可靠性技术在煤矿生产中的应用

姜海鹏,高亚斌,王术睿

(中国矿业大学)

可靠性技术在煤矿生产中的应用

姜海鹏①,高亚斌,王术睿

(中国矿业大学)

介绍了可靠性的定义及作用,举例计算了皮带运输系统的可靠度计算,并举例说明了可靠性技术在煤矿中的应用。指出提高煤矿系统的可靠度可有效遏制煤矿安全事故的发生。

可靠性技术;可靠度;煤矿生产;应用

随着科学技术的发展,煤矿开采逐步实现机械化,现代化的机器、技术装备的大量应用,尤其是综采设备,这些机器和设备等的可靠性受到了人们的广泛重视。系统越复杂,可靠性如果达不到较高的指标要求,系统出故障的可能性就愈大,造成的损失也愈大。这些损失不仅是经济上的,甚至会造成生命安全或更严重的灾难性后果。

可靠性是一门综合技术,在设计阶段和生产时期应分析系统所具备的可靠性水平,把它作为评价系统好坏的主要指标之一。前苏联在20世纪70年代就对煤矿设计和生产中系统可靠性提出了具体要求,目前我国正加强对系统可靠性在煤矿中应用的研究工作。提高系统的可靠性,增加系统的正常工作时间,减少故障时间,是达到稳产高产和提高经济效益必不可少的条件。

1 可靠性的定义[1]

系统的可靠性是系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。

研究的目的在于提高系统的可靠性,从而提高经济效益。

可靠度R(t)。

可靠度是指系统或元素在规定的条件和规定的时间内,无故障地完成规定的概率。即:

式中:

F(t)—系统在(0,t)时刻内失效(故障)的概率,又称不可靠度或失效函数。

一般地,R(t)服从指数分布

式中:

λ—平均故障率,次/min

m—平均故障间隔时间,min/次,m=1/λ,即平均工作时间。

R(t)具有以下特征:

1)R(0)=1,系统开始时处于良好状态。

即R(t)随时间的增大而减小,即系统的可靠性下降。

3)当时间无限增大时,可靠度逐步减小,其极限为0。

4)0≤R(t)≤1,即系统可靠度的值在[0,1]之间。

5)特别地,对于R(t)=e-λt=e-λ/m,当t=m,即工作时间=平均工作时间或平均寿命时,R(t)= e-1=0.368,即系统或元件工作到平均寿命时,可靠度只有约1/3。过了平均寿命可靠度越来越低,不能“凭空想象”为一半。

2 应用举例

1)某皮带运输机经7 000 h观察,发生了10次故障。设故障间隔时间服从指数分布。试求该机的平均工作时间并分别计算从开机到工作100、500、 1 000 h后的可靠度。解:平均工作时间:

m=7 000/10=700 h

工作100 h后的可靠度为:

R(100)=e-100/700=0.867

工作500 h后的可靠度为:

R(500)=e-500/700=0.489

工作1 000 h后的可靠度为:

R(1 000)=e-1000/700=0.239

对于可修复系统,系统或元件包括维护的效用在内,保持正常状态的概率称之为有效度。即系统在某时刻维持其功能的概率,它与时间无关,但系统应属于可修复系统。有效度A(t)比可靠度R(t)的要求低(或宽)。

比如有效度A(120)=0.96表示的是100台设备在规定120 h的工作时间内,当达到120 h那一瞬间,平均有96台设备处于正常工作状态。而不管:

a)出故障的是哪一台。

b)什么时间出的故障。

c)中途是否经过修理等等。

但可靠度R(120)=0.96,则要求100台设备中有96台设备能无故障地工作120 h,显然可靠度要求是高的。

常用平均有效度:

式中:

μ—平均修复率,次/min;

λ—平均故障时间,min/次;

式中:

M TB F—平均无故障工作时间(平均寿命Mean Time Between Failures);

M T TR—平均修理时间Mean Time To Repair;

