半连续工艺运输系统可靠性的故障树分析.pdf

2 0 0 1年 5月 第 3 0卷第 3期 有色矿山 No nf o r r o us M i ne s M a v． 2 001 Vo 1 3 0 No． 3 半连续工艺运输系统可靠性 的故障树分析 王 树 勋 北京 有 色 冶金 设 计 研 究总 院 ． 北 京 1 O 0 0 3 8 [ 关 蕾 词 ]露 天矿 ；半连 续 工 艺 系统 ；可 靠性 ；故 障 树 [ 摘要 ]半连 续 工艺 运 输 系 统 怍为 一 种先 进 的 运输 方式 ． 其 可 靠 性 至 关重 要 ． 利 用 故 障 树法 对 系统 可 靠性 分 析 ， 可 以 查 明 系统 最 容 易 发 生 故 障 的环 节 ． 以 便 采取 措 施 ， 提 高 系 统 的 可靠 性 ． 使 得 运 行达 到 最 佳 状态 。 ． [ 中围 分 娄号 ]TP 2 0 2[ 文 献标 识码 ]A[ 文 章 编号 ]1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 1 0 3 0 0 0 5 - 0 4 Fa u l t t r e e a na l y s i s of t he r e l i a bi l i t y of s e m i - c o nt i nu ou s m i ni ng s y s t e m W ANG Sh u x u n B e i j i g C e n t r a l E n g i n e e r i n g ＆ R e s e a r c h I n s t i t u t e南r No n 一 r r o Me t a l l u r g i c a l I n d u s t r i e s ， Be i n g 1 0 0 0 3 8 ，C hi n a Ke y wo r d sop e n p i t；s e m i c ont i n o us m i n i n g s y s t e m ；r e l i a bi l i t y；f a uh t r e e Ab s t r a c t As a a d v a n c e d t r a n s p o r t wa y ， t h e r e l i a b i l i t y o f t h e s e mi c o n t i n u o u s mi n i n g s y s t e m i s v e r y i mp o r t a n t ．Us i n g f a u l t t r e e me t h o d t O a n a l y s e t h e r e l i a b i l i t y o f s y s t e m a nd i d e n t i f y t h e we a k l i n k s i n t h e s y s t e m ．5 0 t h a t s o me me a s u r e s a r e t a k e n t O i mp r o v e t he r e l i a b i l i t y a n d ma k i n g t he s y s t e m o p t i mi z e d． 1 前 言 露 天矿半连 续工 艺运 输 系统 具 有运输 能 力大， 爬坡能 力强， 成本 低 ， 效 率 高等优 点 ， 是 一 种先进的运输方式， 尤其适用于露天矿深 部开 采 ， 国内外多年 的研 究和实践证 明， 半 连 续工艺是 当今世 界强化深 凹露 天矿开 采的方 法 之 一 。 由于 该工 艺系 统 由 多 个环 节 组成 ， 除 破 碎设备 前 的环 节外 ， 又大都 实行 环节 串联 式 作业 ， 为保证 系统的整 体工效 达到最大 优 ， 这就 要求 系统有 高 的 可 靠性 ， 需 要对 系统 可 靠性进 行分析 。故 障树法 是一种 非常有效 的 [ 收 稿 日期 ]2 0 0 0 1 1 0 4 C 修 订 日期 】2 0 0 1 0 4 1 0 [ 作者 简 介 ]王 树 勋 1 9 6 4一 ， 男 市人． 