故障诊断技术在煤矿机械设备中的应用

闫振

(山西天地煤机装备有限公司，山西 太原 719319)

0 引言

在我国经济水平快速发展的驱动下，各行各业生产规模都在不断扩大。煤炭行业也不例外。煤矿开采工作较为复杂，需要借助大型机械设备来完成各个高难度的工作环节。但在实际的开采工作中因为工程的特殊性，煤矿机械设备常常出现故障，一方面耽误开采工作的正常进行，不能按时完成开采目标；另一方面，机械设备出现故障对操作人员的生命安全也会产生威胁。因此，利用高效先进的故障诊断技术对机械设备进行维护和保养，保证设备的稳定运行，对提高设备的工作效率和煤矿企业实现经济效益都具有重要的意义。

1 概述故障诊断技术

故障诊断在行业应用中又称“故障检测”或者“故障隔离”。故障诊断之所以有隔离和检测的称号，是因为在对设备进行检查过程中，利用感应设备对故障点进行准确定位，继而进行及时地故障处理。如果故障点问题较大，需要对设备进行更换的情况下，首先要采取隔离措施对故障点进行处理[1]。利用科学的检测方法和先进的检测技术对设备整体进行系统地故障诊断，可以快速有效地找到问题故障点，便于技术人员及时采取有效的解决措施对故障进行安全排除。

2 煤矿机械设备的工作特点及故障诊断应用的必要性

(1)煤矿机械设备的工作特点。煤矿开采工作一般情况下都是在矿井中开展。矿井开采环境较小，且通透性能差，没有足够的氧气供给工人，并且矿井中的开采地势复杂，机器设施长时间在此环境下工作，很容易出现机械故障。高负荷、工作时长，使机器的磨损情况严重化，也给煤矿工作者安全产生带来了威胁，因此相关技术人员应对机器设施故障问题及时检测，并予以进行修复。

(2)故障诊断技术在煤矿机械设备中应用的必要性。煤矿开采使用机器设备工作时，由于矿井环境的特殊，而且受开采难度大、空间小等因素影响，大大增加了机器设施出现故障的概率。如果不能及时发现机器设施出现的故障并解决，极有可能会影响工作人员的生命健康和安全。因此，相关工作人员应不定期地对设施进行检测及维护，及时掌握设备的运行情况，预防故障的出现，降低故障发生的可能性，确保机器安全运行，从而保障施工人员的人身安全。此外，我国对于煤炭的需求量持续加大，也加重了机器自身工作的极限，使其超负荷工作。机器设施长时间超负荷工作，加大了故障出现的概率，使人员的安全问题得不到保障。所以，要积极引进先进的诊断技术，对机器设施的使用情况进行及时检测，及时发现问题并解决，才能保障工程的顺利进行[2]。

3 使用的过程中煤矿机械设备易出现的故障

(1)异常磨损。机器在工作时，如果不重视周围环境对机械设备的影响，使机器在潮湿或有腐蚀性的环境中工作，会导致机器设施出现磨损现象。设备在这样的环境中工作，极易与周围环境发生化学反应出现锈蚀等现象，导致机器部件的异常磨损，机械设施极有可能出现故障问题。因此，相关技术人员在工作时不仅要观察机器的运作情况，还应观察其工作环境的情况，及时发现其存在的问题并采取相应的解决措施，进而延长机器的使用年限，提高机器的工作效率。

(2)零部件磨损。机械设备在矿井中工作，难以避免出现磨损的现象，并且在使用时，如果工作人员操作不当，或者机械部位放置位置不对，也会对设施的零件造成损害，无法保证机械设备正常运行。设备在正常工作时产生的机械振动也会对部件造成磨损，使机器出现工作异常的现象，进而影响矿下开采工作有序进行。

(3)组件老化。煤矿开采过程中使用的机器设施大多都是大型设施。设备投入工作后，短时间内不会对机器进行更新，但设备的零部件如果不及时更换，就会使组件老化，降低设备的工作效率，并威胁到工作人员的生命安全。此外，机器中部分齿轮在使用过程中也会出现消耗过大的问题，更换组件费用较大。有些企业为减少运行费用没有及时对已出现问题的部件进行更换，而导致机器出现故障。

4 故障诊断技术介绍

(1)红外热成像检测。工作人员在进行煤炭开采，由于设备使用时间过长，导致设备温度较高，工作人员可以利用红外线热成像方法对机械进行温度检测。红外热像仪的故障诊断技术是较为先进的，与其他检测方法相比效果良好。红外热像仪是根据被检设施表面的红外热能自发生成实时热图像的原理进行检测，检测人员可以通过对图像的分析找出温度的异常数据，从而找到设备的故障问题。这种诊断技术属非接触式技术，与使用温度传感器相比，省去了布线的难度，节省了消耗时间，提高了检测效率[3]。

