煤礦井下主運輸系統可靠性分析

田省強

（陜西彬長胡家河礦業有限公司，陜西 咸陽712000）

煤炭運輸系統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，運輸系統更具復雜性，如一旦出現系統故障，會導致井下無法正常作業，進而產生經濟損失。運輸系統可靠性直接關系到礦井產量、經濟效益[1]。目前開展可靠性評價手段：可靠性數學模型、SAMP算法、Petri可達標識網、遺傳算法等等。本文采用模糊數學方法、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節，開展薄弱環節故障分析，同時提出改善方案，有助于井下主運輸系統的正常運轉[2]。

1 煤礦井下主運輸系統可靠性計算

1.1 主運輸系統結構

研究區運輸設備裝備齊全，機械化程度高，存在21、22、23、31四個采區，其中每個采區擁有2~3個工作面，但長期受主運輸系統不達標的困擾。系統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，統計其故障率、修復率，運用馬爾科夫一般方法求取系統中并聯或串聯設備組成的局部小系統；按照倉儲系統的可靠性計算連接煤倉部分的可靠度計算[3]。

1.2 21采區可靠性指標計算

21采區相當于21 052、2 111、21 131三個工作運輸系統并聯，然后于21強力皮帶串聯，其中每個工作運輸系統都是由若干個設備串聯而來。統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可靠性指標，其中21 052工作面穩態有效度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工作面穩態有效度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工作面穩態有效度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采取運輸系統可靠性指標：穩態有效度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采區可靠性指標計算

23采區由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采區可靠性指標計算

22采區由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采區可靠度82.5%，平均工作時間21.17 h，故障率4.7%。

1.5 31采區可靠性指標計算

31采區由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采區運輸系統平均工作時間14.55 h，平均修復時間4.75 h，故障率7%，修復率21%。

1.6 主運輸系統可靠性運算

前面已經獲取4個采取的指標，利用四個指標求取總的主運輸系統可靠性參數。由于21采區和23采區存在煤倉，故不能使用馬爾可夫串聯可修復系數的計算方法。煤倉裝滿后由于倉后運輸環節出現故障，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，其平均恢復時間為兩者平均修復時間。最終求取東區系統平均工作時間12.99 h，平均修復時間4.79，修復率2%，故障率8%；西區系統平均工作時間8.12h，平均修復時間4.8h，故障率12.3%，修復率21%。

綜上所述，東區穩態有效度超過標準規定（72%），西部穩態有效度低于標準跪地給，可見西區存在較高的故障率或者缺乏煤倉建設，主運輸系統環節出現故障，導致原煤運輸無法有效進行，影響了產煤的進程[4]。

2 煤礦主運輸系統故障分析及改善措施

2.1 系統故障分析

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，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，通過日常檢查、專業點檢、狀態檢測手段提早發現隱患，對于出現故障的要及時調整、修復、更換，加強清理清潔、潤滑、調整緊固、更換等維護保養措施，避免出現停機、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，當倉前出現故障，可以保證煤的供給，當倉后出現故障，可以儲存煤。其中西部系統建成煤倉后，穩態有效度提高率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，每年可節約電費接近3萬元，降低了成本，節約了人力成本，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時間，帶來直接利潤每年180萬元左右。

除了經濟效益，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、23采區、22采區、31采區四個采區可靠性指標計算，求取了東部系統（22+31）、西部系統（21+23）的可靠性指標，結果表明，東部穩態有效度（44.5%）超過標準（75%），而西部穩態有效度（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，對于西部系統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，保障了煤礦產能。通過對井下主運輸系統可靠性分析，找出薄弱環節，然后采取措施針對性改善，有效提高系統的可靠性，防止故障或者事故的發生。