矿井通风机设备的常见故障处理与维护

一、引言

煤炭作为全球储量最丰富的常规能源，其开采量伴随各国经济增长而持续攀升。然而，该资源在为人类提供大量能源的同时，也会导致瓦斯爆炸等安全事故 [1]。此类事故不仅造成国家巨额财产损失，也给遇难矿工家属带来极其深重的痛苦。煤炭开采过程中，通风机设备是煤炭开采必不可少的工具。保障通风流畅可显著降低井下瓦斯与粉尘含量，确保其浓度维持在瓦斯安全爆炸限值之下，从而大幅抑制因瓦斯积聚引发爆炸的可能性。

作为煤矿井下的核心呼吸系统，通风机若发生故障停止运转，必将诱发煤矿安全事故。通风机设备越来越自动化，具备专业知识的现场工作人员很难发现故障。因此，在保持风机连续运行的前提下，快速准确实施通风机故障诊断，明确故障位置并予以清除具有重大意义。

二、矿井通风机设备的常见故障分析

通过长期的监测和维修记录发现，风机系统设备故障主要分为轴承故障，扇叶故障，转子故障，润滑油故障等 [2]。

（一）轴承故障分析

在通风机设备各类故障中，轴承类故障占比超过 40% 。滚动轴承失效模式主要包含疲劳、磨损、胶合、腐蚀、破损以及压痕几种。疲劳主要表征为向心轴承仅单侧滚道面发生剥落 ；双列轴承中仅单列滚道面发生剥落；滚道面与滚动体接触边缘区域出现剥落；以及滚道面与滚动体早期产生表面剥落。磨损主要表现为配合面发现红褐色磨损粉末的局部区域磨损；以及滚道面、滚动体、凸缘面与保持架等部件表面材料磨耗。胶合失效主要形式有滚道面及滚动体表面出现胶合；深沟球轴承滚道产生螺旋状胶合；滚道面与挡边外缘发生胶合现象。腐蚀主要体现为轴承内部配合面锈蚀；滚动面发生搓板状凹凸变形；表面出现红褐色或黑色锈蚀斑点。破损具体形态指外圈或内圈发生裂纹；滚动体产生裂纹；以及保持架断裂。压痕主要包括静载荷过大，异物进入；装配不当，滚道承受载荷不均匀。上述故障形式将削弱滚动轴承性能特性，引发轴承磨损加重，表面温度提升。

（二）转子故障分析

通风系统运作期间，转子旋转驱动叶轮运动，搅动气体形成气流，推动空气沿通风管道进入井下区域。作为关键回转构件的转子，其频发故障类型包含轴系不对中以及不平衡两种。第一类故障是转子轴系不对中。电机与风机扇叶之间形成两个旋转轴线，位于联轴器连接的两侧。然而，联轴器在制造及安装环节存在偏差，致使两个旋转轴线未能精确共线，即出现轴系不对中问题。第二类故障则是转子不平衡。电机与风机扇叶之间动力传递，依赖轴系、联轴器等高速旋转的转子结构传递所需转矩。当转子处于高速旋转状态时，若存在不平衡状况，将诱发振动及噪声现象。由转子不平衡引发的故障性振动，实质上是周期性离心力激发的旋转轴系受迫振动响应 [4]。所测量振动信号的频率成分与转速紧密关联，具体表现为轴系每完成一周旋转，离心力在监测点处施加一次周期性激振作用。

（三）润滑油故障分析

润滑油系统常见故障包括泄露、油温异常上升以及润滑油杂质增多。第一是漏油。漏油主要跟轴承密封程度有关系。矿井通风机轴承因加工精度偏低，在现有运行框架下易泄露，且在含有高速沙尘颗粒杂质的恶劣环境中工作，冲击增大推动泄露频率提高 [5]。第二是油温过高。润滑油温度直接指示轴承温升状态，该故障近似轴承失效形式，矿井风机设备的轴承热态常借助润滑油温度间接监测。第三是润滑油杂质增多。污染物主要源于轴承运转过程产生的磨屑与剥落金属。系统中未配置污染传感器监控装置，依赖操作员在定期维护时查验油质状况。污染加剧将导致轴承磨损强度加大，干扰正常运转过程。污染增加的信号表现在油温呈现缓慢升高的趋势。

