煤機維護不再難，“一機一方”專屬診斷模型讓故障無所遁形
針對煤礦中級智能化常態(tài)化運行過程中，現有煤機設備在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)存在的重監(jiān)測、輕分析，缺少具有煤炭行業(yè)特征的專屬診斷模型以及難以在日常維護中發(fā)揮作用等問題，提出了煤機設備“一機一方”故障診斷策略，構建了煤機設備專屬故障診斷模型。在山西天地王坡煤業(yè)有限公司和陜西陜煤曹家灘礦業(yè)有限公司進行示范應用中，成功檢測出膠帶運輸機電機故障，并實現對劣化的全過程監(jiān)測，為現場維護工作提供科學指導。
文章來源：《智能礦山》2025年第3期“學術園地”欄目
作者簡介：馬海龍，高級工程師，現任中煤科工集團常州研究院北京分公司主任工程師，主要從事煤機設備智能診斷技術研究。E-mail：mhl-dragon@163.com
作者單位：中煤科工集團常州研究院北京分公司
引用格式：馬海龍.煤機設備在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)研發(fā)與應用[J].智能礦山，2025，6(3)：75-79.
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煤礦智能化建設是煤礦數字化轉型、高質量發(fā)展的關鍵。全面感知煤機設備的運行狀態(tài)，并預測健康狀態(tài)，實現煤機設備的按需維護，節(jié)約設備維護成本，降低工人勞動強度。目前在煤礦智能化建設中，中級智能化示范礦井基本實現了關鍵煤機設備的運行狀態(tài)實時監(jiān)測、數據集成、故障預警、大屏展示等功能，但是仍存在以下3個方面的不足。
（1）重監(jiān)測，輕分析
根據《煤礦智能化建設指南》《智能化示范礦井驗收管理辦法》等煤礦智能化建設指導文件，各煤礦企業(yè)、相關廠商按照文件要求配置相應的傳感器，實現煤機設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，依靠閾值實現設備異常的監(jiān)測報警，實現數據的集中展示，同時獲得了海量的設備運行狀態(tài)數據。但未分析此數據并挖掘數據價值，用以指導現場設備的維護活動，沒有將數據轉變?yōu)閿祿Y產。
（2）缺少專屬煤機設備故障診斷模型
隨著煤礦行業(yè)對于設備狀態(tài)監(jiān)測與故障智能診斷需求的釋放，其他行業(yè)（如風電、高鐵、船舶等）的設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷模型直接應用于煤機設備，出現了萬能診斷模型，即1種算法可以實現所有煤機設備狀態(tài)異常識別、故障診斷，但在現場推廣使用存在不兼容、不匹配等問題。
（3）系統(tǒng)未融入設備日常檢修工作
煤機設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設完成后，在常態(tài)化運行條件下，系統(tǒng)與設備維護工作的融合度較低。設備維護的相關人員從不會用到會使用，再到善于使用，是維護方式的轉變也是思維方式的轉變，需要逐步推進；同時故障智能診斷算法模型跨行業(yè)、跨設備應用的萬能算法模型，系統(tǒng)在現場應用中效果不明顯，未給出設備維護的可靠指導意見，使得廣泛推廣應用受阻。
針對煤機設備狀態(tài)監(jiān)測與故障智能診斷存在的上述問題，深入研究煤機設備運行特征及故障特征，自主研發(fā)“一機一方”故障智能診斷策略的在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)，建立了煤機設備專屬故障診斷算法模型庫，形成了具有煤炭行業(yè)特征的煤機設備狀態(tài)監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)，推動煤機設備維護活動由事件驅動（故障）向數據驅動轉變，從單體設備到設備集群的故障智能診斷轉變，從低效維護到高效維護的轉變?；凇耙粰C一方”故障智能診斷策略的在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)，先后在王坡煤礦、曹家灘煤礦的示范應用中取得良好的效果。
在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)架構
在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)由數據層、數據處理層以及應用層組成如圖1所示。
圖1 在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)架構
（1）數據層
數據層主要實現設備運行狀態(tài)的采集，包括從第三方獲取的數據以及從傳感器直接采集的數據，集成煤機設備相關的全部數據，是設備狀態(tài)一站式查詢的數據基礎。
（2）數據處理層
數據處理層實現數據的清洗，去除數據中的奇異點，并統(tǒng)一數據時鐘，為數據應用奠定基礎。
（3）應用層
應用層由煤機設備故障專屬智能診斷模型庫，以及設備狀態(tài)信息的共享與應用組成，包括設備異常監(jiān)測、異常的智能診斷以及異常的處理。
在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)主要功能
在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）主要功能包括：設備狀態(tài)信息查詢、異常檢測、異常（故障）智能診斷、維護策略以及智能診斷模型庫等。
（1）設備狀態(tài)信息一站式查詢與共享
系統(tǒng)集成應用了與設備有關的信息，并在實時監(jiān)測功能中顯示，實現了設備狀態(tài)信息的一站式查詢和數據共享。系統(tǒng)集成的數據來自3個方面。首先是利用系統(tǒng)配套的傳感器（振動加速度傳感器、速度傳感器、溫度傳感器等）和數據采集分站與振動采集分站采集設備的運行狀態(tài)數據；其次是通過通信協議（如Modbus協議、TCP/IP協議等）從第三方平臺接入設備運行狀態(tài)數據；最后是利用系統(tǒng)配套的數據采集分站接入煤機設備自帶的傳感器，實現設備運行狀態(tài)的采集，避免傳感器的重復安裝。
