林井祥，孫廣義

（黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院， 黑龍江哈爾濱 150027）

礦井運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性研究＊

林井祥，孫廣義

（黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院， 黑龍江哈爾濱 150027）

以黑龍江某煤礦為例，進(jìn)行了礦井運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性研究。首先簡(jiǎn)述了礦井的概況、運(yùn)煤系統(tǒng)的設(shè)備，建立了礦井運(yùn)煤系統(tǒng)的可靠性框圖與故障樹，并對(duì)礦井運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用BlockSim7仿真軟件對(duì)礦井運(yùn)煤系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性仿真。得出了礦井運(yùn)煤系統(tǒng)的可靠性—時(shí)間曲線，對(duì)礦井運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性仿真結(jié)果進(jìn)行了可信性驗(yàn)證，最后提出了通過改進(jìn)運(yùn)煤設(shè)備與井筒提升系統(tǒng)從而提高礦井運(yùn)煤系統(tǒng)的可靠性的方案。

運(yùn)煤系統(tǒng)；可靠性；可靠性框圖；仿真分析；改進(jìn)方案

1 礦山概述

以黑龍江省龍煤礦業(yè)集團(tuán)的一個(gè)礦井為例，進(jìn)行礦井運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性的分析。該礦現(xiàn)有3個(gè)綜采工作面，具備260萬t／a的生產(chǎn)能力，采煤機(jī)械化生產(chǎn)程度均為100%。礦井可采及部分可采共18個(gè)煤層，平均總厚度為23.96m，煤層傾角一般為18°～25°，礦井地質(zhì)儲(chǔ)量2.9億t，可回采儲(chǔ)量1.3億t。煤炭品種為氣煤和長(zhǎng)焰煤，具有低灰、特低硫、低磷－特低磷、高發(fā)熱量的特點(diǎn)，是優(yōu)質(zhì)的煉焦、動(dòng)力、化工、造氣、水煤漿用煤。

2 煤礦運(yùn)煤系統(tǒng)及可靠性模型建立

2.1 運(yùn)煤系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)介

該礦采區(qū)運(yùn)煤系統(tǒng)設(shè)備分為3201綜采一（南二下延18層6面）的SGZ764／630刮板輸送機(jī)、SJJ1000膠帶輸送機(jī)及DJ100／600／2×315強(qiáng)力膠帶運(yùn)輸機(jī)；3202綜采二（中一上18層右3面）的SGZ764／400刮板輸送機(jī)及SJJ1000膠帶輸送機(jī)；3203綜采三（中一上18層左4面）的SGZ764／400刮板輸送機(jī)及SJJ1000膠帶輸送機(jī)。

大巷運(yùn)煤系統(tǒng)運(yùn)輸方式為軌道運(yùn)輸，主要設(shè)備采用MDC3.3－6／3T型底卸式礦車、ZK10－6／550型電機(jī)車牽引。2005年3月對(duì)南翼主運(yùn)輸進(jìn)行改造，將24kg／m軌道更換為43kg／m重軌，采用電動(dòng)道岔；主井提升系統(tǒng)主要采用箕斗提升，JDS－16／150＊4型同側(cè)裝卸載16t多繩箕斗一對(duì)，提升機(jī)為JKM－4＊4（I）E（DR）型多繩磨擦輪式提升機(jī)；煤倉(cāng)分為采區(qū)煤倉(cāng)和井底煤倉(cāng)，其容量分別為1000t和950t。

2.2 運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性模型建立

該礦的運(yùn)煤系統(tǒng)是由采區(qū)運(yùn)煤系統(tǒng)（3201工作面運(yùn)煤設(shè)備、3202工作面運(yùn)煤設(shè)備和3203運(yùn)煤設(shè)備）、大巷運(yùn)煤系統(tǒng)（南、西翼大巷礦車）、井筒提升系統(tǒng)（箕斗）和煤倉(cāng)（2個(gè)采區(qū)煤倉(cāng)和1個(gè)井底煤倉(cāng)）組成，其可靠性框圖［1－2］如圖1所示。該礦運(yùn)煤系統(tǒng)的故障樹［3］是以“該礦運(yùn)煤系統(tǒng)故障”為頂事件，其運(yùn)煤系統(tǒng)故障樹如圖2所示。

