礦井運煤系統可靠性研究＊

林井祥，孫廣義

（黑龍江科技學院資源與環境工程學院， 黑龍江哈爾濱 150027）

礦井運煤系統可靠性研究＊

林井祥，孫廣義

（黑龍江科技學院資源與環境工程學院， 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可靠性研究。首先簡述了礦井的概況、運煤系統的設備，建立了礦井運煤系統的可靠性框圖與故障樹，并對礦井運煤系統可靠性數據進行分析，采用BlockSim7仿真軟件對礦井運煤系統進行了可靠性仿真。得出了礦井運煤系統的可靠性—時間曲線，對礦井運煤系統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從而提高礦井運煤系統的可靠性的方案。

運煤系統；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集團的一個礦井為例，進行礦井運煤系統可靠性的分析。該礦現有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、高發熱量的特點，是優質的煉焦、動力、化工、造氣、水煤漿用煤。

2 煤礦運煤系統及可靠性模型建立

2.1 運煤系統設備簡介

該礦采區運煤系統設備分為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；煤倉分為采區煤倉和井底煤倉，其容量分別為1000t和950t。

2.2 運煤系統可靠性模型建立

該礦的運煤系統是由采區運煤系統（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（南、西翼大巷礦車）、井筒提升系統（箕斗）和煤倉（2個采區煤倉和1個井底煤倉）組成，其可靠性框圖［1－2］如圖1所示。該礦運煤系統的故障樹［3］是以“該礦運煤系統故障”為頂事件，其運煤系統故障樹如圖2所示。

圖1 該礦運煤系統可靠性框圖

圖2 該礦的運煤系統故障樹

3 運煤系統現場數據采集與分析

3.1 現場數據的采集

通過井下現場實測和查看該礦的統計資料（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，找出現場采集的隨機數的概率分布規律，確定其參數［4］。

3.2 運煤系統現場數據的分析

利用BlockSim7計算機軟件繪制了該礦運煤系統可靠性框圖和運煤系統故障樹模型，并設置該礦運煤系統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的可靠性－時間曲線和礦井運煤系統的可靠度仿真結果，并對其進行了分析。

3.2.1 該礦運煤系統的可靠性－時間曲線

該礦運煤系統可靠性－時間曲線如圖3所示。

圖3 礦井運煤系統可靠性－時間曲線

由圖3可知，該礦運煤系統可靠性隨時間的增加逐漸降低，達到了一定時間后系統可靠度趨于0，系統將達到失效狀態。在200～300min的時間段，系統的可靠度降到0.9，這時系統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的檢查與維修，以便減少該系統的停機時間，提高工作效率。

3.2.2 運煤系統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中設備的有效性作為樣本數據。實際運煤系統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數據統計

采用秩和檢驗方法對該礦運煤系統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 提高該礦運煤系統可靠性的優化方案

4.1 大巷運煤系統設備改進方案

4.1.1 強力膠帶機代替礦車

現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，不僅實現了礦井煤炭運輸的連續化，而且使礦井運煤系統的可靠性的各項指標都得到了提升。該礦運煤系統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

該礦運煤系統現有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，該礦大巷運煤系統改為6列礦車后可靠性有所提高，不僅把整個運煤系統的有效度從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運煤量匹配的前提下，大巷運煤系統可采用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的可靠性，同時也加大輔助運輸的能力。

4.2 井筒提升系統改進方案

從仿真分析結果中可知，該礦運煤系統最重要的環節是井底煤倉，提高倉后運煤環節的可靠性是提高礦井運煤系統可靠性的途徑之一。因此，以減少維修時間的方式來提高礦井井筒提升系統的可靠性。礦井井筒提升系統每次故障后需33.35min來維修。現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中的井筒提升系統可靠性參數。

經過分析可知，礦井井筒提升系統維修時間的減少不僅把整個運煤系統的有效度從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設備的維修時間，可提高礦井運煤系統的可靠性。

5 結 語

安全高效礦井的建設不僅是世界煤炭開采技術發展的主導潮流，也是我國煤炭工業發展的重要方向，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，運煤系統的可靠性是運輸系統運行利用率發揮的關鍵，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.系統可靠性［M］.北京：機械工業出版社，2006：5－7.

［2］崔東亮，劉志河.煤礦柔性運輸系統可靠性分析［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教學工作。