煤矿井下主运输系统可靠性分析

田省强

（陕西彬长胡家河矿业有限公司，陕西 咸阳712000）

煤炭运输系统可靠性对煤炭矿电安全管理具有重要意义，尤其对于深井开采，运输系统更具复杂性，如一旦出现系统故障，会导致井下无法正常作业，进而产生经济损失。运输系统可靠性直接关系到矿井产量、经济效益[1]。目前开展可靠性评价手段：可靠性数学模型、SAMP算法、Petri可达标识网、遗传算法等等。本文采用模糊数学方法、马尔可夫一般算法对井下各个设备可靠性进行分析，查重其影响可靠性的薄弱环节，开展薄弱环节故障分析，同时提出改善方案，有助于井下主运输系统的正常运转[2]。

1 煤矿井下主运输系统可靠性计算

1.1 主运输系统结构

研究区运输设备装备齐全，机械化程度高，存在21、22、23、31四个采区，其中每个采区拥有2~3个工作面，但长期受主运输系统不达标的困扰。系统结构包括各种工作面设备（装载机、破碎机、皮带等）、大巷运输皮带、煤仓。首先对每个设备可靠性进行分析，统计其故障率、修复率，运用马尔科夫一般方法求取系统中并联或串联设备组成的局部小系统；按照仓储系统的可靠性计算连接煤仓部分的可靠度计算[3]。

1.2 21采区可靠性指标计算

21采区相当于21 052、2 111、21 131三个工作运输系统并联，然后于21强力皮带串联，其中每个工作运输系统都是由若干个设备串联而来。统计每个设备平均工作时间、平均修复时间、故障率、修复率作为样本。分别求取三个工作运输系统可靠性指标，其中21 052工作面稳态有效度68%，平均工作时间9.13 h，平均修复时间4.27 h，故障率11%，修复率23%；21 131工作面稳态有效度73%，平均工作时间9.19 h，平均修复时间3.47 h，故障率11%，修复率29%；21 111工作面稳态有效度73%，平均工作时间9.73h，平均修复时间3.55 h，故障率10%，修复率28%，简化模型，求取21采取运输系统可靠性指标：稳态有效度71.9%，平均工作时间15.32 h，平均修复时间5.98 h，故障率6.5%，修复率17%。

1.3 23采区可靠性指标计算

23采区由23 071A、23 071B、23 111三个工作面至东大皮带。计算得出23 071 A工作面平均工作时间9.15 h，平均修复时间10.05 h，故障率11%，修复率1%；23 071B工作面平均工作时间11.05 h，平均修复时间5.66 h，故障率9%，修复率18%；23 111工作面平均工作时间11.99 h，平均修复时间3.87 h，故障率8%，修复率26%；最终球的23采取平均工作时间11.99 h，平均修复时间3.87 h，故障率8%，修复率26%。

1.4 22采区可靠性指标计算

22采区由22141、22062两个工作面。计算得出22141工作面平均工作时间8.39 h，平均修复时间3.08 h，故障率12%，修复率33%；22 062工作面平均工作时间8.43 h，平均修复时间3.01 h，故障率12%，修复率33%；最终求取22采区可靠度82.5%，平均工作时间21.17 h，故障率4.7%。

1.5 31采区可靠性指标计算

31采区由31 041、31 061两个工作面，计算求的31 041工作面平均工作时间10.11 h，平均修复时间4.51 h，故障率0.1，修复率22%；31 061工作面平均工作时间10.06 h，平均修复时间4.62 h，故障率1%，修复率22%，最终求的31采区运输系统平均工作时间14.55 h，平均修复时间4.75 h，故障率7%，修复率21%。

