綜采工作面配套設備的可靠性分析

張　興

（西山煤電東曲礦， 山西　古交　030200）

引言

綜采工作面配套設備的實際運行狀態，不但會影響煤炭產量還會影響生產安全，所以，必須要準確判斷設備故障發生原因，分析故障發生時間，通過數據統計分析來對其進行風險預判，做好預防措施和檢修安排，從而增強對采煤工藝的支持，保證采煤機開機率有效運行。筆者在具體探究的過程中，以白山煤礦為研究對象，對綜采工作面配套設備故障發生的原因和時間進行了統計學分析，注重分析的深度和廣度，融合設備特點、工藝特點和地理環境特點，分析設備的適應性和配套合理性，為提升綜采工作面配套設備可靠性提供支持。研究的主要方向包括工作面生產各環節運行可靠性、系統設備配置的可靠性與主運輸系統的可靠性兩個方面。

1　設備可靠性統計原理介紹

1.1　設備可靠性介紹

在進行具體研究之前，首先要理解設備可靠性的含義，經過相關人士的研究，一致認為，設備可靠性主要是指在有效的壽命范圍之內，發揮其使用功能的可能性指標，簡單地說，就是設備在其退役以前是否能夠正常運轉，相關功能是否可以有效發揮。另或是在規定時間和規定條件之下設備完成規定功能的能力。

通常情況下，設備可靠度（R）與設備成本費用和維修費用之間關聯性較強。對于設備成本費用而言，設備可靠度越低，成本費用越低。對于維修費用而言，設備可靠度越高，維修費用就越低，屬于反比例關系。對于工作面設備裝配水平、開采煤層的實際情況、組織管理現狀等都可以通過工作面設備和系統的可靠性來反映，這一系統具有可修復的特點，根據設備及系統處于正常狀態的有效度（A）來分析和評價系統以及設備的可靠性[1]。

1.2　歸集與工作面設備單元和生產系統相關的可靠性數據

1）要對設備單元和生產系統可靠性數據所包含的內容進行確定，避免遺漏，經過實踐研究，主要包括單元無故障時間和單元故障時間。其中，單元無故障時間主要是指正常開機時間、無故障性停機時間以及停機原因，而對于單元故障時間是指，單元故障修復時間，故障發生的環節以及實際的修復情況。

2）對工作面生產系統的主要設備進行確定。主要包括采煤機、膠帶輸送機、液壓支架、刮板運輸機、供電、轉載機、煤倉以及泵站共8個主要功能單元，經過實際的研究，這些單元的故障在分布方面都服從于負指數狀態。有關于發生故障之后的修理時間、恢復時間也服從負指數分布規律[2]。

3）維修度的定義。通常情況下，在規定的條件和時間約束下，通過一定手段，使設備或系統保持或者恢復到要求的功能狀態，這一過程發生的概率被稱之為維修度，與之相關的分布函數相對較多，比如說故障密度函數、修復密度函數、可靠度函數、維修函數等，每個函數都具有各自的特點，這里不做贅述。對于K單元平均無故障間隔時間TMBF在計算時，具體公式如下：

式中：tfi代表的是單元第i次無故障時間情況，min；n代表的是單元無故障發生的次數統計值。利用這種模式對每個單元及主運輸系統的可靠性進行分析，得出相關數據，然后據此評價設備配置可靠性程度，分析出系統當中的隱患所在以及需要加強的環節，從而為綜采工作面配套方案的設置提供支持，保證其最優[3]。

2　對設備可靠性觀測結果進行總結和分析

首先對工作面設備及生產系統的構成進行介紹，具體見圖1。

圖1　工作面設備及生產系統構成圖

2.1　對工作面開機率進行統計學分析

筆者根據白山煤礦7月31日至8月31日之間，試驗綜采工作面相關數據的統計和分析，結果顯示，觀測期間工作面日開機率的分布情況如圖2所示，對工作面日平均開機率進行計算，數值為70.4%，為了便于研究，可以將其分為兩個階段，第一階段為工作面推進245.6 m，這一階段的平均開機率通過計算為64.4%，將其定義為設備磨合階段。第二階段在劃分時，工作面推進屬于區間值，為245.6～398.5 m，通過計算得出該階段的平均開機率為81.5%，這一階段的工作面設備處于正常生產能力狀態[4]。

圖2　試驗工作面日開機率分布圖

2.2　工作面系統單元故障原因分析

在具體分析過程中，要根據系統可靠性理論來進行相關結論的支撐，首先要將試驗工作面生產系統劃分為7個基本單元，分別是外部運輸系統單元、內部運輸系統單元、液壓支架單元、采煤機單元、供電系統單元、大塊引起的運輸故障單元。除此以外，還要根據具體情況，增設其他單元。

假設每天有三個班，每個班工作的時間為6 h，總計為1 080 min，這是其總生產時間，通過對52 d觀測數據的整理和統計，得出系統各單元故障時間的比例，其中外運系統發生故障的時間相對較長，占比為34.1%，平均每班影響時間在32.07 min左右，內運系統故障時間占比為30.8%，平均每班影響時間為28.91 min。具體見表1。

表1　試驗工作面各生產系統單元故障統計結果

進行總結性分析：其一，內運系統在初期采集階段，主要的影響因素為順槽坡度，當將順槽皮帶的托輪改為托板時，皮帶摩擦力增加，故障時間縮短；其二，主要影響外運系統因素是占外運系統比例較大的東膠皮帶，投入使用后，外運系統穩定性增強；其三，主要影響支架因素是平衡千斤頂漏液，當更換電液控制閥和截止閥之后，有所改變；其四，采煤機的使用效果與其性能和技術含量有關，高科技設備安全性更強；其五，供電系統的高開、變電所跳閘、工作面發生閉鎖等會造成一定的影響，但影響較小；其六，影響大塊煤因素是超前支撐壓力上升，煤體受到壓縮出現裂隙，在推進時，片幫增加，大塊尺寸增加，導致故障時間增加；其七，瓦斯故障是由于探頭淺脫和顯示出現問題時引發故障時間增加[5]。

3　結語

煤礦行業必須要重視開采過程的安全、質量和效率，對于綜采工作面配套設備的可靠性進行客觀分析、準確評價，判斷其實際狀態，防患于未然。除此以外，還要在管理制度和技術方面進行調整，結合礦區實際特點、相關工藝以及設備管理等方面的內容，使用高科技產品，保證綜采工作面擁有最優化的配套設備。

[1]郝全明，祁偉，程志明.綜采工作面配套設備的可靠性分析[J].西部探礦工程，2012，24（11）：141-144.

[2]郝長勝，程志明，李銘，等.大采高綜采工作面生產設備的可靠性分析[J].西部探礦工程，2012，24（5）：98-100.

[3]渠志霞.綜采設備選型與工作面設備尺寸配套研究[J].科技經濟導刊，2015（8）：56-57.

[4]曹稔.煤礦綜采工作面設備適應性分析[J].中國新技術新產品，2012（21）：101.

[5]劉中海，李巖松，王啟佳.綜采成套設備的配套原則分析[J].煤礦機械，2012，33（8）：99-101.