煤礦井下主運輸系統(tǒng)可靠性分析

田省強

（陜西彬長胡家河礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽712000）

煤炭運輸系統(tǒng)可靠性對煤炭礦電安全管理具有重要意義，尤其對于深井開采，運輸系統(tǒng)更具復雜性，如一旦出現(xiàn)系統(tǒng)故障，會導致井下無法正常作業(yè)，進而產(chǎn)生經(jīng)濟損失。運輸系統(tǒng)可靠性直接關系到礦井產(chǎn)量、經(jīng)濟效益[1]。目前開展可靠性評價手段：可靠性數(shù)學模型、SAMP算法、Petri可達標識網(wǎng)、遺傳算法等等。本文采用模糊數(shù)學方法、馬爾可夫一般算法對井下各個設備可靠性進行分析，查重其影響可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，開展薄弱環(huán)節(jié)故障分析，同時提出改善方案，有助于井下主運輸系統(tǒng)的正常運轉[2]。

1 煤礦井下主運輸系統(tǒng)可靠性計算

1.1 主運輸系統(tǒng)結構

研究區(qū)運輸設備裝備齊全，機械化程度高，存在21、22、23、31四個采區(qū)，其中每個采區(qū)擁有2~3個工作面，但長期受主運輸系統(tǒng)不達標的困擾。系統(tǒng)結構包括各種工作面設備（裝載機、破碎機、皮帶等）、大巷運輸皮帶、煤倉。首先對每個設備可靠性進行分析，統(tǒng)計其故障率、修復率，運用馬爾科夫一般方法求取系統(tǒng)中并聯(lián)或串聯(lián)設備組成的局部小系統(tǒng)；按照倉儲系統(tǒng)的可靠性計算連接煤倉部分的可靠度計算[3]。

1.2 21采區(qū)可靠性指標計算

21采區(qū)相當于21 052、2 111、21 131三個工作運輸系統(tǒng)并聯(lián)，然后于21強力皮帶串聯(lián)，其中每個工作運輸系統(tǒng)都是由若干個設備串聯(lián)而來。統(tǒng)計每個設備平均工作時間、平均修復時間、故障率、修復率作為樣本。分別求取三個工作運輸系統(tǒng)可靠性指標，其中21 052工作面穩(wěn)態(tài)有效度68%，平均工作時間9.13 h，平均修復時間4.27 h，故障率11%，修復率23%；21 131工作面穩(wěn)態(tài)有效度73%，平均工作時間9.19 h，平均修復時間3.47 h，故障率11%，修復率29%；21 111工作面穩(wěn)態(tài)有效度73%，平均工作時間9.73h，平均修復時間3.55 h，故障率10%，修復率28%，簡化模型，求取21采取運輸系統(tǒng)可靠性指標：穩(wěn)態(tài)有效度71.9%，平均工作時間15.32 h，平均修復時間5.98 h，故障率6.5%，修復率17%。

1.3 23采區(qū)可靠性指標計算

23采區(qū)由23 071A、23 071B、23 111三個工作面至東大皮帶。計算得出23 071 A工作面平均工作時間9.15 h，平均修復時間10.05 h，故障率11%，修復率1%；23 071B工作面平均工作時間11.05 h，平均修復時間5.66 h，故障率9%，修復率18%；23 111工作面平均工作時間11.99 h，平均修復時間3.87 h，故障率8%，修復率26%；最終球的23采取平均工作時間11.99 h，平均修復時間3.87 h，故障率8%，修復率26%。

1.4 22采區(qū)可靠性指標計算

22采區(qū)由22141、22062兩個工作面。計算得出22141工作面平均工作時間8.39 h，平均修復時間3.08 h，故障率12%，修復率33%；22 062工作面平均工作時間8.43 h，平均修復時間3.01 h，故障率12%，修復率33%；最終求取22采區(qū)可靠度82.5%，平均工作時間21.17 h，故障率4.7%。

1.5 31采區(qū)可靠性指標計算

31采區(qū)由31 041、31 061兩個工作面，計算求的31 041工作面平均工作時間10.11 h，平均修復時間4.51 h，故障率0.1，修復率22%；31 061工作面平均工作時間10.06 h，平均修復時間4.62 h，故障率1%，修復率22%，最終求的31采區(qū)運輸系統(tǒng)平均工作時間14.55 h，平均修復時間4.75 h，故障率7%，修復率21%。

1.6 主運輸系統(tǒng)可靠性運算

前面已經(jīng)獲取4個采取的指標，利用四個指標求取總的主運輸系統(tǒng)可靠性參數(shù)。由于21采區(qū)和23采區(qū)存在煤倉，故不能使用馬爾可夫串聯(lián)可修復系數(shù)的計算方法。煤倉裝滿后由于倉后運輸環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，因此不能有效地將煤運出，因此將煤倉Ⅱ與主石門大大巷串聯(lián)，其平均恢復時間為兩者平均修復時間。最終求取東區(qū)系統(tǒng)平均工作時間12.99 h，平均修復時間4.79，修復率2%，故障率8%；西區(qū)系統(tǒng)平均工作時間8.12h，平均修復時間4.8h，故障率12.3%，修復率21%。

