Анализ надежности системы подачи сжатого воздуха в подземных шахтах

Jun 04, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6836 (2023) Цитировать эту статью

342 доступа

Подробности о метриках

Несмотря на высокую стоимость и низкую эффективность, сжатый воздух в основном используется в подземных горных работах для добычи руды, подъема и переработки полезных ископаемых. Отказы систем сжатого воздуха не только угрожают здоровью и безопасности работников, но также способствуют неэффективному управлению потоками воздуха и остановке всего оборудования, работающего на сжатом воздухе. В таких неопределенных условиях руководители шахт сталкиваются с серьезной проблемой обеспечения достаточным количеством сжатого воздуха, поэтому оценка надежности этих систем имеет важное значение. Целью данной статьи является анализ надежности системы сжатого воздуха с использованием подхода марковского моделирования на примере медного рудника Калех-Зари, Иран. Для этого была построена диаграмма пространства состояний с учетом всех соответствующих состояний всех компрессоров в главной компрессорной камере шахты. Интенсивность отказов и ремонтов всех основных и резервных компрессоров рассчитывалась для всех возможных переходов между состояниями, чтобы получить вероятность нахождения системы в каждом из состояний. Более того, для изучения поведения надежности учитывалась вероятность отказа в любой период времени. Результаты данного исследования показывают, что существует 31,5% вероятность того, что система подачи сжатого воздуха с двумя основными и одним резервным компрессорами находится в рабочем состоянии. Вероятность того, что два главных компрессора будут работать без сбоев в течение одного месяца, составляет 92,32%. Кроме того, срок службы системы оценивается в 33 месяца при активном хотя бы одном главном компрессоре.

Как гидравлические, так и пневматические мощности широко используются для энергоснабжения горнодобывающего оборудования. Несмотря на высокую стоимость и низкую эффективность, сжатый воздух по-прежнему в основном используется в различном оборудовании, таком как буровые подборщики, насосы, вентиляторы, турбинные фонари, краны, конвейеры, погрузчики и экскаваторы. Кроме того, его обычно используют для работы вентиляционных дверей и распыления воды для уменьшения пыли. Компрессоры должны работать постоянно, чтобы поддерживать адекватное давление в системе. Система подачи сжатого воздуха является одной из самых энергоемких систем в шахте, на ее долю приходится около 20–40% общего энергопотребления шахты1. Как и любая другая система, воздушные компрессорные агрегаты состоят из различных частей, включая резервуары (воздушные резервуары), шланги, трубы, кабели и т. д. Эти части регулярно подвергаются разрушению и эрозии. Существует возможность выявления повреждений до возникновения любого вида эрозий. Однако любой отказ системы подачи сжатого воздуха подвергает операторов и оборудование высокому уровню риска для безопасности.

Использование компрессоров объемного действия (винтовых и поршневых), способных подавать сжатый воздух под высоким давлением, в основном является обычным явлением при подземных горных работах. Доверять только одному компрессору очень рискованно, поскольку, во-первых, зависимость только от одного компрессора может привести к возможности подачи необходимого потока сжатого воздуха, а, во-вторых, отказ устройства может привести к тому, что у нас не останется другой альтернативы. Поэтому рационально использовать параллельно еще несколько компрессоров. Количество этих компрессоров может быть определено в зависимости от необходимого воздушного потока, а также недостатка потерь воздуха. В случае выхода из строя одного основного компрессора один резервный компрессор будет немедленно заменен для подачи такого же количества сжатого воздуха, и он должен работать до тех пор, пока основной компрессор не будет отремонтирован, а затем возвращен в систему. Таким образом, определение надежности всей системы очень важно для безопасности продукции и экономики и во многом зависит от знания вероятности отказа компрессоров. Таким образом, наличие достаточного количества активных и резервных компрессоров повышает эффективность системы во всех вопросах оптимизации.