露天采礦機(jī)受損因素分析

昌 珺 尚 濤 房 健 孫宇霆

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.煤炭資源與安全開(kāi)采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221116)

露天采礦機(jī)受損因素分析

昌 珺1，2尚 濤1，2房 健1，2孫宇霆1，2

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.煤炭資源與安全開(kāi)采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221116)

露天采礦機(jī)作為一種連續(xù)采掘設(shè)備，集穿、爆、采于一體，在露天礦煤層選采以及煤層間夾矸處理方面得到廣泛應(yīng)用。分析露影響露天采礦機(jī)受損的3方面因素對(duì)于天采礦機(jī)的安全生產(chǎn)乃至對(duì)整個(gè)礦山穩(wěn)定性以及保證礦山推進(jìn)度有重要作用。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出發(fā)，總結(jié)影響露天采礦機(jī)受損的3方面因素，包括人員因素、設(shè)備因素、環(huán)境因素;進(jìn)而對(duì)3方面的因素進(jìn)行具體分析。在此基礎(chǔ)上，建立層次分析模型，通過(guò)MATLAB編程對(duì)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，最終得出各受損因素的總體優(yōu)先級(jí)排序。計(jì)算結(jié)果表明，人員馬虎作業(yè)、違背操作規(guī)程和業(yè)務(wù)素質(zhì)低為權(quán)重值前3位因素，且三者相加的權(quán)重超出整體權(quán)重的一半。針對(duì)受損原因提出5條整改意見(jiàn)。結(jié)論對(duì)相似礦山條件下露天采礦機(jī)的使用具有參考價(jià)值。

露天礦 露天采礦機(jī) 層次分析 受損因素

目前國(guó)內(nèi)露天礦山向大型化、集中化、連續(xù)化發(fā)展，精簡(jiǎn)工藝環(huán)節(jié)可以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，為礦山的生產(chǎn)穩(wěn)定性創(chuàng)造條件[1]。露天采礦機(jī)具有選采能力好、礦石貧化率低、作業(yè)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)能力大適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[2]。露天采礦機(jī)作為一種新型的采礦設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于黏土、石膏礦、鋁土礦、石灰石礦、白云石礦、油頁(yè)巖礦以及煤炭的開(kāi)采[3]。經(jīng)露天采礦機(jī)破碎的礦石通過(guò)尾部的膠帶直接裝載到卡車上或經(jīng)自移式轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)載到膠帶機(jī)上運(yùn)往儲(chǔ)煤場(chǎng)或洗煤廠。由于集“穿、爆、采”于一體且物料流在整個(gè)過(guò)程中都是連續(xù)的，這就極大地降低了開(kāi)采成本。因此，露天采礦機(jī)的安全生產(chǎn)對(duì)整個(gè)礦山的經(jīng)濟(jì)效益以及礦山的生產(chǎn)穩(wěn)定性有著巨大的影響。本研究對(duì)露天采礦機(jī)受損的若干因素進(jìn)行分析，建立分析模型，針對(duì)分析結(jié)果建立相應(yīng)的安全機(jī)制。

1 露天采礦機(jī)受損因素分析

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)收集資料分析可知，露天采礦機(jī)的受損因素主要包含3個(gè)方面：①人員因素。②設(shè)備因素。③環(huán)境因素。就這3個(gè)要素進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 人員因素的影響

在生產(chǎn)實(shí)踐中，人員因素往往是造成設(shè)備損壞最重要的因素之一。由于露天采礦機(jī)在我國(guó)引入的時(shí)間較短(神華勝利一號(hào)露天煤礦2009年2月引進(jìn)的2200SM露天采礦機(jī)是該種機(jī)型，在我國(guó)露天煤礦中首次應(yīng)用)，員工操作熟練程度較低、違背作業(yè)規(guī)程駕駛、對(duì)突發(fā)情況的應(yīng)變能力較差，這對(duì)煤礦安全生產(chǎn)產(chǎn)生極大的消極影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，人員因素對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的具體表現(xiàn)主要有：

(1)設(shè)備進(jìn)行冷啟動(dòng)時(shí)，沒(méi)有遵循“先預(yù)熱，再啟動(dòng)”的原則。

(2)卡車司機(jī)在工作時(shí)由于操作不當(dāng)，在接受經(jīng)露天采礦機(jī)破碎的原煤時(shí)與露天采礦機(jī)機(jī)體發(fā)生碰撞，造成機(jī)體損壞。