M T T F—全称是Mean Time To Failure,即平均无故障时间。系统平均能够正常运行多长时间,才发生一次故障。系统的可靠性越高,平均无故障时间越长(MTBF=MTTF+MTTR)。

采矿中常用“有效度”的概念(完好率)。2)串、并联系统可靠性参数计算。

串联:

一串联运输机系统由3台运输机组成,3台运输机的完好概率分别为:

P(A1)=0.9,P(A2)=0.7,P(A3)=0.4

串联输送机示意图,见图1:

图1 串联输送机示意图

则系统的完好概率为:

而“平均完好概率”为0.67,对系统并无意义。

a)在串联系统中,与其提高好的,不如改善差的。b)不应以“平均完好率”来作为系统完好指标。并联:

一并联运输机系统由2台运输机组成,见图2。

第一台运输机的完好概率P(A1)=0.8

第二台运输机的完好概率P(A2)=0.5

图2 并联输送机示意图

则系统的完好为:

P(B)=1-0.2×0.5=0.9。

由此例可以看出:

图3 串并联复合系统示意图

a)系统的完好概率高于任何1台最好的,故应尽量提高好的。

b)在好的设备不能再提高的前提下,应尽量使差的赶上好的,如2台的完好概率均为0.8,则P(B) =0.96。

一般原则是,先算出局部的并联参数,再按串联算出复合系统参数。见图3,先算1、2的并联参数,再算1、2共同与3的串联参数。即

A=(1―(1―A1)(1―A2))A3

某系统由3台运输机组成,如图4所示,a、b、c的有效度分别为:

Aa=0.9,Ab=0.92,Ac=0.8

1)求系统的有效度。

2)如何改进3条运输机的结构,提高系统的有效度。

图4 改进3条运输机结构示意图

解:1)A=(1―(1―Aa)(1―Ab))×Ac

=0.793 6

3 可靠性技术在煤矿中的应用

1)大型矿井主要运、提设备采用2套。

2)重要设备采用“备用”。

通风系统、供电系统的备用电源线路,主扇风机、主排水泵、排水管路均为两套,备用工作面(机、炮采,由于综采折旧费、大修理费高,一般不用)。

3)设置煤仓。“缓冲”高峰生产,提高后级设备的可靠性。

4)尽量减少不必要的生产环节,提高矿井生产的可靠性。

a)条件合适改走向长壁为倾斜长壁(少一道运输环节)。国内外已有整阶段整个水平布置一个大功率综采面的设想,这样将使运输环节最少。

b)用长距离胶带运输机代替多台短距离刮板运输机。

3)1台可弯曲运输机代替2台串联运输机。

4)尽管采用质量好,效率高的设备及零、配件,提高“元件”可靠性。如用“多绳摩擦提升机”代替单绳普通提升机。

4 结 论

解释说明了可靠性的定义及作用,举例计算了皮带运输系统的可靠度计算,以及可靠性技术在煤矿中的应用。

提高煤矿系统的稳定性可以有效的遏制煤矿安全事故的发生,对煤矿系统的可靠度进行评估与计算是必要的。

[1] 林在康,郑西贵.矿业信息技术基础[M].北京:中国科学文化出版社,2009:116-118.

Reliability Technology in Coal Mine Production

Jiang H ai-peng,G ao Ya-bin,Wang Shu-rui

Introduces the definition and role of reliability,an example is the belt transport system reliability analysis,and illustrates the reliability of technology in the coal mine.Points out that raises the reliability of coal mine system,can effectively inhibit safety accident of coal mine.Points out that raises the reliability of coal mine system,can effectively inhibit safety accident of coal mine.

Reliability technology;Reliability;Coal production;Application

book=6,ebook=33

TD792

B

1672-0652(2010)06-0041-03

2010-03-19

姜海鹏 男 1990年出生 2007年中国矿业大学在读本科生 徐州 221116