矿井提升机远程状态监测与智能故障诊断研究

栗帅

摘 要：提升机是矿井最具有关键性的机电设备之一，俗称 “矿山咽喉”。 矿井提升机是否安全可靠运行，不仅影响到整个矿井的生产，还关系到井下作业人员的安全。 随着煤矿的大型化和开采深度的增加，矿井提升机如果继续采用传统的现场监控和故障诊断系统，将不能适应目前矿井的要求。随着计算机科学技术、检测监测技术和故障诊断技术的高速发展，利用现代化高科技对矿井提升机的监测与故障诊断具有重要的意义。

关键词：矿井提升机；远程状态；监测；智能故障；诊断

中图分类号：TD534 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）03-0109-02

1 国内外远程监测诊断技术的发展

故障诊断技术起始于机械设备故障诊断，现代的故障诊断包含了故障维修，故障维修不仅在设备使用过程中发生故障时进行维修，还应该在故障发生前根据监测诊断的结果确定故障源，提前预防维修。

1.1 发达国家远程检测技术的发展

发达国家对故障诊断具有非常前沿的技术研究。美国在航天、航空、核工业以及军事等尖端部门故障诊断技术都处于世界的最前沿。英国在飞机、汽车发动机监测及诊断方面具有领先作用。欧洲一些发达国家在故障诊断的一些方面具有较为先进的技术：如最为先进的瑞典轴承监测技术，丹麦的噪声振动监测技术等。日本在工业方面的诊断技术发展迅速，如现代化工、钢铁冶金、铁路运输诊断技术等。

1.2 国内矿井提升机远程监测技术的发展

我国对煤矿安全监察力度日渐上升及机电设备的安全运行对企业经济效益和安全保障的影响，煤矿企业迫切需要对矿井机电设备进行在线监测，尤其是作为矿山咽喉的矿井提升机。进行定期检修、远程监测和智能故障诊断的研究对设备维护有着重要作用。我国在设备状态的监测与故障诊断技术的研究起步相对较晚，却得到了迅速的发展。

2 矿井提升机状态监测与故障诊断技术发展趋势

应用矿井提升机的故障诊断技术已经极大地提高了设备运行的安全可靠性。随着矿井提升机故障诊断系统的快速发展，使矿井提升机故障诊断走向智能化。由数值计算和信号处理方法的诊断过程已经被知识处理和推理方法的诊断过程所替代。我国属于能源大国，近些年来对矿井提升机故障诊断技术系统的研究更加深入，各种方法相互融合和渗透。矿井提升机状态监测与故障诊断技术总体上逐步走向信息化、网络化和智能，具体体现在以下几个方面。

2.1 系统结构

如今研制的矿井提升机状态监测与故障诊断系统已发展为网络化。

2.2 监测方式

由先进的在线监测替代传统的巡回监测、定期监测，监测效率得到了提高，为矿井提升机的实时故障诊断系统提供了条件。 2.3 监测参数

由传统的单参数监测已经发展为多参数监测，为后续故障诊断系统提供了更多的原始数据。

2.4 系统软件设计

由单任务系统发展为多任务处理系统。涉及到的通讯处理、数据库设计、推理机设计等，可以逐渐增加分布优化处理等特点。

2.5 系统功能

由监测和诊断逐步走向监测、诊断、预报、治理和管理，具有一体化的优势。诊断方法向快捷化、智慧化、灵敏化等方向进展，诊断方式向有传统的现场诊断发展为现场诊断和远程诊断相结合。

2.6 故障诊断方法

出现了多种诊断方法相结合的故障诊断系统，达到更有效、更准确的故障诊断。

3 矿井提升机事故分析

煤矿提升机运行过程中发生频率较高，造成巨大损失和影响较大的常见事故主要有过卷事故、断绳事故、制动失效事故、滑动事故、井筒事故及各类轴类零件突然断裂事故等。

3.1 过卷事故分析

过卷事故主要是上提过卷和下放过卷两种事故。上提过卷是矿车或人车被提升到地面井口没有停车，继续上行造成的事故。造成井架拉倒或是钢丝绳拉断而导致跑车。下放过卷是当矿车下放到井底没有减速停车，造成与井底承接装置发生碰撞造成的蹲罐事故。

