煤矿机电设备故障预警及应急管理新型技术应用研究

煤矿机电设备故障预警及应急管理新型技术应用研究摘要：机电设备是煤矿生产最基础、最核心的条件，在运行中受复杂环境和运维检修等因素影响，容易出现不同类型故障用本文从煤矿机电设备故障预警及应急管理现状出发，阐述故障预警新型技术和生产应急管理新型技术的应用形式，为煤矿机电设备运维检修和安全应急管理活动开展提供参考用煤矿机电设备在生产中主要承担动力支持和控制等任务开具有运行环境恶劣、种类多样、技术复杂等特征#当前煤炭行业高质量发展背景下要求机电设备管理必须坚持以预防性、精细化理念为指引积极采用新型技术构建故障预警体系加强新型应急管理技术革新推动运维水平提升为煤矿安全生产和技术进步奠定基础用1煤矿机电设备故障预警及应急管理现状当前多数煤矿对机电设备运维管理工作较重视开形成层级完善、职责明确的协同管理体系曲组织结构通常是以决策层、执行层和监督层组成的层级化形式为主用决策层重点负责制定和完善运维政策、管理规范并推动运维管理朝现代化方向发展执行层重点负责设备日常运维、突发故障修复、应急管理资源优化利用且承担推动新型技术应用的重要职责监督层重点检查和审计运维成效开评估应急管理成效用这种分层管理模式能明确责任与权限开发挥管理和技术优势但是在执行中依然存在各个层级沟通协调不到位、信息和数据资源交互效率低下等问题开难以适应新时期煤矿生产安全管理要求也难以推动企业高质量发展开必煤矿机电设备故障预警及应急管理开需要以完善的流程和规程为保障实现对机电设备采购、验收、使用、维护、报废全过程管理用多数煤矿运维部门已经形整理、设备状态更新等系统性的管理制度推动机电设备管理方式优化用但是在执行中受客观因素及技术人员素质影响开运维管理科学性和规范性明显不足存在维修响应时间长、故障诊断结果不精准、维修记录资料不完善、备件库存管理混乱等问题开使故障损失扩大用同时川在规程执行过程中开缺乏监督和激励机制开部分岗位人员工作积极性和责任意识明显欠缺开导致故障处理效率低下开难以实现应急管理用结合本企业机电设备运维管理经验及理论研究可知开在当前设备管理活动中主要存在如下几方面问题：首先是设备数据管理不够完善开虽然在信息化平台建设方面有较大投入但是应用效率较低设备运行数据的收集、存储、处理和分析依然缺乏技术支持工作效率低下开难以实现对故障有效预警也使决策层难以及时准确掌握设备运行状态和性能开无法制定运维决策方案用其次是机电设备故障预警和应急管理体系构建滞后开软硬件设施投入不足资源配置不合理开技术应用成效难以发挥已经无法适应预防性维修理念变革要求用最后是故障运维检修人才队伍建设滞后知识水平较低开难以适应机电设备技术不断升级、预警和维修需求复杂化的情况无法为煤矿生产提供保障用2煤矿机电设备故障预警新型技术2.1PLC自动控制技术PLC(可编程逻辑控制器)作为广泛应用的工业自动化技术能利用机电设备运行参数采集和状态分析开发出故障预警信号给出故障原因为故障处理提供支持用PLC自动控制技术在煤矿机电设备故障预警和诊断中的应用是以故障数据全面采集为基础利用多种输入/输出接口在机电设备合适位置布置温度、压力、电流、振动等类传感器并利用转换器将采集到的信息转换为数字格式开传输并存储至PLC处理单元为趋势分析和故障预测提供数据支持用利用系统中布置的故障检测算法实现对故障现象的预测、评估用并分析故障发生原因用例如基于频谱分析的快速傅里叶变换能通过对设备运行振动信号的频域分析识别特定的故障频率用同时利用这些算法对实时监测数据进行分析通过频谱和能量谱的