一、前言
煤礦綜采設(shè)備是煤礦生產(chǎn)的基礎(chǔ)條件和必備手段，對(duì)于現(xiàn)代化礦井而言，高度機(jī)械化是采煤生產(chǎn)的最大優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)高產(chǎn)高效綜采設(shè)備已發(fā)展日益成熟的階段，各大煤礦已廣泛使用綜采設(shè)備。作為高危行業(yè)，綜采設(shè)備安全運(yùn)行不容忽視。
根據(jù)大同煤礦集團(tuán)公司近三年綜采設(shè)備使用情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在全部綜采事故中，設(shè)備事故占60%以上，而綜采工作面機(jī)電事故占工作面總事故的38.8%～41.8%（其中：采煤機(jī)事故占51.5%，輸送機(jī)事故占31.6%，電氣事故占16.9%）。設(shè)備事故中采煤機(jī)事故居首位，其次是工作面運(yùn)輸機(jī)、平巷運(yùn)輸設(shè)備和電氣事故。由機(jī)電故障引起的停機(jī)時(shí)間，反映了設(shè)備的可靠性、選型合理性以及對(duì)設(shè)備的操作維護(hù)水平。因此，要實(shí)現(xiàn)綜采工作面高產(chǎn)高效，必須千方百計(jì)地提高以采煤機(jī)為龍頭的綜采成套設(shè)備的開(kāi)機(jī)率。
二、煤礦綜采設(shè)備事故統(tǒng)計(jì)分析與易發(fā)生故障的部位
綜采設(shè)備包括采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、液壓支架、泵站以及3.3KV供電及控制設(shè)備。易發(fā)生故障的設(shè)備及其部件有：各類電機(jī)及與電機(jī)相連的耦合器、減速器及主要部件（如：軸承、齒輪）、滾筒、皮帶、變壓器、電纜等。
按故障發(fā)生的原因，從宏觀上看，設(shè)計(jì)過(guò)程中材料、配合、潤(rùn)滑方式選擇不當(dāng)，對(duì)使用條件、環(huán)境影響考慮不周等；原材料不符合技術(shù)條件，鑄鍛件有缺陷等；機(jī)加工、壓力加工和裝配缺陷、焊接缺陷、熱處理變形等；運(yùn)轉(zhuǎn)中沒(méi)有預(yù)料到的使用條件影響，已知使用條件發(fā)生變化，過(guò)載、過(guò)熱、腐蝕、潤(rùn)滑不良、操作失誤、維護(hù)不當(dāng)、修理不當(dāng)?shù)龋际窃斐墒鹿实脑颉奈⒂^上看，發(fā)生機(jī)械故障的原因在于設(shè)備中零件的強(qiáng)度因素與應(yīng)力因素和環(huán)境因素不相適應(yīng)。機(jī)械設(shè)備發(fā)生變形、磨損、斷裂和腐蝕等。其中，磨損最為常見(jiàn)，斷裂后果嚴(yán)重。
以同煤集團(tuán)公司2008為例，綜采機(jī)電設(shè)備共發(fā)生機(jī)電故障223次，設(shè)備具體部位發(fā)生故障175次，累計(jì)影響生產(chǎn)1461.4h，占總故障時(shí)間的78.2%。
設(shè)備狀態(tài)直接關(guān)系到生產(chǎn)效益和生產(chǎn)安全。為此，一是要采用先進(jìn)的設(shè)備維護(hù)與管理方式，對(duì)采煤設(shè)備實(shí)行“健康”狀況連續(xù)監(jiān)測(cè)；二是要針對(duì)采煤設(shè)備的特點(diǎn)，針對(duì)性應(yīng)用監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)；三是要建立起新的設(shè)備維修與維護(hù)管理體系，實(shí)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、點(diǎn)檢維護(hù)、故障診斷、預(yù)測(cè)維修等系列內(nèi)容，從根本上解決現(xiàn)有設(shè)備管理中存在的問(wèn)題，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，做到科學(xué)管理、合理使用、預(yù)知檢修和安全運(yùn)轉(zhuǎn)。
三、煤礦綜采設(shè)備故障的綜合診斷分析方法
由于煤礦綜采設(shè)備在井下不具備在現(xiàn)場(chǎng)解體檢查或維修的條件，出于安全保障和經(jīng)濟(jì)效益的考慮，機(jī)電設(shè)備的監(jiān)視和維護(hù)便成為設(shè)備技術(shù)管理的重要內(nèi)容。近幾年，隨著煤礦設(shè)備技術(shù)含量的提高，設(shè)備的故障診斷技術(shù)也逐步從簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)到精密診斷，由單一手段（或儀器）到綜合方法（或系統(tǒng)）、由離線監(jiān)測(cè)到在線監(jiān)測(cè)、由定性分析到定量分析，由監(jiān)測(cè)到診斷進(jìn)而到維修管理的方向發(fā)展。
