煤礦局部通風(fēng)機(jī)雙停事故預(yù)防與智能運(yùn)維

摘要：煤礦局部通風(fēng)機(jī)雙停時(shí)，工作面在無風(fēng)狀態(tài)下易發(fā)生瓦斯和CO等積聚現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)及職工的生命安全。為避免局部通風(fēng)機(jī)雙停事故發(fā)生，本文融合多源信息融合監(jiān)控、預(yù)測(cè)性維護(hù)智能供風(fēng)調(diào)控、智能應(yīng)急調(diào)度指揮等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建局部通風(fēng)機(jī)雙停事故預(yù)防與智能運(yùn)維體系。研究結(jié)果表明：設(shè)備健康生命周期管理可降低非計(jì)劃停機(jī) 50% 以上，第三套應(yīng)急電源自動(dòng)投入與變頻調(diào)速技術(shù)使長(zhǎng)距離供風(fēng)效率提升 20% ，智能應(yīng)急處置系統(tǒng)將故障響應(yīng)時(shí)間縮短至3分鐘以內(nèi)，避免局部通風(fēng)機(jī)雙停后帶來的隱患，提高了礦井的安全性。

煤礦井下開拓石門揭煤和掘進(jìn)工作面若通風(fēng)不暢或局部通風(fēng)機(jī)雙停事故，瓦斯極易聚集，易引發(fā)瓦斯超限事故，所以要求局部通風(fēng)機(jī)要不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)通風(fēng)管理存在三大痛點(diǎn)：一是依賴人工巡檢，故障響應(yīng)滯后。二是備用風(fēng)機(jī)切換效率低，人工操作耗時(shí)超10分鐘。三是缺乏故障預(yù)測(cè)能力，系統(tǒng)維護(hù)策略被動(dòng)，信息源統(tǒng)計(jì)不清，不利于應(yīng)急調(diào)度指揮[]

本文從雙停事故風(fēng)險(xiǎn)分析著手，深入剖析事故成因，綜合運(yùn)用技術(shù)手段采集多源信息，集成應(yīng)急電源系統(tǒng)、智能化監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)、煤礦局部通風(fēng)機(jī)及電力監(jiān)控系統(tǒng)等多項(xiàng)措施，旨在實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康生命周期智能管控、超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、智能運(yùn)維及應(yīng)急響應(yīng)，從而有效預(yù)防雙停引發(fā)的瓦斯、CO超限事故。

1.局部通風(fēng)機(jī)供電及監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化

主備局部通風(fēng)機(jī)“三專”供電，通過蓄電池應(yīng)急電源為第三臺(tái)風(fēng)機(jī)供電，解決市電斷電雙停問題，應(yīng)急電源系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)和 3% 瓦斯時(shí)閉鎖。

煤礦局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、配電開關(guān)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制。同時(shí)，集成局部通風(fēng)機(jī)本體、配電系統(tǒng)、視頻及熱成像雙目攝像儀，以及各類開停、振動(dòng)、風(fēng)筒、風(fēng)向、瓦斯傳感器等數(shù)據(jù)信息。該集成化監(jiān)控顯著提高了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，為系統(tǒng)智能運(yùn)維、預(yù)警預(yù)報(bào)及應(yīng)急調(diào)度指揮功能的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)[2]。

2.雙停事故的主要原因與風(fēng)險(xiǎn)分析

局部通風(fēng)機(jī)雙停事故的原因可歸納為三大類：

（1）電力系統(tǒng)故障：占比約65% ，包括上級(jí)市電供電突發(fā)中斷（如雷擊導(dǎo)致跳閘）、高低壓配電開關(guān)拒動(dòng)、保護(hù)誤動(dòng)作等，人員無法及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)等因素，導(dǎo)致停機(jī)時(shí)間延長(zhǎng)。

（2）機(jī)械系統(tǒng)失效：占比 10% 軸承溫升超溫 （gt;75^°C ）和葉片斷裂、風(fēng)筒脫節(jié)等，主要是設(shè)備傳統(tǒng)的定期維修無法識(shí)別隱性損傷，突發(fā)故障引發(fā)風(fēng)機(jī)未能啟動(dòng)。

（3）控制系統(tǒng)缺陷：占比 25% 雙風(fēng)機(jī)開關(guān)保護(hù)器誤動(dòng)作、接觸器拒動(dòng)、開關(guān)內(nèi)部繼電器老化、周圍有變頻設(shè)備干擾造成傳感器數(shù)據(jù)漂移監(jiān)控系統(tǒng)誤判。

風(fēng)險(xiǎn)分析：雙停導(dǎo)致工作面停風(fēng)，氧氣濃度下降，瓦斯和CO積聚，遇火源易引發(fā)爆炸或人員撤離不及時(shí)造成人身傷害。

3.雙停事故智能預(yù)防技術(shù)體系

3.1多源信息融合的局部通風(fēng)機(jī)狀 態(tài)監(jiān)控

基于總線 + 傳感器 + 視頻熱成像雙目攝像儀 + 電力分站設(shè)計(jì)的局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，通過集成局部通風(fēng)機(jī)的各部軸承振動(dòng)、雙風(fēng)機(jī)開關(guān)的電流、電壓、運(yùn)行及故障狀態(tài)、紅外熱成像探溫技術(shù)、瓦斯傳感器等，構(gòu)建局部通風(fēng)機(jī)故障診斷指標(biāo)體系。

（1）該系統(tǒng)以“監(jiān)測(cè)為主、監(jiān)控為輔、指標(biāo)超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)”策略，實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康生命周期在線診斷的重大突破[3]：

