露天开采生产系统综合评价的研究与应用.pdf

★科技创新 ★ 露天开采生产系统综合评价的研究与应用 张小兵1 高永胜2 1 1 中国矿业大学北京校区 , 北京市海淀区, 100083 ; 21 中国重型机械总公司,北京市, 100036 摘 要 在收集和整理霍林河南露天矿近年来生产技术资料的基础上,根据生产系统评 价的要求,建立了生产系统动态数据库,针对露天矿各个生产环节的设备序列作业互相牵制 的特点,应用概率统计和回归预测等方法对霍林河南露天矿主要生产设备运转状况和作业效 率进行了定量评价与预测,并对整个矿山的生产系统能力进行了动态综合评价。 关键词 露天开采 评价 概率统计 霍林河矿区主要生产系统由南露天矿的采、 运、排生产环节和地面的加工及储运系统组成。对 生产矿山来说,生产系统的能力是由各个生产环节 设备能力决定的,现场记录了各个作业设备不同时 期的动态作业指标,如生产、运转时间、故障时间 等。但是这些原始的历史记录很难从总体上反映设 备的实际运转状况和各生产环节的实际生产能力, 需要对这些原始作业记录指标进行转化,变为能够 直观反映设备运行状况的实动率、内障率、外障率 等,因此,首先需要对现场记录的设备动态运行历 史数据进行整理加工。 1 现场资料收集整理 表1为霍林河南露天矿使用的HD680自卸汽 车某年运行状况综合技术指标统计结果,表中各项 指标反映了设备的综合运行状况及能力。 表1 HD680自卸汽车运行状况综合技术指标统计 月份 出动率 / 实动率 / 内障率 / 外障率 / 产量/ m3 设备能力/ m3台年 - 1 使用能力出动能力实动能力 17519401224113517241200204412710151319 27510401825103412255160209152835151032 37111561728191414432743437116182077276 4711559142815121160613980819114366134698 57711651722191114660193523967176079541 68612681313181719543972442255281364759 78315601016152312500312397075003165831 88213551117172712427919326663999259433 98615721013151415604306450975395662299 108218641717121811539602428265506166618 11661959193311710492502367545726861563 126617441633132211321160250913823356344 合计77145715221619195625208468767611436815248 2 生产设备评价 影响设备生产效率的因素主要包括设备本身的 故障和由于外部影响造成的设备停止作业。外部影 响一般包括前后环节接续不上,还有由于气候等因 素造成的设备停止作业,这些因素可分别用内障率 和外障率两个指标衡量,设备运行好坏可通过实动 率指标来衡量,实动率、内障率、外障率三者关系 24 中国煤炭第33卷第3期2007年3月 为实动率 100 -内障率外障率。评价设备 的实际运转状况,需要对实动率、内障率、外障率 3个主要作业指标进行统计分析。采用时间序列一 次指数平滑预测法,预测模型为 Ft1 1 N xt1- 1 N Ft 式中xt 最新观察值; Ft 本期预测值; Ft 1 下一期预测值; N 历史样本数。 统计得出的实动率与设备生产能力之间服从线 性关系,其理论模型为 y a bx 参数估计 b ∑ x i-x yi- y ∑ x i- x 2 a y - bx 式中y 设备的采剥能力期望值,万m3/ a ; x 设备实动率期望值; xi 实动率样本第i个观察值; yi 设备能力样本第i个观察值; x 实动率样本平均值; y 实动率样本平均值。 根据以上统计和预测方法得出的霍林河南露天 矿主要生产设备运行状况和生产能力见表2。 表2 不同型号设备作业指标特征对比 设备类型 出动率 / 实动率/ 内障率/ 外障率/ 生产能力/ m3台年 - 1 统计值预测值统计值预测值统计值预测值统计值预测值 WK- 10B77177411644918721187191223615030191227181277198 YK- 874127381374712426116221583514630118190176204131 WD120045152251992315653176601282011516116147144135167 108T561634015738142421904715616153141025216247197 HD68067108461524919532187241320161251754118744137 75B621754316145165371252813719114251983416036104 备注设备类型中,前3种设备为挖掘机,后3种设备为自卸卡车。 