寺河矿大采高工作面支架系统可靠性分析-

1、晋城煤业集团机械化综采发展速度很快,由最初的普通综采发展为放顶煤综采,近年来,随着大采高综采的引进,工作面的单产、工效等方面有了很大的提高。在大采高开采过程中,支架围岩系统作为工作面生产系统的一部分,占有重要地位。统计表明,支架围岩事故约占工作面总事故的1/4。因此,分析、提高支架围岩系统可靠性具有现实意义。1工作面生产中支架系统可靠性可靠性是衡量系统优劣的一个重要指标,是研究系统营运状态的一个很重要的参数。在支架围岩系统中,支架是用来主动支护围岩的设备,是人工可以调节、控制的主体,而围岩是地质环境的一部分,具有极大的随机性,不易进行可靠性分析。本文仅对支架系统可靠性进行分析。2大采高支架系统

2、可靠性计算模型大采高支架系统由全工作面所有支架组成。支架系统具备两大主要功能:一是使成套综采设备不断地推进;二是支护围岩,防止故障的发生。前一功能要求支架系统组成串联系统依次序推进,无论系统中哪一架支架发生故障,都影响整个系统的正常推进。第二种功能的实现有赖于系统中每架支架的正常工作,在这样一个系统中,当所有支架都正常工作时,系统处于正常工作状态。任一支架发生故障,系统就处于故障状态,当故障排除,系统又进入正常工作状态。所以,从支架系统的两大功能来看,支架系统是一个可修复的功能上串联的系统。以各个支架为组成系统的“单元”,设工作面支架数为n ,则系统的功能关系见图1。大量实测资料结果表明,支架

3、的故障率、修复率可认为是常数,反映在故障时间和修复时间上,其时间长短均服从指数分布。因此,它们的状态转移,可用随机过程中的一类特殊过程马尔可夫过程加以描述,有下列关系存在:故障密度函数:fi (t =!i e -!i t(i=1,2,n (1修复密度函数:mi (t ="i e -"i t(i=1,2,n (2可靠性函数:Ri (t =i e -!i t(i=1,2,n (3维修密度函数:Mi (t =1-i e -#i t(i=1,2,n (4以上各式中,!i 为第i 单元故障率,为i 个单元平均无故障工作时间MTBF 的倒数,即有!i =1MTBF;i 为第i 单元的修

4、复率,为i 单元平均维修时间MTTR 的倒数,即有i =1MTTR。可修复系统的可靠性重要参数平衡状态下的有效度,可理解为系统的正常运转率。用系统的稳态有效度来刻画系统的可靠性,由于支架系统为串联系统,所以系统的稳态有效度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 为系统中各单元有效度,A i =i!i +i。3大采高支架系统可靠性参数的分析对现场大采高工作面的生产系统可靠性研究表明,大采高工作面欲实现高产稳产,其支架系统稳态有效度A s 须满足A s 0.95。目前寺河矿大采高工作面长度一般为200m 250m ,支架的中心距

5、为1.75m ,工作面中支架总数为115143。工作面支架分为端头架、过渡架和中间架,为了便于分析,一般视每个支架为同型单元,平均分配有效度,设每个单元的故障率、维修率均近似相等,即每个单元的稳态有效度相等。以支架系统稳态有效度A s 为目标函数,求取支架平均无故障工作时间(MTBF 及支架平均维修时间(MTTR 间的关系。分别取A s =0.950.99;MTTR=60min ,30min;n=115,143;由式(5可得MTBF ,结果见表1、表2及图2。寺河矿大采高工作面支架系统可靠性分析辛培乐(晋城无烟煤矿业集团有限责任公司设计院,山西晋城,048006摘要:建立了大采高工作面支架系统

6、可靠性的计算模型,通过系统可靠性参数的分析,提出了提高支架系统可靠性的途径。关键词:大采高;支架系统;可靠性分析中图分类号:TD35文献标识码:A表1n=115时MRBF 取值MTTR/min6060606060MTTR/min3030303030 表 2n=143时MRBF 取值0.99MTTR/min6060606060MTTR/min 3030303030289!由表1、表2及图2可见MRBF 随A s 的变化特点:(1随A s 的增大,MRBF 由缓增逐渐过渡为急增,当A s >0.98时,MRBF 进入急增阶段。(2当MTTR 值降低1/2时,MRBF 值也随之降低1/2。(3