(3)點(diǎn)檢時(shí)不認(rèn)真，檢查防凍液時(shí)未進(jìn)行降溫泄壓；檢查油位、防凍液、電解液液位時(shí)使用明火等等，可能造成設(shè)備出現(xiàn)故障。出現(xiàn)漏檢現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備帶病作業(yè)。

(4)操作司機(jī)存在僥幸心理，明知作業(yè)條件比較困難可能存在違章的條件下，為圖省事，簡(jiǎn)化作業(yè)規(guī)程，造成設(shè)備出現(xiàn)事故。

以上幾點(diǎn)可歸納為作業(yè)人員馬虎作業(yè)、違背操作規(guī)程、業(yè)務(wù)素質(zhì)低3方面。

1.2 環(huán)境因素的影響

由于露天礦用機(jī)械工作環(huán)境的特點(diǎn)，使得露天采礦機(jī)受環(huán)境因素的影響較大，當(dāng)?shù)V區(qū)所處地區(qū)的雨雪天氣較多時(shí)，設(shè)備部件易出現(xiàn)老化等故障。環(huán)境因素對(duì)設(shè)備的影響具體表現(xiàn)有：

(1)當(dāng)出現(xiàn)雨雪天氣時(shí)，駕駛員的視線受到影響，易出現(xiàn)操作失誤，造成設(shè)備損傷。

(2)我國(guó)露天礦山大多分布在高緯度地區(qū)，尤其以內(nèi)蒙地區(qū)居多，這些地區(qū)冬季溫度常達(dá)到-40 ℃以下，在低溫環(huán)境中，設(shè)備中的機(jī)油以及潤(rùn)滑油會(huì)出現(xiàn)流通不暢的情況，造成制動(dòng)系統(tǒng)以及傳動(dòng)系統(tǒng)失靈。

1.3 設(shè)備因素的影響

設(shè)備作為整個(gè)露天礦山生產(chǎn)的主要承擔(dān)者，露天采礦機(jī)的好壞直接影響著整個(gè)礦山生產(chǎn)的穩(wěn)定性。設(shè)備因素影響的具體表現(xiàn)為：

(1)由于露天礦的剝離物在進(jìn)行采掘之前需要進(jìn)行穿孔爆破作業(yè)，而目前我國(guó)露天礦山基本采用深孔爆破，當(dāng)需要對(duì)薄煤層進(jìn)行選采時(shí)，往往炮孔要打入煤層當(dāng)中，由于煤層埋藏的不均勻性，以及爆破技術(shù)的限制，往往會(huì)產(chǎn)生根底現(xiàn)象，對(duì)露天采礦機(jī)滾筒上的切削鉆頭造成一定程度上的損壞。

(2)露天采礦機(jī)在進(jìn)行采掘作業(yè)時(shí)因?yàn)橐謼l幅開(kāi)采，故在條幅端頭需要經(jīng)常性轉(zhuǎn)向作業(yè)，使得轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與制動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破損。

(3)露天采礦機(jī)在超過(guò)服務(wù)年限的情況下仍然繼續(xù)服役。

以上幾點(diǎn)可以歸納為爆破質(zhì)量不佳、疲勞破損、超期服役。

2 層次分析模型建立

由于評(píng)價(jià)指標(biāo)為模糊指標(biāo)，但各指標(biāo)下的具體參數(shù)是確定的，為降低人為因素影響，將復(fù)雜的決策系統(tǒng)指標(biāo)化，通過(guò)逐層比較各因素之間的相對(duì)重要性，組建層次模型進(jìn)行分析。在分析了露天采礦機(jī)故障因素的基礎(chǔ)上，將露天采礦機(jī)故障模型分為3個(gè)層次：第1層次為滿足礦山企業(yè)的總體經(jīng)濟(jì)效益；第2層次為露天采礦機(jī)作業(yè)效率，故障維修周期，露天采礦機(jī)維修成本；第3層次為造成露天采礦機(jī)故障的具體因素，包括人員馬虎作業(yè)、違背操作規(guī)程、業(yè)務(wù)素質(zhì)低、自然環(huán)境差、爆破質(zhì)量不佳、疲勞破損、超期服役。即露天采礦機(jī)的故障層次分析模型為目標(biāo)層Ai，指標(biāo)層Bi，影響因素層Ci，如圖1所示。

圖1 影響露天采礦機(jī)的安全因素層次模型Fig.1 Level model for safety factors of surface miner

筆者邀請(qǐng)6位專家對(duì)各因素指標(biāo)之間的重要度進(jìn)行打分(引用數(shù)字1～9及其倒數(shù)作為2因素間的相對(duì)重要度)，通過(guò)加權(quán)計(jì)算得出以下判斷矩陣。

