控系统的应用

在通风机运行中，由于煤矿生产的复杂性，遇到的情况也是多种多样的，甚至会出现失电故障等问题。针对该情况，需要构建完善的煤矿通风机远程监控系统，才能保障通风机的正常运行，满足煤矿生产的具体要求。在出现失电故障的第一时间，将警报信号传输出去，第一时间处理与解决，保障煤矿生产整体的安全性，也确保通风机能够有效运行。由于电网系统出现波动，煤矿通风机也会出现跳闸问题，无法满足煤矿通风的具体要求，需要技术人员第一时间手动修复，保障通风机的有序运行。在正常的煤矿通风机运行中，随着时间的推移也会出现一定损耗，影响煤矿通风机的工作质量。将煤矿通风机远程监控系统应用于煤矿开采环节已经刻不容缓。通风机远程监控系统的应用，提升了煤矿开采的安全性，也确保了煤矿通风机的平稳运行。一般而言，在出现失电故障时，对煤矿通风机的硬件要做出改造与更换，在通风机的各个部位安装好高压及低压开关，这样煤矿通风机就能够实现自动通电，提高煤矿通风机功能的完整性。而煤矿通风机的运行，只要有符合要求的工作电流通过，通风机就能够实现自动通电，保障煤矿通风机的平稳运行。煤矿企业的技术人员要及时设计煤矿通风机远程监控系统对应的软件，判断煤矿通风机运行环节的各种带电情况，分析出现失电故障的具体原因，控制好导致通风机失电故障的因素，结合失电故障的实际情况采取有效解决措施。在通风机出现失电故障的第一时间解决，降低对煤矿生产的影响，也保障煤矿开采人员的生命安全[3]。

结束语

伴随着煤矿行业的高速发展，想要确保煤矿开采质量，就需要相关工作人员意识到煤矿通风机监控系统的重要性，应用于煤矿开采的各个环节当中。在线智能检测与诊断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，实现对风机运行状态自动监测、故障自动诊断。通过通风机监控系统，实现对煤矿生产的全方位监控，在发现安全隐患、出现安全事故的第一时间发出警报，及时采取有效的解决措施，确保开采人员的生命安全，对于提升矿井通风系统的运行稳定性和可靠性具有重要的意义。

参考文献：

[1]薛军军.矿井主通风机故障在线智能检测与诊断系统[J].江西煤炭科技,2022(04):223-225.

[2]黄咸康. 矿井主通风机在线监控与故障诊断系统的设计与研究[D].中国矿业大学,2021.DOI:10.27623/d.cnki.gzkyu.2021.000645.

[3]曹鑫. 矿井主通风机技改及在线监控系统应用[D].西安科技大学,2019.