煤礦機(jī)電設(shè)備的檢修與技術(shù)改造研究

隨著煤炭行業(yè)的不斷發(fā)展，煤礦開采機(jī)械化程度不斷提高，機(jī)電設(shè)備在煤炭開采中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。煤礦機(jī)電設(shè)備種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長(zhǎng)期在惡劣的井下環(huán)境中運(yùn)行，極易出現(xiàn)各種故障。一旦設(shè)備發(fā)生故障，不僅會(huì)影響煤礦的正常生產(chǎn)，還可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此，加強(qiáng)對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備的檢修與技術(shù)改造至關(guān)重要，只有通過(guò)科學(xué)有效的設(shè)備檢修和升級(jí)改造，才能確保煤礦機(jī)電設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為煤礦安全高效生產(chǎn)提供有力保障。

一、煤礦機(jī)電設(shè)備檢修與技術(shù)改造的意義

（一）保障煤礦安全生產(chǎn)

煤炭開采是一項(xiàng)極其危險(xiǎn)的工作，礦工可能每天都要冒著生命危險(xiǎn)在地下數(shù)百米處挖掘煤炭。在漆黑狹窄的坑道中，稍有不慎就可能引發(fā)觸電、火災(zāi)、瓦斯爆炸、冒頂片幫等各類事故，給職工生命安全與國(guó)家財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了巨大的威脅。而引發(fā)這些事故的重要原因之一，就是煤礦機(jī)電設(shè)備的故障與失效。如果綜采工作面的液壓支架因密封失效而突然垮塌，整個(gè)采掘隊(duì)伍都將遭殃。如果主通風(fēng)機(jī)突然停轉(zhuǎn)，成千上萬(wàn)的礦工將面臨室息的危險(xiǎn)。因此，加強(qiáng)煤礦機(jī)電設(shè)備檢修與維護(hù)，排除設(shè)備故障隱患，是確保煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。通過(guò)定期開展機(jī)電設(shè)備的預(yù)防性檢修，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的磨損、老化、腐蝕等問(wèn)題，避免設(shè)備帶病運(yùn)轉(zhuǎn)釀成事故。通過(guò)升級(jí)改造采掘設(shè)備，提高自動(dòng)化、智能化水平，可替代礦工完成危險(xiǎn)作業(yè)，把礦工的生命安全放在第一位。

（二）提高煤礦生產(chǎn)效率

在現(xiàn)代煤炭開采中，機(jī)電設(shè)備承擔(dān)著采煤、掘進(jìn)、提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、供電等全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重任。機(jī)電設(shè)備的性能如何，直接決定了煤礦的生產(chǎn)效率和產(chǎn)量水平。然而，由于煤礦井下環(huán)境復(fù)雜多變，溫度、濕度、粉塵等因素影響嚴(yán)重，機(jī)電設(shè)備常常達(dá)不到額定工作能力，時(shí)常出現(xiàn)故障，難以保障生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行。如采煤機(jī)截割部件磨損后截深不足，采煤回采過(guò)程緩慢，輸送機(jī)廊道堵塞后經(jīng)常停機(jī)，煤炭運(yùn)輸中斷，提升機(jī)故障頻發(fā)，工人下井受阻，這些都嚴(yán)重制約了煤礦生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力的發(fā)揮。加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備檢修，可保持設(shè)備完好，使其始終處于最佳工作狀態(tài)，充分發(fā)揮其應(yīng)有性能。通過(guò)預(yù)防性維護(hù)，可減少故障停機(jī)時(shí)間，保證生產(chǎn)作業(yè)連續(xù)進(jìn)行。通過(guò)故障診斷與狀態(tài)檢修，可最快速排除設(shè)備故障，盡快恢復(fù)設(shè)備使用功能。通過(guò)更新改造落后設(shè)備，引進(jìn)大型、高效、智能化采掘裝備，可從根本上提高煤礦機(jī)械化開采水平，充分釋放煤礦生產(chǎn)潛力，大幅提升安全生產(chǎn)效率。

