露天采矿机受损因素分析

昌 珺 尚 涛 房 健 孙宇霆

(1.中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221116；2.煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221116)

露天采矿机受损因素分析

昌 珺1，2尚 涛1，2房 健1，2孙宇霆1，2

(1.中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221116；2.煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221116)

露天采矿机作为一种连续采掘设备，集穿、爆、采于一体，在露天矿煤层选采以及煤层间夹矸处理方面得到广泛应用。分析露影响露天采矿机受损的3方面因素对于天采矿机的安全生产乃至对整个矿山稳定性以及保证矿山推进度有重要作用。从现场实际出发，总结影响露天采矿机受损的3方面因素，包括人员因素、设备因素、环境因素;进而对3方面的因素进行具体分析。在此基础上，建立层次分析模型，通过MATLAB编程对结果进行计算，并进行一致性检验，最终得出各受损因素的总体优先级排序。计算结果表明，人员马虎作业、违背操作规程和业务素质低为权重值前3位因素，且三者相加的权重超出整体权重的一半。针对受损原因提出5条整改意见。结论对相似矿山条件下露天采矿机的使用具有参考价值。

露天矿 露天采矿机 层次分析 受损因素

目前国内露天矿山向大型化、集中化、连续化发展，精简工艺环节可以提高整个系统的可靠性，为矿山的生产稳定性创造条件[1]。露天采矿机具有选采能力好、矿石贫化率低、作业简单、生产能力大适应性强等优点[2]。露天采矿机作为一种新型的采矿设备，已广泛应用于黏土、石膏矿、铝土矿、石灰石矿、白云石矿、油页岩矿以及煤炭的开采[3]。经露天采矿机破碎的矿石通过尾部的胶带直接装载到卡车上或经自移式转载机转载到胶带机上运往储煤场或洗煤厂。由于集“穿、爆、采”于一体且物料流在整个过程中都是连续的，这就极大地降低了开采成本。因此，露天采矿机的安全生产对整个矿山的经济效益以及矿山的生产稳定性有着巨大的影响。本研究对露天采矿机受损的若干因素进行分析，建立分析模型，针对分析结果建立相应的安全机制。

1 露天采矿机受损因素分析

对现场收集资料分析可知，露天采矿机的受损因素主要包含3个方面：①人员因素。②设备因素。③环境因素。就这3个要素进行详细分析。

1.1 人员因素的影响

在生产实践中，人员因素往往是造成设备损坏最重要的因素之一。由于露天采矿机在我国引入的时间较短(神华胜利一号露天煤矿2009年2月引进的2200SM露天采矿机是该种机型，在我国露天煤矿中首次应用)，员工操作熟练程度较低、违背作业规程驾驶、对突发情况的应变能力较差，这对煤矿安全生产产生极大的消极影响。根据现场统计，人员因素对煤矿安全生产的具体表现主要有：

(1)设备进行冷启动时，没有遵循“先预热，再启动”的原则。

(2)卡车司机在工作时由于操作不当，在接受经露天采矿机破碎的原煤时与露天采矿机机体发生碰撞，造成机体损坏。

(3)点检时不认真，检查防冻液时未进行降温泄压；检查油位、防冻液、电解液液位时使用明火等等，可能造成设备出现故障。出现漏检现象，导致设备带病作业。

(4)操作司机存在侥幸心理，明知作业条件比较困难可能存在违章的条件下，为图省事，简化作业规程，造成设备出现事故。

以上几点可归纳为作业人员马虎作业、违背操作规程、业务素质低3方面。

1.2 环境因素的影响

由于露天矿用机械工作环境的特点，使得露天采矿机受环境因素的影响较大，当矿区所处地区的雨雪天气较多时，设备部件易出现老化等故障。环境因素对设备的影响具体表现有：

(1)当出现雨雪天气时，驾驶员的视线受到影响，易出现操作失误，造成设备损伤。

(2)我国露天矿山大多分布在高纬度地区，尤其以内蒙地区居多，这些地区冬季温度常达到-40 ℃以下，在低温环境中，设备中的机油以及润滑油会出现流通不畅的情况，造成制动系统以及传动系统失灵。

1.3 设备因素的影响

设备作为整个露天矿山生产的主要承担者，露天采矿机的好坏直接影响着整个矿山生产的稳定性。设备因素影响的具体表现为：

(1)由于露天矿的剥离物在进行采掘之前需要进行穿孔爆破作业，而目前我国露天矿山基本采用深孔爆破，当需要对薄煤层进行选采时，往往炮孔要打入煤层当中，由于煤层埋藏的不均匀性，以及爆破技术的限制，往往会产生根底现象，对露天采矿机滚筒上的切削钻头造成一定程度上的损坏。

(2)露天采矿机在进行采掘作业时因为要分条幅开采，故在条幅端头需要经常性转向作业，使得转向机构与制动机构出现疲劳破损。

(3)露天采矿机在超过服务年限的情况下仍然继续服役。

以上几点可以归纳为爆破质量不佳、疲劳破损、超期服役。

2 层次分析模型建立

由于评价指标为模糊指标，但各指标下的具体参数是确定的，为降低人为因素影响，将复杂的决策系统指标化，通过逐层比较各因素之间的相对重要性，组建层次模型进行分析。在分析了露天采矿机故障因素的基础上，将露天采矿机故障模型分为3个层次：第1层次为满足矿山企业的总体经济效益；第2层次为露天采矿机作业效率，故障维修周期，露天采矿机维修成本；第3层次为造成露天采矿机故障的具体因素，包括人员马虎作业、违背操作规程、业务素质低、自然环境差、爆破质量不佳、疲劳破损、超期服役。即露天采矿机的故障层次分析模型为目标层Ai，指标层Bi，影响因素层Ci，如图1所示。