通過(guò)對(duì)事故發(fā)生點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)分析，綜采設(shè)備多發(fā)生的是軸系故障，包括齒輪、軸承、密封、不平衡等各類故障；另外如電機(jī)及電氣故障，液壓系統(tǒng)故障，結(jié)構(gòu)件變形損傷，受沖擊過(guò)載斷鏈、撕帶等也是常發(fā)生的故障。針對(duì)不同的故障分別采用不同的診斷方法。通過(guò)對(duì)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)、電控系統(tǒng)、軸承、液壓系統(tǒng)、油液和乳化液、運(yùn)行狀態(tài)以及溫度、壓力、流量、電壓、振動(dòng)、加速度、速度、位移、力和轉(zhuǎn)矩等物理量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，就能夠?yàn)榘踩a(chǎn)、避免直接或間接經(jīng)濟(jì)損失發(fā)揮重要作用。
同煤集團(tuán)公司在綜采設(shè)備巡檢過(guò)程中，常用的故障監(jiān)測(cè)方法有以下幾種，現(xiàn)就這些方法的原理及優(yōu)勢(shì)闡述如下：
1、利用鐵譜分析法進(jìn)行油液分析
設(shè)備零部件的磨損失效是影響設(shè)備正常運(yùn)行的主要故障之一，有80%的機(jī)械設(shè)備失效是磨損失效。在任何機(jī)械系統(tǒng)中，伴隨相接觸的零件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，都會(huì)發(fā)生磨損。實(shí)踐證明，設(shè)備的潤(rùn)滑狀況決定和反映了它的運(yùn)行狀況，只有設(shè)備潤(rùn)滑好，才能保證其正常運(yùn)行。因此，定期對(duì)設(shè)備的潤(rùn)滑狀況進(jìn)行檢查十分必要。在實(shí)際工作中，我們通過(guò)對(duì)設(shè)備潤(rùn)滑油液的分析，來(lái)發(fā)現(xiàn)和防止設(shè)備的故障。對(duì)油液的分析最常用的就是鐵譜分析法，它可以有效地監(jiān)測(cè)設(shè)備潤(rùn)滑油所含磨損顆粒的成分及其含量的變化，可以準(zhǔn)確地檢測(cè)潤(rùn)滑油污染度和變質(zhì)的程度。
鐵譜分析法的基本原理和方法就是用磁性方法把混于潤(rùn)滑油中的鐵質(zhì)磨粒分離出來(lái)（采用鐵譜儀），并按其尺寸大小依次不重疊地沉淀到一塊透明的基片上（即制作譜片），在顯微鏡下或用肉眼直接觀察，對(duì)磨粒的形態(tài)特征、尺寸大小及其差異等表面形貌及成分進(jìn)行檢測(cè)和定性分析，進(jìn)而判斷磨損故障的部位、嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢(shì)及產(chǎn)生的原因等。
煤礦綜采工作面所用的采煤機(jī)械，由于工作環(huán)境惡劣，潮濕、煤塵粉塵大，且大多屬低速、重載的行走設(shè)備，工作過(guò)程中還伴隨著強(qiáng)烈的沖擊和振動(dòng)，對(duì)這些設(shè)備故障的監(jiān)測(cè)通常首選鐵譜分析法。它是通過(guò)采集設(shè)備的潤(rùn)滑油對(duì)其進(jìn)行分析來(lái)監(jiān)測(cè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行工況。
2007年8月，大斗溝礦綜采隊(duì)SSJ-1000/200型帶式輸送機(jī)的1號(hào)減速箱在一次取油樣中發(fā)現(xiàn)大量球形顆粒，判斷為滾動(dòng)軸承工作不正常，后經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)第二軸滾動(dòng)軸承的軸承架已磨損，出現(xiàn)了事故隱患。由于預(yù)報(bào)和處理及時(shí)，防止了由此產(chǎn)生的停機(jī)事故。
實(shí)踐證明，鐵譜分析法是設(shè)備工況監(jiān)測(cè)和預(yù)知維修行之有效的重要手段。
2、利用振動(dòng)進(jìn)行設(shè)備診斷
設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，由于運(yùn)行、操作、環(huán)境等方面的原因所造成的狀態(tài)的劣化，會(huì)表現(xiàn)為振動(dòng)的異常，同時(shí)過(guò)大的振動(dòng)又往往是設(shè)備破壞的主要原因。設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，常表現(xiàn)為振動(dòng)頻率的變化。我們通常通過(guò)檢測(cè)振動(dòng)的頻率、轉(zhuǎn)數(shù)、振動(dòng)的速度、加速度、位移量、相位等參數(shù)，運(yùn)用頻域分析法對(duì)電機(jī)以及各種齒輪箱等旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子的不平衡、軸的不對(duì)中、機(jī)件松動(dòng)、結(jié)構(gòu)共振、軸承及齒輪嚙合等故障進(jìn)行分析，從中找出產(chǎn)生振動(dòng)變化的原因，避免事故的進(jìn)一步發(fā)生。
3、超聲波診斷法