（三）降低煤礦生產(chǎn)成本

煤礦生產(chǎn)成本主要由設(shè)備購(gòu)置成本、能源消耗成本、人工成本等構(gòu)成。而機(jī)電設(shè)備檢修與技術(shù)改造對(duì)降低煤礦生產(chǎn)成本具有全方位的積極影響。機(jī)電設(shè)備是煤礦生產(chǎn)的核心，設(shè)備購(gòu)置與更新改造費(fèi)用在煤礦總投資中占很大比重。加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備預(yù)防性檢修與維護(hù)，可延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備非計(jì)劃更換頻次，從而大幅降低設(shè)備購(gòu)置與更新成本。機(jī)電設(shè)備的能耗是煤礦生產(chǎn)成本的重要組成部分，通過(guò)對(duì)落后設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，淘汰高耗能設(shè)備，可顯著降低采煤、提升、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)環(huán)節(jié)的電耗，節(jié)約電費(fèi)開支。設(shè)備的檢修與維護(hù)本身需要大量人力投入，設(shè)備故障率高會(huì)導(dǎo)致檢修工作量大增，導(dǎo)致檢修人員配置數(shù)量居高不下，人工成本居高難下。而通過(guò)加強(qiáng)設(shè)備日常管理，減少設(shè)備非計(jì)劃?rùn)z修頻次，引進(jìn)自動(dòng)化、智能化設(shè)備替代人工操作，可極大減少檢修與操作人員數(shù)量，有效降低人工成本。

二、煤礦機(jī)電設(shè)備檢修方法與流程

（一）煤礦機(jī)電設(shè)備常見故障類型

1.機(jī)械故障

機(jī)械故障是煤礦機(jī)電設(shè)備最常見、最頻繁的故障類型。主要包括零部件的磨損、變形、斷裂，部件連接的松動(dòng)、脫落，傳動(dòng)部位的卡滯、脫軌，潤(rùn)滑、密封系統(tǒng)失效等。引發(fā)機(jī)械故障的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，如材料選型不當(dāng)、制造工藝缺陷、裝配質(zhì)量不高、潤(rùn)滑不良、密封失效、腐蝕磨損、疲勞失效、過(guò)載振動(dòng)等。其中，煤礦井下特有的潮濕環(huán)境、高濃度粉塵及腐蝕性氣體，對(duì)機(jī)械部件的磨損失效和腐蝕損傷具有顯著影響。如采煤機(jī)截割部件在煤層中截割時(shí)劇烈振動(dòng)，錨桿鉆機(jī)鉆頭在堅(jiān)硬頂板中鉆進(jìn)時(shí)承受沖擊載荷，液壓支架立柱在循環(huán)受力下產(chǎn)生疲勞，這些都加速了關(guān)鍵機(jī)械部件的失效進(jìn)程。因此，在煤礦機(jī)電設(shè)備的檢修中，必須重點(diǎn)關(guān)注關(guān)鍵機(jī)械部件的磨損、變形、裂紋等失效的早期征兆，精心維護(hù)好潤(rùn)滑、密封系統(tǒng)，最大限度地延長(zhǎng)其服務(wù)壽命。

2.電氣故障

電氣故障直接威脅著煤礦機(jī)電設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，因此備受重視。常見的電氣故障有電動(dòng)機(jī)絕緣老化燒毀、保護(hù)裝置失靈、供電線路破損短路、元件觸點(diǎn)燒蝕、接線端子松脫等。引發(fā)這些故障的原因有很多，如電壓不穩(wěn)、電流過(guò)載、元器件選型不當(dāng)、線路敷設(shè)不合理、接線緊固不牢、防爆等級(jí)不夠、防潮防塵措施不力等。尤其是在煤礦井下潮濕多塵環(huán)境中，電氣元件的絕緣性能容易劣化，接觸不良引發(fā)的局部放電、高溫又會(huì)加速其老化失效進(jìn)程，最終釀成嚴(yán)重的電氣事故。因此，在電氣設(shè)備的檢修中，必須采用兆歐表對(duì)電機(jī)、電纜等重要元件的絕緣電阻定期檢測(cè)，用紅外熱像儀對(duì)線路接頭進(jìn)行測(cè)溫，利用振動(dòng)、溫度等在線監(jiān)測(cè)手段及早發(fā)現(xiàn)電氣故障征兆，并采取有效的防潮、防塵、絕緣等措施，切實(shí)消除電氣安全隱患。