图1 影响露天采矿机的安全因素层次模型Fig.1 Level model for safety factors of surface miner

笔者邀请6位专家对各因素指标之间的重要度进行打分(引用数字1～9及其倒数作为2因素间的相对重要度)，通过加权计算得出以下判断矩阵。

建立A层与Bi层的判断矩阵。如表1所示。

表1 A层与Bi层判断矩阵Table 1 Judgement matrix for layer A and criterion layer Bi

建立B1层与Ci层的判断矩阵。如表2所示。

B2、B3与Ci层的判断矩阵建立方法与上述矩阵一致，此处不再赘述。

3 层次分析模型的计算

3.1 MATLAB计算原则

针对露天采矿机的故障模型，MATLAB程序通过三层循环结构对判断矩阵进行计算并将结果输出。

表2 B1层与Ci层判断矩阵Table 2 Judgement matrix for layer B1 and criterion layer Ci

首先计算各要素的特征根，在此基础上进行归一化处理得出各层相应的权重值，并对其进行一致性检验，当一致性指标CR<0.1时，认为此判断矩阵具有一致性，否则调整判断矩阵使其满足一致性指标要求。程序从下到上依次对判断矩阵进行计算，最终得出因素指标对于目标层的权重系数。程序流程如图2。

图2 MATLAB程序运行流程Fig.2 Operation flowchart for MATLAB program

3.2 MATLAB计算[4-5]

运行MATLAB，输入各构造矩阵参数，输出计算结果，见表3～表4。

表3 目标层A与准则层Bi之间MATLAB程序运行结果Table 3 Operating results of MATLAB program between target layer A and criterion layer Bi

表4 准则层B1与因素层Cj之间的MATLAB程序运行结果Table 4 Operating results of MATLAB program between criterion layer B1 and factor layer Ci

按照上述方法对B2、B3与Ci层的判断矩阵进行计算并检验其一致性。通过上述方法得到了各层之间的层次单排序，接下来进行层次总排序计算。总体优先级排序如表5所示。

从表5可以看出，影响露天采矿机受损关键点的因素中，人员马虎作业、违背操作规程和业务素质低分别占有的权重位列前三，且三者相加的权重超出整体权重的一半。由此可见，为减少露天采矿机的故障率，企业应重点从以上3方面因素入手。

表5 总体优先级排序Table 5 The overall prioritization sequence

4 结 语

露天采矿机在我国大型露天煤矿煤层选采方面应用广泛，其故障率的高低直接影响着整个矿山的原煤质量以及矿山的推进度。本研究在分析露天采矿机故障的若干因素基础上，通过Matlab编程得出各个因素的权重值，有针对性地提出解决方案，以达到提高矿山经济效益的目的。提出如下建议：

(1)加强技术培训，提高员工总体综合素质。向国外引进专业的技术人才，对露天采矿机的操作人员进行技术培训。定期开展总结大会，总结在作业过程当中所遇到的问题，并提出解决方案。

(2)建立完善的奖惩机制，明确责任到人。树立正面典型，激励员工。

(3)规范和完善作业规程，将操作步骤细致化，严格监督规程的实施。

(4)定期巡检和点检，及时更坏疲劳破碎的零部件，提高设备的检修质量。及时淘汰超期工作的设备，选择设备时应严格进行做技术经济比选。

(5)合理设计爆破参数，提高爆破质量，避免根底的出现。

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(责任编辑 徐志宏)

Analysis on Damage Factors for Surface Miner

Chang Jun1,2Shang Tao1,2Fang Jian1,2Sun Yuting1,2

(1.SchoolofMines，ChinaUniversityofMining&Technology，Xuzhou221116，China；2.StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMining，Xuzhou221116，China)

As a continuous machine，surface miner integrates the technology of perforation，blasting and mining，which is widely used in separating coal from gangues.Three damage factors for surface miner play an important role in the safe production of surface miner，affecting stability of total mine，as well as guaranteeing the face advance.According to the on-site investigation，three damage factors for surface miner include human factors，equipment factors and environmental factors，and then are analyzed specifically.Based on this，the AHP model was established.Through MATLAB programming to deal with the results，the overall prioritization of damage factors is concluded after consistency test.The results show that sloppy staff work，contrary to the rules and low service quality are the top three factors，and the sum of the three factors' weight value accounted for more than half of the whole.The corresponding 5 improvement advices are given.The conclusion has reference value to the surface mines under similar conditions.

Surface mine，Surface miner，AHP，Damage factor

2013-11-05

国家高技术研究发展计划(863计划)项目(编号：2012AA062004)，国家自然科学基金重点项目(编号：51034005)。

昌 珺(1990—)，男，硕士研究生。

TD407

A

1001-1250(2014)-01-112-04