煤礦電氣設備故障風險評估及維修策略分析

王建芳

（晉能控股煤業集團同發東周窯煤業有限公司，山西 大同 037103）

煤炭地下開采伴隨著高技術成本、高設備價格以及對環境和勞動力的高風險。地下礦山開發過程復雜，在運輸巷道中放置帶式輸送機，通常多臺帶式輸送機連續運行[1-2]。除了氣體和可燃煤塵，最大的問題是煤炭運輸和提升，與不連續運輸系統相反，如果連續運輸中的一個子系統發生故障，整個系統就會停止運行，導致計劃外的生產停機。因此，持續監測風險水平非常重要。通過使用現代方法和高質量的預防性維護，預測系統部件故障的能力降低了發生計劃外停機的可能性。

模糊集被用來分析嚴重程度、發生和可檢測性以及風險，可作為風險評估的有效工具，用于系統采購、操作或維護的任何程序，以預測不利的發展。將基于風險優先數計算的方法進行比較，分析了潛在故障的嚴重程度、發生情況和可檢測性，實現了可比性。

1 模糊邏輯理論

模糊邏輯理論是一種有效的工具，它可以方便、準確地確定系統的關鍵要素，從而確定和實施糾正措施以降低風險。模糊集理論被廣泛用于評價與技術系統使用質量的系統指標有關的部分或整體指標，模糊邏輯理論為識別技術系統在風險、安全等方面的弱點提供了很大的機會。該方法根據專家及研究人員的經驗做出判斷，對特定現象的指標進行評估。最大的優點是能夠操作變量，因為有些事件不能用數字來描述。兩個變量之間的轉換不是精確的，而是漸進的，產生的是范圍而不是單個值。

模糊集和模糊結論理論應用于風險評估的優點在于所得到的系統評估具有定性。該方法根據研究人員的經驗，根據專家的判斷，對特定現象（在本例中是風險）的指標進行評估。當模糊集以這種方式定義時，分析研究人員確定哪個模糊集是觀察到的現象的成員。更重要的是，在某些模糊集的成員是漸進的，它可以是雙重的，取決于分析師-研究者的感知。基于模糊邏輯的建模過程需要專家逐步地、迭代地參與到歷史事實的分析中，以便用結果、公理或規則來改進過程。

2 風險水平計算

風險系數是一種標準和最常用的方法和技術，計算方法為：

式中：S為系統發生的影響程度；O為故障頻率；D為潛在故障能力。

S、O、D的數值在表中表示，通常在1～5或1～7之間，如表1～表3所示，他們代表語言的數值。這些標準由專家定義，根據數據和以往的經驗對系統的行為進行分析，以及機器部件故障對系統的不利影響和發生的頻率。

表1 系統發生的影響程度

表2 故障頻率

表3 潛在故障能力

分析了評估系統部件故障風險水平的三個指標：系統損壞影響的嚴重程度、某些類型故障的發生和潛在故障的可檢測性。

系統部件故障所造成的損壞的嚴重程度和對整個系統的損害影響是由模糊集定義的，模糊集有以下幾個術語：極低、低、中、高和極端。術語極低表示幾乎不會對系統功能產生影響的潛在故障，而術語極端描述的是對系統造成巨大傷害的潛在故障，其次是由于生產延遲造成的維修成本。與對應的1到7類相關聯的模糊集，其中6和7類描述了對系統和整個工藝過程造成極高損害的故障。

故障發生的頻率可以根據被分析系統記錄的故障模式來確定。一組5個級別的故障模式的發生被定義：非常低、低、中等、高和非常高。非常高的發生頻率是指每個月發生幾次的事件，而被稱為非常低的模糊集描述的是一種罕見的情況，可能每五年發生一次，甚至更少。

在對分析的系統進行多年的維護工作后，可能檢測出潛在的系統故障。與前兩個指標一樣，故障檢測可能性的模糊集由以下語言變量構成極低、低、中等、高、很高。模糊集非常高，包括總能根據運行中的系統的行為進行預測的故障。在事件或故障發生之前無法檢測到的事件或故障被分組到非常低的模糊集中。將可能的故障檢測等級設為1～7的數值。

3 實例計算

以帶式輸送機為例，最能準確描述分析系統的指標有：故障的嚴重程度和系統元件故障的后果，此類事故的發生，第三個指標是潛在故障的及時檢測。本研究對帶式輸送機的12個組成實體進行風險指標分析，包括電動馬達、齒輪箱、第一個主動皮帶輪、第二傳動皮帶輪、皮帶輪、尾部滑輪、齒輪傳動皮帶輪、鏈輪減速器、滑輪的軸、皮帶接頭、滾輪、軸。在給出帶式輸送機12個組成要素風險指標隸屬度函數的基礎上，運用模糊邏輯理論進行了風險等級評價。根據所分析的風險指標的最小最大組合，確定每個變量的風險水平，結果見表4。對結果的分析表明，用語言術語來表示風險比用數值來表示風險更容易。

以電動馬達計算為例，S=（0，0，0.335，1，0.335，0，0），O=（0，0，0，0，0.675，0.675，0），D=（0，0，0，0，0.8，0.4，0）。

基于分析的風險指標的最小最大值組成，確定了每個變量的風險水平。用語言表達風險比用數值表達風險更容易。結果幾乎相同，但是應用模糊邏輯理論得到的結果提供了一個更廣泛的關于失效行為或傾向的畫面。從表4可以看出，從模糊邏輯的風險分析理論的結果中可以看出風險的傾向，對于這個具體的例子，風險水平是很高的，但在一定程度上，風險水平甚至是極端的。

表4 風險等級由最小最大組成結果

4 維修策略

（1）探究出現的問題，實行獎懲制

企業管理人員要重視電氣設備管理，要進行責任到人，每設備都需要有專人負責，建立一套管理制度，實現獎懲制度[3-5]。

（2）建立科學的設備管理程序，制定交班制

電氣設備管理需要24 h有專人負責，要制定嚴格的交班制度。對電氣設備的管理應該實行程序化的管理模式，利于更好地對設備檢測和保養。

（3）設備人員技術能力的提高

設備人員在設備的使用與維護中有著關鍵性的作用，設備人員的水平對設備的使用壽命產生直接影響，使用人員的技術能力強，可以減少部分維修管理的工作。

（4）強化設備維修意識

加大對工作人員關于電氣設備的檢修意識，由于電氣設備容易受到外界干擾出現設備故障，還有自身材質、功能等原因導致問題的出現。