寺河礦大采高工作面支架系統(tǒng)可靠性分析-

1、晉城煤業(yè)集團(tuán)機(jī)械化綜采發(fā)展速度很快,由最初的普通綜采發(fā)展為放頂煤綜采,近年來,隨著大采高綜采的引進(jìn),工作面的單產(chǎn)、工效等方面有了很大的提高。在大采高開采過程中,支架圍巖系統(tǒng)作為工作面生產(chǎn)系統(tǒng)的一部分,占有重要地位。統(tǒng)計(jì)表明,支架圍巖事故約占工作面總事故的1/4。因此,分析、提高支架圍巖系統(tǒng)可靠性具有現(xiàn)實(shí)意義。1工作面生產(chǎn)中支架系統(tǒng)可靠性可靠性是衡量系統(tǒng)優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo),是研究系統(tǒng)營運(yùn)狀態(tài)的一個(gè)很重要的參數(shù)。在支架圍巖系統(tǒng)中,支架是用來主動(dòng)支護(hù)圍巖的設(shè)備,是人工可以調(diào)節(jié)、控制的主體,而圍巖是地質(zhì)環(huán)境的一部分,具有極大的隨機(jī)性,不易進(jìn)行可靠性分析。本文僅對支架系統(tǒng)可靠性進(jìn)行分析。2大采高支架系統(tǒng)

2、可靠性計(jì)算模型大采高支架系統(tǒng)由全工作面所有支架組成。支架系統(tǒng)具備兩大主要功能:一是使成套綜采設(shè)備不斷地推進(jìn);二是支護(hù)圍巖,防止故障的發(fā)生。前一功能要求支架系統(tǒng)組成串聯(lián)系統(tǒng)依次序推進(jìn),無論系統(tǒng)中哪一架支架發(fā)生故障,都影響整個(gè)系統(tǒng)的正常推進(jìn)。第二種功能的實(shí)現(xiàn)有賴于系統(tǒng)中每架支架的正常工作,在這樣一個(gè)系統(tǒng)中,當(dāng)所有支架都正常工作時(shí),系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。任一支架發(fā)生故障,系統(tǒng)就處于故障狀態(tài),當(dāng)故障排除,系統(tǒng)又進(jìn)入正常工作狀態(tài)。所以,從支架系統(tǒng)的兩大功能來看,支架系統(tǒng)是一個(gè)可修復(fù)的功能上串聯(lián)的系統(tǒng)。以各個(gè)支架為組成系統(tǒng)的“單元”,設(shè)工作面支架數(shù)為n ,則系統(tǒng)的功能關(guān)系見圖1。大量實(shí)測資料結(jié)果表明,支架

3、的故障率、修復(fù)率可認(rèn)為是常數(shù),反映在故障時(shí)間和修復(fù)時(shí)間上,其時(shí)間長短均服從指數(shù)分布。因此,它們的狀態(tài)轉(zhuǎn)移,可用隨機(jī)過程中的一類特殊過程馬爾可夫過程加以描述,有下列關(guān)系存在:故障密度函數(shù):fi (t =!i e -!i t(i=1,2,n (1修復(fù)密度函數(shù):mi (t ="i e -"i t(i=1,2,n (2可靠性函數(shù):Ri (t =i e -!i t(i=1,2,n (3維修密度函數(shù):Mi (t =1-i e -#i t(i=1,2,n (4以上各式中,!i 為第i 單元故障率,為i 個(gè)單元平均無故障工作時(shí)間MTBF 的倒數(shù),即有!i =1MTBF;i 為第i 單元的修

