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选定采矿机械的可用性分析
煤矿井下开采的特点是采矿的高变异性和它所处的地质条件。尽管使用了越来越有效的方法和工具，但确定影响这一过程的因素，是采矿机械，它用于地下采矿，在困难和不总是可预见的条件下工作，这意味着这些机器应该非常普遍可靠。此外，煤炭市场上出现了一场大的竞争，导致必须采取行动以降低其生产成本，例如提高使用效率。为了达到这个目标，必须进行文中给出的分析结果。分析涉及利用选定的挖掘机械的可用性，利用OEE模型上进行的，这是一个定量的估计策略TPM工具。在这篇文章中，我们认为机器是机械化长壁复杂的一部分，分析的基础是工业自动化系统所记录的数据。使用这个数据集，我们评估了研究机器的可用性和工作中登记的中断的结构。结果应该是维护人员和矿山管理的重要信息来源，这是提高地下采矿经济效益所必需的。
关键词：OEE模型，TPM策略，有效性，挖掘机。
1.简介
对煤炭的地下开采是一个非常复杂的过程，它的特点是一个巨大的可变性采矿和地质条件发生。能源行业的全球化和日益激烈的竞争迫使国家矿业公司要继续在市场上采取行动，其中一个目标是更高的资源利用水平。特别是，关于所有的机械和设备的类型。
浓度的提取，实现了降低长壁开采的数量，同时增加其性能，使该矿的活动大部分是基于一个或两个长壁开采工作。因此，很明显，整个采矿公司的有效性取决于在这些长壁工作效率和适当的组织。对有效性有重大影响的因素之一是机器的最佳产能利用率，直接转化为提高这些公司的工作效率和生产率。采取任何行动，必须考虑到属于开放工厂集团的矿业公司的具体情况，并与其他行业的固定企业有很大的区别。在地下开采中，由于各种类型的自然灾害和特定的工作环境，造成了高风险。开采过程中经常发生生产过程的扰动，造成损失，造成采煤成本的增加。这些干扰的原因是技术以及技术和组织因素[ 10 ]。额外的成本不仅通过停止提取过程而产生，而且还包括“损失的利润”，等于在停工时的潜在生产量。
煤炭生产过程包括几个阶段，其中最重要的阶段是开采阶段有用矿物的获得（图1）。这种开采的基础是从岩石中切割有用的矿物，并将其从直接开采带中运输出来。目前，由于开采过程大多是由长壁系统实现的（长，便于机械化操作方面），这个区域称为长壁工作面。
如图1所示，煤炭生产过程的简化方案还包括将挖掘出的材料水平输送到井筒区域，并通过垂直运输装置将其运到地面。然后，通过富集工艺将处理结果送到加工厂，得到最终产品，即具有一定参数的煤。
最终产品
加工厂
垂直运输
水平运输
切割矿物
图1：煤炭生产过程简化方案。
采煤过程与采掘作业开挖的生命周期密切相关（称为开采长壁），如图2所示。
长壁准备 长壁清除
主要开发
时间
图2：被剥削的长壁的生命周期。
这个循环包括三个阶段，即利用长壁开采（所谓解除武装和启动）、主要开采和清理。所有这些阶段对开发过程的有效性都是非常重要的，但最终的经济效益主要取决于第二阶段，即进行主要矿产开发。这一阶段的正确运行是任何类型的包括矿山机械设备的强烈影响，并参与开发过程和矿物的运输和设备，保护整个操作区（例如开采顶板支护）。它们的可靠性、有效性和性能在很大程度上决定了整个长壁开采的经济效益。为了达到最好的效果，有必要采取行动，以最佳地使用操作机器，例如，它们对采矿和地质条件的适当选择，它们在其中工作，提供足够的预防性维护、控制等。一种成功地稳定机器工作并同时优化其运作成本的工具是来自日本的机械设备综合效能管理方法，称为TPM（全面生产性维护）[ 1, 2, 5，7 ]。为了在这一领域采取有效行动，必须进行研究和分析，其目的是在可信信息的基础上确定机器的实际使用情况。为此，本文进行了研究。
到目前为止，在这一领域进行的研究仅基于采矿设备的失效分析，而依赖于调度员登记册上的笔记。数据相对较低的可靠性使得无法确定采矿设备的实际用途，并确定工作期间停机的结构和原因。