高级工程师 从事矿山设计工作 系统 可靠 性分 析 法 ， 用 该 方 法可 以找 出 系统 的薄弱 环节， 有 助 于减 少 故 障次 数及 维 护 修 理 时间， 提 高系统 工作 的可靠性 ， 同时也可 以 进行 事故 预测， 增 加系统正常 运转 时间 ， 从而 提高 系统的生 产能力 。 2 半连续工艺运输系统的组成 半连 续开采 工 艺有 多种 类 型 ， 主要 是 按 采装 及运 输两个 环节所 采用的 不 同设备 而进 行分类 。本文 只以单 头挖 掘机 一 自卸 卡车一 破碎 机 固定 一胶 带运输 机这 种工 艺 系统 类 型进 行讨 论分析 ， 其典 型流程 模型 为 单 头挖 掘机装矿 岩 一 自卸卡车 运输 一 破碎机一 给 料机一胶 带运输机 一卸矿 站 排土场 。 ⋯．．． 3 故障树 的构 成 内蒙 古 乌 海 故障树分析 是 以系统 不希望 发生的事 件 维普资讯 6 有色矿山 2 0 0 1年 为 目标 称顶 端 事件 ， 按 逻 辑推 理 方 式 找 出 导致顶端 事 件发 生 的 所 有直接 原 因 称基 本 事件 。形 式以顶端 事件 为根， 各基本事 件 为 枝的树 。 以半 连续 开采工 艺系统作 业中断 为顶端 事件 构筑 故 障树 。 在建树过 程 中， 只考虑 系统 本 身工作 的可 靠性 ， 对 停 电 、 断 电 、 气候 等 外 部工作条 件 、 工作 环境 、 意 外事 故 不 预考 虑 结合所讨 论 的工 艺 系 统的 典型 流 程模 型， 根 据对 系统的调 查 、 考 证 、 分析 、 了解 ， 构筑 的故 障树如 图 1所 示。 圉 l 故 障树 图形 4 故 障树 的分 析 研 究 故障树 分析包 括两 个方 面 一是 结 构分 析 ， 二是 数值 分 析。结 构分 析就 是 用 数 学方 法研 究构成 模型的基 本事件 与顶端事 件之 间 的结构 关系 ． 其 目的 在 于掌 握故 障发 生 的各 种可能， 了解系统危险性的大小， 发现系统中 的薄 弱 环 节 ， 为 故 障调 查 和 预 防 提 供 方 便 。 数值 分 析是在给 出各基 本事件发 生概率 的情 况下 ， 评价 顶端 事件发生概 率 ， 如 果超 出了 目 标值 ， 就应该 采取必要 的系统改进措 施 。 使 其 降至 目标值 以下 ， 若 故 障 的发 生 概 率及 造 成 的损 失为所认 可， 则不必进 一步 的治理。 4 ． 1 故障树 的结构 分析 在故障树 的结 构 分析 中， 主 要 是找 出故 障树 中的最 小割 集 ， 割 集 是导 致 顶 端事 件 发 生的基 本事 件 的 集合 ， 最 小割 集 就 是使 顶端 事件 发生的最低限 度 的割集 。 围 2 故 障树 示 意 图 f 围 中符 号 口 顶上 事件 或 中 间 事 件 ， 也 就 是 需要 往 下 分析的事件 1 0表示基本事件． 是最基本 的． 不能继续 再往下丹的事件． 而 不是 抽象 的事赦原 因； ◇表示 省 略 事件 ， 有二 层 古 义， ① 不 必进 一 步 分析 的 事 件 ， ② 由 于情 况 不足 ， 不能 进 一步 分析 的 事件 。 盎 或 门 ． △ 与 用布 尔代数 简 化 图 1故 障树 ， 示 意 图 见 图 2 ， 用福塞 尔法 ， 求最 小割集 T Al A2 B1 3 B2 B3 l 2 { 5 C1 C2 C3 l 2 3 4 z 5 6 -T7 8 9 ／ 1 0 1 1 l 2 ,7 - 1 3 1 4 X l 故导 致顶 端事 件发生 的最 小割 集有 维普资讯 第 3期 王树 勋 半连 续 工 艺运 输 系统 可 靠 性 的故 障 树丹 析 { 1 2f，1,Tf3 f ， 1,Tf4_l 1,T f5_’ 1 ,T f 6 _ l 1 0 7f 1 8 } ，l z9 l ，{ l 0 l ，l n{ ，{ 3 2 l 2 } ，j l ， } ， { 1 4 } ， } l 5 } 。 