综采工作面配套设备的可靠性分析

2018-04-02张兴

机械管理开发 2018年3期

张　兴

（西山煤电东曲矿，山西　古交　030200）

引言

综采工作面配套设备的实际运行状态，不但会影响煤炭产量还会影响生产安全，所以，必须要准确判断设备故障发生原因，分析故障发生时间，通过数据统计分析来对其进行风险预判，做好预防措施和检修安排，从而增强对采煤工艺的支持，保证采煤机开机率有效运行。笔者在具体探究的过程中，以白山煤矿为研究对象，对综采工作面配套设备故障发生的原因和时间进行了统计学分析，注重分析的深度和广度，融合设备特点、工艺特点和地理环境特点，分析设备的适应性和配套合理性，为提升综采工作面配套设备可靠性提供支持。研究的主要方向包括工作面生产各环节运行可靠性、系统设备配置的可靠性与主运输系统的可靠性两个方面。

1　设备可靠性统计原理介绍

1.1　设备可靠性介绍

在进行具体研究之前，首先要理解设备可靠性的含义，经过相关人士的研究，一致认为，设备可靠性主要是指在有效的寿命范围之内，发挥其使用功能的可能性指标，简单地说，就是设备在其退役以前是否能够正常运转，相关功能是否可以有效发挥。另或是在规定时间和规定条件之下设备完成规定功能的能力。

通常情况下，设备可靠度（R）与设备成本费用和维修费用之间关联性较强。对于设备成本费用而言，设备可靠度越低，成本费用越低。对于维修费用而言，设备可靠度越高，维修费用就越低，属于反比例关系。对于工作面设备装配水平、开采煤层的实际情况、组织管理现状等都可以通过工作面设备和系统的可靠性来反映，这一系统具有可修复的特点，根据设备及系统处于正常状态的有效度（A）来分析和评价系统以及设备的可靠性[1]。

1.2　归集与工作面设备单元和生产系统相关的可靠性数据

1）要对设备单元和生产系统可靠性数据所包含的内容进行确定，避免遗漏，经过实践研究，主要包括单元无故障时间和单元故障时间。其中，单元无故障时间主要是指正常开机时间、无故障性停机时间以及停机原因，而对于单元故障时间是指，单元故障修复时间，故障发生的环节以及实际的修复情况。

2）对工作面生产系统的主要设备进行确定。主要包括采煤机、胶带输送机、液压支架、刮板运输机、供电、转载机、煤仓以及泵站共8个主要功能单元，经过实际的研究，这些单元的故障在分布方面都服从于负指数状态。有关于发生故障之后的修理时间、恢复时间也服从负指数分布规律[2]。

3）维修度的定义。通常情况下，在规定的条件和时间约束下，通过一定手段，使设备或系统保持或者恢复到要求的功能状态，这一过程发生的概率被称之为维修度，与之相关的分布函数相对较多，比如说故障密度函数、修复密度函数、可靠度函数、维修函数等，每个函数都具有各自的特点，这里不做赘述。对于K单元平均无故障间隔时间TMBF在计算时，具体公式如下：

式中：tfi代表的是单元第i次无故障时间情况，min；n代表的是单元无故障发生的次数统计值。利用这种模式对每个单元及主运输系统的可靠性进行分析，得出相关数据，然后据此评价设备配置可靠性程度，分析出系统当中的隐患所在以及需要加强的环节，从而为综采工作面配套方案的设置提供支持，保证其最优[3]。

2　对设备可靠性观测结果进行总结和分析

首先对工作面设备及生产系统的构成进行介绍，具体见图1。

图1　工作面设备及生产系统构成图

2.1　对工作面开机率进行统计学分析

笔者根据白山煤矿7月31日至8月31日之间，试验综采工作面相关数据的统计和分析，结果显示，观测期间工作面日开机率的分布情况如图2所示，对工作面日平均开机率进行计算，数值为70.4%，为了便于研究，可以将其分为两个阶段，第一阶段为工作面推进245.6 m，这一阶段的平均开机率通过计算为64.4%，将其定义为设备磨合阶段。第二阶段在划分时，工作面推进属于区间值，为245.6～398.5 m，通过计算得出该阶段的平均开机率为81.5%，这一阶段的工作面设备处于正常生产能力状态[4]。

图2　试验工作面日开机率分布图

2.2　工作面系统单元故障原因分析

在具体分析过程中，要根据系统可靠性理论来进行相关结论的支撑，首先要将试验工作面生产系统划分为7个基本单元，分别是外部运输系统单元、内部运输系统单元、液压支架单元、采煤机单元、供电系统单元、大块引起的运输故障单元。除此以外，还要根据具体情况，增设其他单元。

假设每天有三个班，每个班工作的时间为6 h，总计为1 080 min，这是其总生产时间，通过对52 d观测数据的整理和统计，得出系统各单元故障时间的比例，其中外运系统发生故障的时间相对较长，占比为34.1%，平均每班影响时间在32.07 min左右，内运系统故障时间占比为30.8%，平均每班影响时间为28.91 min。具体见表1。

表1　试验工作面各生产系统单元故障统计结果

进行总结性分析：其一，内运系统在初期采集阶段，主要的影响因素为顺槽坡度，当将顺槽皮带的托轮改为托板时，皮带摩擦力增加，故障时间缩短；其二，主要影响外运系统因素是占外运系统比例较大的东胶皮带，投入使用后，外运系统稳定性增强；其三，主要影响支架因素是平衡千斤顶漏液，当更换电液控制阀和截止阀之后，有所改变；其四，采煤机的使用效果与其性能和技术含量有关，高科技设备安全性更强；其五，供电系统的高开、变电所跳闸、工作面发生闭锁等会造成一定的影响，但影响较小；其六，影响大块煤因素是超前支撑压力上升，煤体受到压缩出现裂隙，在推进时，片帮增加，大块尺寸增加，导致故障时间增加；其七，瓦斯故障是由于探头浅脱和显示出现问题时引发故障时间增加[5]。