本文从工业自动化系统中获得的数据是选择采煤机可用性分析的基础。这个系统独立于机器操作员，以一种谨慎的方式记录机器参数的数量。根据所获得的数据，对一套用于长壁采煤工作面直接采煤和运输挖掘材料的机械化长壁采煤机的使用效果进行了有效性分析。该系统还包括开采顶板支撑、保护和挖掘，一组必要的设备进行开发。研究工作包括长壁采煤机、装甲面运输机、横梁装载机和破碎机。在所获得的数据的基础上确定了机器的可用性和工作中注册的断裂结构。这项研究是基于全员生产维护（TPM）的策略进行使用的整体设备效率（OEE）模型的假设，这是一个用于此策略的定量评价工具。
2.TPM策略和OEE模型
有机会有效降低采矿生产成本的其中一个领域是资源利用的有效性，特别是采矿机械。近年来，由于动态的技术进步，在波兰的地下采矿中，越来越多的机器被设计、制造和操作，因此这些机器也变得更昂贵。在许多情况下，这些机器的技术能力的增加，高度现代化和强大的机器，其可靠性水平非常高，并不总是使利益与他们的使用挂钩。该战略，是成功地使用固定生产厂，分析设备使用的有效性，是全面生产维护（TPM）。根据这项战略，经济效益的提高可以通过一系列的行动和活动来实现，目的是为了在无故障和无故障状态下保持机器、设备和其他技术措施（可再生资源），减少故障数量、计划停机和短缺。这一战略也指人的因素，假设机器和设备的有效增长过程必须包括员工对特定技术和组织活动的感知的变化，以提高效率。因此，有必要采取措施，使员工意识到他们的知识、技能、参与、责任和他们在机器维修中的作用是在这一领域取得成功的必要条件。与他们工作的公司确认雇员，是TPM战略的假设之一。它的应用旨在减少故障，计划外停机，包括所谓的微停机时间，提高性能和提高生产质量。
为了有效地进行组织和技术变革，从而提高生产资源的利用效率，有必要对初始状态进行分析。一种允许进行这种分析并同时量化TPM策略有效性的工具是总体设备效能的指标。该指标是三个组成部分的产品，其中包括所研究的机器的可用性和性能以及所获得产品的质量。部分指标值和OEE指标值是根据下列公式确定：
OEE=A*P*Q （1）
D=（Do-Dt）/Do*100% （2）
W=Wr/Wn*100% （3）
J=Ja/Jc*100% （4）
A-可用性，P-性能，Q-质量。
Dt-停机时间，Do-总可用时间
Wr–吨级挖掘材料在换班中的真实表现，Wn-在长壁技术方案中的性能。
Ja-挖掘材料的真实质量（包括煤矸石含量和挖掘材料的吸附量），Jc-技术计划中的质量。
因此，有理由认为，最终的指标（OEE）显示使用水平实现全部生产所需的基本时间。
为了确定这个指标对某些机器或生产系统的价值，找出原因是非常重要的，因为其中产生了时间损失。最重要的原因如下：
bull;由于技术原因，被定义为计划外的、通常不可能预测机器停机的故障，当管道生产过程发生故障时，它们会使可用性指标降低。
bull;非计划停机的最常见的原因是物流问题。由于这一原因造成的损失使可用性减少，但通过适当的组织活动减少它们相对容易。
bull;小故障和中断是最常见的技术问题，它们通常被操作员忽略。它们被视为速度损失，并影响性能指标的降低。
bull;重组被理解为机械设备的变化。一般来说，这种重组发生在正在生产准备过程的机器，但是，当超过执行此操作的规范时间时，过量被视为使可用性值降低的损失。
bull;类似发生变化的装置。
bull;由于机器或系统的减速而导致的性能损失。由不适当的控制、预防性停机或过度的操作参数（例如温度或压力）引起的错误可能是原因。
bull;造成产品损失的次品，必须设计生产新的好产品。它降低了在质量方面的OEE值。
根据每台所研究的机器和整套机器的整体设备效能模型，有必要确定可用性、性能和产品质量（碳）的部分指标。
所提出的例子集中在OEE模型的第一部分指示器上，OEE模型是所研究设备的可用性指示器。在进行的研究的下一阶段，有必要扩大这种分析，因为它还应该包括其他指标，以便确定每台被检查的机器和整个成套采矿机的整体设备有效性指标。
3.试验机的特点
试验机是长壁开采地下煤层的机械化长壁系统的一部分。长壁开采系统的基础是在长壁面的长度可以从约60米至约300米变化的区域中切割有用的矿物（在这种情况下为煤）。 如此长的长壁板为切割和运输过程机械化和自动化提供了很好的机会。