对表2的结果分析可知,采装设备中, WK - 10B的作业效率最高,但其外障率较高,表明影响 其能力的主要因素是外部环节。YK - 8的总体状 况与WK - 10B相比略差一点, WD1200与前两者 相比,作业效率最低,内障率高达50 以上。运 输设备中, HD680的作业效率最高,主要原因是 设备本身故障少, 75B的总体状况与HD680相比 略差一点, 108T与前两者相比,效率最低,内障 率高达43 ,说明108T设备的技术性能不如另外 两种进口设备。 另外,受气候的影响,不同季节设备的作业状 况不尽相同,通过统计不同季节设备运行状况分析 得出,采装设备受冬季寒冷气候的影响小,运输设 备受气候影响比较大,冬季实动率平均比夏季低 10 左右,而且主要是由于内部故障造成的。 3 生产能力评价 在生产作业的整个系统中,各个环节的设备序 列作业,互相牵制,特别是电铲与卡车之间配置合 理才能保证系统能力的发挥。下面从系统的角度出 发,应用概率分析的方法对南露天矿的生产能力进 行评价。 根据概率统计原理,设某生产环节上有N台 可用设备,其平均出动率为P,则实际出动的设备 台数是随机波动值,服从于一定的概率分布规律。 根据概率统计原理和统计检验,设备出动台数服从 二项式分布 P x C x NP x 1- P N- x N x N -x P x 1- P N - x 式中P x 有x台设备同时作业的概率; N 在册设备总数; x 同时作业的设备数; P 该设备出动率平均值。 电铲 卡车综合作业概率分布为 Pi , j PsiPi j 式中P i , j i台电铲j台车同时作业的概 率; Psi i台电铲同时作业的概率; Pi j j台卡车同时作业的概率。 34 露天开采生产系统综合评价的研究与应用 ★科技创新 ★ 煤矿立井滚轮罐耳磨损寿命加速试验误差分析 马 丽 煤炭科学研究总院太原分院,山西省太原市, 030006 摘 要 模拟矿井提升机使用环境和工况条件,基于现代机械传动技术、变频调速技术 和测试技术,并通过理论分析和计算,自行研制了一套滚轮罐耳磨损寿命加速试验装置。介 绍了滚轮罐耳磨损试验台系统的工作原理,并对磨损寿命加速试验进行了误差分析。 关键词 滚轮罐耳 磨损 试验误差 1 工作原理 滚轮罐耳磨损试验台系统的工作原理主要是用 大圆盘代替罐道,利用大圆盘与滚轮之间的摩擦力 带动滚轮旋转。其功能主要是通过调速、加载和传 动3个方面实现的。采用变频器调节转速,克服了 用工频电源直接启动时,启动电流产生的机械电气 冲击,可以实现平滑地启动启动时间变长 , 并 可以根据试验要求连续地改变电机的转速,能最大 程度地节约能量消耗,符合摩擦学测试需要的电机 控制方案,进而为实现摩擦学测试速度的动态、连 续可调提供了可能。对于加载系统,主要是采用1 套弹簧加载装置,并在弹簧加载装置中安装测力传 感器保证试验中各指标的准确性,这样可以提高试 验台系统的可靠性。在驱动部分,经过多种方案的 比较,最终选择了用1个大圆盘来带动滚轮的方 法。驱动滚轮的路径是电动机 → 大圆盘 → 滚轮。 电动机的输出轴通过联结装置带动大圆盘以一定的 转速转动,大圆盘再驱使滚轮转动滚轮转动的原 动力就是滚轮和大圆盘之间产生的摩擦力 , 滚轮在 转动的同时承受由弹簧加载机构产生的压力,从而 达到设计与试验的要求。试验台原理简图如图1。 系统产量可由下式求出 Qc ∑ Ns i 1 ∑ Nt j 1 Pi , jN′ tQ0t ∑ Ns i 1 ∑ ik0 j 1 Pi , jjQ0t ∑ Ns i 1 ∑ Nt j 1k01 Pi , jik0Q0t 式中Qc 系统总产量期望值; N′t 汽车计算台数; 当j≤ik0时,N′tj 当jk0时,N′tik0 Q0t 铲、 车皆正常作业时的每台汽车效率; P i , j 设备作业台数概率矩阵值; Nt 系统中实动汽车台数; Ns 系统中在册汽车台数; k0 实动车铲比临界饱和值,取整数。 通过以上原理,得出的霍林河南露天矿采装环 节的原煤生产总能力为631万t/ a ,运输环节的原 煤生产总能力为534万t/ a ,整个生产系统的能力 为522万t/ a ,可见,相对运输环节,采装环节具 有近100万t/ a的富余能力,影响系统能力的主要 制约因素是运输环节;采装环节的原煤生产能力预 计可达到700万t/ a以上,而运输环节由于设备本 身故障率高,受气候影响大,预测的能力比统计能 力还要低。因此,改善运输环节,提高运输设备生 产效率将会有效提高南露天矿的整体生产能力。 参考文献 [1] 徐国祥主编1 统计预测及决策1 上海上海财经大 学出版社, 1998 6 [2] 于汝绶主编1 露天矿设计理论分析1 徐州中国矿 业大学出版社, 1988 10 [3] 姬长生1 大型露天矿山若干决策要素研究1 博士学 位论文,中国矿业大学, 1998 1 责任编辑 康淑云 44 中国煤炭第33卷第3期2007年3月