（四）扇叶故障分析

在矿井通风机设备运行期间，扇叶被视作关键构成要素，其失效对通风系统的稳定性与安全性能起决定性作用。实际操作过程中，扇叶频发的故障现象常表现为腐蚀、断裂以及由振动引发的损伤等。作为最常见损伤形式，腐蚀显现为表面出现点蚀、剥落乃至穿孔。当腐蚀程度加深时，叶片整体结构强度逐渐衰退，不仅削弱风机运行效能，还诱发叶片间的失衡状况，进而加剧振动，缩减设备使用寿命。叶片断裂是另一种严重的故障表现，涵盖局部破裂与完全折断等多种形式。断裂直接减损风机的送风功能，导致井下风流供应短缺、气体交换受阻，同时伴随的碎片飞溅往往会撞击其他设备，引发连锁性损坏。若不及时侦测并处置裂纹，它们会在运转时快速蔓延，最终引发大面积碎裂。

三、矿井通风机设备的常见故障原因分析

矿井通风机常见故障主要源于轴承、转子、润滑油及扇叶在高负荷、恶劣环境和装配误差下产生的磨损、失效与异常振动等问题。

（一）轴承故障原因

轴承外圈故障的成因有很多，具体涉及外圈设计因素、外界环境因素。其中外圈设计因素是指轴承外圈在设计时由于精度等客观因素而导致的设计误差。外界环境因素主要是在主通风机连续运转、高速工作、润滑油功效较低、风机转速变化等所产生的损伤因素[6]。通常来说，在煤矿主通风机运行时，轴承滚道有损伤时，滚动体会受其影响抨击滚道并产生振动，进而导致外圈故障。轴承内圈故障的原因比较复杂，轴承内圈常处于持续性转动的状态。内圈故障状态下，轴承振动是有一定规律的。内圈故障的主要体现形式为表面剥落、裂纹、点蚀等，具体表现为滚动体经过滚动轴承内圈滚道，使得轴承内圈受到冲击性的振动。通常情况下，轴承受载荷影响，同时受到润滑油不足、外界环境等因素的影响，会导致内圈故障较难监测。滚动体故障与内圈故障是有一定类似之处的，在深沟球轴承中的故障表现形式为滚子在内外圈滚道滚动时发生故障。当滚子有所损伤的时候，其会对经过的位置产生冲击，进而引起振动。

（二）转子故障原因

造成轴系不对中的主要原因有两个。第一是制造与装配环节的偏差。测量误差与工艺缺陷致使联轴器端面与旋转轴线非正交，以及联轴器中心与旋转轴线偏离共线状态。轴线偏差将引发联轴器运转时产生恒定幅值与作用方向的回转弯矩。在大型装备中，安装偏差通常超过制造精度误差，其中联轴器装配不当常成为轴承偏移的重要诱因。第二为环境作用导致的偏差。矿井主通风机联轴器偏移的环境诱因包含地基沉降引发的基础位移、热应力引发的机组构件形变、轴系异常磨损导致的动态失衡以及轴承支撑结构角度偏移等。

造成转子不平衡的原因主要有转子静不平衡、转子动不平衡、转子偶不平衡。静态失衡多源自制造与装配缺陷，加工精度不足导致转子存在质量分布非均匀性或几何形态偏差，表现为质心与几何中心的空间分离继而引发机械振动。动态失衡常发生于设备运行期间，矿井风机所处的恶劣工况易使粉尘在转子表面沉积结垢，或长期运转产生非对称磨损与形变，致使转子旋转过程中质量分布持续偏移。偶发失衡具有突发特性，其典型诱因涵盖转子运转受阻、构件瞬时脱落或气流介质异物冲击。这类故障将引发质量中心突发性偏移，导致剧烈振动伴随轴承温升速率陡增。

（三）润滑油故障原因

矿井风机漏油属于运行期间较为常见的故障类型，其发生主要与轴承部位密封性能相关。鉴于矿井风机轴承制造精度通常难以实现理想密封水平，加之设备运行环境复杂，大气中常伴随大量沙尘及高速运动杂质冲击密封结构，导致润滑介质更易自密封部位渗漏。设备长期运行后，密封元件逐步老化磨损，细微裂纹或间隙的出现将进一步恶化润滑油的泄漏状况。风机运行过程产生的振动也会削弱密封效果，使润滑油液膜稳定性难以维持，从而诱发泄漏。

