煤矿机电技术手册：从基础操作到故障排查的实用指南

引言

煤矿机电技术是现代煤矿安全生产的核心支撑，涵盖了从采掘、运输、通风到提升、排水、供电等多个系统的设备操作、维护与故障排查。随着智能化矿山建设的推进，机电设备的复杂性和自动化程度不断提高，对操作人员和维护人员的技术要求也日益严格。本手册旨在为煤矿机电技术人员提供一套从基础操作到高级故障排查的系统性指南，帮助读者掌握核心技能，提升工作效率，保障安全生产。

本手册将分为以下几个部分：

基础操作篇：介绍常见煤矿机电设备的基础操作规范与安全要点。
维护保养篇：详细说明设备的日常维护、定期保养及预防性维护策略。
故障排查篇：系统讲解故障诊断方法、常见故障案例及解决方案。
智能化与新技术篇：探讨智能化矿山背景下机电技术的新趋势与应用。
安全与规范篇：强调操作与维护中的安全规范及行业标准。

第一部分：基础操作篇

1.1 采煤机基础操作

采煤机是煤矿综采工作面的核心设备，负责煤壁的切割与落煤。其操作需严格遵循规程，确保安全与效率。

操作步骤：

开机前检查：
- 检查各连接部位是否紧固，电缆、水管是否完好无损。
- 确认液压系统油位正常，无泄漏。
- 检查截齿磨损情况，及时更换损坏的截齿。
- 电气系统检查：确保控制箱、传感器、急停按钮功能正常。
启动流程：
- 闭合隔离开关，接通电源。
- 启动液压泵，观察压力表是否达到额定值（通常为16-20MPa）。
- 通过控制箱或遥控器，依次启动截割电机、牵引电机。
- 缓慢推动调速手柄，使采煤机开始行走，同时观察截割滚筒的旋转方向是否正确。
运行监控：
- 实时监控电机电流、温度、液压系统压力。
- 注意截割声音是否异常，有无剧烈振动。
- 观察煤壁情况，调整采高和牵引速度，避免过载。
停机操作：
- 先停止截割电机，再停止牵引电机。
- 将采煤机退至安全位置，关闭液压泵。
- 断开电源，闭合隔离开关并上锁。

示例代码（模拟控制逻辑，非实际设备代码）：

# 采煤机启动控制逻辑模拟（仅用于说明）
class ShearerController:
    def __init__(self):
        self.power_on = False
        self.hydraulic_pressure = 0
        self.cutter_running = False
        self.traction_running = False
    
    def power_up(self):
        """接通电源"""
        self.power_on = True
        print("电源已接通")
    
    def start_hydraulic_pump(self):
        """启动液压泵"""
        if self.power_on:
            self.hydraulic_pressure = 18  # MPa
            print(f"液压泵启动，压力: {self.hydraulic_pressure} MPa")
        else:
            print("请先接通电源")
    
    def start_cutter(self):
        """启动截割电机"""
        if self.hydraulic_pressure >= 16:
            self.cutter_running = True
            print("截割电机已启动")
        else:
            print("液压压力不足，无法启动截割电机")
    
    def start_traction(self):
        """启动牵引电机"""
        if self.cutter_running:
            self.traction_running = True
            print("牵引电机已启动，采煤机开始行走")
        else:
            print("请先启动截割电机")
    
    def stop_all(self):
        """停止所有电机"""
        self.traction_running = False
        self.cutter_running = False
        self.hydraulic_pressure = 0
        print("所有电机已停止")

# 使用示例
controller = ShearerController()
controller.power_up()
controller.start_hydraulic_pump()
controller.start_cutter()
controller.start_traction()
# 运行一段时间后...
controller.stop_all()

1.2 刮板输送机基础操作

刮板输送机是工作面煤炭运输的关键设备，其操作需注意链条张紧度和电机负载。

操作要点：

启动前：检查链条松紧度（下垂量约50-100mm），电机与减速器连接是否正常。
启动顺序：先启动输送机，再启动采煤机，避免堆煤。
运行监控：监听电机声音，观察链条运行是否平稳，有无跑偏。
紧急停机：出现异常（如电机过热、链条断裂）时，立即按下急停按钮。

