露天采礦機受損因素分析

昌 珺 尚 濤 房 健 孫宇霆

(1.中國礦業大學礦業工程學院，江蘇 徐州 221116；2.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇 徐州 221116)

露天采礦機受損因素分析

昌 珺1，2尚 濤1，2房 健1，2孫宇霆1，2

(1.中國礦業大學礦業工程學院，江蘇 徐州 221116；2.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇 徐州 221116)

露天采礦機作為一種連續采掘設備，集穿、爆、采于一體，在露天礦煤層選采以及煤層間夾矸處理方面得到廣泛應用。分析露影響露天采礦機受損的3方面因素對于天采礦機的安全生產乃至對整個礦山穩定性以及保證礦山推進度有重要作用。從現場實際出發，總結影響露天采礦機受損的3方面因素，包括人員因素、設備因素、環境因素;進而對3方面的因素進行具體分析。在此基礎上，建立層次分析模型，通過MATLAB編程對結果進行計算，并進行一致性檢驗，最終得出各受損因素的總體優先級排序。計算結果表明，人員馬虎作業、違背操作規程和業務素質低為權重值前3位因素，且三者相加的權重超出整體權重的一半。針對受損原因提出5條整改意見。結論對相似礦山條件下露天采礦機的使用具有參考價值。

露天礦 露天采礦機 層次分析 受損因素

目前國內露天礦山向大型化、集中化、連續化發展，精簡工藝環節可以提高整個系統的可靠性，為礦山的生產穩定性創造條件[1]。露天采礦機具有選采能力好、礦石貧化率低、作業簡單、生產能力大適應性強等優點[2]。露天采礦機作為一種新型的采礦設備，已廣泛應用于黏土、石膏礦、鋁土礦、石灰石礦、白云石礦、油頁巖礦以及煤炭的開采[3]。經露天采礦機破碎的礦石通過尾部的膠帶直接裝載到卡車上或經自移式轉載機轉載到膠帶機上運往儲煤場或洗煤廠。由于集“穿、爆、采”于一體且物料流在整個過程中都是連續的，這就極大地降低了開采成本。因此，露天采礦機的安全生產對整個礦山的經濟效益以及礦山的生產穩定性有著巨大的影響。本研究對露天采礦機受損的若干因素進行分析，建立分析模型，針對分析結果建立相應的安全機制。

1 露天采礦機受損因素分析

對現場收集資料分析可知，露天采礦機的受損因素主要包含3個方面：①人員因素。②設備因素。③環境因素。就這3個要素進行詳細分析。

1.1 人員因素的影響

在生產實踐中，人員因素往往是造成設備損壞最重要的因素之一。由于露天采礦機在我國引入的時間較短(神華勝利一號露天煤礦2009年2月引進的2200SM露天采礦機是該種機型，在我國露天煤礦中首次應用)，員工操作熟練程度較低、違背作業規程駕駛、對突發情況的應變能力較差，這對煤礦安全生產產生極大的消極影響。根據現場統計，人員因素對煤礦安全生產的具體表現主要有：

(1)設備進行冷啟動時，沒有遵循“先預熱，再啟動”的原則。

(2)卡車司機在工作時由于操作不當，在接受經露天采礦機破碎的原煤時與露天采礦機機體發生碰撞，造成機體損壞。

(3)點檢時不認真，檢查防凍液時未進行降溫泄壓；檢查油位、防凍液、電解液液位時使用明火等等，可能造成設備出現故障。出現漏檢現象，導致設備帶病作業。

(4)操作司機存在僥幸心理，明知作業條件比較困難可能存在違章的條件下，為圖省事，簡化作業規程，造成設備出現事故。

以上幾點可歸納為作業人員馬虎作業、違背操作規程、業務素質低3方面。

1.2 環境因素的影響

由于露天礦用機械工作環境的特點，使得露天采礦機受環境因素的影響較大，當礦區所處地區的雨雪天氣較多時，設備部件易出現老化等故障。環境因素對設備的影響具體表現有：

(1)當出現雨雪天氣時，駕駛員的視線受到影響，易出現操作失誤，造成設備損傷。

(2)我國露天礦山大多分布在高緯度地區，尤其以內蒙地區居多，這些地區冬季溫度常達到-40 ℃以下，在低溫環境中，設備中的機油以及潤滑油會出現流通不暢的情況，造成制動系統以及傳動系統失靈。

1.3 設備因素的影響

設備作為整個露天礦山生產的主要承擔者，露天采礦機的好壞直接影響著整個礦山生產的穩定性。設備因素影響的具體表現為：

(1)由于露天礦的剝離物在進行采掘之前需要進行穿孔爆破作業，而目前我國露天礦山基本采用深孔爆破，當需要對薄煤層進行選采時，往往炮孔要打入煤層當中，由于煤層埋藏的不均勻性，以及爆破技術的限制，往往會產生根底現象，對露天采礦機滾筒上的切削鉆頭造成一定程度上的損壞。

