煤矿抽风机运行状况监测和故障诊断系统.doc

煤矿抽风机运行状况监测和故障诊断系统 背景介绍 影响矿井安全生产的因素很多，主要有瓦斯爆炸、顶板压力和运输事故，其中瓦斯爆炸尤为常见。瓦斯事故是一种瓦斯、大火、煤尘混合型的爆炸灾害，在我国煤矿安全事故所占比例已上升到80%。最近几年虽然各个煤矿采用了很多安全措施来保证安全生产，可是瓦斯爆炸以及瓦斯突出事故不断发生，造成人民生命财产的重大损失。 根据国家煤矿安监局等部门共同发布的《煤矿瓦斯治理与利用实施意见》要求，按标准配足“一通三防”技术人员、专职瓦斯检测员、安监员、防突员。还要求要健全完善矿井通风、瓦斯抽采、防灭火、综合防尘、监测监控等系统和装备，并确保系统装备完好状态，发挥效用。另外，为了防治煤矿瓦斯煤尘事故，国家煤矿安全监察局提出了“先抽后采、以风定产、监测监控”综合治理瓦斯灾害十二字方针，即指明了“预抽矿井瓦斯，增强通风能力，监测井下空气参数及监控井下设备运行”三种瓦斯治理方法。瓦斯事故的主要原因是矿井通风不畅，瓦斯浓度超标。通风机是煤矿生产中的重要设备之一，它每天24小时不间断运行，承担着矿井呼吸系统的角色，是煤矿安全生产的基础。它的主要作用有:(l)供给井下人员充足的新鲜空气，满足人员呼吸需要;(2)排除或冲淡井下有毒气体和粉尘，保证工作人员不中毒、保持空气的清洁度;(3)稀释、排除井下的热量和水蒸气，调节矿井的气候条件，创造良好的工作环境;(4)提高矿井的抗灾能力。如果矿井通风机系统的运行状况出现意外导致通风不畅，将会使得巷道内的瓦斯等有害气体积聚，可能导致瓦斯爆炸、火灾、窒息等事故，给煤矿井下工作人员的生命安全和整个矿业生产的正常运行带来巨大的威胁。实际生产表明，由于风机运行故障引起的瓦斯事故仍屡有发生，究其原因在于没有对风机设备的工作状态进行良好的监测监控，并且缺乏有效的运行监督方法。目前我国大部分煤矿只采取巡查的方式检查矿井风机的工作状况，这样存在很多弊端:不能实时监测风机的运行情况;耗费大量的人力和物力;容易发生工作人员舞弊的情况。 在生产实践中，常常发生风机未到检修周期时，即发生偶发性故障，不得不停机检修，造成企业的停产损失，加大维修费用。此外，还经常遇到风机运行到维修周期时，仍然可以继续运行，但限于维修制度的制约，必须停机，造成所谓的“过剩维修”，使本来还可以继续应用的机件报损，蒙受经济上的损失。一般生产过程中经常发现风机在失衡状态下运行，加大了轴承部件的动载荷，降低了轴承的使用寿命。为了防止风机的突发事故、消除设备的过剩维修、减少风机的动载荷，在风机运行过程中，使用在线设备，监视风机的运行状况，定期分析其异常数据，出现故障时，及时进行故障诊断是必要的。在故障诊断中，有一种简易故障诊断，即运行监测，它是在设备运行或基本不拆卸设备的情况下，掌握设备的运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测预报设备未来运行状态的技术。在运行状态监测的基础上进行故障诊断，进一步分析识别和判断设备的状态，就可对其劣化程度和故障性质作出判断。这是防止事故和非计划停机的有效措施，也是设备维修的发展方向。所以对通风机进行状态监测和故障诊断，既可以保证机组的安全性，又可以降低维修费用，具有重要的意义。 因此，实现对矿井风机工作状态的实时监测和故障诊断是非常必要的。通过建立一套切实可行、有效的矿井通风机运行状态监控和故障诊断系统，以确保管理人员和操作员能够得到及时准确的信息，便于进一步采取有效的措施，消除或减少风机运行故障，避免重大事故发生。 2系统的整体设计 2.1系统结构 根据系统的需求，采用网络化结构进行设计，实现集中管理、分散控制。整个系统可以分为三层:现场监测层、本地监控层和远程监控层，如图1所示。 图1 系统结构 2.2系统网络结构 现场监测层包括两台监测分站和通信接口，主要实现风机各项工作参数的采集与显示，安装于风机附近。另外它还具有与本地监控层实时通信的功能。 本地监控层安装于风机就地运行控制中心，位于现场监测层之上，是整个系统的数据中转中心。它以计算机界面的形式向操作员提供实时数据显示、报警和报表打印，并将数据传给远程监控层;同时可接收远程管理人员的命令以及将本地操作员的操作命令向现场监测层传达。 本地监控层之上是远程监控层，安装于煤矿管理调度办公室，功能与本地监控层大致相同。管理人员可通过煤矿风机工作状态在线监测系统软件查询被监测的风机任意时段的工作情况。 2.3设计方案 抽风机在线监测系统主要由三大部分组成:风机在线特性监测分站、本地监控计算机、远程监控计算机，如图2所示。 两套功能相同的监测分站是监测系统的数据来源，主要由处理器(单片机)和传感器装置构成。以微控制器为核心，通过各种传感器以及风速信号转换器、负压信号转换器、温湿度信号转换器、分线盒主要完成对风筒中通风温度、湿度、风速、风压和抽风机、电机轴温