轴承系统油温异常升高的成因涉及多因素。轴承运转期间因摩擦阻力过大导致热量过度生成，使润滑油温度随之上升。润滑油自身粘度特性及油液容量也是关键影响因素。过高的润滑油粘度将增加油膜形成时的摩擦损耗，引致产热量增加。相反，若粘度过低，则难以构建稳定油膜，摩擦加剧同样会引起温升。油量不足则降低散热能力，阻碍热量有效散发，促使油温逐渐升高。

润滑油杂质主要源于轴承运行过程中生成的磨损碎屑及表层剥落金属颗粒。风机长期运行导致轴承接触面出现自然磨损现象，所产生的金属微粒混入油液，致使润滑油清洁度下降。当杂质不断积累时，润滑油的润滑性能会受到破坏，摩擦副之间的直接接触几率增大，从而加剧磨损，形成恶性循环。随着润滑油中杂质含量逐渐增多，其在运行状态信号上的典型反映为油温缓慢上升趋势，源于杂质产生的附加摩擦热效应。若未能及时识别并处置，最终将引致轴承功能失效甚至设备非计划停机。

（四）扇叶故障原因

矿井通风设备叶轮失效的核心因素涵盖腐蚀与断裂两个方面。井下特殊环境导致风流常含侵蚀性气体及高湿度。水分接触叶轮表面易诱发电解氧化反应，侵蚀性气体则产生化学腐蚀过程。这些作用持续弱化叶片材料强度，诱发金属疲劳效应，同时破坏叶轮质量平衡，直接影响风机运行稳定性。虽实施年度叶片更换与定期检测制度，腐蚀现象仍难以杜绝。断裂多由腐蚀基础上发展形成，主要源于气流中固体颗粒或异物冲击作用。当叶片发生裂纹或断裂事故，不仅降低送风效率影响井下通风质量，更会形成高速飞散碎片，导致次生性设备损伤。叶轮缺损还使转子载荷分布严重失衡，加速轴承磨损进程，增大振动幅值，加大设备失效概率。

四、矿井通风机设备故障的处理措施

在对矿井通风机设备的常见故障及其原因进行分析后，本文从以下几个方面提出矿井通风机故障设备故障的处理措施与维护方法。

（一）加强通风机故障诊断与维护

一是保持通风机清洁。叶片表面积聚的杂质将显著提升运转阻力，致使能耗上升、效率衰减。脱落的尘粒若侵入轴承区域，将加剧摩擦效应，诱发设备异常磨损乃至功能失效。因此，周期性清除叶片污染物，确保其表面光洁度，构成保障通风机稳定运行的基础条件。

二是加强电机轴承润滑管理。作为电机核心组件，轴承摩擦特性直接影响设备运转性能。润滑条件恶化不仅加速轴承损耗，更可能引发断轴等恶性事故。定期补充润滑油，维持轴承理想润滑环境，可有效降低摩擦能耗系数，延长电机服役周期。

三是治理电网谐波干扰。现代矿井大量应用的变频装置，其运行过程将向电网注入高次谐波。此类谐波将诱发电机振动异常、温度升高等运行征兆，加速设备老化进程并导致功能异常。采用电力滤波技术实施谐波治理，成为提升电机运行稳健性的核心手段。

四是加强电机散热管理。电机运行期间产生的高热负荷如未能及时疏导，极易引发温升超标，烧损关键部件造成严重损失。确保设备周围空气流通顺畅，适时增设辅助散热装置，使电机持续工作于安全温度区间。

（二）定期检查通风机设备的风门

一是检查风门的密封性。当设备持续运行较长时间后，易出现密封材料劣化或结构形变引发的漏风问题。密闭效能下降将显著降低通风系统能效，导致能源损耗加剧，甚至引发有害气体浓度超标风险。

二是保障启闭灵活度。受井下粉尘悬浮及湿度环境影响，长期运转的门轴组件易产生阻滞或异常磨损，直接影响操作流畅性。为此需周期性实施润滑处理，维持传动机构低阻力运行状态。这不仅能提高设备运行效率，还能有效延长风门的使用寿命。

三是对风门表面进行防护。长期处于高湿度与动态风压耦合作用下的金属构件，表层易受腐蚀介质侵蚀。若未能及时干预，材料退化将逐步削弱部件的结构强度，最终引发功能失效。建议建立定期防腐管理制度，通过涂覆新型防锈涂层维持材料耐蚀特性，从而系统性降低突发性故障概率。

