지하 광산의 압축 공기 공급 시스템의 신뢰성 분석

May 22, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6836(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

높은 비용과 낮은 효율성에도 불구하고 압축 공기는 광석 추출, 호이스팅 및 광물 처리 작업을 위한 지하 광산에서 주로 사용됩니다. 압축공기 시스템의 고장은 작업자의 건강과 안전을 위협할 뿐만 아니라 공기 흐름의 비효율적인 제어를 초래하고 압축공기로 작동하는 모든 장비를 정지시키는 원인이 됩니다. 이러한 불확실한 상황에서 광산 관리자는 충분한 압축 공기를 공급해야 하는 큰 과제에 직면하고 있으므로 이러한 시스템의 신뢰성 평가는 필수적입니다. 본 논문은 이란의 Qaleh-Zari 구리 광산을 사례 연구로 Markov 모델링 접근법을 사용하여 압축 공기 시스템의 신뢰성을 분석하는 것을 목표로 합니다. 이를 달성하기 위해 광산의 주 압축기 하우스에 있는 모든 압축기에 대한 모든 관련 상태를 고려하여 상태 공간 다이어그램을 구성했습니다. 시스템이 각 상태에 있을 확률을 얻기 위해 상태 간 가능한 모든 전환에 대해 모든 주 압축기와 예비 압축기의 고장 및 수리율을 계산했습니다. 또한, 신뢰성 거동을 연구하기 위해 특정 기간의 고장 확률을 고려했습니다. 본 연구 결과, 압축공기 공급 시스템이 메인 압축기 2개와 대기 압축기 1개로 작동할 확률은 31.5%인 것으로 나타났다. 두 개의 메인 압축기가 한 달 동안 고장 없이 계속 운전될 시스템 확률은 92.32%이다. 또한, 하나 이상의 메인 압축기가 활성화된 경우 시스템의 수명은 33개월로 추정됩니다.

유압 및 공압 동력은 광산 장비에 에너지를 공급하는 데 널리 사용됩니다. 높은 비용과 낮은 효율성에도 불구하고 압축 공기는 여전히 드릴링 피커, 펌프, 팬, 터빈 조명, 크레인, 컨베이어, 로더 및 굴착기와 같은 다양한 장비에 주로 사용됩니다. 또한 일반적으로 환기 도어 작동 및 먼지 감소에 대한 물 분사를 위해 사용됩니다. 적절한 시스템 압력을 유지하려면 압축기가 지속적으로 작동해야 합니다. 압축 공기 공급 시스템은 광산에서 에너지를 가장 많이 소비하는 시스템 중 하나이며 광산 전체 에너지 소비의 약 20~40%를 차지합니다1. 다른 시스템과 마찬가지로 공기 압축기 장치는 탱크(공기 저장소), 호스, 파이프, 케이블 등을 포함한 다양한 부품으로 구성됩니다. 이러한 부품은 정기적으로 산만함과 침식에 노출됩니다. 어떤 종류의 침식이 일어나기 전에 피해를 드러낼 가능성이 있습니다. 그러나 압축 공기 공급 시스템에 장애가 발생하면 작업자와 장비가 높은 수준의 안전 위험에 노출됩니다.

지하 광산 작업에서는 고압 압축 공기를 공급할 수 있는 용적식 압축기(스크류 및 피스톤 압축기)를 사용하는 것이 대부분 일상적입니다. 하나의 압축기만 신뢰하는 것은 매우 위험합니다. 우선 하나의 압축기에만 의존하면 필요한 압축 공기의 공기 흐름을 공급할 수 있는 능력이 생길 수 있고, 두 번째로 장치의 고장으로 인해 다른 대안이 없을 수 있기 때문입니다. 따라서 몇 가지 다른 압축기를 병렬로 사용하는 것이 합리적입니다. 이러한 압축기의 수는 필요한 공기 흐름과 공기 손실의 단점에 따라 결정될 수 있습니다. 메인 압축기 1개에 고장이 발생하는 경우 예비 압축기 1개를 즉시 교체하여 동일한 양의 압축 공기를 공급하며, 메인 압축기가 수리될 때까지 사용 후 다시 시스템에 복귀해야 합니다. 따라서 전체 시스템의 신뢰성을 결정하는 것은 제품 안전과 경제성에 매우 중요하며 압축기의 고장 확률에 대한 지식에 크게 의존합니다. 따라서 충분한 수의 활성 및 대기 압축기를 보유하면 모든 최적화 문제와 관련하여 시스템 효율성이 높아집니다.