林井祥，孫廣義

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

礦井運煤系統(tǒng)可靠性研究＊

林井祥，孫廣義

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

以黑龍江某煤礦為例，進行了礦井運煤系統(tǒng)可靠性研究。首先簡述了礦井的概況、運煤系統(tǒng)的設備，建立了礦井運煤系統(tǒng)的可靠性框圖與故障樹，并對礦井運煤系統(tǒng)可靠性數據進行分析，采用BlockSim7仿真軟件對礦井運煤系統(tǒng)進行了可靠性仿真。得出了礦井運煤系統(tǒng)的可靠性—時間曲線，對礦井運煤系統(tǒng)可靠性仿真結果進行了可信性驗證，最后提出了通過改進運煤設備與井筒提升系統(tǒng)從而提高礦井運煤系統(tǒng)的可靠性的方案。

運煤系統(tǒng)；可靠性；可靠性框圖；仿真分析；改進方案

1 礦山概述

以黑龍江省龍煤礦業(yè)集團的一個礦井為例，進行礦井運煤系統(tǒng)可靠性的分析。該礦現(xiàn)有3個綜采工作面，具備260萬t／a的生產能力，采煤機械化生產程度均為100%。礦井可采及部分可采共18個煤層，平均總厚度為23.96m，煤層傾角一般為18°～25°，礦井地質儲量2.9億t，可回采儲量1.3億t。煤炭品種為氣煤和長焰煤，具有低灰、特低硫、低磷－特低磷、高發(fā)熱量的特點，是優(yōu)質的煉焦、動力、化工、造氣、水煤漿用煤。

2 煤礦運煤系統(tǒng)及可靠性模型建立

2.1 運煤系統(tǒng)設備簡介

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

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

2.2 運煤系統(tǒng)可靠性模型建立

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

圖1 該礦運煤系統(tǒng)可靠性框圖

圖2 該礦的運煤系統(tǒng)故障樹

3 運煤系統(tǒng)現(xiàn)場數據采集與分析

3.1 現(xiàn)場數據的采集

通過井下現(xiàn)場實測和查看該礦的統(tǒng)計資料（班組記錄、維修記錄和管理記錄）進行數據采集，樣本容量為80。根據該礦運煤系統(tǒng)設備的平均無故障工作時間數據與維修工作時間數據的采集，經過進一步加工處理，依次進行分布函數判別、偏度和峰度檢驗、參數估計3項工作，找出現(xiàn)場采集的隨機數的概率分布規(guī)律，確定其參數［4］。

3.2 運煤系統(tǒng)現(xiàn)場數據的分析

利用BlockSim7計算機軟件繪制了該礦運煤系統(tǒng)可靠性框圖和運煤系統(tǒng)故障樹模型，并設置該礦運煤系統(tǒng)各個設備的失效分布及其各自的參數屬性，得到了該礦運煤系統(tǒng)的可靠性－時間曲線和礦井運煤系統(tǒng)的可靠度仿真結果，并對其進行了分析。

3.2.1 該礦運煤系統(tǒng)的可靠性－時間曲線

該礦運煤系統(tǒng)可靠性－時間曲線如圖3所示。

圖3 礦井運煤系統(tǒng)可靠性－時間曲線

由圖3可知，該礦運煤系統(tǒng)可靠性隨時間的增加逐漸降低，達到了一定時間后系統(tǒng)可靠度趨于0，系統(tǒng)將達到失效狀態(tài)。在200～300min的時間段，系統(tǒng)的可靠度降到0.9，這時系統(tǒng)的工作效率就會受很大的影響。因此，在此時間段之前，應該加強對該礦運煤系統(tǒng)的檢查與維修，以便減少該系統(tǒng)的停機時間，提高工作效率。

3.2.2 運煤系統(tǒng)可靠性仿真結果可信性評估［5］

應用秩和檢驗法對仿真后的有效性指標與實際運煤系統(tǒng)中設備的有效性指標進行顯著差異檢驗，選取軟件Blocksim7仿真后的有效性和該礦運煤系統(tǒng)中設備的有效性作為樣本數據。實際運煤系統(tǒng)中設備的有效性數據個數為7，利用軟件對該礦的運煤系統(tǒng)可靠性進行仿真分析，仿真的結束時間分別為730，10000d；計算有效度結果的時間增加量為10，100；進行的仿真次數為1000，選取其中的5個仿真后的數據，2組數據的結果見表1。