1.3 带式输送机基础操作

带式输送机用于长距离煤炭运输，常见于主运输巷道。

操作规范：

启动前：检查皮带是否跑偏，托辊是否转动灵活，清扫器是否到位。
防滑措施：启动前先点动试转，确认无打滑现象。
速度控制：根据煤量调整带速，避免空载或过载运行。
安全装置：确保拉绳开关、跑偏开关、速度传感器功能正常。

第二部分：维护保养篇

2.1 日常维护

日常维护是预防故障的基础，通常在班前或交接班时进行。

采煤机日常维护清单：

润滑：按润滑图表加注润滑油（如截割轴承、牵引减速器）。
清洁：清理电机散热片、液压箱滤网上的煤尘。
紧固：检查并紧固螺栓，特别是截割臂、行走轮等关键部位。
电气检查：测试急停按钮、传感器信号是否正常。

示例：润滑作业流程：

| 部件         | 润滑油类型   | 加注量   | 周期   |
|--------------|-------------|----------|--------|
| 截割轴承     | 锂基润滑脂  | 50g      | 每班   |
| 牵引减速器   | 90#齿轮油   | 5L       | 每周   |
| 液压系统     | 46#抗磨液压油 | 油位计中线 | 每日检查 |

2.2 定期保养

定期保养通常按设备运行小时数或日历时间安排。

月度保养项目：

采煤机：更换液压滤芯，检查电机绝缘电阻（≥10MΩ）。
刮板输送机：检查链环磨损，测量链条伸长率（超过3%需更换）。
带式输送机：更换减速器齿轮油，检查滚筒包胶磨损。

预防性维护策略：

状态监测：使用振动分析仪检测电机轴承状态，提前预警。
油液分析：定期取样分析液压油、齿轮油的污染度和理化指标。
热成像检测：对电气柜、电机接线端子进行红外测温，发现过热隐患。

2.3 润滑管理

润滑是延长设备寿命的关键。不同设备、不同部位需使用指定润滑油。

常见润滑油类型及适用场景：

锂基润滑脂：用于滚动轴承、滑动轴承（如采煤机截割臂）。
齿轮油：用于减速器（如刮板输送机机头减速器）。
液压油：用于液压系统（如采煤机调高油缸）。
导热油：用于大型电机冷却系统（如主提升电机）。

润滑注意事项：

避免混用不同品牌或类型的润滑油。
加注前清洁注油嘴，防止杂质进入。
润滑油储存需防潮、防尘、防高温。

第三部分：故障排查篇

3.1 故障诊断方法

故障排查应遵循“先外后内、先简后繁、先电源后负载”的原则。

常用诊断工具：

万用表：测量电压、电流、电阻。
兆欧表：测量电机、电缆绝缘电阻。
示波器：分析电气信号波形。
振动分析仪：检测机械振动频谱。
红外热像仪：检测设备温度分布。

诊断流程：

现象观察：记录故障现象（如异响、停机、参数异常）。
初步判断：根据经验判断可能原因（电气/机械/液压）。
分段测试：断开部分电路或机械连接，缩小故障范围。
定位故障点：使用工具测量关键参数，定位故障元件。
修复验证：更换或修复后，测试设备功能是否恢复。

3.2 常见故障案例

案例1：采煤机牵引电机过载跳闸

故障现象：采煤机运行中突然停止，控制箱显示“牵引电机过载”。

排查步骤：

检查电源：测量电机输入电压是否正常（额定电压±5%）。
检查负载：检查牵引减速器是否卡滞，链条是否过紧。
检查电机：用兆欧表测量电机绕组绝缘电阻（应≥10MΩ）。
检查控制回路：检查过载保护继电器是否误动作。

解决方案：

若电压异常，检查供电电缆及变压器。
若机械卡滞，清理异物并润滑。
若绝缘下降，烘干电机或更换绕组。
若继电器误动作，调整整定值或更换。

示例代码（过载保护逻辑模拟）：

class MotorProtection:
    def __init__(self, rated_current=50):
        self.rated_current = rated_current
        self.overload_threshold = 1.2 * rated_current  # 过载阈值120%
        self.trip_time = 10  # 延时10秒跳闸
    
    def monitor_current(self, current):
        """监测电流，判断是否过载"""
        if current > self.overload_threshold:
            print(f"电流{current}A超过阈值{self.overload_threshold}A")
            # 模拟延时跳闸
            import time
            time.sleep(self.trip_time)
            print("过载保护跳闸！")
            return True
        return False