超聲波通過(guò)裂紋時(shí)反射超聲波將發(fā)生異常，據(jù)此可確定材料的裂紋情況。超聲波監(jiān)測(cè)技術(shù)就是利用材料本身或內(nèi)部缺陷對(duì)超聲波傳播的影響，來(lái)探測(cè)材料內(nèi)部及其表面缺陷的大小、形式及分布情況。它比較廣泛地應(yīng)用于機(jī)器部件內(nèi)部缺陷的檢測(cè)診斷。如對(duì)曲軸的拉傷和變形等故障進(jìn)行診斷。
4、聲發(fā)射診斷法
聲發(fā)射診斷法是一種動(dòng)態(tài)的無(wú)損檢測(cè)方法。它根據(jù)材料的微觀變形和開(kāi)裂以及裂紋的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程所產(chǎn)生聲發(fā)射的特點(diǎn)及強(qiáng)度來(lái)推知聲發(fā)射源目前的狀態(tài)（存在、位置、嚴(yán)重程度），而且可知道它形成的歷史，并預(yù)報(bào)其發(fā)展趨勢(shì)。
由于聲發(fā)射方法能連續(xù)監(jiān)視結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的全過(guò)程，還可預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的壽命，因此得到了廣泛應(yīng)用。通常我們運(yùn)用聲發(fā)射方法來(lái)進(jìn)行金屬塑性變形的分析、強(qiáng)力膠帶鋼芯的斷絲及提升機(jī)鋼絲繩的損壞等斷裂韌性的監(jiān)測(cè)、疲勞裂紋擴(kuò)展的檢測(cè)、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、探測(cè)焊接過(guò)程的裂紋產(chǎn)生及擴(kuò)展等等。
2007年，為忻州窯礦從波蘭引進(jìn)的SOS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，就是采用聲發(fā)射技術(shù)而研制的用來(lái)在巖體中定向致裂，通過(guò)分析對(duì)礦井的沖擊地壓進(jìn)行防治，改進(jìn)礦井巷道的維修條件，誘發(fā)頂板垮落等。
5、紅外線診斷法
溫度是表征設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)，設(shè)備出現(xiàn)機(jī)械、電氣故障的一個(gè)明顯特征就是溫度的升高，同時(shí)溫度的異常變化又是引發(fā)設(shè)備故障的一個(gè)重要因素。因此，溫度監(jiān)測(cè)在設(shè)備故障診斷中占有重要的地位，實(shí)際廣泛應(yīng)用的是紅外診斷技術(shù)，它通過(guò)測(cè)定設(shè)備輻射出的紅外線，確定溫度分布，以確定設(shè)備是否有異常。紅外測(cè)溫具有非接觸、便攜、快速、直觀、可記錄存貯等優(yōu)點(diǎn)，我們?cè)谠O(shè)備日常的巡檢中多采用便攜式紅外點(diǎn)溫儀進(jìn)行電機(jī)軸溫的測(cè)定及故障判定。
四、結(jié)語(yǔ)
據(jù)歐美及日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的有關(guān)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，企業(yè)可以減少50%的重大安全事故，設(shè)備停機(jī)時(shí)間減少40-60%，設(shè)備維修費(fèi)用降低10-25%，整體投資收益率達(dá)1：17，據(jù)中國(guó)相關(guān)部門預(yù)測(cè)，對(duì)應(yīng)于國(guó)內(nèi)一些粗放式管理的企業(yè)，這些指標(biāo)要高于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家。
應(yīng)當(dāng)說(shuō)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)無(wú)論是其技術(shù)本身，還是其應(yīng)用范圍和應(yīng)用效果均得到了極大的擴(kuò)展和提高。實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃、有針對(duì)性地按狀態(tài)檢修，可以縮短檢修時(shí)間，提高檢修質(zhì)量，減少備件儲(chǔ)存，提高設(shè)備維修管理水平。為此，采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)診斷儀器、預(yù)測(cè)故障隱患，是迫切需要解決的問(wèn)題。要發(fā)展和推廣應(yīng)用狀態(tài)檢修、壽命管理、風(fēng)險(xiǎn)管理等新技術(shù)，就要將狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)與先進(jìn)的設(shè)備管理理念結(jié)合起來(lái)，使之得到更大的發(fā)展。這是煤礦機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)主要的發(fā)展方向，而實(shí)際效果也證明了這一點(diǎn)。