7、对相同的系统稳态有效度A s ,当n 越小时,MTBF 也随之降低,但下降幅度不大。综合上述分析,大采高工作面要获得高产高效,应当保证全工作面平均每架支架的平均无故障工作时间至少4个月,在大采高支架系统的稳态有效度A s 达到0.98以上,若欲进一步提高A s 的值,就要保证大采高支架的平均无故障工作时间大于10个月(MTTR=60min 时。由于目前寺河矿大采高工作面从初采到末采的实际可采期一般为0.7年1.5年,要想使大采高工作面实现高产高效,在开采期内全工作面支架平均最大失效次数应少于511次。4结语(1大采高支架系统可靠性的高低取决于支架的数量、支架平均无故障工作时间及支架平均维修时间

8、。(2在满足一定的支架系统可靠性时,减少支架平均维修时间比减少系统中支架的数量,更可大幅度降低对支架平均无故障工作时间的要求。(3提高支架系统可靠性的途径有3条:减少系统中支架数量、增加支架平均无故障工作时间及减少支架平均维修时间。(4减少支架平均维修时间对提高大采高支架系统的可靠性幅度最大,故提高支架维修人员的素质与技术水平是提高支架系统可靠性的最有效途径。参考文献1俞书伟.煤矿可靠性工程引论M .北京:煤炭工业出版社,1998.2赵宏珠.综采高产高效途径及其成套设备可靠性研究M .北京:煤炭工业出版社,1994.(责任编辑:刘翠玲第一作者简介:辛培乐,男,1966年生,2004年毕业于太原

9、理工大学电气自动化专业,工程师,晋城无烟煤矿业集团有限责任公司设计院,山西晋城市北石店,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工程概况晋煤集团污水处理厂工程位于晋城市郊刘家川村东南,东侧紧邻太焦铁路,占地面积约1.33hm 2。本工程的工艺设计任务由中煤国际工程集团沈阳设计研究院承担,晋城煤

11、业集团设计院则承担了所有工程的土建设计。本工程项目包括了一体化污水处理池、污泥脱水机房、接触池、过滤池、沉砂池、格栅间、集中排水池、反洗排水池和办公楼、仓库等分项工程共11项。根据岩土工程勘察报告,该场地属低山丘陵地貌单元,场地范围内地势平坦,全部为耕地,地势较低,以往积水以及部分生活污水的排放,造成一些静水沉积物及粗砂、粗砾砂夹层。根据地基土的力学特征,从上至下划分为1号6号土层。1号土层填土:杂色,主要为耕土及冲刷的煤渣、植物根等。2号土层粉土:褐黄色,可塑软塑,该层土场地内分布稳定,属中等偏高压缩性土,f ak =100kPa ;21号土层粉质黏土:褐色,可塑,该层场地内分布不稳定,f

12、ak =100kPa ;22号土层粗砾砂:黄褐,该层场地内分布不稳定,f ak =175kPa 。3号土层淤泥质土:深灰色,可塑软塑,含氧化铁、腐烂物,该层土场地内分布稳定,属中等偏高压缩性土,f ak =90kPa 。4号土层粉土:褐黄色,可塑,包含氧化铁、黏粒,该层场地内分布稳定,属中等偏高压缩性土,f ak =130kPa ;41号土层粉质黏土:褐,可塑,包含氧化铁、煤屑,该层属中等偏低压缩性土,f ak =160kPa 。5号土层粗砂层:褐黄,饱和,该层土场地内分布稳定,f ak =200kPa 。6号土层粉质黏土:褐黄,硬塑坚硬,包含大量氧化铁、细砂,属中等偏低压缩性土,f ak =200kPa 。该场地地下水埋藏较浅,大部分土样处于饱和。由于污水处理工艺的特殊性,除办公楼、仓库、变电站以外的其余工程对地基的变形要求较高,故地基处理采取两种方法进行:第一,办公楼、仓库、变电站3项工程的基础埋深