(2)超声波检测。目前，超声波技术因其自身的优良性能应用已极为广泛，运用最多的就是煤矿开采工作。由于超声波无声检测技术其检测时不会对检测设备造成损害，所以项此技术在煤矿工程之中广为应用。超声波技术不仅具有使用灵活、灵敏度高、声波穿透力较强等特点，还可以通过热、电、光等反应现象，检测出设备内外部分的损害情况，可以具体识别判断机器出现问题的部位；能够精准地检测出设备的各项指标数据，判断设备还可以使用的期限和设备本身的性能，使工作人员可以及时更换设备，保证工程顺利进行。

(3)振动检测。在煤矿开采过程中，使用机械设备时会出现振动情况，表现为有规律的振动频率，特征比较明显。如果工作人员在工作时发现振动频率出现异常，就应知道是机器设施出现了问题。这时候相关人员就要利用诊断技术对机器进行检验，查看设备的运行情况，找出设备问题所在并及时修复。系统在工作期间，无论是转子出现问题，还是系统其他设备出现问题，都会导致机械出现振动频率异常现象。一般来说，正常的设施运行时，相关的数据特点和各项运作指标都均为正常，而且仔细观察会发现这些指标数据具有一定的运行规律。因此在工作期间，工作人员可以通过振动的频率判断设备是否出现了问题，进而对机器采取相应的解决措施。

(4)温度检测。温度检测主要是对设备的温度进行测量后与正常数值作对比，比正常值高时，就很可能是设备出现了问题。煤矿开采使用机器设备的振动频率较为频繁，部分设施在使用过程中可能会出现高热能现象。比如一些零件的连接部 位、齿轮之间的咬合部位、运作较为频繁的部位等，可以利用传感器技术对这些部位采取温度检测措施，当出现温度较高的情况时，工作人员就需要及时查看设备运行情况，避免出现故障问题。比如轴承在使用过程中会出现摩擦现象，温度就会随着摩擦而升高，如果检测的温度值偏大，就应及时查看轴承的具体情况并及时做出应对措施。

5 故障诊断技术在煤矿机械设备注重的应用

(1)煤矿挖掘设备。煤矿挖掘机是用于煤矿开采的另外一台重要设备，对其故障诊断同样需要高度重视。通常情况下，该机器要比其他机器使用时间更长一些，使用频率与其他机器相比也较大，这些因素都增大了机器出现问题的概率。因挖掘机工作时对轴承磨损较大，轴轮相互摩擦时也会升高轴承的温度，所以煤矿挖掘机中最容易出现故障的部位是轴承。因此，煤矿挖掘机设备的检测方式是使用温度检测法对机器进行检测，根据温度的检测结果以及检测人员的分析结果，掌握机器的使用情况，并对其的工作强度作出判断。

(2)高压异步电动机。高压异步电动机是在煤矿工程中使用到的机器。由于此机器工作时间较长，所以消耗较大，比较容易出现故障问题。因此在使用该机器时，施工人员要利用检测人员的检测报告对其故障问题再次进行检验，确保此机器故障问题已经得到解决，可以正常运行。此外，检测过程中主要是利用放电检测法对机器进行检测，利用放电现象判断设备是否存在问题。这种检测技术可以保证机器可以在安全的时间内进行高效率工作，使煤矿工人施工得到安全保障[4]。

(3)矿井提升机。矿井提升机是煤矿开采过程中施工人员最常使用的机器之一。矿井提升机时如果出现机械故障会影响整个工程的运行情况，所以检测人员要使用故障诊断技术对该机器进行故障检测。检测人员主要是利用红外热成像技术对其进行检测，根据设备的信号对其进行分析。这种方式可以找到故障问题产生的根本原因，并可以提前做好应对措施，确保煤矿工作可以正常进行。

(4)故障现场初步诊断。如果设备在使用时出现意外，技术人员应先对设备进行检测，做出初步判断，对其出现的问题有大概的了解。在现场对机器出现的问题进行探查时，首先要观看相关检测人员的检查报告，然后再通过开动机器产生的声音，以及眼睛注视机器实施过程中零件的运行情况来判断问题的所在，再根据感官判断出的问题方向，对故障问题进行进一步检测分析，并找出相应的解决方法。这种诊断方式可以提高诊断结论的有效性，及时解决故障问题，使设备可以尽快恢复正常使用。

6 结语

通过上文可知，故障诊断技术在煤矿机械设备中的应用具有必要性。针对煤矿机械设备中易出现的问题进行描述，可以将红外热成像检测、超声波检测、超声波检测、温度检测等多种故障诊断技术应用至煤矿挖掘设备、高压异步电动机、矿井提升机、故障现场初步诊断中，通过故障诊断技术对煤矿机械设备进行维护，可以保证设备的健康运行和煤矿企业的安全生产。