圖1 該礦運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性框圖

圖2 該礦的運(yùn)煤系統(tǒng)故障樹

3 運(yùn)煤系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集

通過井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和查看該礦的統(tǒng)計(jì)資料（班組記錄、維修記錄和管理記錄）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，樣本容量為80。根據(jù)該礦運(yùn)煤系統(tǒng)設(shè)備的平均無故障工作時(shí)間數(shù)據(jù)與維修工作時(shí)間數(shù)據(jù)的采集，經(jīng)過進(jìn)一步加工處理，依次進(jìn)行分布函數(shù)判別、偏度和峰度檢驗(yàn)、參數(shù)估計(jì)3項(xiàng)工作，找出現(xiàn)場(chǎng)采集的隨機(jī)數(shù)的概率分布規(guī)律，確定其參數(shù)［4］。

3.2 運(yùn)煤系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析

利用BlockSim7計(jì)算機(jī)軟件繪制了該礦運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性框圖和運(yùn)煤系統(tǒng)故障樹模型，并設(shè)置該礦運(yùn)煤系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的失效分布及其各自的參數(shù)屬性，得到了該礦運(yùn)煤系統(tǒng)的可靠性－時(shí)間曲線和礦井運(yùn)煤系統(tǒng)的可靠度仿真結(jié)果，并對(duì)其進(jìn)行了分析。

3.2.1 該礦運(yùn)煤系統(tǒng)的可靠性－時(shí)間曲線

該礦運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性－時(shí)間曲線如圖3所示。

圖3 礦井運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性－時(shí)間曲線

由圖3可知，該礦運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性隨時(shí)間的增加逐漸降低，達(dá)到了一定時(shí)間后系統(tǒng)可靠度趨于0，系統(tǒng)將達(dá)到失效狀態(tài)。在200～300min的時(shí)間段，系統(tǒng)的可靠度降到0.9，這時(shí)系統(tǒng)的工作效率就會(huì)受很大的影響。因此，在此時(shí)間段之前，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)該礦運(yùn)煤系統(tǒng)的檢查與維修，以便減少該系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間，提高工作效率。

3.2.2 運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性仿真結(jié)果可信性評(píng)估［5］

應(yīng)用秩和檢驗(yàn)法對(duì)仿真后的有效性指標(biāo)與實(shí)際運(yùn)煤系統(tǒng)中設(shè)備的有效性指標(biāo)進(jìn)行顯著差異檢驗(yàn)，選取軟件Blocksim7仿真后的有效性和該礦運(yùn)煤系統(tǒng)中設(shè)備的有效性作為樣本數(shù)據(jù)。實(shí)際運(yùn)煤系統(tǒng)中設(shè)備的有效性數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為7，利用軟件對(duì)該礦的運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性進(jìn)行仿真分析，仿真的結(jié)束時(shí)間分別為730，10000d；計(jì)算有效度結(jié)果的時(shí)間增加量為10，100；進(jìn)行的仿真次數(shù)為1000，選取其中的5個(gè)仿真后的數(shù)據(jù)，2組數(shù)據(jù)的結(jié)果見表1。

表1 仿真分析結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用秩和檢驗(yàn)方法對(duì)該礦運(yùn)煤系統(tǒng)的可靠性仿真結(jié)果進(jìn)行可信性驗(yàn)證，首先將表3中兩組數(shù)據(jù)各自排隊(duì)并統(tǒng)一編秩號(hào)，結(jié)果見表2。

表2 秩和檢驗(yàn)

然后求樣本數(shù)的秩和，以2組樣本含量n1、n2，樣本含量較小組的秩和T1，利用計(jì)算法求出u：

其中，T1＝7＋8＋10＋12＋6＝43；n1＝5；n2＝7。

根據(jù)正態(tài)分布表［4］，由于u＝1.705＜u0.05＝1.96，說明在0.05水準(zhǔn)上，仿真后的有效性指標(biāo)與實(shí)際運(yùn)煤系統(tǒng)中設(shè)備的有效性指標(biāo)沒有顯著差異，具有一致性，即該軟件進(jìn)行可靠性仿真的可信度在0.95左右，可信度很高。