3.2 断绳事故分析

断绳事故属于最严重的事故之一，如果这类事故发生，将造成煤矿重大的经济损失且危及到此巷道作业人员的生命安全。常出现的断绳原因有以下几点。

①锈蚀：井下环境相对较潮湿，金属易变脆，其抗拉强度和抗冲击强度性能也随之降低。

②磨损：矿井提升机在进行缠绕过程中，变层跨圈处经常出现上、下层钢丝绳之间的挤压，也叫“跨圈现象”，使钢丝绳出现横向滑动和纵向滑动，造成钢丝绳剧烈磨损。地轮不转或转动不灵活，钢丝绳磨损更为严重。

③疲劳：是指长时间的反复弯曲导致钢丝绳强度降低。

④冲击和振动：经常的松绳、过卷将引起的各种冲击和振动。直接的影响到钢丝绳的使用寿命。

⑤超载：提升时超挂车和拉掉道车辆，将导致过载。

⑥个别矿井防护装置不全或防护不起作用。

⑦检修时措施不符合要求或方法不当。

⑧操作不当。

⑨超出使用寿命或带有隐患运行。

3.3 制动失效事故分析

矿用提升机采用液压盘式制动器。制动失效的原因主要有以下几点：

①制动力矩大，导致动张力增大引起滑动。

②超载或制动初速大，导致电气设备跳闸，再次启动时，司机操作失误将方向开反，使得重物下放，当发现时矿井提升机速度较快，将会出现制动不住的事故。

③制动力矩小，造成制动不住。

3.4 滑动事故分析

提升机运行过程中，其滑动现象经常出现在等速运行、启动加速、紧急制动的三个阶段。在矿井提升机的使用中缺乏称重系统，经常出现超载现象严重超载；绳或衬垫有油污；启动或制动力矩过大，导致钢丝绳张力差变化大。

3.5 突发性断轴事故分析

轴作为减速器、主轴装置和天轮中的决定性零件，具有支撑作用。引起断轴事故的主要原因有：主轴疲劳发生断裂、提升机的主轴结构设计与使用不合理、矿井提升机长期处于超载运行中、矿井提升机超出其使用年限、提升机故障结构。矿井提升机机故障诊断结构包括了矿井提升机的减速器、主轴、电机、制动系统等四个方面的结构信息；减速器、主轴、电机、制动系统的相应故障是有关联的，其关联方式如图1所示。

通过贝叶斯网络解决了不确定性的知识推理网络。下面一层属于征兆信息。由监测诊断软件获得征兆信息，在利用贝叶斯网络推理进行故障诊断。根据矿井提升机常见故障情况，振动分析中转子故障进行故障诊断分析，其转子故障结构图如图2所示。

贝叶斯网络在实现故障诊断，通过故障结果来判断导致该故障的原因，从而进行提升机的日常维护。具有及时故障定位、确定故障点等优点，进行故障维修，效率高且节省人力物力。其维修决策结构如图3所示。

4 系统总体结构

采用现场监测站和远程监控中心相结合的模式，建立矿井提升机远程监测与智能诊断系统，远程通信采用GPRS网络无线网，采用公网固定IP。现场监测站包括：提升机原有电控系统、传感器系统、逻辑控制器、电源及模拟量采集模块、数据传输设备等。远程监控中心需配备计算机，通过GPRS网络对矿井提升机的运行状态进行动态监测与故障诊断，其结构图如图4所示。

5 系统功能要求

矿井提升机远程监测与故障诊断系统软件、硬件要符合以下功能：

①提升机运行状态时刻保持数据釆集与数据分析，其中包括提升机电气设备各个参数的监测；液压站的温度和压力监测是否温度超标；转子振动发出的信号进行实时监测与分析；及时发现第一故障点；制动盘偏摆量及闸瓦间隙的监测；利用GPRS无线收发。

②现场监测站作业人员，监控计算机确保在线实时对提升机数据采集与故障诊断。

③监控中心通过实地监测站所采集到的运行数据与故障分析数据生成趋势曲线图，通过趋势曲线图反应提升机运行状态的变化。

④发生异常情况时能立即显示报警。

⑤管理人员应经常性的打印报表，查看提升机在一定时间内的运行状态。

6 结 语

矿井提升机的远程监测与智能诊断有效地实现了实时数据采集分析出现故障时及时报警，保障了提升机安全运行，且降低了通信故障率，为煤矿大型机电设备的管理提供了便利。

参考文献：

[1] 王宝德.提升机群远程监测与智能故障诊断系统设计[J].工矿自动化，2013，（11）.