煤矿主通风机常见故障模式及预防性维护策略优化

1 引言

煤矿井下通风系统是安全生产的“生命线”，主通风机作为通风系统的动力核心，需 24 小时连续运行以维持井下新鲜空气供给与有害气体排出。 当前多数煤矿对主通风机仍采用“定期检修 + 故障维修”的传统模式，存在维护过度或维护不足的问题：一方面，固定周期检修可能导致健康部件反复拆解，加剧设备损耗；另一方面，隐蔽性故障（如绝缘老化、叶轮裂纹）难以通过定期检查发现，易引发突发停机。因此，分析主通风机常见故障模式，优化预防性维护策略，对提升设备可靠性与煤矿安全水平具有重要意义。

2 煤矿主通风机常见故障模式及成因分析

2.1 驱动系统故障

驱动系统是故障高发部位，占主通风机总故障的 45% ，主要包括电机故障与传动部件故障：

2.1.1 电机故障

定子绕组烧毁：成因包括绝缘老化（长期高温运行导致绝缘漆碳化）、绕组短路（线圈绝缘破损）、过载运行（通风阻力增大导致电机负载超标），故障表现为电机冒烟、跳闸，伴随烧焦气味；

轴承过热：成因包括润滑脂失效（油脂干涸、乳化）、轴承磨损（长期运行导致滚珠剥落）、安装偏差（轴承内圈与轴配合过松或过紧），故障表现为轴承温度超过 80% ，运行时产生异常“嗡嗡”声；

转子不平衡：成因包括转子铁芯磨损、绕组配重不均，故障表现为电机振动烈度超过 4.5mm/s ，严重时导致电机底座螺栓松动。

2.1.2 传动部件故障

联轴器偏移：成因包括安装时同轴度误差超标、长期运行导致螺栓松动，故障表现为联轴器处异响、振动传递至电机与风机；

减速器漏油：成因包括密封件老化（油封磨损）、齿轮箱内压力过高（通气孔堵塞），故障表现为减速器壳体渗漏润滑油，油位快速下降。

2.2 工作系统故障

工作系统故障直接影响通风效率，主要集中于叶轮与机壳：

叶轮积尘与失衡：成因是煤尘在叶轮叶片表面堆积，导致叶轮质量分布不均，故障表现为风机振动加剧、风量下降，严重时引发叶轮裂纹；

叶轮裂纹与断裂：成因包括材料疲劳（长期交变应力作用）、异物冲击（回风携带金属碎屑撞击叶片），故障表现为风机运行噪音突然增大，风压波动超过 ±5% ；

机壳磨损：成因是粉尘颗粒长期冲刷机壳内壁，导致机壳厚度减薄，故障表现为风机漏风率上升（漏风率超过 5% ），通风效率降低。

2.3 调节与控制系统故障

2.3.1 调节系统故障

导流器卡滞：成因包括传动机构锈蚀（湿度大导致齿轮卡涩）、粉尘堆积（导流叶片间隙堵塞），故障表现为风量调节失灵，无法根据井下需求调整风压；扩散器效率下降：成因是扩散器内壁积尘，导致气流阻力增大，故障表现为风机出口风压降低，能耗上升。

2.3.2 控制系统故障

传感器失效：成因包括粉尘覆盖（传感器探头积尘）、线路老化（信号线绝缘破损），故障表现为监测数据失真（如温度显示异常、风压无变化）；

PLC 控制柜故障：成因包括电源波动、元件老化（继电器触点烧蚀），故障表现为风机无法自动启停、紧急停机功能失效。

3 煤矿主通风机预防性维护策略优化

针对上述故障模式与关键因素，从“被动维护”向“主动预防”转型，构建多维度优化策略：

3.1 动态调整维护周期：基于设备状态的差异化维护摒弃固定周期维护模式，结合设备运行数据与故障风险制定动态周期

高风险部件（电机轴承、叶轮）：采用“状态监测 + 按需维护”，通过振动传感器、温度传感器实时监测运行参数，当轴承温度超过 75℃或振动烈度超过3.8mm/s 时，触发维护；

中风险部件（联轴器、导流器）：采用“半周期维护”，基础周期为6 个月，若监测数据显示部件磨损速率加快（如联轴器偏移量每月增加 0.1mm ），则缩短周期至3 个月；

低风险部件（机壳、扩散器）：采用“固定周期维护”，周期为 12 个月，仅在年度检测中进行清洁与磨损检查。

3.2 升级监测技术：构建智能化监测体系引入先进技术提升故障预警能力，实现“早发现、早处理”：

振动监测：在电机轴承、叶轮、减速器处安装无线振动传感器，采样频率设为 1000Hz ，通过边缘计算分析振动频谱，识别轴承磨损、叶轮不平衡等故障（如频谱中出现2 倍转频峰值，提示叶轮不平衡）；

温度监测：采用红外测温仪对电机定子、轴承进行实时测温，设置温度阈值（轴承 80% 、定子 130% ），超阈值时自动报警；

粉尘监测：在风机进风口安装粉尘浓度传感器，当浓度超过 10mg/m³ 时，触发自动清灰装置（如高压喷雾清灰），减少叶轮积尘；

数据集成：将所有监测数据接入煤矿安全生产监控平台，实现“一屏可视化”，支持故障数据回溯与趋势分析。

3.3 标准化维护流程：规范操作降低人为误差制定《主通风机预防性维护作业指导书》，明确各环节操作标准：

前期准备：维护前切断风机电源，悬挂“禁止合闸”标识，准备专用工具（如轴承拆卸器、振动测量仪）与备件（同型号轴承、密封件）；

部件检查：电机轴承：拆卸轴承盖，检查润滑脂状态（若油脂呈黑色或结块，需彻底更换），测量轴承游隙（标准值为 0.02-0.05mm ）；叶轮：采用内窥镜检查叶片表面，使用高压空气（压力 0.6MPa）清除积尘，用超声波探伤仪检测叶片是否存在裂纹；传感器：清洁探头表面，校准温度、振动传感器（与标准信号源对比，误差需小于 ±2% ）；

维护记录：建立设备维护档案，记录维护时间、部件状态、更换备件型号，实现全生命周期追溯。

3.4 强化人员能力：提升维护团队专业水平

培训体系：定期开展专项培训，内容包括故障识别（如通过声音辨别轴承故障）、监测设备操作（振动分析仪使用）、应急处理（风机突发停机时的备用风机切换流程），每季度组织1 次实操考核；

技能认证：实行“持证上岗”，维护人员需通过《煤矿机电设备维护资质考试》，考核合格后方可独立作业；

经验共享：建立故障案例库，收集历年主通风机故障处理案例（含故障现象、成因、解决方案），每月组织1 次案例研讨，提升团队整体故障处理能力。

4 结论与展望

本文通过分析煤矿主通风机驱动系统、工作系统、调节与控制系统的常见故障模式，识别出电机轴承润滑失效、叶轮积尘等关键风险因素，并从动态维护周期、智能化监测、标准化流程、人员能力四个维度优化预防性维护策略，有效降低了故障发生率与维护成本。

未来，随着煤矿智能化发展，主通风机预防性维护将向更高阶方向演进：一方面，数字孪生技术可构建风机虚拟模型，实现故障模拟与维护方案预演；另一方面，AI 算法可通过海量运行数据训练故障预测模型，进一步提升预警准确性。此外，需加强风机节能与维护的协同优化，在保障安全的同时降低能耗，为煤矿绿色安全生产提供支撑。

参考文献

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