表1 仿真分析結果與實際系統(tǒng)數據統(tǒng)計

采用秩和檢驗方法對該礦運煤系統(tǒng)的可靠性仿真結果進行可信性驗證，首先將表3中兩組數據各自排隊并統(tǒng)一編秩號，結果見表2。

表2 秩和檢驗

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

其中，T1＝7＋8＋10＋12＋6＝43；n1＝5；n2＝7。

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

4 提高該礦運煤系統(tǒng)可靠性的優(yōu)化方案

4.1 大巷運煤系統(tǒng)設備改進方案

4.1.1 強力膠帶機代替礦車

現(xiàn)采用強力膠帶機替代大巷運輸的礦車，強力膠帶機的平均無故障工作時間和維修時間的參數采用3201工作面強力膠帶機的參數。經過軟件進行分析可知，采用帶式輸送機取代礦車，不僅實現(xiàn)了礦井煤炭運輸的連續(xù)化，而且使礦井運煤系統(tǒng)的可靠性的各項指標都得到了提升。該礦運煤系統(tǒng)的平均無故障工作時間從863.35min提升到1027.4min，提高了19%，礦井的運煤系統(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，相應地提高了1.5%、11.9%和23.6%。4.1.2 減少大電機車列數

該礦運煤系統(tǒng)現(xiàn)有7列礦車，每列礦車由1臺電機車牽引15輛礦車。7列礦車的維修時間是193.68min，則每列礦車的平均維修時間是27.67 min。在保證工作面產煤量與運煤系統(tǒng)運煤量相匹配的前提下，加大維修質量，將7列礦車改為6列，則相應地6列礦車的維修時間是166.01min，其他不變，得到的分析結果如圖4所示。

圖4 仿真分析結果

經過分析可知，該礦大巷運煤系統(tǒng)改為6列礦車后可靠性有所提高，不僅把整個運煤系統(tǒng)的有效度從0.874提高到0.886，提高了1.2%，平均工作時間從863.35min提高到980.34min，提高了13.6%，同時整個系統(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，相應地提高了0.4%、7.3%和18.3%。可見，在保證工作面產煤量與運煤系統(tǒng)運煤量匹配的前提下，大巷運煤系統(tǒng)可采用6列礦車運煤，剩余1列作為備用或者輔助運輸，這不僅提高整個運煤系統(tǒng)的可靠性，同時也加大輔助運輸的能力。

4.2 井筒提升系統(tǒng)改進方案

從仿真分析結果中可知，該礦運煤系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)是井底煤倉，提高倉后運煤環(huán)節(jié)的可靠性是提高礦井運煤系統(tǒng)可靠性的途徑之一。因此，以減少維修時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，將維修時間縮短為25min，重新設置礦井運煤系統(tǒng)中的井筒提升系統(tǒng)可靠性參數。

經過分析可知，礦井井筒提升系統(tǒng)維修時間的減少不僅把整個運煤系統(tǒng)的有效度從0.874提高到0.902，提高了3.2%，平均工作時間從863.35min提高到1014.46min，提高了17.5%，同時整個系統(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，相應地提高了1.6%、14.3%和51.3%。可見，盡可能減少井筒提升系統(tǒng)設備的維修時間，可提高礦井運煤系統(tǒng)的可靠性。

5 結 語

安全高效礦井的建設不僅是世界煤炭開采技術發(fā)展的主導潮流，也是我國煤炭工業(yè)發(fā)展的重要方向，其不僅關系到國家財產和人民生命的安全，還關系到煤炭生產的產量，進而影響煤炭生產的經濟效益。煤礦生產中，在其它生產條件正常的情況下，運煤系統(tǒng)的可靠性是運輸系統(tǒng)運行利用率發(fā)揮的關鍵，其可靠性的高低直接影響到礦井產量和經濟效益。

［1］盧明銀，徐人平.系統(tǒng)可靠性［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006：5－7.

［2］崔東亮，劉志河.煤礦柔性運輸系統(tǒng)可靠性分析［J］.山西煤炭，2005，25（4）：9－11.

［3］和得江，李建德.故障樹法在斜井膠帶運輸系統(tǒng)可靠性分析方面的應用［J］.中州煤炭，2009（11）：92－94.

［4］蔡建瓊，于慧芳，朱志紅，等.SPSS統(tǒng)計分析實例精選［M］.北京：清華大學出版社，2006：102－111.

［5］路延廷，林井祥.基于秩和檢驗的礦井運煤系統(tǒng)可靠性仿真驗證［J］.煤炭技術，2011，30（8）：16－17.

國家自然科學基金資助項目（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)教學工作。