煤矿电气设备故障风险评估及维修策略分析

王建芳

（晋能控股煤业集团同发东周窑煤业有限公司，山西 大同 037103）

煤炭地下开采伴随着高技术成本、高设备价格以及对环境和劳动力的高风险。地下矿山开发过程复杂，在运输巷道中放置带式输送机，通常多台带式输送机连续运行[1-2]。除了气体和可燃煤尘，最大的问题是煤炭运输和提升，与不连续运输系统相反，如果连续运输中的一个子系统发生故障，整个系统就会停止运行，导致计划外的生产停机。因此，持续监测风险水平非常重要。通过使用现代方法和高质量的预防性维护，预测系统部件故障的能力降低了发生计划外停机的可能性。

模糊集被用来分析严重程度、发生和可检测性以及风险，可作为风险评估的有效工具，用于系统采购、操作或维护的任何程序，以预测不利的发展。将基于风险优先数计算的方法进行比较，分析了潜在故障的严重程度、发生情况和可检测性，实现了可比性。

1 模糊逻辑理论

模糊逻辑理论是一种有效的工具，它可以方便、准确地确定系统的关键要素，从而确定和实施纠正措施以降低风险。模糊集理论被广泛用于评价与技术系统使用质量的系统指标有关的部分或整体指标，模糊逻辑理论为识别技术系统在风险、安全等方面的弱点提供了很大的机会。该方法根据专家及研究人员的经验做出判断，对特定现象的指标进行评估。最大的优点是能够操作变量，因为有些事件不能用数字来描述。两个变量之间的转换不是精确的，而是渐进的，产生的是范围而不是单个值。

模糊集和模糊结论理论应用于风险评估的优点在于所得到的系统评估具有定性。该方法根据研究人员的经验，根据专家的判断，对特定现象（在本例中是风险）的指标进行评估。当模糊集以这种方式定义时，分析研究人员确定哪个模糊集是观察到的现象的成员。更重要的是，在某些模糊集的成员是渐进的，它可以是双重的，取决于分析师-研究者的感知。基于模糊逻辑的建模过程需要专家逐步地、迭代地参与到历史事实的分析中，以便用结果、公理或规则来改进过程。

2 风险水平计算

风险系数是一种标准和最常用的方法和技术，计算方法为：

式中：S为系统发生的影响程度；O为故障频率；D为潜在故障能力。

S、O、D的数值在表中表示，通常在1～5或1～7之间，如表1～表3所示，他们代表语言的数值。这些标准由专家定义，根据数据和以往的经验对系统的行为进行分析，以及机器部件故障对系统的不利影响和发生的频率。

表1 系统发生的影响程度

表2 故障频率

表3 潜在故障能力

分析了评估系统部件故障风险水平的三个指标：系统损坏影响的严重程度、某些类型故障的发生和潜在故障的可检测性。

系统部件故障所造成的损坏的严重程度和对整个系统的损害影响是由模糊集定义的，模糊集有以下几个术语：极低、低、中、高和极端。术语极低表示几乎不会对系统功能产生影响的潜在故障，而术语极端描述的是对系统造成巨大伤害的潜在故障，其次是由于生产延迟造成的维修成本。与对应的1到7类相关联的模糊集，其中6和7类描述了对系统和整个工艺过程造成极高损害的故障。

故障发生的频率可以根据被分析系统记录的故障模式来确定。一组5个级别的故障模式的发生被定义：非常低、低、中等、高和非常高。非常高的发生频率是指每个月发生几次的事件，而被称为非常低的模糊集描述的是一种罕见的情况，可能每五年发生一次，甚至更少。

在对分析的系统进行多年的维护工作后，可能检测出潜在的系统故障。与前两个指标一样，故障检测可能性的模糊集由以下语言变量构成极低、低、中等、高、很高。模糊集非常高，包括总能根据运行中的系统的行为进行预测的故障。在事件或故障发生之前无法检测到的事件或故障被分组到非常低的模糊集中。将可能的故障检测等级设为1～7的数值。

3 实例计算

以带式输送机为例，最能准确描述分析系统的指标有：故障的严重程度和系统元件故障的后果，此类事故的发生，第三个指标是潜在故障的及时检测。本研究对带式输送机的12个组成实体进行风险指标分析，包括电动马达、齿轮箱、第一个主动皮带轮、第二传动皮带轮、皮带轮、尾部滑轮、齿轮传动皮带轮、链轮减速器、滑轮的轴、皮带接头、滚轮、轴。在给出带式输送机12个组成要素风险指标隶属度函数的基础上，运用模糊逻辑理论进行了风险等级评价。根据所分析的风险指标的最小最大组合，确定每个变量的风险水平，结果见表4。对结果的分析表明，用语言术语来表示风险比用数值来表示风险更容易。

以电动马达计算为例，S=（0，0，0.335，1，0.335，0，0），O=（0，0，0，0，0.675，0.675，0），D=（0，0，0，0，0.8，0.4，0）。

基于分析的风险指标的最小最大值组成，确定了每个变量的风险水平。用语言表达风险比用数值表达风险更容易。结果几乎相同，但是应用模糊逻辑理论得到的结果提供了一个更广泛的关于失效行为或倾向的画面。从表4可以看出，从模糊逻辑的风险分析理论的结果中可以看出风险的倾向，对于这个具体的例子，风险水平是很高的，但在一定程度上，风险水平甚至是极端的。

表4 风险等级由最小最大组成结果

4 维修策略

（1）探究出现的问题，实行奖惩制

企业管理人员要重视电气设备管理，要进行责任到人，每设备都需要有专人负责，建立一套管理制度，实现奖惩制度[3-5]。

（2）建立科学的设备管理程序，制定交班制

电气设备管理需要24 h有专人负责，要制定严格的交班制度。对电气设备的管理应该实行程序化的管理模式，利于更好地对设备检测和保养。

（3）设备人员技术能力的提高

设备人员在设备的使用与维护中有着关键性的作用，设备人员的水平对设备的使用寿命产生直接影响，使用人员的技术能力强，可以减少部分维修管理的工作。

（4）强化设备维修意识

加大对工作人员关于电气设备的检修意识，由于电气设备容易受到外界干扰出现设备故障，还有自身材质、功能等原因导致问题的出现。