（三）做好通风机密闭的检查工作

密闭工作对矿井通风安全有重要影响，因此，需要定期检查矿井密闭效果。检查时，要重点查看密闭墙是否出现了裂纹、不切顶等现象。若发现密闭存在问题，则要立即报告有关负责人，并采取一定的修补措施。考虑到采空区的密闭工作比较困难，为了抑制采空区的漏风情况，通常采用向采空区中注射黄泥浆液的方式[7]。这种方式是利用黄泥浆液的流动性将采空区空隙填满，避免采空区漏风的情况发生，也避免采空区中瓦斯向工作面涌出。此外，沿空留巷技术所采用的巷旁充填支护也能对采空区进行有效密闭。

（四）优化矿山通风安全管理工作

矿山生产活动中，保障通风安全是维护人员生命安全与矿山持续运行的核心要素。为完善矿山通风安全管理体系，需从多维度着手，保证通风系统运行的稳定性与可靠性，有效降低因设备失效引发的安全风险。

一是强化矿井通风系统的运维管理。建议矿山企业设立专职部门负责通风安全事务，对相关设备实施定期查验与保养。执行设备周期性检测，有助于及时识别并消除设备故障隐患。尤其针对陈旧设备，需及时予以更换或修复，保障其始终处于状态良好水平。要求维修人员具备专业技术素养，能在故障发生时迅速响应处置，避免因问题延报导致安全事故扩大化。

二是引入前沿通风技术及装备。例如，自动化通风装置具备在线监测井下空气参数的功能，并可实施风量自动调节，避免人工操作不当产生的通风不足或冗余状况。参考先进国家及企业的实践成果，定期引进新型技术与设备，提升通风管理的科学化及系统化程度，确保持续维持矿井通风安全于最优运行状态。

三是构建完善的通风安全突发事件响应机制。面对突发的设备故障或通风异常状况，需预先制定清晰的处理预案，保证问题出现时可快速启动有效控制措施。建议加强通风设备放置区域的规范化管理，确保设备有序布设避免阻塞风路流畅性，从根本上减少潜在的通风安全隐患。

结论

矿井通风机设备作为煤矿安全运行的关键设施，其运行异常直接影响矿区安全系数与作业人员防护水平。矿井通风机设备故障多源于轴承组件、传动转子、润滑系统及叶轮结构等核心模块的功能失效。实施精准故障诊断与主动干预策略，既有助于维持设备运行周期，又可优化井下气流交换效能，有效控制安全事故发生率。维护体系需建立常态化设备保养机制，涵盖积尘清除作业、润滑状态监测、电力谐波抑制以及驱动电机温控管理。重点强化密封性能核查与气流调节门管控，保障通风网络的可靠运转。同步推进从业人员安全素养强化与专业技能提升计划，显著增强突发性设备异常的处置水平，从而全面提升井下通风体系的安全保障能力。

参考文献

[1] 韩冰 . 煤矿通风机常见故障类型分析及诊断措施研究 [J]. 机械管理开发 ，2023，38（06）：241-243.

[2] 齐茂彬 . 煤矿通风机叶片无损检测技术的标准应用研究 [J]. 中国高新科技 ，2024，（06）：54-56.

[3] 吴学冰 . 煤矿通风机电机温度过高故障分析与解决措施 [J]. 矿 业装备 ，2024，（04）：106-108.

[4] 王海川 ， 李蓉 ， 郭英飞. 基于随机森林算法在通风机故障检测中的应用 [J]. 江西煤炭科技 ，2024，（04）：183-186.

[5] 郝志会 ， 孙玉博， 郑义. 高噪声场景下矿井通风机滚动轴承故障诊断 [J]. 煤炭工程 ，2024， 56（12）：161-168.

[6] 黄小文 . 煤矿通风机常见电气故障及维修策略分析 [J]. 凿岩机械气动工具 ，2025，51（02）：175-177.

[7] 秦荷珍 . 矿井通风机运行状态诊断系统的应用 [J]. 机械制造 ，2025，63（05）：90-92.

作者简介：姓名王卓（1998.09-），性别男，民族汉族，籍贯安徽省太和县，学历大学本科，职称（助理工程师），研究方向为机电工程、应急管理