变化趋势诊断潜在问题预测故障发生时间组织预防性维修减少非计划停机对正常生产的影响用PLC自动控制技术能在故障发生时开根据预设指令控制部分机电设备停机开避免故障影响范围和损失扩大2.2数据库分析技术以数据分析技术为支撑的煤矿机电设备故障监测与检修系统构建开能适应煤矿检修周期性和预防性发展趋势推动检修工作朝规范性、科学性方向发展以浏览器和服务器为基本结构的系统设计方式能实现在网页上直接进入服务器调取需要的数据开为机电设备故障预警提供数据支持用这种服务架构建设成本低开对硬件设备性能要求简单操作便利具有应用前景系统架构中开服务器应用程序可以直接用VisualStudio进行程序编写程序功能主要包括检修预警管理、设备档案管理、数据维护管理、检修规范管理等模块用数据库程序使用SQLServer编写主要包括固定设备档案表、检修项目表、项目配件表、班检信息表还可以设计自定义设备档案表便于管理人员直接新增或删减设备开提升应用灵活性和适用性出数据库分析系统不仅能满足各种机电设备故障预警和应急管理要求还能为智能化故障检修和预警系统搭建提供数据支持具有广阔应用前景用2.3数字孪生驱动技术煤矿机电设备工作环境恶劣在采掘、运输、通风、排水等多种作业场景中都有广泛应用#当前智能化和嵌入式系统在机电设备中的应用能提升生产效率但也对设备监控维护和故障管理提出更高要求用基于数字孪生驱动技术搭建故障预警和应急管理架构能实现对机电设备运行状态有效监控开推动维护管理措施优化用煤矿机电设备数字孪生架构是以层次性为基本特征开以全生命周期管理为导向构建的用架构设计目标是通过对机电设备运行特点和环境进行分析利用实时数据采集、传输和处理实现对设备运行状态的全面监控和故障诊断开整体架构包括实体层、数据层、模型层和应用层实体层包括采煤机、通风机、破碎机、转载机、掘进机、带式输送机、提升机、支架利用布置的传感器和在线监测装置将数据传输至数据层并通型层包括模型知识沉淀、专业算法模型、通用算法模型、虚拟仿真模型、故障行为模型便于运维检修人员根据可视化分析结果实现机电设备运行状态监控并根据故障诊断预测采取处理措施开消除故障隐患对生产带来的负面影响用基于分布式光纤传感技术将光纤作为传感器实现多参数、多点位的实时监测也是煤矿机电设备故障预警和应急管理的新型技术用相对其他技术应用形式光纤传感技术具有灵敏度高、稳定性强、监测范围广、宽带传输速度高等特征用以某矿井布置的光纤温度监测网络系统为例能够实现对巷道、开关柜、风机、皮带机、采空区等设备及运行环境温度的监测并实现对设备运行故障的报警功能用监控系统构建中选用合适的光纤光栅调节仪开结合光纤振动传感器等设备开能够适应煤矿地形走向实现光纤网络全面覆盖并根据传感器发出的信号确定机电设备故障发生位置用根据不同类型机电设备安全运行要求开将报警功能分为一级报警和二级报警两个等级开分别设定监测参数阈值在数据检验分析结果达到阈值后即会发出报警信号便于运维人员及时采取检修和设备管理措施用深度强化学习是人工智能的经典算法在煤矿机电设备故障诊断预警中具有显著成效#以本煤矿掘进电气设备运维体系为例利用马尔科夫决策进行故障诊断问题建模开合理设计状态空间、动作空间及奖励函数利用双重深度a网络算法开赋予模型自主学习和诊断优化功能实现电气设备端到端的故障诊断为机电设备健康维护提供新方法用针对掘进电气设备运行中容易出现的绕组短路、匝间短路、转子断条、轴承磨损等故障供电系统运行中容易出现的电压波动、谐波干扰、缺相运行等故障控制系统中容易出现的传感器失效、通信中断、PLC硬件损