神东矿区采矿设备故障统计分析

钟 凯，周久华

（1.安徽淮北煤电技师学院机电工程系， 安徽 淮北235000；2.神东煤炭集团设备管理中心， 陕西 神木719315）

1 引言

采矿设备的安全可靠运行对于现代化煤矿高产高效生产模式来说，意义重大，是决定矿井生产力能否实现的关键。本文以神东矿区为背景，针对2010～2012年度神东矿区中心14个煤矿关键采矿设备采煤机、刮板机、转载机、破碎机、顺槽可伸缩带式输送机、主运输带式输送机故障进行全面系统统计分析，旨在发现影响矿井正常生产关键机电设备故障规律、故障模式，以提高采矿设备机电管理水平。

2 采矿设备故障统计分析

根据对神东矿区2010～2012年度关键采矿设备故障统计分析，采煤机、刮板机、胶带机、转载机、破碎机、顺槽胶带机故障共发生1 026频次，见表1。

表1 神东矿区2010～2012年度关键采矿设备故障统计表

由表1可以分析出，采煤机故障是煤矿关键设备故障最主要的故障源，占统计表的34.9%，紧随其后的是刮板输送机，占27.7%，其次是带式输送机，指从综采工作面顺槽胶带机以后煤炭主运输系统直到上仓胶带机，也占有相当大的比例，达16.8%。转载机和顺槽胶带机故障率接近，均为9.4%，而破碎机故障率相对较低，仅仅1.8%，均与其结构及功能相关。采煤机、刮板输送机故障率共占62.6%，采煤机和刮板输送机故障频发。综采工作面设备故障主要指采煤机、刮板输送机、转载机及破碎机占73.8%，胶带运输系统包括顺槽可伸缩带式输送机和主运输系统带式输送机占26.2%。

本文在此不统计综采工作面液压支架故障，一是因为液压支架及其泵站（包括喷雾泵站）是成套设备，个别支架油缸或结构件如立柱窜液、底座开裂并不立即影响到综采工作面停机，一般这类故障可以在每天例行设备检修维护时更换部件解决；二是因为液压支架、泵站资料故障数据信息不全，在设备运行管理中没有像采煤机故障那样全面记录。

3 采矿设备分类故障统计分析

3.1 采煤机故障统计分析

3.1.1 采煤机故障统计

针对神东矿区2010～2012年度综采工作面采煤机故障统计，共发生各类故障359频次，归类统计分析见表2。

表2 神东矿区2010～2012年度采煤机故障统计表

采煤机常见故障有电控系统、截割部摇臂调高液压系统、牵引部、截割部、电缆、结构件及冷却喷雾系统和破碎机调高液压系统。根据对神东矿区2010～2012年度综采工作面采煤机故障的统计数据分析采煤机电控系统故障率较高，其次摇臂调高系统、牵引部及截割部故障率较为突出，而采煤机主电缆和截割电机电缆也经常性出现故障，结构件方面主要表现在JOY采煤机机身连接螺栓断裂故障、滑靴疲劳磨损断裂及摇臂连接耳座开裂故障，其它故障有采煤机冷却喷雾管道故障和破碎机液压调高系统。

3.1.2 采煤机故障分析

电控系统故障：电控系统包括电控箱各电气元件、变频器、控制程序及遥控器故障，故障率21.0%。

由于电气设备元件绝缘老化、电控箱进水受潮，接线松动、变频器烧坏、控制程序丢失等原因造成电控系统故障，电控系统故障平均停机影响生产时间7.2h。

液压调高系统故障：液压调高系统主要指对摇臂齿轮箱的调高，通过统计数据分析，其故障率相对较高，占故障率18.4%，其主要故障部件为液压油缸、泵电机、油管、泵及阀组故障。液压调高系统故障平均停机影响生产时间6.6h。

牵引部故障：牵引部包括牵引电机、牵引齿轮箱及牵引块三大部分，根据故障统计数据分析，牵引部故障率17.0%，牵引块、牵引齿轮箱及牵引电机占牵引部故障率分别为47.5%、32.8%、19.7%牵引块、牵引齿轮箱及牵引电机故障平均停机时间分别为12.7h、10.5h、10.9h。

截割部故障：截割部包括截割电机、摇臂齿轮箱、截割滚筒及截割扭矩轴四大部分，根据故障统计数据分析，截割部故障率17.0%，截割电机、摇臂齿轮箱、截割滚筒及扭矩轴故障率 占 截 割 部 故 障 的 31.1%、42.6%、11.5%及14.8%，截割电机、摇臂齿轮箱及截割滚筒故障平均影响生产8.8h、19.8h、4.5h及0.8h。