# 使用示例
protection = MotorProtection(rated_current=50)
# 模拟电流监测
protection.monitor_current(65)  # 65A > 60A，触发跳闸

案例2：刮板输送机链条断裂

故障现象：运行中突然“哐当”一声，输送机停止，链条松弛。

排查步骤：

现场检查：查看断裂位置，检查链环磨损情况。
原因分析：
- 链条疲劳断裂（长期使用）。
- 过载运行（煤量过大）。
- 链轮齿形磨损导致跳链。
处理措施：
- 更换断裂链环，使用专用工具连接。
- 调整链条张紧度。
- 检查并更换磨损链轮。

预防措施：

定期测量链条伸长率，超过3%及时更换。
避免输送机超负荷运行。
保持链轮润滑，减少磨损。

案例3：带式输送机皮带跑偏

故障现象：皮带向一侧偏移，摩擦机架，导致撕裂风险。

排查步骤：

检查托辊：查看上下托辊是否转动灵活，有无卡死。
检查滚筒：检查驱动滚筒、改向滚筒是否平行，包胶是否磨损。
检查机架：检查机架是否水平，有无变形。
检查物料：观察落料点是否居中，有无偏载。

解决方案：

调整托辊角度：将跑偏侧托辊向前或向后倾斜5°-10°。
调整滚筒位置：松开滚筒轴承座螺栓，调整至皮带居中。
安装调心托辊：在易跑偏段安装自动调心托辊。
校正机架：使用水平仪校正机架水平度。

3.3 电气系统故障

电气故障是煤矿机电常见故障类型，需特别注意安全。

常见电气故障及处理：

电机无法启动：
- 检查电源电压、熔断器、接触器线圈。
- 检查热继电器是否动作，复位后测试。
- 检查电机绕组是否断路或短路。
电机过热：
- 检查负载是否过大，通风是否良好。
- 检查轴承润滑，测量电流是否平衡。
- 检查电源电压是否过低。
控制回路故障：
- 使用万用表逐段测量控制线路通断。
- 检查PLC（可编程逻辑控制器）输入输出信号。
- 检查传感器（如速度、温度传感器）信号是否正常。

示例：PLC控制回路故障排查：

# PLC输入输出信号模拟（用于说明）
class PLCController:
    def __init__(self):
        self.inputs = {
            'start_button': False,
            'stop_button': False,
            'emergency_stop': False,
            'motor_current': 0,
            'temperature_sensor': 0
        }
        self.outputs = {
            'motor_contact': False,
            'alarm_light': False,
            'hydraulic_valve': False
        }
    
    def check_inputs(self):
        """检查输入信号"""
        if not self.inputs['start_button']:
            print("启动按钮信号异常")
            return False
        if self.inputs['emergency_stop']:
            print("急停按钮已按下")
            return False
        if self.inputs['motor_current'] > 60:
            print("电机电流过大")
            self.outputs['alarm_light'] = True
            return False
        return True
    
    def control_logic(self):
        """控制逻辑"""
        if self.check_inputs():
            self.outputs['motor_contact'] = True
            self.outputs['hydraulic_valve'] = True
            print("设备启动正常")
        else:
            self.outputs['motor_contact'] = False
            self.outputs['hydraulic_valve'] = False
            print("设备停止")

# 使用示例
plc = PLCController()
plc.inputs['start_button'] = True
plc.inputs['motor_current'] = 45  # 正常电流
plc.control_logic()

第四部分：智能化与新技术篇

4.1 智能化矿山背景

随着物联网、大数据、人工智能技术的发展，煤矿机电设备正向智能化、无人化方向发展。智能化矿山的核心是“感知-分析-决策-执行”的闭环。

关键技术：

传感器网络：实时采集设备运行参数（振动、温度、电流、压力）。
边缘计算：在设备端进行初步数据处理，减少云端传输压力。
数字孪生：建立设备虚拟模型，模拟运行状态，预测故障。
远程监控：通过5G/光纤网络，实现地面远程控制与诊断。

4.2 智能化设备应用

智能采煤机：

自适应截割：通过煤岩识别传感器，自动调整截割参数，减少能耗。
故障预警：基于历史数据训练AI模型，提前预警潜在故障。
远程操控：操作人员在地面控制中心即可操控采煤机。

