煤倉的功能及臨界有效度分析

煤倉的功能及臨界有效度分析

隨著煤礦生產(chǎn)的高度集中化，工作面的產(chǎn)量越來越高。一根井的產(chǎn)量主要集中在一個(gè)或兩個(gè)工作面上，這不僅要求工作面具有較高的可靠性，而且要求礦山運(yùn)輸系統(tǒng)具有與工作面相同的運(yùn)輸能力。礦井運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性是影響運(yùn)輸能力的最關(guān)鍵的因素。礦井主生產(chǎn)系統(tǒng)是指從工作面產(chǎn)出的煤流經(jīng)工作面輸送機(jī)、順槽運(yùn)輸機(jī)、上(下)山膠帶運(yùn)輸機(jī)、緩沖煤倉、大巷強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)運(yùn)至地面的受各種隨機(jī)因素影響的柔性連接系統(tǒng)。其中設(shè)置緩沖煤倉是提高礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)可靠性最直接、最有力的方法。1回采過程監(jiān)控隨著機(jī)械化與生產(chǎn)集中化水平不斷提高,在礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)中設(shè)置煤倉已成為必然。井下煤倉的主要有下列作用:(1)當(dāng)煤倉的后續(xù)環(huán)節(jié)發(fā)生故障,在一定的時(shí)間內(nèi)可使回采工作面繼續(xù)生產(chǎn),減少生產(chǎn)時(shí)間損失,從而提高產(chǎn)量。(2)削減高峰時(shí)期煤流,使煤能均勻的轉(zhuǎn)入下一個(gè)環(huán)節(jié),從而降低膠帶輸送機(jī)規(guī)格的要求,降低膠帶機(jī)成本。(3)當(dāng)煤倉前后運(yùn)輸環(huán)節(jié)的工藝方式不同時(shí),對煤流進(jìn)行貯存、排放與調(diào)節(jié)。下面就煤倉的可靠性進(jìn)行分析,從而建立整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性數(shù)學(xué)模型,對整個(gè)主運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行可靠性的分析。2煤倉系統(tǒng)有效度的提高過程圖1是礦井柔性連接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可知,煤倉與倉前運(yùn)輸環(huán)節(jié)和倉后運(yùn)輸環(huán)節(jié)在結(jié)構(gòu)上是串聯(lián)的。由于礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)是為回采工作面的采煤機(jī)服務(wù)的,其主要功能就是將采煤工作面采出的煤運(yùn)送出去。其失效將導(dǎo)致采煤機(jī)的停機(jī)。故我們定義礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)的故障狀態(tài)(失效狀態(tài))是引起采煤機(jī)停機(jī)的狀態(tài)。反之為正常狀態(tài)。此外,還定義系統(tǒng)各個(gè)部件的狀態(tài)如表1。采區(qū)煤倉是礦井柔性連接系統(tǒng)中較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié),在這里我們對它進(jìn)行單獨(dú)的分析。首先,引入煤倉對于提高主運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性有積極的作用,但也有其消極的一面。一方面由于它是一貯備設(shè)備,引入后會使整個(gè)主運(yùn)輸系統(tǒng)成為柔性連接系統(tǒng),從而顯著提高系統(tǒng)的可靠性。另一方面由于煤倉的堵倉、凍倉以及機(jī)電故障都將會引起整個(gè)主運(yùn)輸系統(tǒng)的崩潰,引入其相當(dāng)引入一串聯(lián)部件,故它會使整個(gè)主運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性降低。故我們可將煤倉從功能上分為兩個(gè)部件:一個(gè)為對系統(tǒng)可靠性起積極作用的部件BⅠ,引入它將增加系統(tǒng)的可靠性;另一個(gè)為對系統(tǒng)可靠性起消極作用的部件BⅡ,引入它將降低系統(tǒng)的可靠性。則煤倉狀態(tài)如下所示:經(jīng)上述分析,得出礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)可靠性框圖,如圖2。其中:1——倉前運(yùn)輸系統(tǒng);2——倉后運(yùn)輸系統(tǒng);BⅠ——煤倉部件Ⅰ;BⅡ——煤倉部件Ⅱ。已知有效度的計(jì)算公式(1)n個(gè)部件串聯(lián)的可修系統(tǒng)有效度當(dāng)為單一維修方式時(shí):A=[nΣi=11Ai-(n-1)]-1A=[Σi=1n1Ai?(n?1)]?1或A=[1+nΣi=1λiμi]-1(1)A=[1+Σi=1nλiμi]?1(1)當(dāng)為多重維修方式(每個(gè)環(huán)節(jié)都配備自己的維修隊(duì))時(shí):A=n∏i=1Ai(2)A=∏i=1nAi(2)(2)n個(gè)部件并聯(lián)并為多重維修方式時(shí)有效度A=1-n∏i=1(1-Ai)(3)A=1?