電氣故障診斷，實(shí)時(shí)分析電流諧波特征，精準(zhǔn)識(shí)別缺相（相位不平衡 15% 以上）、短路（電流突變 200% ）等隱患。

機(jī)械監(jiān)控評(píng)估，通過軸承振動(dòng)頻譜檢測(cè)（采樣頻率 10kHz） ，提前48小時(shí)預(yù)警軸承點(diǎn)蝕故障。

視頻熱成像雙目攝像儀溫度識(shí)別，通過熱成像溫度精準(zhǔn)識(shí)別風(fēng)機(jī)、開關(guān)的高發(fā)熱區(qū)，超過指標(biāo)設(shè)定進(jìn)行超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，輔助故障診斷，有效縮短事故排查時(shí)間。

（2）預(yù)測(cè)性維護(hù)

運(yùn)維模式實(shí)現(xiàn)從“事后處置”向“事前預(yù)防”轉(zhuǎn)型。該系統(tǒng)的核心價(jià)值體現(xiàn)于智能診斷能力：通過加裝振動(dòng)傳感器，采集10類波形頻譜特征，并應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法（如LSTM時(shí)序模型）預(yù)測(cè)設(shè)備剩余壽命；在資源優(yōu)化方面，巡檢頻次減少 30% ，備件庫存成本降低25% ，非計(jì)劃停機(jī)率下降 50% 以上。

3.2冗余控制系統(tǒng)與快速切換

第三套蓄電池應(yīng)急電源裝置模式將風(fēng)機(jī)切換時(shí)間壓縮至30秒內(nèi)：

第一環(huán)節(jié)（快切）：主風(fēng)機(jī)電源異常時(shí)自動(dòng)切換至備用回路（響應(yīng) lt;5 秒）

第二環(huán)節(jié)（一鍵倒機(jī)）：控制系統(tǒng)檢測(cè)到主備風(fēng)機(jī)均未啟動(dòng)時(shí)，25秒內(nèi)啟動(dòng)第三套蓄電池應(yīng)急電源裝置。

第三環(huán)節(jié)（人為干預(yù)）：應(yīng)急電源裝置無法自動(dòng)啟動(dòng)，地面監(jiān)控技術(shù)人員遠(yuǎn)程復(fù)位操控監(jiān)控系統(tǒng)啟動(dòng)主備風(fēng)機(jī)或應(yīng)急電源。如仍無法完成，安排現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電人員1至2分鐘現(xiàn)場(chǎng)處置極端故障[4]。

4.智能應(yīng)急處置方法

一級(jí)響應(yīng)（局部故障）：觸發(fā)預(yù)測(cè)性維護(hù)工單通知單位機(jī)電人員72小時(shí)內(nèi)更換預(yù)警部件。

二級(jí)響應(yīng)（單機(jī)停機(jī)）：自動(dòng)啟用備用風(fēng)機(jī)，同步推送報(bào)警至地面集控中心，啟動(dòng)全工作面斷電撤人程序。

三級(jí)響應(yīng)（雙停事故）：?jiǎn)?dòng)全工作面斷電撤人程序，同步推送報(bào)警至集控中心，應(yīng)急通風(fēng)系統(tǒng)投入運(yùn)行。

5.經(jīng)濟(jì)效益和安全效益量化分析

5.1經(jīng)濟(jì)效益量化分析

智能局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)投入產(chǎn)出 比達(dá)1：3.6，預(yù)防性維護(hù)減少搶修頻次， 年維護(hù)費(fèi)用下降

5.2安全效益量化分析

雙停事故歸零，避免單次事故損失超500萬元。災(zāi)變決策效率提升 40% 控風(fēng)指令生成時(shí)間 lt;30 秒。

6.結(jié)束語

煤礦局部通風(fēng)機(jī)雙停事故預(yù)防已由傳統(tǒng)“人防 + 技防”模式演進(jìn)為“智能主動(dòng)保障”新模式。研究表明：多源信息融合監(jiān)控、預(yù)測(cè)性維護(hù)與智能應(yīng)急處置三大核心技術(shù)共同構(gòu)成核心防線，可將雙停風(fēng)險(xiǎn)降低 90% 以上。

未來技術(shù)發(fā)展聚焦三個(gè)方向：

（1）數(shù)字孿生深度應(yīng)用：建立通風(fēng)系統(tǒng)全要素鏡像，實(shí)現(xiàn)事故預(yù)演與自優(yōu)化。

（2）跨系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制：將通風(fēng)數(shù)據(jù)融入礦井“智慧大腦”，與瓦斯抽采、供電系統(tǒng)協(xié)同決策[5]。

（3）新型動(dòng)力備份：研發(fā)高能量 密度氣動(dòng)風(fēng)機(jī)，保障極端工況下8小時(shí) 不間斷供風(fēng)。匪

參考文獻(xiàn)：

[1]李永學(xué)、宋建成。掘進(jìn)工作面局扇集成控制系統(tǒng)的開發(fā)[J].煤礦機(jī)電，2004125（4）：39-42.

[2]程紅、林帥等。一種高可靠的礦井局扇應(yīng)急電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).煤炭工程，2012（5）：15-17.

[3]陽憲惠?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.

[4]瞿坦。數(shù)據(jù)通訊及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1996.

[5]唐濟(jì)揚(yáng)?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的先進(jìn)控制系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2000，（7）：31-35.作者單位：河北省唐山市豐南區(qū)開灤錢家營(yíng)礦業(yè)分公司