地下鉱山における圧縮空気供給システムの信頼性解析

Jun 04, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6836 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

高コストで効率が低いにもかかわらず、圧縮空気は主に地下採掘で鉱石の抽出、吊り上げ、鉱物処理作業に使用されます。 圧縮空気システムの故障は、作業者の健康と安全を脅かすだけでなく、空気流の制御が非効率になり、圧縮空気によって動作するすべての機器が停止します。 このような不確実な状況において、鉱山管理者は十分な圧縮空気を供給するという大きな課題に直面しているため、これらのシステムの信頼性評価は不可欠です。 この論文は、イランのカレー・ザリ銅鉱山を事例として、マルコフ モデリング アプローチを使用して圧縮空気システムの信頼性を分析することを目的としています。 これを達成するために、状態空間図は、鉱山のメイン コンプレッサー ハウス内のすべてのコンプレッサーに関連するすべての状態を考慮して作成されました。 すべての主コンプレッサーと予備コンプレッサーの故障率と修理率は、各状態でシステムが存在する確率を取得するために、状態間の考えられるすべての遷移に対して計算されました。 さらに、信頼性の挙動を研究するために、任意の期間における故障の確率が考慮されました。 この調査の結果、圧縮空気供給システムが 2 台のメイン コンプレッサーと 1 台のスタンバイ コンプレッサーで動作状態にある確率は 31.5% であることがわかりました。 2 台のメインコンプレッサーが 1 か月間故障することなく稼働し続けるシステム確率は 92.32% です。 さらに、少なくとも 1 台のメイン コンプレッサーが稼働している場合、システムの寿命は 33 か月と推定されます。

油圧と空気圧の両方の動力は、鉱山機械にエネルギーを供給するために広く使用されています。 高コストで効率が低いにもかかわらず、圧縮空気は依然として掘削ピッカー、ポンプ、ファン、タービン ライト、クレーン、コンベア、ローダー、掘削機などのさまざまな機器で主に使用されています。 また、通常は換気扉の操作や粉塵軽減への水噴霧などの目的で使用されます。 適切なシステム圧力を維持するには、コンプレッサーを継続的に作動させる必要があります。 圧縮空気供給システムは鉱山で最もエネルギーを消費するシステムの 1 つであり、鉱山の総エネルギー消費量の約 20 ～ 40% を占めています1。 他のシステムと同様に、エアコンプレッサー ユニットは、タンク (空気堆積物)、ホース、パイプ、ケーブルなどを含むさまざまな部品から形成されています。これらの部品は、定期的に妨害や浸食にさらされています。 あらゆる種類の浸食が発生する前に損傷が明らかになる可能性があります。 ただし、圧縮空気供給システムに障害が発生すると、オペレータと装置は高いレベルの安全上のリスクにさらされます。

高圧圧縮空気を供給できる容積式コンプレッサー (スクリュー コンプレッサーおよびピストン コンプレッサー) の使用は、地下採掘作業ではほとんど日常的に行われています。 1 つのコンプレッサーのみを信頼することは非常に危険です。1 つだけのコンプレッサーに依存すると、必要な加圧空気の空気流を供給する能力が得られなくなる可能性があり、次に、デバイスの故障により他に代替手段がなくなる可能性があります。 したがって、他のいくつかのコンプレッサーを並列して使用することが合理的です。 これらのコンプレッサーの数は、必要な空気流量と空気損失の欠点に基づいて決定されます。 1 台のメイン コンプレッサーが故障した場合、1 台のスタンバイ コンプレッサーが同量の圧縮空気を供給するために直ちに交換され、メイン コンプレッサーが修理されてからシステムに戻るまで使用し続ける必要があります。 したがって、システム全体の信頼性を判断することは、製品の安全性と経済性にとって非常に重要であり、コンプレッサーの故障確率に関する知識に大きく依存します。 したがって、十分な数のアクティブおよびスタンバイ コンプレッサーがあると、すべての最適化に関するシステム効率が向上します。