4． 2 故障树 的数值 分析 故障树的数值分析包 括 ①计算顶端事 件的发 生概 率 ； ③重 要度计 算 。 4． 2 ． 1 顶端事件 发生概率 的计 算 由于所建故障树的各基本事件是互相独 立的 ， 因此 可用下式 计算 g _ U I ． 一 式 中 卜一基本事 件的 序数 ； r 最小割集的 序数 ； 最小割 集的个数 ； ，∈ 第 i个 基 本 事件 属 于 第 r 个最 小割 集 ； Ⅱ 求 概率 积 ； U求 概率和 。 4 ． 2 ． 2重要度计 算 主要 计算三种重 要 度。 1 结 构重 要 度 。结 构重 要 度分 析是 从 故障树结构上分析各基本事件的重要程度， 即在 不考虑 各 基本 事件 的 发生 概率 ， 分 析 各 基本 事 件的发生对 顶端事 件发 生所产生 的影 响程 度 。可按 下式计 算 k i 1 式 中符号 同前。 2 概率 重 要 度 。概率 重 要 度 是 指基 本 事件发生 概率的单 位变 化量所 引起的 顶端 事 件发生 概率的变 化， 可用 下式计算 ， 一 q‘ 式 中符号 同前 。 3 危 险重要 度 。一般 情况 下 ． 减少概 率 大的 基本 事件 的 概 率 要 比减 少 概 率 小 的 容 易， 而 结构重 要 度并 未 反映 这 一事实 ． 而 引入 的危 险重要 度是 一 个变 化率 的 比， 是 基 本 事 件 丑 的发 生概 率 的变 化所 引起 的 顶端 事件 发 生概率 的变 化率 。可按 下式 计算 C l g g i 式 中符号 同前 。 三种 重要度 ， 一是 从 故 障树 的 结 构 上反 映基本 事件 的重 要 程 度 结 构 重 要度 ， 一是 反映基本 事件概率 的增减对顶 端 事件发生 概 率影 响的敏 感 度 概 率 重 要 度 ， 一是 从 敏感 度和 自身发生概率太小双重角度反映基本事 件 的重 要程度 。 4 ． 3 计算结 果 在本 例 中， 顶 端 事 件 发 生 概 率 ； g 0 2 8 3 ， 结构重 要度 3 ； 4 5 6 7 8 b 9 1 O 1 1 1 2 1 3 ； 1 4 1 5 I 2 概率 重要度 ‘ 1 3 ， 9 l g 7 l g 6 1 5 8 I g I I ‘ 1 0 I g 1 2 ‘ 4 1 4 ， 5 3 I 1 l g 2 即 胶带 损坏 ， 给 矿机 机 械 故 障， 破 碎 机 机械 故 障， 破 碎机 电气故 障 ， 胶带运输 机挡 矿 皮坏 ． 给 矿 机 电气 故 障， 胶 带 运 输 机 电气 故 障， 杂物 堵 给 矿 机 排 料 口， 胶 带 运 输 机 托 辊 坏 ， 大块 卡 口， 胶 带跑 偏 ， 杂物 卡 口， 开拓运输 系统 不畅 ， 挖 掘 机作业 不畅， 车队 作业 不畅 。 危 险重要 度 C l g 1 3 c ‘ 9 C l g 7 c ‘ 1 5 c 6 c 8 Cl g 1 1 C l g 1 0 C l g 1 2 c 4 c ‘ 1 4 C l g 5 C l g 3 a 1 C 』 2 即 瞳带损 坏 ． 给 矿机 机 械故 障 ． 破 碎 机 机 械故 障， 胶带运 输机挡 矿皮坏 ， 破碎 机 电气 故障 ． 给 矿 机 电气 故 障， 胶 带 运 输 机 电 气 故 维普资讯 8 有色矿山 2 0 0 1拄 障， 杂物 堵 给 矿 机 排 料 口， 胶 带运 输 机 托 辊 坏 ， 大 块卡 口， 胶带 跑偏 ， 杂 物卡 口， 开拓 运输 系统不 畅， 挖 掘机作业 不畅 ， 车 队作业不 畅 。 5结 论 故障树 分析法 可 以用来对 采矿工 艺运输 系统 进行 可靠性分 析 ， 能为 系统 的改进 ． 提供 重要 的信 息。 虽然 可 以通过对 系统各 环节进 行分析 ， 统 计 出各 种 原 因 引起 故 障 的 比例 及 所 占时 间 的长 短 但 很 难 指 出各 种 原 因的 变 化对整 个工 艺 系统故 障 的 影响 程 度， 而 影 响 因素所 占 的 比例 及影 响 时 间的 长 短， 又 不能 说明该 因素 的 影响 程度 ， 用 故障 树 法 可 以 扶 系统 整体结构 上进行分 析 ， 说 明这些 同题 ， 就 本文 中的例子 而言， 为提 高系统 的可靠性 ， 可 从 以下 几个方面 进行改 进和 提高 。 