1.6 主运输系统可靠性运算

前面已经获取4个采取的指标，利用四个指标求取总的主运输系统可靠性参数。由于21采区和23采区存在煤仓，故不能使用马尔可夫串联可修复系数的计算方法。煤仓装满后由于仓后运输环节出现故障，因此不能有效地将煤运出，因此将煤仓Ⅱ与主石门大大巷串联，其平均恢复时间为两者平均修复时间。最终求取东区系统平均工作时间12.99 h，平均修复时间4.79，修复率2%，故障率8%；西区系统平均工作时间8.12h，平均修复时间4.8h，故障率12.3%，修复率21%。

综上所述，东区稳态有效度超过标准规定（72%），西部稳态有效度低于标准跪地给，可见西区存在较高的故障率或者缺乏煤仓建设，主运输系统环节出现故障，导致原煤运输无法有效进行，影响了产煤的进程[4]。

2 煤矿主运输系统故障分析及改善措施

2.1 系统故障分析

通过对各种故障的分析，找出主要故障，其中刮板机故障率11.5%，破碎机故障率10.4%，转载机故障率9.0%，皮带运输机故障率69.1%，由此皮带运输机是主要故障。

2.2 主要故障改善方案

（1）加装温度保护探头，出现机械故障，常伴随着温度升高，通过实时测量温度，设置温度报警门槛值，但温度超过门槛值，机器会自动报警，从而提前预知故障发生。

（2）加载预防空转保护装置，皮带运输机平均每天10%的时间为空转，不仅会造成资源浪费，增加成本，还会导致热量堆积，损坏皮带运输机，加载防空转保护装置，当出现无运输货物时，自动停机。

（3）加强设备维护，首先针对每种故障原因及频率，针对性改善设备维护次数，指定减少故障的基本对策，其中A类故障（皮带运输机、装载机、破碎机）故障率占比高达85.6%，其主要诱因：电器老化、散热不及时、润滑不良。

（4）加强设备日常保养，通过日常检查、专业点检、状态检测手段提早发现隐患，对于出现故障的要及时调整、修复、更换，加强清理清洁、润滑、调整紧固、更换等维护保养措施，避免出现停机、材料消耗、人工消耗等后果。

（5）新增煤仓设计，煤仓可以调整运煤速率，当仓前出现故障，可以保证煤的供给，当仓后出现故障，可以储存煤。其中西部系统建成煤仓后，稳态有效度提高率65.7%，达到标准要求，平均工作时间7.1 h，平均修复时间4.89 h，故障率14%，修复率20%。

3 改善方案的效益

针对故障产生原因，提出了5条改善措施，起了降本增效的成果，如皮带防空转设置，每年可节约电费接近3万元，降低了成本，节约了人力成本，还降低了设备故障率；加装温度保护探头，每个温度探头费用200元，而皮带主传滚筒替换费用达十几万，一次简单维修1 000左右；煤仓的经济效益更为明显，煤仓的建设可以增加储煤空间，提高运煤速率，保证施工人员的作业时间，带来直接利润每年180万元左右。

除了经济效益，还带来安全效益。可以有效地降低安全隐患，提高安全水平。如加装温度保护探头，有效地降低因高温引起火灾发生概率；煤仓建设多位于特殊选址位置，要具有良好的抗压强度、地质条件简单，避免地质灾害的发生，使用的材料要具有防火能力，满足安全性需要。

4 结论

通过开展21采区、23采区、22采区、31采区四个采区可靠性指标计算，求取了东部系统（22+31）、西部系统（21+23）的可靠性指标，结果表明，东部稳态有效度（44.5%）超过标准（75%），而西部稳态有效度（62.8%）低于标准，说明其西部故障率较高或者缺乏必要煤仓。通过对其各个设备开展故障分析，最终得出皮带运输机是主要故障，提出加装温度保护探头、加载预空转保护装置、加强设备维护及日常保养，对于西部系统提出新建煤仓的改善措施。有效地降低了故障率，提高了运输效率，保障了煤矿产能。通过对井下主运输系统可靠性分析，找出薄弱环节，然后采取措施针对性改善，有效提高系统的可靠性，防止故障或者事故的发生。