針對煤礦中級智能化常態(tài)化運(yùn)行過程中，現(xiàn)有煤機(jī)設(shè)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(hù)中發(fā)揮作用等問題，提出了煤機(jī)設(shè)備“一機(jī)一方”故障診斷策略，構(gòu)建了煤機(jī)設(shè)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(jìn)行示范應(yīng)用中，成功檢測出膠帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)故障，并實(shí)現(xiàn)對劣化的全過程監(jiān)測，為現(xiàn)場維護(hù)工作提供科學(xué)指導(dǎo)。

文章來源：《智能礦山》2025年第3期“學(xué)術(shù)園地”欄目

作者簡介：馬海龍，高級工程師，現(xiàn)任中煤科工集團(tuán)常州研究院北京分公司主任工程師，主要從事煤機(jī)設(shè)備智能診斷技術(shù)研究。E-mail：mhl-dragon@163.com

作者單位：中煤科工集團(tuán)常州研究院北京分公司

引用格式：馬海龍.煤機(jī)設(shè)備在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用[J].智能礦山，2025，6(3)：75-79.

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煤礦智能化建設(shè)是煤礦數(shù)字化轉(zhuǎn)型、高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵。全面感知煤機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并預(yù)測健康狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)煤機(jī)設(shè)備的按需維護(hù)，節(jié)約設(shè)備維護(hù)成本，降低工人勞動強(qiáng)度。目前在煤礦智能化建設(shè)中，中級智能化示范礦井基本實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵煤機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測、數(shù)據(jù)集成、故障預(yù)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(jù)《煤礦智能化建設(shè)指南》《智能化示范礦井驗收管理辦法》等煤礦智能化建設(shè)指導(dǎo)文件，各煤礦企業(yè)、相關(guān)廠商按照文件要求配置相應(yīng)的傳感器，實(shí)現(xiàn)煤機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測，依靠閾值實(shí)現(xiàn)設(shè)備異常的監(jiān)測報警，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中展示，同時獲得了海量的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。但未分析此數(shù)據(jù)并挖掘數(shù)據(jù)價值，用以指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)備的維護(hù)活動，沒有將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)資產(chǎn)。

（2）缺少專屬煤機(jī)設(shè)備故障診斷模型

隨著煤礦行業(yè)對于設(shè)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(fēng)電、高鐵、船舶等）的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷模型直接應(yīng)用于煤機(jī)設(shè)備，出現(xiàn)了萬能診斷模型，即1種算法可以實(shí)現(xiàn)所有煤機(jī)設(shè)備狀態(tài)異常識別、故障診斷，但在現(xiàn)場推廣使用存在不兼容、不匹配等問題。

（3）系統(tǒng)未融入設(shè)備日常檢修工作

煤機(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)完成后，在常態(tài)化運(yùn)行條件下，系統(tǒng)與設(shè)備維護(hù)工作的融合度較低。設(shè)備維護(hù)的相關(guān)人員從不會用到會使用，再到善于使用，是維護(hù)方式的轉(zhuǎn)變也是思維方式的轉(zhuǎn)變，需要逐步推進(jìn)；同時故障智能診斷算法模型跨行業(yè)、跨設(shè)備應(yīng)用的萬能算法模型，系統(tǒng)在現(xiàn)場應(yīng)用中效果不明顯，未給出設(shè)備維護(hù)的可靠指導(dǎo)意見，使得廣泛推廣應(yīng)用受阻。

針對煤機(jī)設(shè)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(jī)設(shè)備運(yùn)行特征及故障特征，自主研發(fā)“一機(jī)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(jī)設(shè)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(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)，推動煤機(jī)設(shè)備維護(hù)活動由事件驅(qū)動（故障）向數(shù)據(jù)驅(qū)動轉(zhuǎn)變，從單體設(shè)備到設(shè)備集群的故障智能診斷轉(zhuǎn)變，從低效維護(hù)到高效維護(hù)的轉(zhuǎn)變?；凇耙粰C(jī)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(yīng)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(gòu)

在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)由數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)處理層以及應(yīng)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(gòu)

（1）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的采集，包括從第三方獲取的數(shù)據(jù)以及從傳感器直接采集的數(shù)據(jù)，集成煤機(jī)設(shè)備相關(guān)的全部數(shù)據(jù)，是設(shè)備狀態(tài)一站式查詢的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2）數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的清洗，去除數(shù)據(jù)中的奇異點(diǎn)，并統(tǒng)一數(shù)據(jù)時鐘，為數(shù)據(jù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

（3）應(yīng)用層

應(yīng)用層由煤機(jī)設(shè)備故障專屬智能診斷模型庫，以及設(shè)備狀態(tài)信息的共享與應(yīng)用組成，包括設(shè)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(shè)備狀態(tài)信息查詢、異常檢測、異常（故障）智能診斷、維護(hù)策略以及智能診斷模型庫等。

（1）設(shè)備狀態(tài)信息一站式查詢與共享

系統(tǒng)集成應(yīng)用了與設(shè)備有關(guān)的信息，并在實(shí)時監(jiān)測功能中顯示，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)信息的一站式查詢和數(shù)據(jù)共享。系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集分站與振動采集分站采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；其次是通過通信協(xié)議（如Modbus協(xié)議、TCP/IP協(xié)議等）從第三方平臺接入設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；最后是利用系統(tǒng)配套的數(shù)據(jù)采集分站接入煤機(jī)設(shè)備自帶的傳感器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的采集，避免傳感器的重復(fù)安裝。