4、復(fù)率,為i 單元平均維修時(shí)間MTTR 的倒數(shù),即有i =1MTTR?？尚迯?fù)系統(tǒng)的可靠性重要參數(shù)平衡狀態(tài)下的有效度,可理解為系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)率。用系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)有效度來刻畫系統(tǒng)的可靠性,由于支架系統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng),所以系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)有效度A s 可用下式表示:A s =ni =1!A i %i i 1+ni =1#!ii$%-1(5式中,A i 為系統(tǒng)中各單元有效度,A i =i!i +i。3大采高支架系統(tǒng)可靠性參數(shù)的分析對現(xiàn)場大采高工作面的生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性研究表明,大采高工作面欲實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),其支架系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)有效度A s 須滿足A s 0.95。目前寺河礦大采高工作面長度一般為200m 250m ,支架的中心距

5、為1.75m ,工作面中支架總數(shù)為115143。工作面支架分為端頭架、過渡架和中間架,為了便于分析,一般視每個(gè)支架為同型單元,平均分配有效度,設(shè)每個(gè)單元的故障率、維修率均近似相等,即每個(gè)單元的穩(wěn)態(tài)有效度相等。以支架系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)有效度A s 為目標(biāo)函數(shù),求取支架平均無故障工作時(shí)間(MTBF 及支架平均維修時(shí)間(MTTR 間的關(guān)系。分別取A s =0.950.99;MTTR=60min ,30min;n=115,143;由式(5可得MTBF ,結(jié)果見表1、表2及圖2。寺河礦大采高工作面支架系統(tǒng)可靠性分析辛培樂(晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)院,山西晉城,048006摘要:建立了大采高工作面支架系統(tǒng)

6、可靠性的計(jì)算模型,通過系統(tǒng)可靠性參數(shù)的分析,提出了提高支架系統(tǒng)可靠性的途徑。關(guān)鍵詞:大采高;支架系統(tǒng);可靠性分析中圖分類號(hào):TD35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A表1n=115時(shí)MRBF 取值A(chǔ) s 0.950.960.970.980.99MTTR/min6060606060MRBF/月3.13.95.27.915.9A s 0.950.960.970.980.99MTTR/min3030303030MRBF/月1.551.952.63.957.95 表 2n=143時(shí)MRBF 取值A(chǔ) s 0.950.960.970.980.99MTTR/min6060606060MRBF/月3.84.86.59.819.7

7、A s 0.950.960.970.980.99MTTR/min 3030303030MRBF/月1.92.43.254.99.85289!由表1、表2及圖2可見MRBF 隨A s 的變化特點(diǎn):(1隨A s 的增大,MRBF 由緩增逐漸過渡為急增,當(dāng)A s >0.98時(shí),MRBF 進(jìn)入急增階段。(2當(dāng)MTTR 值降低1/2時(shí),MRBF 值也隨之降低1/2。(3對相同的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)有效度A s ,當(dāng)n 越小時(shí),MTBF 也隨之降低,但下降幅度不大。綜合上述分析,大采高工作面要獲得高產(chǎn)高效,應(yīng)當(dāng)保證全工作面平均每架支架的平均無故障工作時(shí)間至少4個(gè)月,在大采高支架系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)有效度A s 達(dá)到0.9

8、8以上,若欲進(jìn)一步提高A s 的值,就要保證大采高支架的平均無故障工作時(shí)間大于10個(gè)月(MTTR=60min 時(shí)。由于目前寺河礦大采高工作面從初采到末采的實(shí)際可采期一般為0.7年1.5年,要想使大采高工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效,在開采期內(nèi)全工作面支架平均最大失效次數(shù)應(yīng)少于511次。4結(jié)語(1大采高支架系統(tǒng)可靠性的高低取決于支架的數(shù)量、支架平均無故障工作時(shí)間及支架平均維修時(shí)間。(2在滿足一定的支架系統(tǒng)可靠性時(shí),減少支架平均維修時(shí)間比減少系統(tǒng)中支架的數(shù)量,更可大幅度降低對支架平均無故障工作時(shí)間的要求。(3提高支架系統(tǒng)可靠性的途徑有3條:減少系統(tǒng)中支架數(shù)量、增加支架平均無故障工作時(shí)間及減少支架平均維修時(shí)間。