电缆故障：采煤机电缆包括主电缆、截割电机电缆及牵引电机电缆，一般牵引电机电缆故障少见，基本可以忽略不计，主要故障源为采煤机主电缆及夹板、截割电机电缆。采煤机电缆故障占可统计采煤机故障率15.0%，其中主电缆故障占电缆故障率70.4%、截割电缆故障占电缆故障率20.4%及主电缆夹板故障率9.2%，主电缆、截割电机电缆及主电缆夹板故障平均停机影响生产时间分别为6.0h、7.2h、2.2h。

采煤机电缆故障的主要原因有电缆绝缘损坏、绝缘老化、电缆因外力、操作挤压、受潮湿进水等原因造成电缆漏电。

结构件故障：结构件故障主要指JOY 7LS06型采煤机左牵引部与电控箱机身连接螺栓断裂故障，滑靴疲劳磨损断裂故障及摇臂耳座开裂故障，三者故障平均停机影响生产时间18.7h、6.9h、24.3h。

开关移变故障：采煤机开关故障率远高于移变故障率，平均影响生产时间4.8h。

冷却喷雾水管故障：采煤机冷却喷雾水管爆裂、阻塞故障造成采煤机停机，平均影响生产时间2.1h。

3.2 刮板输送机故障统计分析

3.2.1 刮板输送机故障统计

针对神东矿区2010～2012年度综采工作面刮板输送机故障统计，共发生各类故障284频次，归类统计分析见表3。

表3 神东矿区2010～2012年度刮板输送机故障统计表

刮板输送机常见故障源有链条、刮板、链轮、驱动传动系统（电机、减速箱类）、结构件、控制系统、移变开关及过载卡阻故障。其中链条断裂为刮板输送机第一故障源，占18.7%，刮板故障也相对较多，而且链条刮板故障往往同时发生，互相影响，链条刮板总体故障率为29.2%，动力传动系统包括电机、电机电缆、各类减速箱及变频器故障占统计故障率的25%，刮板机链轮故障也相对较多，占统计故障率13.7%，刮板输送机结构件故障主要指溜槽、分链板、哑铃销、连接件等引发故障，占统计故障率15.5%。刮板输送机电源系统移变开关故障频次19次，控制通讯系统故障频次19次，过载卡阻故障9频次，其它变频驱动变频器故障统计1次。

3.2.2 刮板输送机故障分析

刮板输送机主要由机头、机尾驱动部、链条刮板链轮输送部、过渡槽中部槽溜槽组成。

链条刮板故障：链条故障形式主要有单、双链断裂、接链环断裂、链条底链卡住等，其故障原因有链条张紧不合适，大块煤矸石砸伤、链条疲劳磨损强度下降及由于刮板故障引发链条故障等原因；刮板故障主要表面为刮板断裂、变形、卡堵，其原因主要有大块煤矸石砸伤、刮板疲劳磨损跳链、刮板螺栓松动、压条断裂及链条故障引发刮板次生刮板故障。刮板故障平均停机影响生产时间6.2h，链条故障平均停机影响生产时间6.9h。

链轮故障：链轮故障形式主要有链轮密封漏油、轴承润滑不良导致链轮失效，链轮连接齿套润滑不良、疲劳磨损失效及链轮连接齿套固定螺栓折断。其中链轮故障∶连接齿套∶螺栓＝25∶10∶4，而机头链轮故障频次25次，远高于机尾链轮故障14次，链轮故障平均停机影响生产时间11.7h。

动力传动故障：随着现代科技的发展，刮板输送机驱动方式也经历传统到现代，目前在神东矿区有四种启动方式，分别为：其一变频电机＋减速箱驱动，其二有电机＋CST驱动，其三有电机＋阀控液力耦合器＋减速箱软启动，其四有双速电机＋液力耦合器＋减速箱驱动。其中第一种变频电机驱动方式正在社东矿区广泛应用，有逐步取代其它驱动方式的发展趋势，而CST和阀控液力耦合器驱动方式也大范围应用，第四种驱动方式在较早期刮板输送机上使用，目前基本淘汰停止使用。

从故障统计表上可变频电机驱动性能优越，发生的故障率也非常小，检修维护量小，可靠性高，而于阀控液力耦合器驱动相比，CST软启动故障相对较小。

从故障统计表上可以看出运输传动系统机头故障率小，而机尾故障率大，电机方面，机头故障频次要次，而机尾故障10次，减速箱方面，机头故障频次12次，机尾故障频次28次。