图3显示了选定主要部分的长壁开挖方案[12]。图4显示了在开发过程中的视图[3]。
属于机械化长壁开采系统的一套采矿机在本分析中得出结论：长壁采煤机，装甲面输送机，梁式装载机和设计用于破碎大部分挖掘材料的破碎机。
纵向角度
大门
图3：长壁挖掘的方案。
长壁采煤机是作为机械化长壁系统的一部分的基本机械。它的任务是将煤和装载的挖掘材料装载到装甲面输送机上。采煤机是整个分析设备的重要组成部分，因为它是技术开发过程中的第一环节。所分析的一组机器以及整个操作过程的有效性取决于采煤机的可靠性。由长壁采煤机截割的煤通过长壁向底闸门的铠装面输送机运输，然后重新装入梁式装载机，并从长壁面的区域运出。所分析的一组机器还包括破碎机，其任务是破碎煤的大部分以使其能够进一步运输。破碎机的低效率可能导致开采将不得不停止，因为煤炭运输是不可能的。
图4：开采过程中长壁开挖与设备的关系。
这种分析中使用的一组机器的选择是合理的，因为在矿山中进行的机器和设备故障的定量分析表明，大多数故障是由切割机和输送机引起的。因此，可以判定，包括在长壁系统中的机器连同梁阶段装载机和破碎机对整个开采过程的有效性有最大的影响。
从可靠性的角度来看，所研究的一组机器是一个串行结构系统，这意味着当所有部件都是有效的时，它就可以正常工作（图5）。
图5：所研究系统的可靠性结构方案。
试验机的选定参数汇总在表1中。值得注意的是，这些参数中的一些给出了两个版本：作为特定值和作为特定的机器可以在特定的长壁特征的条件下实现的值。
表1：所选机器的技术参数
4. 所研究机器的可用性的确定
在确定矿山机械OEE方法的过程中，考虑了采矿业的特殊性。由工业自动化系统收集的数据被用来计算这些机器的可用性。假定实际工作时间是标准（标准时间）和非计划停机时间可用的总时间之间的差异。这是机器不工作的时候（他们的电机的电流消耗是零），并且没有与困难的开采条件有关的问题。因此，确定这种OEE指数的方法包括彻底分析注册的停顿时间及其原因。采矿开发的特殊性允许发生这样的情况，在机器的工作中断是由独立于这些机器的客观因素引起的。性能和质量指标也被指定使用不同的方法比在封闭公司的情况下。在计算性能指标时，考虑了与标准提供的值有关的崩解岩体的质量。然而，在确定质量指标的情况下，包括煤矸石的生产量和煤的消耗量。
因此，确定OEE的整个方法基于不用于其他生产公司的数据。它的独创性是由于它适应采矿的特殊性。
确定每台被研究机器可用性指标的基础是记录在零一系统中的数据。图6示出了在工作班期间长壁采煤机工作的时间波形（持续360分钟）。
图6：长壁采煤机在一次换班期间的工作波形。
在长壁采煤机13590秒和停机时间达8010秒的情况下，分析了工作班的实际（实际）时间。为此，可用率因此为58.9。
图7显示了所研究的长壁采煤机64个工作班的可用性指标的计算值和该指标在分析期间的平均值（工作轮班可用性和平均可用性）。
图7：长壁采煤机可用性指标值。
以类似的方式，确定了其它研究机器的可用性指标的值，这些机器是长壁系统的部分。（图8）。
图八：被检查集的特定机器的可用性指示器的值。
表2：所选机器的技术参数
在计算的基础上，确定了这些机器和整套机器的可用性指标的平均值、最大值和最小日值。（表2）。
通过对结果的分析，可以看出机器的可用性值处于较低水平。它们的平均值不超过任何测试机器的75%。值得注意的是，75%被广泛认为是可接受的较低阈值。
机器工作的确定的时间波形也能够确定工作期间的断裂结构。图9显示了在研究的长壁采煤机为所有64个工作班的情况下这些断裂的总结。特定休息时间（分为十类）的百分比份额与所有研究时间中的总休息时间有关。
图9：长壁采煤机工作断裂的结构。
从结果可以看出，在长壁采煤机工作中，断裂的持续时间在20～25分钟（占断裂时间的18%），在总断裂时间中占有最高比例。该图清楚地表明，对于这台
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