建立A層與Bi層的判斷矩陣。如表1所示。

表1 A層與Bi層判斷矩陣Table 1 Judgement matrix for layer A and criterion layer Bi

建立B1層與Ci層的判斷矩陣。如表2所示。

B2、B3與Ci層的判斷矩陣建立方法與上述矩陣一致，此處不再贅述。

3 層次分析模型的計(jì)算

3.1 MATLAB計(jì)算原則

針對(duì)露天采礦機(jī)的故障模型，MATLAB程序通過(guò)三層循環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)判斷矩陣進(jìn)行計(jì)算并將結(jié)果輸出。

表2 B1層與Ci層判斷矩陣Table 2 Judgement matrix for layer B1 and criterion layer Ci

首先計(jì)算各要素的特征根，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行歸一化處理得出各層相應(yīng)的權(quán)重值，并對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，當(dāng)一致性指標(biāo)CR<0.1時(shí)，認(rèn)為此判斷矩陣具有一致性，否則調(diào)整判斷矩陣使其滿足一致性指標(biāo)要求。程序從下到上依次對(duì)判斷矩陣進(jìn)行計(jì)算，最終得出因素指標(biāo)對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重系數(shù)。程序流程如圖2。

圖2 MATLAB程序運(yùn)行流程Fig.2 Operation flowchart for MATLAB program

3.2 MATLAB計(jì)算[4-5]

運(yùn)行MATLAB，輸入各構(gòu)造矩陣參數(shù)，輸出計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表3～表4。

表3 目標(biāo)層A與準(zhǔn)則層Bi之間MATLAB程序運(yùn)行結(jié)果Table 3 Operating results of MATLAB program between target layer A and criterion layer Bi

表4 準(zhǔn)則層B1與因素層Cj之間的MATLAB程序運(yùn)行結(jié)果Table 4 Operating results of MATLAB program between criterion layer B1 and factor layer Ci

按照上述方法對(duì)B2、B3與Ci層的判斷矩陣進(jìn)行計(jì)算并檢驗(yàn)其一致性。通過(guò)上述方法得到了各層之間的層次單排序，接下來(lái)進(jìn)行層次總排序計(jì)算?？傮w優(yōu)先級(jí)排序如表5所示。

從表5可以看出，影響露天采礦機(jī)受損關(guān)鍵點(diǎn)的因素中，人員馬虎作業(yè)、違背操作規(guī)程和業(yè)務(wù)素質(zhì)低分別占有的權(quán)重位列前三，且三者相加的權(quán)重超出整體權(quán)重的一半。由此可見(jiàn)，為減少露天采礦機(jī)的故障率，企業(yè)應(yīng)重點(diǎn)從以上3方面因素入手。

表5 總體優(yōu)先級(jí)排序Table 5 The overall prioritization sequence

4 結(jié) 語(yǔ)

露天采礦機(jī)在我國(guó)大型露天煤礦煤層選采方面應(yīng)用廣泛，其故障率的高低直接影響著整個(gè)礦山的原煤質(zhì)量以及礦山的推進(jìn)度。本研究在分析露天采礦機(jī)故障的若干因素基礎(chǔ)上，通過(guò)Matlab編程得出各個(gè)因素的權(quán)重值，有針對(duì)性地提出解決方案，以達(dá)到提高礦山經(jīng)濟(jì)效益的目的。提出如下建議：

(1)加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，提高員工總體綜合素質(zhì)。向國(guó)外引進(jìn)專業(yè)的技術(shù)人才，對(duì)露天采礦機(jī)的操作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。定期開(kāi)展總結(jié)大會(huì)，總結(jié)在作業(yè)過(guò)程當(dāng)中所遇到的問(wèn)題，并提出解決方案。

(2)建立完善的獎(jiǎng)懲機(jī)制，明確責(zé)任到人。樹(shù)立正面典型，激勵(lì)員工。

(3)規(guī)范和完善作業(yè)規(guī)程，將操作步驟細(xì)致化，嚴(yán)格監(jiān)督規(guī)程的實(shí)施。

(4)定期巡檢和點(diǎn)檢，及時(shí)更壞疲勞破碎的零部件，提高設(shè)備的檢修質(zhì)量。及時(shí)淘汰超期工作的設(shè)備，選擇設(shè)備時(shí)應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行做技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。

(5)合理設(shè)計(jì)爆破參數(shù)，提高爆破質(zhì)量，避免根底的出現(xiàn)。

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(責(zé)任編輯 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

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(編號(hào)：2012AA062004)，國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào)：51034005)。

昌 珺(1990—)，男，碩士研究生。

TD407

A

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