4 提高該礦運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性的優(yōu)化方案

4.1 大巷運(yùn)煤系統(tǒng)設(shè)備改進(jìn)方案

4.1.1 強(qiáng)力膠帶機(jī)代替礦車

現(xiàn)采用強(qiáng)力膠帶機(jī)替代大巷運(yùn)輸?shù)牡V車，強(qiáng)力膠帶機(jī)的平均無故障工作時(shí)間和維修時(shí)間的參數(shù)采用3201工作面強(qiáng)力膠帶機(jī)的參數(shù)。經(jīng)過軟件進(jìn)行分析可知，采用帶式輸送機(jī)取代礦車，不僅實(shí)現(xiàn)了礦井煤炭運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)化，而且使礦井運(yùn)煤系統(tǒng)的可靠性的各項(xiàng)指標(biāo)都得到了提升。該礦運(yùn)煤系統(tǒng)的平均無故障工作時(shí)間從863.35min提升到1027.4min，提高了19%，礦井的運(yùn)煤系統(tǒng)在100d、1a后和2a后的可靠度分別從0.9673提高到0.9821、0.7467提高到0.8352、0.3733提高到0.4613，相應(yīng)地提高了1.5%、11.9%和23.6%。4.1.2 減少大電機(jī)車列數(shù)

該礦運(yùn)煤系統(tǒng)現(xiàn)有7列礦車，每列礦車由1臺(tái)電機(jī)車牽引15輛礦車。7列礦車的維修時(shí)間是193.68min，則每列礦車的平均維修時(shí)間是27.67 min。在保證工作面產(chǎn)煤量與運(yùn)煤系統(tǒng)運(yùn)煤量相匹配的前提下，加大維修質(zhì)量，將7列礦車改為6列，則相應(yīng)地6列礦車的維修時(shí)間是166.01min，其他不變，得到的分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 仿真分析結(jié)果

經(jīng)過分析可知，該礦大巷運(yùn)煤系統(tǒng)改為6列礦車后可靠性有所提高，不僅把整個(gè)運(yùn)煤系統(tǒng)的有效度從0.874提高到0.886，提高了1.2%，平均工作時(shí)間從863.35min提高到980.34min，提高了13.6%，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的可靠度在100d、1a后、2a后分別從0.9673提高到0.9725、0.7467提高到0.8031、0.3733提高到0.4418，相應(yīng)地提高了0.4%、7.3%和18.3%?？梢姡诒ＷC工作面產(chǎn)煤量與運(yùn)煤系統(tǒng)運(yùn)煤量匹配的前提下，大巷運(yùn)煤系統(tǒng)可采用6列礦車運(yùn)煤，剩余1列作為備用或者輔助運(yùn)輸，這不僅提高整個(gè)運(yùn)煤系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也加大輔助運(yùn)輸?shù)哪芰Α?/p>

4.2 井筒提升系統(tǒng)改進(jìn)方案

從仿真分析結(jié)果中可知，該礦運(yùn)煤系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)是井底煤倉(cāng)，提高倉(cāng)后運(yùn)煤環(huán)節(jié)的可靠性是提高礦井運(yùn)煤系統(tǒng)可靠性的途徑之一。因此，以減少維修時(shí)間的方式來提高礦井井筒提升系統(tǒng)的可靠性。礦井井筒提升系統(tǒng)每次故障后需33.35min來維修?，F(xiàn)通過加大檢修力度等途徑，將維修時(shí)間縮短為25min，重新設(shè)置礦井運(yùn)煤系統(tǒng)中的井筒提升系統(tǒng)可靠性參數(shù)。

經(jīng)過分析可知，礦井井筒提升系統(tǒng)維修時(shí)間的減少不僅把整個(gè)運(yùn)煤系統(tǒng)的有效度從0.874提高到0.902，提高了3.2%，平均工作時(shí)間從863.35min提高到1014.46min，提高了17.5%，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的可靠度在100d、1a后、2a后都得到了提升，分別從0.9673提高到0.9828、0.7467提高到0.8534、0.3733提高到0.5647，相應(yīng)地提高了1.6%、14.3%和51.3%?？梢姡M可能減少井筒提升系統(tǒng)設(shè)備的維修時(shí)間，可提高礦井運(yùn)煤系統(tǒng)的可靠性。

5 結(jié) 語

安全高效礦井的建設(shè)不僅是世界煤炭開采技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)潮流，也是我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展的重要方向，其不僅關(guān)系到國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命的安全，還關(guān)系到煤炭生產(chǎn)的產(chǎn)量，進(jìn)而影響煤炭生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。煤礦生產(chǎn)中，在其它生產(chǎn)條件正常的情況下，運(yùn)煤系統(tǒng)的可靠性是運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行利用率發(fā)揮的關(guān)鍵，其可靠性的高低直接影響到礦井產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。

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國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51074068）.

2012－01－13）

林井祥（1982－），男，黑龍江哈爾濱人，助教，碩士，主要從事采礦工程專業(yè)教學(xué)工作。