智能刮板输送机：

负载均衡：根据煤量自动调节链速，避免过载。
链条张力监测：实时监测链条张力，自动调整张紧装置。
能耗优化：通过变频调速，降低空载能耗。

示例：智能采煤机故障预警模型（概念代码）：

import numpy as np
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier

class FaultPredictor:
    def __init__(self):
        # 模拟训练数据：特征包括电流、振动、温度、压力
        self.model = RandomForestClassifier()
        self.is_trained = False
    
    def train(self, X, y):
        """训练模型"""
        self.model.fit(X, y)
        self.is_trained = True
        print("模型训练完成")
    
    def predict(self, features):
        """预测故障类型"""
        if not self.is_trained:
            print("模型未训练")
            return None
        prediction = self.model.predict([features])
        return prediction[0]

# 使用示例（模拟数据）
# 特征：[电流, 振动, 温度, 压力]
X_train = np.array([
    [45, 2.1, 65, 18],  # 正常
    [60, 5.8, 85, 22],  # 过载
    [30, 8.2, 95, 15],  # 轴承故障
    [50, 3.5, 70, 19]   # 正常
])
y_train = np.array(['正常', '过载', '轴承故障', '正常'])

predictor = FaultPredictor()
predictor.train(X_train, y_train)

# 预测新数据
new_features = [55, 4.5, 80, 20]
result = predictor.predict(new_features)
print(f"预测结果: {result}")  # 可能输出“过载”

4.3 新技术应用

5G通信技术：

低延迟（<10ms）实现远程实时控制。
高带宽支持高清视频监控与大量传感器数据传输。

数字孪生技术：

建立采煤机、输送机等设备的三维模型，实时映射运行状态。
模拟故障场景，优化维护策略。

机器人巡检：

使用防爆巡检机器人，自动采集设备图像、温度、声音数据。
替代人工进入危险区域，提高安全性。

第五部分：安全与规范篇

5.1 安全操作规范

煤矿机电操作必须遵守《煤矿安全规程》及相关标准。

通用安全规范：

持证上岗：操作人员必须经过培训，取得相应资格证书。
停机挂牌：检修时必须断电、挂牌、上锁，执行“谁停电、谁送电”。
防护用品：佩戴安全帽、防尘口罩、绝缘手套等。
环境检查：检查工作面瓦斯浓度、顶板状况，确保安全。

5.2 电气安全

煤矿井下电气设备必须防爆，防止电火花引发瓦斯爆炸。

防爆要求：

使用防爆型电机、开关、传感器。
电缆接头必须使用防爆接线盒。
定期检查防爆面，涂抹防锈油。

接地保护：

所有电气设备必须可靠接地，接地电阻≤2Ω。
每月检查接地线连接情况。

5.3 应急处理

常见应急情况：

设备冒烟或起火：
- 立即切断电源，使用干粉灭火器灭火。
- 撤离人员，报告调度室。
人员受伤：
- 停止设备，进行现场急救。
- 通知医疗救援。
瓦斯超限：
- 立即停止作业，切断电源。
- 撤离至安全区域，报告通风部门。

5.4 行业标准与法规

主要标准：

《煤矿安全规程》（国家煤矿安全监察局）
《煤矿机电设备完好标准》
《煤矿井下低压电气设备防爆标准》
《智能化矿山建设指南》

定期培训与考核：

每季度组织安全培训与技能考核。
模拟故障演练，提高应急处理能力。

结语

煤矿机电技术是一门实践性极强的学科，需要理论与实践相结合。本手册从基础操作到故障排查，系统介绍了煤矿机电设备的核心知识。随着技术的不断进步，智能化、自动化将成为主流，但安全永远是第一要务。

建议读者在实际工作中：

勤于记录：建立设备运行与维护日志，积累经验。
善于学习：关注行业新技术、新标准，持续提升技能。
注重安全：严格遵守操作规程，杜绝违章作业。

希望本手册能成为您工作中的得力助手，为煤矿安全生产贡献力量。

附录：常用工具与资源

工具清单：万用表、兆欧表、红外热像仪、振动分析仪、液压测试仪。
参考书目：《煤矿机电设备管理》《矿山机械》《电气控制与PLC应用》。
在线资源：国家矿山安全监察局官网、中国煤炭学会网站。