∏i=1n(1?Ai)(3)其中Ai為第i個(gè)部件的有效度;λi為每個(gè)部件的失效率;μi為每個(gè)部件的維修率。假定系統(tǒng)為n重維修方式,依據(jù)可靠性框圖簡化法,可得出礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)有效度ASB為:ASB=A1(A2+ABⅠ-A2ABⅠ)ABⅡ(4)而設(shè)置煤倉之前的有效度AS為:AS=A1A2(5)則由于設(shè)置煤倉而使整個(gè)系統(tǒng)凈有效度的增量△AB為:AB=ASB-AS=AⅠ(A2+ABⅠ-A2ABⅠ)ABⅡ-A1A2=A1(1-A2)ABⅠABⅡ-A1A2(1-ABⅡ)(6)在這里定義由于增設(shè)煤倉而使系統(tǒng)有效度增加的正環(huán)節(jié)為煤倉的系統(tǒng)有效度增量環(huán)節(jié);定義由于增設(shè)煤倉而使系統(tǒng)有效度減少的負(fù)環(huán)節(jié)為煤倉的系統(tǒng)有效度減量環(huán)節(jié)。這兩個(gè)環(huán)節(jié)是煤倉在柔性連接系統(tǒng)中固有的屬性,它與煤倉的容量、結(jié)構(gòu)及倉前后環(huán)節(jié)有效度都有關(guān)系。從上式可看出A1(1-A2)ABⅠABⅡ即為煤倉的系統(tǒng)有效度增量環(huán)節(jié)(即積極作用),A1A2(1-ABⅡ)為煤倉的系統(tǒng)有效度減量環(huán)節(jié)(即消極作用)。我們研究它的目的就是能夠盡可能的增加煤倉的有效度增量環(huán)節(jié)以及降低煤倉的系統(tǒng)有效度減量環(huán)節(jié),從而能使整個(gè)主運(yùn)輸系統(tǒng)的有效度顯著提高。由上述分析可知,要想增設(shè)煤倉后系統(tǒng)的凈有效度增加。必須有AB≥0(7)即A1(1-A2)ABⅠABⅡ≥A1A2(1-ABⅡ)(8)從而有ABⅡ≥A2A2+ABⅠ(1-A2)(9)ABⅡ≥A2A2+ABⅠ(1?A2)(9)我們定義A0=A2A2+ABⅠ(1-A2)A0=A2A2+ABⅠ(1?A2)為煤倉部件Ⅱ的臨界有效度,當(dāng)A2、ABⅠ已確定時(shí),如果ABⅡ<A0時(shí),增設(shè)煤倉會使整個(gè)系統(tǒng)的有效度降低,起不到緩沖煤倉的作用,此時(shí)增設(shè)煤倉已失去任何意義。由此,由式(6)可知(1)系統(tǒng)有效度的增量是倉前環(huán)節(jié)有效度A1的線性函數(shù),隨A1的增加而線性增加,故應(yīng)盡可能提高倉前環(huán)節(jié)的有效度A1。(2)倉后環(huán)節(jié)有效度A2越小時(shí),煤倉的系統(tǒng)有效度增量環(huán)節(jié)A1(1-A2)ABⅠABⅡ越大,煤倉的系統(tǒng)有效度減量環(huán)節(jié)A1A2(1-ABⅡ)越小,整個(gè)系統(tǒng)的凈有效度增加越大。這也就說明了在倉后環(huán)節(jié)的有效度較低時(shí),增設(shè)煤倉能夠使系統(tǒng)有效度大幅度的增加。當(dāng)A2增大至ABⅠABⅡ1-ABⅡ+ABⅠABⅡABⅠABⅡ1?ABⅡ+ABⅠABⅡ時(shí),增設(shè)煤倉已無必要。由式(9)可得出μBⅡ≥λBⅡμ2(λBⅠ+μBⅠ)λ2μBⅠ(10)μBⅡ≥λBⅡμ2(λBⅠ+μBⅠ)λ2μBⅠ(10)故必須確保煤倉部件Ⅱ的維修率大于λBⅡμ2(λBⅠ+μBⅠ)λ2μBⅠλBⅡμ2(λBⅠ+μBⅠ)λ2μBⅠ時(shí)才能保證系統(tǒng)的凈有效度增加。同時(shí)由式(6)可知,要使△AB≥0應(yīng)滿足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)這里假定煤倉前后環(huán)節(jié)運(yùn)煤能力相同,均為ν,則在穩(wěn)態(tài)條件下:θ=V/2νδ=δ2-V2ν(13)由此可得:V≥2νλBⅡ)λ2μBⅡ(14)式中μ—維修率;λ—為故障率;θ—平均運(yùn)行時(shí)間;δ—平均維修時(shí)間;V—煤倉容量;ν—倉前后煤流平均速度。由上式可知,在煤倉部件Ⅱ失效率λBⅡ、μBⅡ及倉后環(huán)節(jié)的失效率λ2已確定的條件下,煤倉容量必須大于2νλBⅡλ2μBⅡ,才能保證系統(tǒng)的凈有效度增加。3機(jī)械串聯(lián)串聯(lián)成網(wǎng)技術(shù)根據(jù)上述的分析,很容易得到整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的有效度。倉前運(yùn)輸環(huán)節(jié)是由工作面運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、順槽運(yùn)輸機(jī)即上(下)山運(yùn)輸機(jī)串聯(lián)而成,它們在功能上也是串聯(lián)的。其有效度為A1=[4Σi=11Ai-3]-1(10)倉后環(huán)節(jié)直接由大巷強(qiáng)力膠帶機(jī)直接輸送到地面。有效度即為A2由式(4)可得到礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)的有效度為:ASB=[4Σi=11Ai-3]-1(A2+ABⅠ-A2ABⅠ)ABⅡ(11)4煤倉增長系