3.液壓故障

煤礦機(jī)電設(shè)備廣泛采用液壓驅(qū)動(dòng)，但由于井下環(huán)境惡劣，液壓系統(tǒng)抗干擾能力差，故障問(wèn)題層出不窮。常見的液壓故障有泵站故障、管路堵塞滲漏、閥組卡滯失靈、密封失效、介質(zhì)污染等。產(chǎn)生這些故障的原因主要有設(shè)計(jì)選型不合理、制造安裝質(zhì)量低、液壓介質(zhì)污染、密封型號(hào)不匹配、維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)等。由于液壓元件大多精密昂貴，對(duì)油品清潔度要求極高，一旦發(fā)生故障，其維修成本高、周期長(zhǎng)。因此在液壓設(shè)備的檢修中，必須加強(qiáng)對(duì)液壓站的巡檢，定期采樣分析油品污染情況。對(duì)液壓管路實(shí)施徹底清洗，拆解閥組進(jìn)行全面檢測(cè)，以消除內(nèi)部泄漏與外部滲漏問(wèn)題，定期清理吸油濾網(wǎng)并執(zhí)行三濾元件的周期性更換維護(hù)。只有從源頭消除影響液壓系統(tǒng)安全的各種隱患，才能確保液壓設(shè)備安全、可靠運(yùn)行。

（二）煤礦機(jī)電設(shè)備檢修方法與流程

1.定期檢修

定期檢修是傳統(tǒng)的也是最基本的一種檢修方式，根據(jù)機(jī)電設(shè)備的重要程度、使用壽命、工作特性等，制定不同時(shí)間間隔的檢修周期，并嚴(yán)格按計(jì)劃定期開展檢修。定期檢修的內(nèi)容一般包括設(shè)備清潔、各項(xiàng)目檢查、緊固連接、調(diào)整潤(rùn)滑、局部修理、整機(jī)試運(yùn)等。通過(guò)定期檢修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備存在的問(wèn)題，恢復(fù)其安全技術(shù)性能，達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的。定期檢修需要大量的時(shí)間和人力物力，會(huì)造成設(shè)備停機(jī)，因此檢修計(jì)劃應(yīng)盡量與設(shè)備運(yùn)行實(shí)際相結(jié)合，力求縮短檢修工期[]。在制定檢修計(jì)劃時(shí)，應(yīng)充分考慮各類設(shè)備的規(guī)格型號(hào)、技術(shù)狀態(tài)、故障規(guī)律等因素，確定最優(yōu)的檢修周期。對(duì)于不同部位與不同類型的故障，采取不同的檢修措施，避免過(guò)度檢修或欠檢修。

2.狀態(tài)檢修

狀態(tài)檢修是針對(duì)定期檢修局限性而提出的一種創(chuàng)新檢修模式，其根本在于依據(jù)設(shè)備運(yùn)行實(shí)際狀態(tài)來(lái)科學(xué)確定檢修時(shí)間和內(nèi)容。這種檢修方式充分利用了狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷等現(xiàn)代技術(shù)手段，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取并分析設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)、噪聲、溫度、壓力、電流等關(guān)鍵參數(shù)的變化趨勢(shì)，可準(zhǔn)確診斷出設(shè)備故障的類型、部位以及嚴(yán)重程度，從而有針對(duì)性地制定最優(yōu)的檢修方案。與定期檢修相比，狀態(tài)檢修最突出的優(yōu)勢(shì)在于能夠有效避免盲目檢修，真正做到“預(yù)知維修”。這不僅可以減少許多不必要的設(shè)備拆解工作，節(jié)約大量檢修工時(shí)，而且能夠大大提高設(shè)備的利用率和生產(chǎn)效率。

實(shí)施狀態(tài)檢修對(duì)設(shè)備管理水平提出了更高的要求，為確保實(shí)施效果，企業(yè)需要配備先進(jìn)的檢測(cè)診斷儀器，組建一支技術(shù)精湛、經(jīng)驗(yàn)豐富的狀態(tài)檢修隊(duì)伍。開展?fàn)顟B(tài)檢修工作時(shí)，檢修人員應(yīng)當(dāng)充分考慮不同機(jī)電設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)，甄選出最能反映其健康狀態(tài)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，并合理布置傳感器，構(gòu)建完備的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。此外，還需要科學(xué)設(shè)定各監(jiān)測(cè)參數(shù)的報(bào)警閾值，構(gòu)建可靠的故障診斷和預(yù)警模型，明確狀態(tài)參數(shù)與檢修措施之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，形成可操作的狀態(tài)檢修規(guī)程。

三、煤礦機(jī)電設(shè)備的改造對(duì)策

（一）電氣系統(tǒng)升級(jí)

煤礦機(jī)電設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)作為其核心神經(jīng)，其性能高低直接決定了設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。當(dāng)前煤礦現(xiàn)場(chǎng)許多在用的電氣控制系統(tǒng)仍然以繼電器一接觸器為主導(dǎo)，這種傳統(tǒng)的控制方式存在諸多不足，如控制精度不高、功能較為單一、系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、可靠性有待提升等。面對(duì)這些問(wèn)題，煤礦企業(yè)需要對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行全面的升級(jí)改造，以全面提升電氣自動(dòng)化水平。