系統(tǒng)支持設備運行狀態(tài)數據的一站式查詢，數據與第三方平臺共享、大屏展示等，數據集成與應用如圖2所示。
圖2 數據集成與應用
（2）智能診斷專家系統(tǒng)
由于不同煤機設備的結構、工況均不同，導致同一診斷模型很難適應不同設備的異常識別與故障診斷。基于“一機一方”的煤機設備專屬診斷模型，突破傳統(tǒng)1個模型適配多種煤機設備的狀態(tài)。以“一機一方”智能診斷策略為基礎，針對不同煤機設備構建專屬診斷模型，形成煤機設備專屬診斷模型庫，提升故障診斷系統(tǒng)故障診斷的準確率，實現煤機設備的精準維護，“一機一方”故障診斷系統(tǒng)模型庫如圖3所示。
圖3“一機一方”故障診斷系統(tǒng)模型庫
根據不同設備的不同故障特征采用不同算法，針對刮板輸送機減速機采集有振動、溫度、冷卻水流量、冷卻水壓力等信息，采用多信息融合的模糊專家診斷技術，建立了刮板減速機的故障智能診斷模型；針對通風機等設備有效數據樣本少等問題，采用基于經驗模式分解和深度學習融合的通風機轉子故障智能診斷模型。目前，共計開發(fā)出煤機設備專屬智能診斷模型120個。
（3）維護策略
維護策略模塊集成了設備日常維護內容和設備異常處理的策略和方法，解決設備維護中的“修什么，怎么修”的問題。維護策略模塊關聯設備異常和異常處理方法，通過智能診斷模塊診斷設備異常后，維護策略模塊給出建議。用戶可以根據實際情況，修改、完善維護策略模塊，使維護策略模塊給出的維護建議更加與現場實際相符合。
現場應用效果
在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)已在國家能源集團的李家壕煤礦、紅柳煤礦、保德煤礦，陜煤集團的張家峁煤礦、小保當煤礦以及王坡煤礦進行了實踐應用，效果良好。以王坡煤礦的使用情況為例說明系統(tǒng)應用效果。
王坡煤礦系統(tǒng)應用涵蓋了大巷輸送帶、井下水泵、瓦斯泵、提升機、壓風機、通風機以及洗煤設備共計1200個測點。系統(tǒng)具有數據一站式查詢的實時在線監(jiān)測、智能診斷專家系統(tǒng)模塊、維護策略庫、報警查詢、趨勢分析等功能。
在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)實現了煤機設備狀態(tài)的實時在線監(jiān)測，尤其是隱蔽、危險部位的狀態(tài)監(jiān)測，智能故障診斷模塊實現了設備異常的監(jiān)測報警，提升了設備維護的效率，保障了設備運行安全。與水泵控制系統(tǒng)、主煤流控制系統(tǒng)、瓦斯泵控制系統(tǒng)等系統(tǒng)進行設備狀態(tài)數據共享，促進了煤礦多系統(tǒng)之間的聯動與數據融合。接入礦管控平臺，助力王坡煤礦通過國家首批智能化示范煤礦建設驗收，設備狀態(tài)數據一站式查詢-實時在線監(jiān)測界面如圖4所示，智能診斷專家系統(tǒng)界面如圖5所示，基于“一機一方”的故障診斷策略模型庫界面如圖6所示。
圖4 設備狀態(tài)數據一站式查詢-實時在線監(jiān)測界面
圖5 智能診斷專家系統(tǒng)界面
圖6 基于“一機一方”的故障診斷策略模型庫界面
2023年4月，在線系統(tǒng)檢測出集中主運一部1號驅動電機運行異常發(fā)出報警，智能診斷結果為驅動電機軸承故障；故障程度為早期故障；維護建議為監(jiān)護運行如圖7所示。9月底，故障診斷專家再次確認該電機存在軸承故障且故障程度嚴重，需要更換電機，此時故障診斷系統(tǒng)也給出相同的維護策略。從發(fā)現設備故障隱患到更換設備排除隱患，歷時5個多月，如圖8所示，系統(tǒng)主要通過監(jiān)測電機的2個參數，實現了設備故障的精準診斷和故障劣化全過程監(jiān)控，為設備檢修更換贏得時間，保障了設備的安全運行，通過技術干預延長了設備的使用壽命。
圖7 1號驅動電機專家系統(tǒng)智能診斷
圖8 1號驅動電機劣化全過程監(jiān)測
（1）振動信號
利用振動加速度傳感器獲取（軸承故障信號為沖擊性信號，振動加速度信號最為敏感），測點位于電機軸伸端正上方垂直方向。
（2）溫度傳感器
溫度傳感器為電機自帶傳感器，測點位于電機軸伸端支撐軸承內部預埋。
結語
在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)通過感知層實現了煤機設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，故障智能診斷系統(tǒng)模塊實現了煤機設備運行異常的識別、異常的診斷、異常的處理。對于煤機設備早期故障，通過技術干預，在保障設備安全運行的前提下，延長了設備的使用壽命。在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)實現了從井下綜采工作面到地面設備的全覆蓋，有效降低了工人的勞動強度，提升設備維保的工作效率，為設備安全、可靠運行，為實現煤機設備按需維修、預知性維修提供支撐。
END
編輯丨李莎
審核丨趙瑞
煤炭科學研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學術交流陣地，也是行業(yè)最大最權威的期刊集群。
《智能礦山》
Journal of Intelligent Mine
月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領域產學研用新進展的綜合性技術刊物。
主編：王國法院士
投稿網址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）
聯系人：李編輯 010-87986441
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