系統(tǒng)支持設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的一站式查詢，數(shù)據(jù)與第三方平臺共享、大屏展示等，數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用

（2）智能診斷專家系統(tǒng)

由于不同煤機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工況均不同，導(dǎo)致同一診斷模型很難適應(yīng)不同設(shè)備的異常識別與故障診斷?；凇耙粰C(jī)一方”的煤機(jī)設(shè)備專屬診斷模型，突破傳統(tǒng)1個模型適配多種煤機(jī)設(shè)備的狀態(tài)。以“一機(jī)一方”智能診斷策略為基礎(chǔ)，針對不同煤機(jī)設(shè)備構(gòu)建專屬診斷模型，形成煤機(jī)設(shè)備專屬診斷模型庫，提升故障診斷系統(tǒng)故障診斷的準(zhǔn)確率，實(shí)現(xiàn)煤機(jī)設(shè)備的精準(zhǔn)維護(hù)，“一機(jī)一方”故障診斷系統(tǒng)模型庫如圖3所示。

圖3“一機(jī)一方”故障診斷系統(tǒng)模型庫

根據(jù)不同設(shè)備的不同故障特征采用不同算法，針對刮板輸送機(jī)減速機(jī)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(shù)，建立了刮板減速機(jī)的故障智能診斷模型；針對通風(fēng)機(jī)等設(shè)備有效數(shù)據(jù)樣本少等問題，采用基于經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸夂蜕疃葘W(xué)習(xí)融合的通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子故障智能診斷模型。目前，共計開發(fā)出煤機(jī)設(shè)備專屬智能診斷模型120個。

（3）維護(hù)策略

維護(hù)策略模塊集成了設(shè)備日常維護(hù)內(nèi)容和設(shè)備異常處理的策略和方法，解決設(shè)備維護(hù)中的“修什么，怎么修”的問題。維護(hù)策略模塊關(guān)聯(lián)設(shè)備異常和異常處理方法，通過智能診斷模塊診斷設(shè)備異常后，維護(hù)策略模塊給出建議。用戶可以根據(jù)實(shí)際情況，修改、完善維護(hù)策略模塊，使維護(hù)策略模塊給出的維護(hù)建議更加與現(xiàn)場實(shí)際相符合。

現(xiàn)場應(yīng)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(tuán)的李家壕煤礦、紅柳煤礦、保德煤礦，陜煤集團(tuán)的張家峁煤礦、小保當(dāng)煤礦以及王坡煤礦進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，效果良好。以王坡煤礦的使用情況為例說明系統(tǒng)應(yīng)用效果。

王坡煤礦系統(tǒng)應(yīng)用涵蓋了大巷輸送帶、井下水泵、瓦斯泵、提升機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)以及洗煤設(shè)備共計1200個測點(diǎn)。系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)一站式查詢的實(shí)時在線監(jiān)測、智能診斷專家系統(tǒng)模塊、維護(hù)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(shí)現(xiàn)了煤機(jī)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)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(shí)現(xiàn)了設(shè)備異常的監(jiān)測報警，提升了設(shè)備維護(hù)的效率，保障了設(shè)備運(yùn)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(jìn)行設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)共享，促進(jìn)了煤礦多系統(tǒng)之間的聯(lián)動與數(shù)據(jù)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(shè)驗收，設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)一站式查詢-實(shí)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(jī)一方”的故障診斷策略模型庫界面如圖6所示。

圖4 設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)一站式查詢-實(shí)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(jī)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(yùn)一部1號驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行異常發(fā)出報警，智能診斷結(jié)果為驅(qū)動電機(jī)軸承故障；故障程度為早期故障；維護(hù)建議為監(jiān)護(hù)運(yùn)行如圖7所示。9月底，故障診斷專家再次確認(rèn)該電機(jī)存在軸承故障且故障程度嚴(yán)重，需要更換電機(jī)，此時故障診斷系統(tǒng)也給出相同的維護(hù)策略。從發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患到更換設(shè)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(jī)的2個參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障的精準(zhǔn)診斷和故障劣化全過程監(jiān)控，為設(shè)備檢修更換贏得時間，保障了設(shè)備的安全運(yùn)行，通過技術(shù)干預(yù)延長了設(shè)備的使用壽命。

圖7 1號驅(qū)動電機(jī)專家系統(tǒng)智能診斷

圖8 1號驅(qū)動電機(jī)劣化全過程監(jiān)測

（1）振動信號

利用振動加速度傳感器獲?。ㄝS承故障信號為沖擊性信號，振動加速度信號最為敏感），測點(diǎn)位于電機(jī)軸伸端正上方垂直方向。

（2）溫度傳感器

溫度傳感器為電機(jī)自帶傳感器，測點(diǎn)位于電機(jī)軸伸端支撐軸承內(nèi)部預(yù)埋。

結(jié)語

在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)通過感知層實(shí)現(xiàn)了煤機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測，故障智能診斷系統(tǒng)模塊實(shí)現(xiàn)了煤機(jī)設(shè)備運(yùn)行異常的識別、異常的診斷、異常的處理。對于煤機(jī)設(shè)備早期故障，通過技術(shù)干預(yù)，在保障設(shè)備安全運(yùn)行的前提下，延長了設(shè)備的使用壽命。在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從井下綜采工作面到地面設(shè)備的全覆蓋，有效降低了工人的勞動強(qiáng)度，提升設(shè)備維保的工作效率，為設(shè)備安全、可靠運(yùn)行，為實(shí)現(xiàn)煤機(jī)設(shè)備按需維修、預(yù)知性維修提供支撐。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)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(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)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(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

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