电机故障平均停机影响生产时间8.2h，减速箱类故障平均停机影响生产时间11.5h。

控制通讯系统故障：综采工作面刮板输送机控制、通讯要求高，它与采煤机、转载机、液压支架相互配合，形成完整有效的通讯控制网络，控制通讯故障平均停机影响生产时间2.4h。

结构件故障：中部槽故障主要表现在铲煤板断裂、中部槽错位、中板、底板磨损变形及哑铃销断裂等故障，由于工程地质条件、操作、疲劳磨损、检修维护等原因，引发刮板输送机中部槽故障，结构件故障平均停机影响生产时间7h。

开关移变故障：开关故障率远高于移变故障率，平均故障停机影响生产时间6h。

过载卡阻故障：因工作面负荷不均，当采煤机运行至刮板输送机中尾部时特别在机尾吃三角煤时，如果采煤机牵引速度不适当降低，极易引发刮板输送机重载及过载停机故障，当工作面有大块矸石时易引发刮板机卡阻停机，平均停机影响生产时间2.5h。

3.3 带式输送机故障统计分析

3.3.1 带式输送机故障统计

针对神东矿区2010～2012年度主运输带式输送机（胶带机）故障统计，共发生各类故障172频次，归类统计分析见表4。

表4 神东矿区2010～2012年度主运输带式输送机故障统计表

3.3.2 带式输送机故障分析

带式输送机主要结构分为驱动系统、控制保护系统、胶带、滚筒、结构件及动力源移变开关组成。其中动力传动系统、控制保护系统为主要故障源，分别占比达28.5%和26.2%，其后胶带、滚筒故障也占有重要比例分别为16.3%和8.1%，动力电源部分移变开关故障及胶带机过载卡堵类故障分别占比7.0%和6.4%，其余胶带机张紧、及破碎机、结构件故障相对较低。

动力传动系统故障：神东矿区主运输带式输送机驱动方式主要有三种，其一为变频电机＋减速箱，其二为电机＋CST减速箱，其三为电机＋液力耦合器＋减速箱，第一种驱动方式下在广泛应用发展，第二种驱动方式目前在神东还占有重要市场，第三类驱动方式用于小胶带机或负荷较小胶带运行。

从统计表可以看出，三种驱动方式均有故障体现，而电机故障率最高，占动力传动故障比例达36.7%，CST减速箱故障率高于变频电机驱动故障，其故障比例为5∶3，CST软启动系统复杂，变频电机调速度性能优越感，导致CST故障率远比变频电机驱动方式，平均停机影响生产时间4.5h。

控制保护通讯系统故障：带式输送机控制保护通讯系统复杂，运行维护要求较高，带式输送机数量大，铺设长度大，井下工业环境恶劣，工况变化大，其故障比例相对较高。保护模块故障主要表现在各类保护传感器、保护线、保护供电电源模块故障；控制系统故障主要体现在控制程序故障，而通讯分为通讯电缆及通讯模块硬件故障两大类，平均停机影响生产时间2.3h。

胶带故障：带式输送机一般使用煤矿用钢丝绳钢丝绳芯阻输送带，通过硫化接头连接，经过长期使用，胶带故障主要体现在胶带撕裂、硫化接头质量、断带、跑偏等故障，胶带撕裂主要原因有大块矸石砸伤、铁器进入运输系统及跑偏引发，而硫化接头质量故障经常引发其它胶带故障，因硫化接头工艺、设备、操作、时间、原材料等原因引发胶带硫化接头故障，存在极大的安全运行隐患，因磨损、钢丝绳断裂、硫化接头、张紧不当等综合因素造成胶带断带，平均停机影响生产时间10.6h。

滚筒故障：胶带滚筒故障占有相大比例，由于滚筒的疲劳运行、检修维护不当、引发滚筒轴承、滚筒断裂、断轴故障。平均停机影响生产时间7.8h。

移变开关故障：移变故障主要体现在变压器烧坏，而开关故障主要体现在接触器故障。开关故障率远高于移变类故障，平均停机影响生产时间3.6h。

过载卡堵：由于综采工作面煤量不均、大块矸石、胶带机运输能力限制等原因而发生胶带机过载、卡堵停机，解决办法是做到均衡生产，严格控制工作面工程质量及产量，不能使胶带机长期过载运行，否则引发其它相关故障几率非常大，其平均停机影响生产时间3.7h。

张紧故障：与顺槽胶带机不一样，主运输胶带机张紧系统故障率相对较低，仅占总故障率的3%，而顺槽胶带机张紧故障率则高达28.1%。张紧各结构件电机、结构件、钢丝绳、滚筒及绞车均发生过故障，张紧故障平均停机影响生产时间7.7h。