坏等故障开从故障发生表征出发搭建故障诊断及预警系统³#利用采集的数据进行故障特征提取再通过算法训练和优化能够提升诊断结果精准度适应煤矿井下复杂环境提升机电设备预警及应急管理水平用上述以智能化和数字化技术为核心的煤矿机电设备故障预警体系虽然能够达到良好应用成效但是受建设成本投入、专业人才储备及跨行业应用等因素影响开煤矿难以及时高效进行基础设施建设适应工业产业发展需求用以工业云SaaS(软件运营服务)平台为代表的虚拟化技术为企业布置智能化故障预警体系提供支持用新型工业云Saas平台具有业务模式友好、分类标签友好、一揽子工业应用云化改造服务等优势[4用以此为基础搭建的煤矿机电设备故障诊断和预警系统开能实现现场设备数据与云平台的实时交互通过设备数字孪生与物理实体的同步交付开满足煤炭企业机电设备故障诊断和预警需求降低运维成本3煤矿生产应急管理新型技术3.1救援组织体系的构建依托新型技术构建煤矿机电设备故障预警系统开从根本上而言是为应急管理服务的开但应急管理成效受人为因素影响显著开要确保新型应急管理技术应用成效充分显现必须加强对救援组织体系建设的重视⁵¹用新时期救援队伍建设除要依照规范配置专业救援人员和硬件设施外还应当做好故障预警信息终端的配置用也就是结合现有智能化故障预警系统开配置手机客户端或其他类型的移动终端开在机电设备发生故障时能够同步将故障可能带来的人身伤害情况、现场影像等数据发送至终端设备开便于应急救援管理人员及时掌握信息根据预设要求做好应急救援准备开在情形较严重时直接派救援人员赶赴现场将故障损失控制在最低水平体现煤炭生产管理人性化理念3.2风险系数评估技术在煤矿生产应急管理体系逐步完善背景下开以机电设备故障预警系统为支撑开实现对故障发生和影响程度的风险系数评估能够基于量化评估形式实现对机电设备故障风险的精准把控开推动生产应急管理朝精细化方向发展转型曲风险系数评估技术应用开是以过去5年的设备故障发生率、故障发生损失等数据为基础将故障发生因素细化为具体指标利用模糊综合评价法搭建数学模型开对数据进行系统评价用在风险系数评估中需要考虑机电设备故障发生可能带来的火灾、爆炸及人员伤亡将事故对人员安全、设备完整性和生产延续性的影响细分为不同等级用同时在计算风险系数时还需要考虑操作环境及生产条件的影响确保设定的权重契合运行情况开定期更新风险值便于应急管理部门做好准备6用风险系数评估是动态变化的过程例如某些操作条件发生变化、新型预警技术引入开都会使某些类型故障发生概率降低风险系数随之降低用3.3煤矿机电设备信息化管理技术智慧煤矿建设深入推进背景下要推动机电设备应急管理优化开应当强化信息化管理技术应用搭建协同配合和信息共享的综合性应急管理平台开推动运维管理人员、维修工程师、应急作业人员、生产运营人员等主体的信息共享和沟通提升应急管理水平将故障带来的经济损失和人员伤害损失控制在最低水平信息化管理平台应当注重信息安全防护技术的应用利用防火墙、硬件认证、云安全等技术实现对信息安全的有效防护确保机电设备安全管理和应急管理可持续发展用3.4基于VR和AR的应急演练技术虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术的应用为煤矿机电设备故障应急演练提供新型技术支撑用利用相应设备构建高仿真井下作业环境并结合不同类型故障风险评估搭设皮带机断带、风机停转、开关柜起火、透水、冒顶等典型故障场景开为相关岗位人员提供绝对安全条件下的沉浸式、重复性应急处置演练用这种演练方式不仅能增强感官冲击提升对设备安