(2)露天采礦機在進行采掘作業時因為要分條幅開采，故在條幅端頭需要經常性轉向作業，使得轉向機構與制動機構出現疲勞破損。

(3)露天采礦機在超過服務年限的情況下仍然繼續服役。

以上幾點可以歸納為爆破質量不佳、疲勞破損、超期服役。

2 層次分析模型建立

由于評價指標為模糊指標，但各指標下的具體參數是確定的，為降低人為因素影響，將復雜的決策系統指標化，通過逐層比較各因素之間的相對重要性，組建層次模型進行分析。在分析了露天采礦機故障因素的基礎上，將露天采礦機故障模型分為3個層次：第1層次為滿足礦山企業的總體經濟效益；第2層次為露天采礦機作業效率，故障維修周期，露天采礦機維修成本；第3層次為造成露天采礦機故障的具體因素，包括人員馬虎作業、違背操作規程、業務素質低、自然環境差、爆破質量不佳、疲勞破損、超期服役。即露天采礦機的故障層次分析模型為目標層Ai，指標層Bi，影響因素層Ci，如圖1所示。

圖1 影響露天采礦機的安全因素層次模型Fig.1 Level model for safety factors of surface miner

筆者邀請6位專家對各因素指標之間的重要度進行打分(引用數字1～9及其倒數作為2因素間的相對重要度)，通過加權計算得出以下判斷矩陣。

建立A層與Bi層的判斷矩陣。如表1所示。

表1 A層與Bi層判斷矩陣Table 1 Judgement matrix for layer A and criterion layer Bi

建立B1層與Ci層的判斷矩陣。如表2所示。

B2、B3與Ci層的判斷矩陣建立方法與上述矩陣一致，此處不再贅述。

3 層次分析模型的計算

3.1 MATLAB計算原則

針對露天采礦機的故障模型，MATLAB程序通過三層循環結構對判斷矩陣進行計算并將結果輸出。

表2 B1層與Ci層判斷矩陣Table 2 Judgement matrix for layer B1 and criterion layer Ci

首先計算各要素的特征根，在此基礎上進行歸一化處理得出各層相應的權重值，并對其進行一致性檢驗，當一致性指標CR<0.1時，認為此判斷矩陣具有一致性，否則調整判斷矩陣使其滿足一致性指標要求。程序從下到上依次對判斷矩陣進行計算，最終得出因素指標對于目標層的權重系數。程序流程如圖2。

圖2 MATLAB程序運行流程Fig.2 Operation flowchart for MATLAB program

3.2 MATLAB計算[4-5]

運行MATLAB，輸入各構造矩陣參數，輸出計算結果，見表3～表4。

表3 目標層A與準則層Bi之間MATLAB程序運行結果Table 3 Operating results of MATLAB program between target layer A and criterion layer Bi

表4 準則層B1與因素層Cj之間的MATLAB程序運行結果Table 4 Operating results of MATLAB program between criterion layer B1 and factor layer Ci

按照上述方法對B2、B3與Ci層的判斷矩陣進行計算并檢驗其一致性。通過上述方法得到了各層之間的層次單排序，接下來進行層次總排序計算。總體優先級排序如表5所示。

從表5可以看出，影響露天采礦機受損關鍵點的因素中，人員馬虎作業、違背操作規程和業務素質低分別占有的權重位列前三，且三者相加的權重超出整體權重的一半。由此可見，為減少露天采礦機的故障率，企業應重點從以上3方面因素入手。

表5 總體優先級排序Table 5 The overall prioritization sequence

4 結 語

露天采礦機在我國大型露天煤礦煤層選采方面應用廣泛，其故障率的高低直接影響著整個礦山的原煤質量以及礦山的推進度。本研究在分析露天采礦機故障的若干因素基礎上，通過Matlab編程得出各個因素的權重值，有針對性地提出解決方案，以達到提高礦山經濟效益的目的。提出如下建議：

(1)加強技術培訓，提高員工總體綜合素質。向國外引進專業的技術人才，對露天采礦機的操作人員進行技術培訓。定期開展總結大會，總結在作業過程當中所遇到的問題，并提出解決方案。

(2)建立完善的獎懲機制，明確責任到人。樹立正面典型，激勵員工。

(3)規范和完善作業規程，將操作步驟細致化，嚴格監督規程的實施。

(4)定期巡檢和點檢，及時更壞疲勞破碎的零部件，提高設備的檢修質量。及時淘汰超期工作的設備，選擇設備時應嚴格進行做技術經濟比選。

(5)合理設計爆破參數，提高爆破質量，避免根底的出現。

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(責任編輯 徐志宏)

Analysis on Damage Factors for Surface Miner

Chang Jun1,2Shang Tao1,2Fang Jian1,2Sun Yuting1,2

(1.SchoolofMines，ChinaUniversityofMining&Technology，Xuzhou221116，China；2.StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMining，Xuzhou221116，China)

As a continuous machine，surface miner integrates the technology of perforation，blasting and mining，which is widely used in separating coal from gangues.Three damage factors for surface miner play an important role in the safe production of surface miner，affecting stability of total mine，as well as guaranteeing the face advance.According to the on-site investigation，three damage factors for surface miner include human factors，equipment factors and environmental factors，and then are analyzed specifically.Based on this，the AHP model was established.Through MATLAB programming to deal with the results，the overall prioritization of damage factors is concluded after consistency test.The results show that sloppy staff work，contrary to the rules and low service quality are the top three factors，and the sum of the three factors' weight value accounted for more than half of the whole.The corresponding 5 improvement advices are given.The conclusion has reference value to the surface mines under similar conditions.

Surface mine，Surface miner，AHP，Damage factor

2013-11-05

國家高技術研究發展計劃(863計劃)項目(編號：2012AA062004)，國家自然科學基金重點項目(編號：51034005)。

昌 珺(1990—)，男，碩士研究生。

TD407

A

1001-1250(2014)-01-112-04