煤仓的功能及临界有效度分析

煤仓的功能及临界有效度分析

随着煤矿生产的高度集中化，工作面的产量越来越高。一根井的产量主要集中在一个或两个工作面上，这不仅要求工作面具有较高的可靠性，而且要求矿山运输系统具有与工作面相同的运输能力。矿井运输系统的可靠性是影响运输能力的最关键的因素。矿井主生产系统是指从工作面产出的煤流经工作面输送机、顺槽运输机、上(下)山胶带运输机、缓冲煤仓、大巷强力胶带输送机运至地面的受各种随机因素影响的柔性连接系统。其中设置缓冲煤仓是提高矿井主运输系统可靠性最直接、最有力的方法。1回采过程监控随着机械化与生产集中化水平不断提高,在矿井主运输系统各个环节中设置煤仓已成为必然。井下煤仓的主要有下列作用:(1)当煤仓的后续环节发生故障,在一定的时间内可使回采工作面继续生产,减少生产时间损失,从而提高产量。(2)削减高峰时期煤流,使煤能均匀的转入下一个环节,从而降低胶带输送机规格的要求,降低胶带机成本。(3)当煤仓前后运输环节的工艺方式不同时,对煤流进行贮存、排放与调节。下面就煤仓的可靠性进行分析,从而建立整个运输系统的可靠性数学模型,对整个主运输系统进行可靠性的分析。2煤仓系统有效度的提高过程图1是矿井柔性连接系统的结构示意图。由图1可知,煤仓与仓前运输环节和仓后运输环节在结构上是串联的。由于矿井主运输系统是为回采工作面的采煤机服务的,其主要功能就是将采煤工作面采出的煤运送出去。其失效将导致采煤机的停机。故我们定义矿井主运输系统的故障状态(失效状态)是引起采煤机停机的状态。反之为正常状态。此外,还定义系统各个部件的状态如表1。采区煤仓是矿井柔性连接系统中较为重要的一个环节,在这里我们对它进行单独的分析。首先,引入煤仓对于提高主运输系统的可靠性有积极的作用,但也有其消极的一面。一方面由于它是一贮备设备,引入后会使整个主运输系统成为柔性连接系统,从而显著提高系统的可靠性。另一方面由于煤仓的堵仓、冻仓以及机电故障都将会引起整个主运输系统的崩溃,引入其相当引入一串联部件,故它会使整个主运输系统的可靠性降低。故我们可将煤仓从功能上分为两个部件:一个为对系统可靠性起积极作用的部件BⅠ,引入它将增加系统的可靠性;另一个为对系统可靠性起消极作用的部件BⅡ,引入它将降低系统的可靠性。则煤仓状态如下所示:经上述分析,得出矿井主运输系统可靠性框图,如图2。其中:1——仓前运输系统;2——仓后运输系统;BⅠ——煤仓部件Ⅰ;BⅡ——煤仓部件Ⅱ。已知有效度的计算公式(1)n个部件串联的可修系统有效度当为单一维修方式时:A=[nΣi=11Ai-(n-1)]-1A=[Σi=1n1Ai−(n−1)]−1或A=[1+nΣi=1λiμi]-1(1)A=[1+Σi=1nλiμi]−1(1)当为多重维修方式(每个环节都配备自己的维修队)时:A=n∏i=1Ai(2)A=∏i=1nAi(2)(2)n个部件并联并为多重维修方式时有效度A=1-n∏i=1(1-Ai)(3)A=1−∏i=1n(1−Ai)(3)其中Ai为第i个部件的有效度;λi为每个部件的失效率;μi为每个部件的维修率。假定系统为n重维修方式,依据可靠性框图简化法,可得出矿井主运输系统有效度ASB为:ASB=A1(A2+ABⅠ-A2ABⅠ)ABⅡ(4)而设置煤仓之前的有效度AS为:AS=A1A2(5)则由于设置煤仓而使整个系统净有效度的增量△AB为:AB=ASB-AS=AⅠ(A2+ABⅠ-A2ABⅠ)ABⅡ-A1A2=A1(1-A2)ABⅠABⅡ-A1A2(1-ABⅡ)(6)在这里定义由于增设煤仓而使系统有效度增加的正环节为煤仓的系统有效度增量环节;定义由于增设煤仓而使系统有效度减少的负环节为煤仓的系统有效度减量环节。