3.4 转载机故障统计分析

3.4.1 转载机故障统计

针对神东矿区2010～2012年度综采工作面转载机故障统计，共发生各类故障96频次，归类统计分析见表5、表6。

表5 神东矿区2010～2012年度转载机故障统计表

表6 转载机链轮模式故障统计表

3.4.2 转载机故障分析

转载机主要由动力传动系统、链条刮板链轮系统及溜槽结构件、控制系统等系统组成。转载机故障分别归类为链条链轮、动力传动系统、结构件、大块过载、控制通讯及移变开关类故障。

刮板、链条及链轮故障：刮板、链轮及链轮是转载机第一大故障源，而且它们互相影响，如转载机链条断裂很可能会影响到刮板卡断，刮板断裂也会影响到链条断裂，并间接影响到机头机尾链轮。其占转载机总故障率的52.1%。转载机链条及刮板相对刮板输送机来说，更容易疲劳磨损，在相同过煤量情况下，链条磨损、伸长比刮板输送机链条大，但转载机链条故障率要远低于刮板输送机，像刮板输送机一样，机头链轮故障率要远高于机尾故障率，链轮故障主要故障形式有链轮轴承故障、连接齿套故障及连接定位螺栓故障。刮板故障平均停机影响生产时间6.9h，链条故障平均停机影响生产时6.6h，而链轮故障平均停机影响生产时7.7h。

动力传动系统故障：转载机驱动功率相对刮板输送机来说要小得多，而转载机转载速大，溜槽宽，负荷大，长期运行导致其驱动电机故障相对较高，减速箱及液力耦合器故障率相对电机故障来说小得多。电机故障主要表现在电气绝缘性能方面，而在机械方面故障相对较小，动力传动系统故障平均影响到8.3h。

转载机结构件故障：转载机结构件主要指转载机机头机尾分链板及溜槽，因分链板疲劳磨损掉落、中部槽底板磨损开裂、地板不平溜槽错位、哑铃销断裂等引因发故障停机，结构件故障平均影响到9h。

大块卡堵及过载停机故障：因大块煤矸石卡堵及转载机过载造成停机，也是影响到转载机正常运行的一个故障源，大块煤石卡堵及过载停机故障平均影响到2.8h。

控制系统故障：控制程序及通讯故障，转载机起动及停机并与刮板输送机紧密相联系，控制系统故障平均影响到4.8h。

移变开关故障：开关移变电气设备因电气绝缘、控制程序、接触器老化等原因造成电气故障，直接影响到转载机的起动运行，移变开关平均影响到5.2h。

3.5 顺槽胶带机故障统计分析

3.5.1 顺槽胶带机故障统计

针对神东矿区2010～2012年度综采工作面顺槽可伸缩带式输送机（顺槽胶带机）故障统计，共发生各类故障96频次，归类统计见表7、表8。

表7 神东矿区2010～2012年度顺槽可伸缩带式输送机故障统计表

表8 顺槽胶带机自移机尾滚筒故障模式统计表

3.5.2 顺槽胶带机故障分析

顺槽胶带机作为综采工作面关键设备，它与综采工作面设备紧密配合，实现煤炭无缝连接连续运输，其主要结构包括动力传动机构、控制系统、张紧部、自移机尾、机架、胶带、托辊及相关辅助机构组成。根据对神东矿区2010～2012年度故障统计分析，共统计发生故障频次96次，其中主要故障源有张紧部、自移机尾，其次为移变开关、动力传动及控制系统以及胶带故障、其它故障。

张紧部故障：张紧故障是顺槽胶带机第一故障源，占顺槽胶带机可统计故障率的28.1%。神东矿区顺槽胶带机张紧全部实现变频张紧绞车自动张紧，张紧部通过游动小车伸长，滑轮组、绞车钢丝绳拉紧，变频电机驱动调整，液压制动来实现自动张紧，机构复杂，随着工作面的回采，顺槽胶带机频繁缩短，张紧机构频繁动作调整，张紧故障平衡影响生产时间4.9h。

自移机尾故障：自移机尾故障主要指机尾滚筒故障及压带滚筒故障，由于疲劳磨损、润滑不良、检修维护不善导致机尾滚筒轴承高温损坏、滚筒断裂，自移机尾滚筒故障主要体现在滚筒轴承上，占自移机尾滚筒故障的73.3%，其次为滚筒断裂及断轴，因自移机尾故障平衡影响生产时间5h。

动力传动故障：目前神东矿区顺槽胶带机存在两种动力传动方式，其一为电机＋CST减速箱，其二为变频驱动电机＋减速箱，通过故障统计分析表可知，变频驱动方式通过调压调频驱动电机改变起动特性，更好地适应大功率胶带机的运动要求，故障率相对较小，而CST减速箱驱动复杂，故障率相对较高。因动力传动故障平衡影响生产时间4.3h。