1 对胶带 运输 机 的胶 带 部分 重 点进 行 上 接 第 4万 2 “ 数学 模 型 能包 含实验 公 式的各 个 方面 ， 而后者 则 由于其 局 限性 而 无 法包 含前 者， 说 明“ 数学模型 ” 优 于实验 公式 。 3 由“ 数学 模型” 的 建立和 论 证可 看 出， 无论是 独 头 巷道 ， 还 是 贯 通 巷道 ， 也 不 管 是哪 种通风 方式 ， 巷 道 的通 风 排 污机 理 都 是 相 同 的 4 在 建立 “ 数学 模 型” 的过 程 中 ． 出 现 了巷道 炮烟 污染 长度 此 的新 概 念 ， 它 反 映 了 通风前 的巷道 污 染 状 况， 是 区分 不 同通 风过 程 的 一 个 准 则 。 5 贯 通 巷道 中 炮 烟 污 染 的 长 度 可 小 于 、 等 于或大 于巷道 的通 风长度 ， 巷 道通 风长 度也 可大 于 采场 长度 ， 只有 考 虑 这些 实际 情 况后 ， 才能 在风 量计 算 中 既 可扣 除 已排 入 回 维护 或进行 更换 ， 从 故障 树 的 数值 分 析 中可 以看 出， 这 是 影响 半连 续 工艺 正 常 工 作 的第 一 位 原 因 。 2 加强 设 备 的 维修 和检 测 ， 及 时 发 现 问题 ， 保证 设备 的 正常运转 。 3 防止大块及杂物进入料仓． 加强采 场块 度管理 ， 并及 时清除 杂物。 [ 参 考文献 】 [ 1 ] 彭世 济 ， 张 达 贤 ． 习永 峰 ． 露 天 矿 连续 和 半 连续 开采 工 艺 [ M ]北 京 煤 炭 工 业 出 版社 ． 1 9 9 1 2 ] 张达 贤 ． 张 幼 蒂露 天 采 矿 新 工 艺 [ M 镣 l州 中国矿 业 大学 出版社 ， 1 9 9 2 ．3 ] B B 赫 罗宁， 彭 世济 露天 矿设计理论 与优化 方 法 [ M ]徐 l州 中 国矿 业 大 学 出 版社 1 9 9 6 4 ] 机 械 工 业 部 生 产 管 理 局事 故 树 分 析 与 应 用 [ M]北 京 机 械 工业 出版社 ． 1 9 8 6 ． [ 5 ] 邹 捷事故 树 分 析 与 预 测 方 法 [ M] 辽 宁 航 空 工业 劳 动保 护 宣 传教 育 中心 ． 1 9 8 3 风道 的炮 烟 ，叉不 忽 略 涌 A 进 风道 的 炮 烟 。 阿列科 夫的 实验 公式 未 全面考 虑 这 些 因 素 ， 所 以它有局 限性 ， 沃洛 宁 的理 论 公 式 则根 本 不考虑 这些 因素， 所 以它是 错误 的公式 。 [ 参考 文献 】 [ 1 A r A e K e e B n唧T 口 肿a H H e r o p H r o B cKp e ne p o B a e r l p Ⅱ HC T e Me 3 KHO T O 0 6 p y 1 1 H H p y Fo p e y p H a H 1 9 6 2 ． 3 [ 2 C中 I l e r t e ．i e a ． r A Pa A q e K 。 yc T a H【 ] B HH e Ho pM I m c xo ,,a e o3 yxa 胂 r t p oB e r p r maan e B p 臼 6 0T 0 K H a p y , H I 4 K aX AJI M A ATA 、 195 7 [ 3 暨 朝 颂采 掘 作业 面 通 风 过 程 的 研 究 [ J ] 有 色金 属 季 刊 ， 1 9 9 6 ， 3 1 7 ； 4 1 9． 【 4 J A E Kc e ml o ti 0 o w r o a a ．A m．B o p o n a e Ⅱ p 0 B 町 H船 H He r ny xx B b I p a O c r o n yT Ⅱe T e xH3 ⅡaT ．1 947 维普资讯