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(lái),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(guò)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(yíng)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(lái)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(duì)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(wú)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(lái)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(cè)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(zhǎng)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(guò)程中的一類特殊過(guò)程馬爾可夫過(guò)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(wú)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。可修復(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(lái)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)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(guò)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(wú)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(wú)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(guò)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MTTR/min6060606060MTTR/min3030303030 表 2n=143時(shí)MRBF 取值0.99MTTR/min6060606060MTTR/min 3030303030289!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(guò)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

7、對(duì)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(wú)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0.98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(wú)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(yǔ)(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(wú)故障工作時(shí)間及支架平均維修時(shí)間

8、。(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(duì)支架平均無(wú)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(wú)故障工作時(shí)間及減少支架平均維修時(shí)間。(4減少支架平均維修時(shí)間對(duì)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(jiǎn)介:辛培樂,男,1966年生,2004年畢業(yè)于太原

9、理工大學(xué)電氣自動(dòng)化專業(yè),工程師,晉城無(wú)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 WorkingFace 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 l

10、arge mining height ,and through analyzing on the reliability parameters ,advances some paths for improving the reliability 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(guó)際工程集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院承擔(dān),晉城煤

11、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(guò)濾池、沉砂池、格柵間、集中排水池、反洗排水池和辦公樓、倉(cāng)庫(kù)等分項(xiàng)工程共11項(xiàng)。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告,該場(chǎng)地屬低山丘陵地貌單元,場(chǎng)地范圍內(nèi)地勢(shì)平坦,全部為耕地,地勢(shì)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(chǎng)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(chǎng)地內(nèi)分布不穩(wěn)定,f

12、ak =100kPa ;22號(hào)土層粗礫砂:黃褐,該層場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(cāng)庫(kù)、變電站以外的其余工程對(duì)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(cāng)庫(kù)、變電站3項(xiàng)工程的基礎(chǔ)埋深