移变开关故障：顺槽胶带机移变及开关故障原因主要有疲劳老化、保护整定不合理、绝缘失效等原因造成移变开关失效停机影响生产。因移变开关故障平衡影响生产时间4.9h。

控制保护系统：顺槽胶带机作为综采工作面紧密联系关键设备，其与综采工作面采煤机、刮板机、转载机破碎机联系联系紧密，其正常开停机必须按相应的启动、停机程序。其故障模式包括硬件故障及程序故障及胶带机各类保护模块故障，因控制保护系统故障平衡影响生产时间2h。

胶带故障：胶带故障主要指胶带的撕裂、跑偏及断带故障，因胶带故障平均影响时间在3h。

其它故障：其它故障主要指结构件开裂、过载停机及冷却风机电机及驱动滚筒轴承等不归结为以上故障类别。

3.6 破碎机故障统计分析

3.6.1 破碎机故障统计

针对神东矿区2010～2012年度综采工作面破碎机故障统计，共发生19频次，归类统计见表9、表10。

表9 神东矿区2010～2012年度转载破碎机故障统计表

表10 转载破碎机故障属性统计表

3.6.2 破碎机故障分析

综采工作面煤炭经破碎机破碎转载机转运到顺槽可伸缩带式输送机，破碎机结构相对简单，其主要结构为电机＋液力耦合器＋减速箱＋破碎滚筒锤。

液力耦合器故障

破碎机主要故障为其动力传动系统故障且主要表现为液力耦合器方面，因使用不合格的易熔塞存在极大的安全隐患，会引发液力耦合器爆炸等，其次为液力耦合器密封故障导致漏水，检修维护不及时会导致耦合器高温高压引发故障。液力耦合器占故障总比例达42.1%。

减速箱故障：因使用维护、减速箱疲劳磨损等原因导致减速箱故障。

动力联轴节件故障：破碎机各动力传动系统轴联接故障主要旨电机与液力耦合器联轴节、减速箱输出轴与破碎滚筒锤联轴节件出现连接失效故障。

其它故障：统计出现其它故障有破碎机移变、破碎滚筒、卡堵、电机电缆故障各一次。

破碎机故障主要表现在其动力传动系统上，占总故障率的80%，破碎机平均故障影响停产时间9.3h。

4 结论

矿井采矿设备关键机电设备采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、顺槽可伸缩带式输送机及主运输带式输送机的安全可靠运行直接决定矿井均衡生产实现与否，本文旨在发现这些关键采矿设备故障模式和故障规律，针对设备检修维护、疲劳磨损、操作、质量四类故障属性，在机电设备运行管理中针对专门设备故障采取相应的措施，降低设备故障率。

煤矿关键机电设备中采煤机故障率最高，其次分别为刮板输送机和主运输带式输送机，而转载机与顺槽可伸缩带式输送机故障率相同；采煤机故障中以电控系统故障率最高，其次分别为液压调高系统、牵引部及截割部故障率相近，而采煤机电缆类故障率也相对较高，JOY 7LS06型采煤机左牵引部与电控箱连接螺栓多次松动断裂；刮板输送机故障以链条、刮板故障率最高，其次以驱动系统和结构件故障为重要源，而链轮故障率也较高，在驱动方式中以变频驱动故障率最低，以阀控液力耦合器故障率最高，而CST可控软启动故障率排第二，机头链轮故障率远高于机尾链轮故障率，而机尾驱动故障率远高于机头故障率，结构件中槽槽故障率也较高；带式输送机故障率前几位分别为驱动系统、控制系统、胶带及滚筒故障；转载机故障以刮板链条故障率最高，第二、三、四分别为驱动系统、链轮和结构件故障；顺槽可伸缩带式输送机故障率前五位分别为张紧系统、自移机尾、移变开关、驱动及控制保护；破碎机故障以驱动系统为主，其故障率占破碎机总故障率78.9%；以破碎机故障统计数据为例，设备检修维护是故障属性最主要因素，比例达63.2%，其它疲劳磨损、质量及操作故障比例分别为21.1%、10.5%和5.2%；采矿设备动力源开关移变故障率占可统计故障率（1 026频次）的6.3%，其中，移变故障占开关移变故障率33.8%，开关故障率66.2%。

［1］林福严，李凌风，张晓茹，等.煤矿带式输送机故障分析［J］.煤矿机械，2011，（2）：261－263.

［2］神华集团.神华神东煤炭集团机电事故案例分析手册2010－2012［R］.