这两个环节是煤仓在柔性连接系统中固有的属性,它与煤仓的容量、结构及仓前后环节有效度都有关系。从上式可看出A1(1-A2)ABⅠABⅡ即为煤仓的系统有效度增量环节(即积极作用),A1A2(1-ABⅡ)为煤仓的系统有效度减量环节(即消极作用)。我们研究它的目的就是能够尽可能的增加煤仓的有效度增量环节以及降低煤仓的系统有效度减量环节,从而能使整个主运输系统的有效度显著提高。由上述分析可知,要想增设煤仓后系统的净有效度增加。必须有AB≥0(7)即A1(1-A2)ABⅠABⅡ≥A1A2(1-ABⅡ)(8)从而有ABⅡ≥A2A2+ABⅠ(1-A2)(9)ABⅡ≥A2A2+ABⅠ(1−A2)(9)我们定义A0=A2A2+ABⅠ(1-A2)A0=A2A2+ABⅠ(1−A2)为煤仓部件Ⅱ的临界有效度,当A2、ABⅠ已确定时,如果ABⅡ<A0时,增设煤仓会使整个系统的有效度降低,起不到缓冲煤仓的作用,此时增设煤仓已失去任何意义。由此,由式(6)可知(1)系统有效度的增量是仓前环节有效度A1的线性函数,随A1的增加而线性增加,故应尽可能提高仓前环节的有效度A1。(2)仓后环节有效度A2越小时,煤仓的系统有效度增量环节A1(1-A2)ABⅠABⅡ越大,煤仓的系统有效度减量环节A1A2(1-ABⅡ)越小,整个系统的净有效度增加越大。这也就说明了在仓后环节的有效度较低时,增设煤仓能够使系统有效度大幅度的增加。当A2增大至ABⅠABⅡ1-ABⅡ+ABⅠABⅡABⅠABⅡ1−ABⅡ+ABⅠABⅡ时,增设煤仓已无必要。由式(9)可得出μBⅡ≥λBⅡμ2(λBⅠ+μBⅠ)λ2μBⅠ(10)μBⅡ≥λBⅡμ2(λBⅠ+μBⅠ)λ2μBⅠ(10)故必须确保煤仓部件Ⅱ的维修率大于λBⅡμ2(λBⅠ+μBⅠ)λ2μBⅠλBⅡμ2(λBⅠ+μBⅠ)λ2μBⅠ时才能保证系统的净有效度增加。同时由式(6)可知,要使△AB≥0应满足ABⅠ≥A2(1-ABⅡ)(1-A2)ABⅡ=μ2λBⅡλ2μBⅡ(11)ABⅠ≥A2(1−ABⅡ)(1−A2)ABⅡ=μ2λBⅡλ2μBⅡ(11)又知ABⅠ=μλ+μ=θθ+δ(12)这里假定煤仓前后环节运煤能力相同,均为ν,则在稳态条件下:θ=V/2νδ=δ2-V2ν(13)由此可得:V≥2νλBⅡ)λ2μBⅡ(14)式中μ—维修率;λ—为故障率;θ—平均运行时间;δ—平均维修时间;V—煤仓容量;ν—仓前后煤流平均速度。由上式可知,在煤仓部件Ⅱ失效率λBⅡ、μBⅡ及仓后环节的失效率λ2已确定的条件下,煤仓容量必须大于2νλBⅡλ2μBⅡ,才能保证系统的净有效度增加。3机械串联串联成网技术根据上述的分析,很容易得到整个运输系统的有效度。仓前运输环节是由工作面运输机、转载机、顺槽运输机即上(下)山运输机串联而成,它们在功能上也是串联的。其有效度为A1=[4Σi=11Ai-3]-1(10)仓后环节直接由大巷强力胶带机直接输送到地面。有效度即为A2由式(4)可得到矿井主运输系统的有效度为:ASB=[4Σi=11Ai-3]-1(A2+ABⅠ-A2ABⅠ)ABⅡ(11)4煤仓增长系