在改造過(guò)程中，企業(yè)應(yīng)當(dāng)著眼于大力發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)，通過(guò)用變頻器來(lái)取代傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)和星角啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速和平穩(wěn)啟動(dòng)，這不僅可以有效降低設(shè)備啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)[。與此同時(shí)，采用PLC可編程控制技術(shù)對(duì)原有的繼電器控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)也十分必要，借助PLC強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理能力，可以輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)備的順序控制、聯(lián)鎖保護(hù)、參數(shù)顯示、故障診斷等諸多功能，大幅提升電氣控制的靈活性與可靠性。

（二）機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化

機(jī)械結(jié)構(gòu)作為煤礦機(jī)電設(shè)備的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)水平和制造質(zhì)量高低直接影響著設(shè)備的性能發(fā)揮和使用壽命。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，當(dāng)前煤礦機(jī)電設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)日趨完善，但在苛刻的井下工況環(huán)境中，一些薄弱環(huán)節(jié)的存在仍然制約著設(shè)備性能的進(jìn)一步提升。設(shè)備制造企業(yè)和煤礦企業(yè)需要從設(shè)計(jì)與工藝兩個(gè)維度入手，重點(diǎn)對(duì)這些薄弱部件進(jìn)行優(yōu)化和技術(shù)改造。在材料選擇方面，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)優(yōu)選高強(qiáng)度、高韌性的新型耐磨材料，在關(guān)鍵部件表面噴涂或鑲嵌耐磨合金，從而大幅提升設(shè)備的抗沖擊與耐磨性能。

熱處理工藝的改進(jìn)也十分必要，先進(jìn)的調(diào)質(zhì)、淬火、滲碳等表面強(qiáng)化技術(shù)的運(yùn)用將有效提高關(guān)鍵零部件的硬度與疲勞強(qiáng)度。此外，優(yōu)化設(shè)備布局、減少應(yīng)力集中、增大薄弱部位截面尺寸等舉措，都有助于提高設(shè)備的安全系數(shù)。近年來(lái)，仿生學(xué)理念為機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供了新的思路，設(shè)計(jì)人員可以借鑒自然界生物的優(yōu)秀結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)出流線型外廓，改善設(shè)備受力狀況，降低峰值應(yīng)力，進(jìn)而延長(zhǎng)設(shè)備的疲勞壽命。

（三）智能化改造

實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備的智能化，是順應(yīng)信息技術(shù)變革、推動(dòng)煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的大勢(shì)所趨。近年來(lái)，煤礦機(jī)電設(shè)備制造商和煤炭企業(yè)紛紛行動(dòng)起來(lái)，加快智能化改造步伐。智能化改造是利用傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，在傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的基礎(chǔ)上加裝智能裝置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷與遠(yuǎn)程預(yù)警，乃至無(wú)人值守、自主作業(yè)，最終打造成智能化采掘工作面，實(shí)現(xiàn)開采過(guò)程的少人化、無(wú)人化。例如，對(duì)采煤機(jī)加裝姿態(tài)傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、位置編碼器等，實(shí)時(shí)采集截割部件的姿態(tài)、所受載荷、溫度等狀態(tài)參數(shù)，當(dāng)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，及時(shí)預(yù)警或自動(dòng)停機(jī)，避免事故發(fā)生。在綜采工作面布置振動(dòng)傳感器、應(yīng)力傳感器等，監(jiān)測(cè)采動(dòng)態(tài)勢(shì)，評(píng)估冒頂風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即撤出人員，啟動(dòng)液壓支架自動(dòng)跟機(jī)、放頂功能。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，煤礦機(jī)電設(shè)備檢修與技術(shù)改造在煤炭安全生產(chǎn)中具有十分重要的地位。只有建立完善的設(shè)備檢修管理體系，加大檢修力度，保證檢修質(zhì)量，才能有效降低設(shè)備故障率，為煤礦安全高效開采提供可靠保障。展望未來(lái)，伴隨新一代信息技術(shù)與煤機(jī)裝備制造技術(shù)的深度耦合，5G通信、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等前沿技術(shù)將在煤礦行業(yè)加速滲透應(yīng)用，由此將推動(dòng)智能化、無(wú)人化開采系統(tǒng)的形成與發(fā)展。

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（作者單位：中煤山西華昱公司五家溝煤業(yè)）