綜上所述，東區(qū)穩(wěn)態(tài)有效度超過標準規(guī)定（72%），西部穩(wěn)態(tài)有效度低于標準跪地給，可見西區(qū)存在較高的故障率或者缺乏煤倉建設，主運輸系統(tǒng)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，導致原煤運輸無法有效進行，影響了產(chǎn)煤的進程[4]。

2 煤礦主運輸系統(tǒng)故障分析及改善措施

2.1 系統(tǒng)故障分析

通過對各種故障的分析，找出主要故障，其中刮板機故障率11.5%，破碎機故障率10.4%，轉載機故障率9.0%，皮帶運輸機故障率69.1%，由此皮帶運輸機是主要故障。

2.2 主要故障改善方案

（1）加裝溫度保護探頭，出現(xiàn)機械故障，常伴隨著溫度升高，通過實時測量溫度，設置溫度報警門檻值，但溫度超過門檻值，機器會自動報警，從而提前預知故障發(fā)生。

（2）加載預防空轉保護裝置，皮帶運輸機平均每天10%的時間為空轉，不僅會造成資源浪費，增加成本，還會導致熱量堆積，損壞皮帶運輸機，加載防空轉保護裝置，當出現(xiàn)無運輸貨物時，自動停機。

（3）加強設備維護，首先針對每種故障原因及頻率，針對性改善設備維護次數(shù)，指定減少故障的基本對策，其中A類故障（皮帶運輸機、裝載機、破碎機）故障率占比高達85.6%，其主要誘因：電器老化、散熱不及時、潤滑不良。

（4）加強設備日常保養(yǎng)，通過日常檢查、專業(yè)點檢、狀態(tài)檢測手段提早發(fā)現(xiàn)隱患，對于出現(xiàn)故障的要及時調整、修復、更換，加強清理清潔、潤滑、調整緊固、更換等維護保養(yǎng)措施，避免出現(xiàn)停機、材料消耗、人工消耗等后果。

（5）新增煤倉設計，煤倉可以調整運煤速率，當倉前出現(xiàn)故障，可以保證煤的供給，當倉后出現(xiàn)故障，可以儲存煤。其中西部系統(tǒng)建成煤倉后，穩(wěn)態(tài)有效度提高率65.7%，達到標準要求，平均工作時間7.1 h，平均修復時間4.89 h，故障率14%，修復率20%。

3 改善方案的效益

針對故障產(chǎn)生原因，提出了5條改善措施，起了降本增效的成果，如皮帶防空轉設置，每年可節(jié)約電費接近3萬元，降低了成本，節(jié)約了人力成本，還降低了設備故障率；加裝溫度保護探頭，每個溫度探頭費用200元，而皮帶主傳滾筒替換費用達十幾萬，一次簡單維修1 000左右；煤倉的經(jīng)濟效益更為明顯，煤倉的建設可以增加儲煤空間，提高運煤速率，保證施工人員的作業(yè)時間，帶來直接利潤每年180萬元左右。

除了經(jīng)濟效益，還帶來安全效益?？梢杂行У亟档桶踩[患，提高安全水平。如加裝溫度保護探頭，有效地降低因高溫引起火災發(fā)生概率；煤倉建設多位于特殊選址位置，要具有良好的抗壓強度、地質條件簡單，避免地質災害的發(fā)生，使用的材料要具有防火能力，滿足安全性需要。

4 結論

通過開展21采區(qū)、23采區(qū)、22采區(qū)、31采區(qū)四個采區(qū)可靠性指標計算，求取了東部系統(tǒng)（22+31）、西部系統(tǒng)（21+23）的可靠性指標，結果表明，東部穩(wěn)態(tài)有效度（44.5%）超過標準（75%），而西部穩(wěn)態(tài)有效度（62.8%）低于標準，說明其西部故障率較高或者缺乏必要煤倉。通過對其各個設備開展故障分析，最終得出皮帶運輸機是主要故障，提出加裝溫度保護探頭、加載預空轉保護裝置、加強設備維護及日常保養(yǎng)，對于西部系統(tǒng)提出新建煤倉的改善措施。有效地降低了故障率，提高了運輸效率，保障了煤礦產(chǎn)能。通過對井下主運輸系統(tǒng)可靠性分析，找出薄弱環(huán)節(jié)，然后采取措施針對性改善，有效提高系統(tǒng)的可靠性，防止故障或者事故的發(fā)生。