试论铁矿通风监测监控系统可靠性的研究与应用

试论铁矿通风监测监控系统可靠性的研究与应用

石先进许晨

山东金岭矿业股份有限公司山东淄博255080

摘要：在铁矿开采作业中，通风质量会从一定程度上影响作业效率和作业人员的人身安全。为了控制由通风不当引发的安全事故，需要将通风监测监控系统应用在实际的铁矿作业环境中。本文从故障树分析法入手，对铁矿通风监测监控系统可靠性分析及应用进行研究。

关键词：铁矿；通风监测监控系统；可靠性；应用

前言：铁矿通风监测监控系统是一种判断铁矿作业环境通风质量的重要工具。这种工具的可靠性水平是影响其判断功能发挥的主要因素。为了保证通风监测监控系统的有效性，需要利用故障树分析法、构建可靠性模型等方法，判断通风监测监控系统的可靠性水平。

一、铁矿通风监测监控系统可靠性分析

铁矿通风监测监控系统的可靠性分析工作可以通过以下几种方式进行：

（一）故障树分析法

故障树分析法又被称为FAT法。故障树分析法判断铁矿通风监测监控系统可靠性的原理为：通过对通风监测监控系统在使用过程中可能出现故障问题的综合分析，得出相应的故障率参数，并用这一参数表示铁矿通风监测监控系统的可靠性水平[1]事实上，可以将通风监测监控系统的故障看成是系统各类元器件的故障。结合铁矿通风监测监控系统的应用经验可知，常见的故障问题主要包含LED故障、CO传感器故障、UPS电源故障、风机开停传感器故障等。

（二）构建可靠性模型法

就构建可靠性模型法而言，铁矿通风监测监控系统的可靠性分析可以由网络结构可靠性模型来完成。为了降低模型的复杂程度，可以假设通风监测监控系统内部各个模块之间属于独立关系；在实际应用过程中，通风监测监控系统及内部元器件只存在失效和正常两种状态。此时，网络结构可靠性模型的构建可以利用隶属云、通风监测监控系统的实际连接方式等因素完成。

（三）可靠性指标评价法

铁矿通风监测监控系统的可靠性分析可以通过选择可靠性评价指标的方式来完成。可用的指标主要包含以下几种：

第一，平均寿命指标。该指标的量化是通过平均无故障时间参数、平均失效前时间参数实现的[2]。其中，平均无故障时间参数，即MTBF的确定方法为：通风监测监控系统总使用时长与累计故障次数之间的比值。假定某通风监测监控系统在为期2年的使用阶段中，共出现过8次故障，则其MTBF应该为2/8=0.25年/次；而平均失效前时间参数，即MTTF则是指无法再通过维修操作正常使用的通风监测监控系统的平均使用时间。

第二，可靠度指标。这种指标是指：通风监测监控系统在规定时间及条件中完成企业规定功能监控任务的概率。从这个角度来讲，影响通风监测监控系统可靠性水平的因素主要是时间因素[3]。假定Q型号和W型号通风监测监控系统的规定时间分别为3600h和7200h，根据可靠度指标的概念可以判断，Q型号通风监测监控系统完成规定功能监控任务的概率较大，即可靠性水平相对较高。

二、铁矿通风监测监控系统可靠性分析的应用

这里以我国某铁矿为例，将可靠性分析方法应用在该铁矿的通风监测监控系统，以此判断该系统的可靠性参数。

（一）某铁矿概述

该铁矿的海拔高度范围为2000-2500m，地形坡度范围主要集中在35-45°内。由于该铁矿矿区的岩石裸露程度较高，因此可以将该铁矿矿区看成是完全裸露矿区。为了保证生产过程的安全进行，该铁矿引入KJ90型矿井综合安全监控系统，对作业过程进行实时监控[4]。当矿区中的压力、风速等环境因素出现变化时，预先设置与矿区各个测点上的传感器可以将变化参数正确地展示出来。

（二）该铁矿通风监测监控系统的可靠性分析

这里以该铁矿通风监测监控系统中的传感器要素为例，利用可靠性分析方法判断该铁矿通风监测监控系统的可靠性水平：

1.CO传感器的可靠性判断

当空气中的CO含量达到13-15%范围时，明火的出现会引发爆炸事故。该铁矿通风监测监控系统中使用的CO传感器为电化学传感器，其各项参数分别为：CO气体监测范围：0-1000ppm（相关条例对采矿作业环境中CO传感器报警浓度的要求为：低于24ppm）[5]；额定电压范围：10-24VDC；测量精度：-1ppm-1ppm。

CO传感器可靠性的判断需要通过内部元器件的失效率之和来完成。该电化学式CO传感器的电阻、稳压器、电容以及焊接电路等元器件的失效率参数分别为2.938、65.85、50.688、0.232。

2.风速传感器可靠性判断

该铁矿KJ90型通风监测监控系统中应用的风速传感器为超声波涡街式传感器。该传感器的主要参数分别为：传输距离：0-2km；风速测量范围：0.5-15.0m/s；允许误差范围：-2.5%-2.5%。

与CO传感器相同，风速传感器可靠性水平的判断同样需要由内部元器件的失效率参数完成。在该型号风速传感器中，计数器、运算放大器、电压比较器以及晶振这几种元器件的失效率参数分别为8.517、9.061、5.616、0.981。

结论：为了保证通风监测监控系统在铁矿开采作业中的应用质量，可以利用可靠性指标评价法、构建可靠性模型法以及FAT法等，对铁矿通风监测监控系统的可靠性水平进行合理分析。为了更好地验证通风监测监控系统的性能，这里以某铁矿为例，对其应用的KJ90型通风监测监控系统的CO传感器、风速传感器的可靠行进行分析。通过对这两种传感器晶振、印刷电路、运算放大器等元器件的失效率的计算，判断出CO传感器与风速传感器的可靠性水平。

参考文献：

[1]冀汶莉.煤矿安全综合监控系统的数据集成与应用研究[D].西安科技大学,2005.

[2]耿蒲龙.基于DH+总线的掘进工作面多局部通风机监测监控系统的研究[D].太原理工大学,2007.

[3]韩婷婷.矿井通风系统现状评价指标体系及方法的研究与应用[D].太原理工大学,2014.

[4]谢乐添.煤矿井下风机安全分布式监控系统的研究与开发[D].中南大学,2007.

[5]闵磊.基于PLC和组态软件的局部通风机监控系统的研究[D].安徽理工大学,2012.