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薄煤层综采装备可靠性建模与分析
薄煤层综采装备可靠性建模与分析
摘要：
随着社会经济的快速发展，能源问题日益成为全球关注的热点话题。煤炭作为我国主要的能源来源，其开采成为重要的经济支柱。而薄煤层的综合采掘技术开发成为煤炭采掘领域的关键技术之一。本文主要针对薄煤层综采装备的可靠性问题进行研究，通过建立可靠性模型，分析装备在使用过程中可能出现的失效原因与机理，为薄煤层综采装备的设计与维护提供理论依据。
关键词：薄煤层；综采装备；可靠性；建模；分析
一、引言
近年来，随着能源需求的增加和煤炭资源的逐渐减少，煤炭开采逐渐向深部和薄煤层方向发展。其中，薄煤层矿床因为其煤层厚度较薄、地质构造复杂、采场条件困难等因素，开采难度较大。而综合采掘技术的应用可以有效地提高采掘率和经济效益，降低对环境的污染，因此成为提高薄煤层开发效率的关键技术之一。
然而，薄煤层综采装备在使用过程中容易面临的问题包括：磨损、断裂、损坏等，这些问题会导致装备失效，增加生产成本和维修时间，影响正常开采。因此，研究薄煤层综采装备的可靠性问题，对于提高装备的使用寿命、降低生产成本具有重要意义。
二、薄煤层综采装备的可靠性建模
2.1可靠性概念与指标
可靠性是指系统在既定的时间和操作要求下，在特定环境条件下完成指定任务的能力。为了衡量系统的可靠程度，常用的可靠性指标包括：平均无故障时间(MTBF)、平均修复时间(MTTR)、故障率(RTF)和可靠度(R(t))等。
2.2薄煤层综采装备可靠性模型
薄煤层综采装备可靠性模型主要包括故障模型和失效模型。其中，故障模型描述装备故障的发生规律和影响因素，失效模型描述装备失效的因素和机理。
2.2.1故障模型
故障模型可以分为两种类型：时序故障模型和状态故障模型。
时序故障模型描述的是装备的故障时间分布规律，常见的时序故障模型包括指数分布模型、韦伯分布模型等。
状态故障模型基于装备的状态来描述故障的发生规律。状态故障模型可以分为两类：正常状态失效(可靠)模型和逆向状态失效(危险)模型。其中，正常状态失效模型是指系统在正常条件下失效的情况，常见的正常状态失效模型包括可靠性负指数分布模型和可靠性指数分布模型。逆向状态失效模型是指系统在异常条件下失效，常见的逆向状态失效模型包括威布尔分布模型和对数正态分布模型等。
2.2.2失效模型
失效模型可分为两种类型：可靠性模型和损坏模型。
可靠性模型是指系统在一定时期内不失效的概率，可靠性模型一般用戴维斯-巴丁法(Davies-Barlow)、韦布分布和指数分布等进行描述。
损坏模型是指失效后的损坏程度与时间的关系。通常采用的损坏模型有指数型、幂函数型和对数正态分布型三种。
三、薄煤层综采装备可靠性分析
3.1失效分析
薄煤层综采装备失效的主要原因包括：机械磨损、腐蚀、高温、疲劳、裂纹等。
机械磨损是指固体粒子摩擦机械件表面导致表面质量和几何形状的变化，可以采用Archard制定的磨损公式进行描述。腐蚀是指金属表面受到化学、电学或生物作用而产生的质量损失。腐蚀的机理比较复杂，常用的腐蚀速率公式有Bertolini与Deloge等人所提出的通用腐蚀速率公式、Blackmon-Blight-Yates(BBY)公式等。高温是指装备在运行过程中受到热量的影响，造成热膨胀和变形等问题。疲劳是指金属在受到应力变化时的疲劳损伤问题，失效机理复杂，一般通过疲劳破碎断口形态分析进行研究。裂纹是装备在运行过程中受到局部应力位移的影响，造成的表面裂纹和裂纹扩展问题，裂纹通常采用应力强度因子K和比例系数a来进行描述。
3.2可靠性评估
薄煤层综采装备可靠性评估主要包括装备可靠性指标的计算和可靠性的分级。装备可靠性指标主要包括MTBF、MTTR、故障率和可靠度等。其中，MTBF是装备在不同时间段内发生故障的平均时间间隔，MTTR是装备平均修复时间，故障率是单位时间内发生故障的频率，可靠度是某个时间段内装备正常运行的概率。
可靠性的分级一般通过可靠性块图和故障树等方法进行。可靠性块图是通过将装备分解成多个组件或子系统，分析各个组件之间的可靠性关系，得出整个系统的可靠性分布图。故障树是一种图形化的可靠性分析方法，通过将故障及其影响因素表示为逻辑门的形式，来分析装备故障的发生原因和机理。
四、结论
随着我国薄煤层矿床采掘的加速，薄煤层综采技术得到了广泛的应用，但是在实践中，薄煤层综采装备面临着很多复杂的可靠性问题。本文介绍了薄煤层综采装备可靠性建模和分析的相关内容，包括可靠性概念和指标、可靠性模型、失效分析和可靠性评估等。通过对薄煤层综采装备的可靠性问题进行深入研究，可以为其设计和维护提供理论支持，提高装备的可靠性和使用寿命，减少生产成本和资源浪费。