9、(4減少支架平均維修時(shí)間對提高大采高支架系統(tǒng)的可靠性幅度最大,故提高支架維修人員的素質(zhì)與技術(shù)水平是提高支架系統(tǒng)可靠性的最有效途徑。參考文獻(xiàn)1俞書偉.煤礦可靠性工程引論M .北京:煤炭工業(yè)出版社,1998.2趙宏珠.綜采高產(chǎn)高效途徑及其成套設(shè)備可靠性研究M .北京:煤炭工業(yè)出版社,1994.(責(zé)任編輯:劉翠玲第一作者簡介:辛培樂,男,1966年生,2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電氣自動(dòng)化專業(yè),工程師,晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)院,山西晉城市北石店,048006.Analysis on the Reliability of the Supporting System on the Worki

10、ngFace with Large Mining Height in Sihe Coal MineXIN Pei-leABSTRACT:This paper establishes the calculation model for the reliability of the supporting system on the working face with large mining height ,and through analyzing on the reliability parameters ,advances some paths for improving the relia

11、bility of the supporting system.KEY WORDS:large mining height;supporting system;reliability analysis1工程概況晉煤集團(tuán)污水處理廠工程位于晉城市郊劉家川村東南,東側(cè)緊鄰太焦鐵路,占地面積約1.33hm 2。本工程的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)由中煤國際工程集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院承擔(dān),晉城煤業(yè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院則承擔(dān)了所有工程的土建設(shè)計(jì)。本工程項(xiàng)目包括了一體化污水處理池、污泥脫水機(jī)房、接觸池、過濾池、沉砂池、格柵間、集中排水池、反洗排水池和辦公樓、倉庫等分項(xiàng)工程共11項(xiàng)。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告,該場地屬低山丘陵地貌單元,場地范圍

12、內(nèi)地勢平坦,全部為耕地,地勢較低,以往積水以及部分生活污水的排放,造成一些靜水沉積物及粗砂、粗礫砂夾層。根據(jù)地基土的力學(xué)特征,從上至下劃分為1號(hào)6號(hào)土層。1號(hào)土層填土:雜色,主要為耕土及沖刷的煤渣、植物根等。2號(hào)土層粉土:褐黃色,可塑軟塑,該層土場地內(nèi)分布穩(wěn)定,屬中等偏高壓縮性土,f ak =100kPa ;21號(hào)土層粉質(zhì)黏土:褐色,可塑,該層場地內(nèi)分布不穩(wěn)定,f ak =100kPa ;22號(hào)土層粗礫砂:黃褐,該層場地內(nèi)分布不穩(wěn)定,f ak =175kPa 。3號(hào)土層淤泥質(zhì)土:深灰色,可塑軟塑,含氧化鐵、腐爛物,該層土場地內(nèi)分布穩(wěn)定,屬中等偏高壓縮性土,f ak =90kPa 。4號(hào)土層粉土:褐黃色,可塑,包含氧化鐵、黏粒,該層場地內(nèi)分布穩(wěn)定,屬中等偏高壓縮性土,f ak =130kPa ;41號(hào)土層粉質(zhì)黏土:褐,可塑,包含氧化鐵、煤屑,該層屬中等偏低壓縮性土,f ak =160kPa 。5號(hào)土層粗砂層:褐黃,飽和,該層土場地內(nèi)分布穩(wěn)定,f ak =200kPa 。6號(hào)土層粉質(zhì)黏土:褐黃,硬塑堅(jiān)硬,包含大量氧化鐵、細(xì)砂,屬中等偏低壓縮性土,f ak =200kPa 。該場地地下水埋藏較淺,大部分土樣處于飽和。由于污水處理工藝的特殊性,除辦公樓、倉庫、變電站以外的其余工程對地基的變形要求較高,故地基處理采取兩種方法進(jìn)行:第一,辦公樓、倉庫、變電站