Формирование уровня эффективности и надежности производственных процессов в шахте Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

------------------------------------- © Д.И. Жмуровский, 2006

УДК 622.242 Д.И. Жмуровский

ФОРМИРОВАНИЕ УРОВНЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ШАХТЕ

Яами выполнен комплекс исследований влияния энерговооруженности оборудования на надежность и эффективность производственных процессов, уровень которых в значительной степени определяет эффективность использования шахтного фонда.

В качестве показателя надежности производственных процессов в шахте примем коэффициент их готовности к выполнению технологических функций:

Кг = Т , Т ТТП

где Т - время выполнения технологических функций; ТП - время простоя.

Коэффициент готовности характеризует вероятность того, что производственный процесс будет осуществлять свое назначение.

Любой производственный процесс представляет систему взаимосвязанных операций, осуществляемых механизмами и людьми. Каждая такая операция характеризуется своим коэффициентом готовности КГ1. Коэффициенты готовности операций определяется состоянием исполняющих устройств (машины, люди) и состоянием объекта выполнения операций (углепородный массив).

Коэффициент готовности всей системы КГС определяется с учетом значений коэффициентов для отдельных элементов и из взаимосвязей.

Например, для условий отработки газоносных угольных пластов выделим значение уровня надежности дегазации:

К г.с

/=1

К

Кг

где КГ1 - коэффициенты готовности элемента выемочного участка; Кгп - коэффициент готовности схемы по элементу дегазации.

В качестве коэффициента готовности схемы по элементу дегазации принято значение надежности дегазации.

Надежность дегазации оценивается вероятностью того, что к моменту начала горных работ будет достигнут проектный коэффициент эффективности дегазации:

Н = Р [ Кд ^ )> Кд.пр ]

где Кд(1) - фактическое значение коэффициента эффективности дегазации к моменту времени 1; Кдлр - проектное значение коэффициента эффективности дегазации.

Для каждого способа эффективность дегазации связана со съемом газа на тонну запасов. Поэтому имеет место соотношение:

Н = Р

[я V )> я пр

где q(t), qпр - фактический к моменту 1 съем газа на тонну запасов за время 1 и его проектное значение, м3/т.

Коэффициент эффективности дегазации для каждого отдельного способа или для комплексной схемы является функцией времени.

На рис. 1, а представлен обобщенный характер изменения Кд во времени. Про-

1

Рис. 1. Характеристики надежности дегазации

К в.тах / \ / \

Н = I г (Кв) (К в)

К в.пр

) плотность распределения эффективности дегазации

эффективность дегазации, К

ектная кривая I, характеризует желаемый результат дегазации. Кривые П и Ш - некоторую область варьирования Кд, ограниченную кривыми. Чем уже эта область, тем, при прочих равных условиях, надежнее схема дегазации.

Рассмотрим изменение значения Кд в области, ограниченной кривыми П и Ш в момент времени 1пр вероятность того, что в этот момент Кд примет некоторое заданное значение может быть охарактеризована некоторой функцией плотности вероятности. Выбор теоретических функций распределения для аппроксимации эмпирического распределения 1Щд) производился в результате анализа гистограмм распределения Кд И = 1д.пр для различных способов дегазации и комплексных схем. С учетом Кд И = 1д.пр как некоторой случайной величины, характеризующейся плотностью вероятности ДКд), надежность дегазации может быть определена из выражения:

Рассматриваемый интеграл характеризует площадь Н, ограниченную кривой ДКд) в пределах [Кдпр, Кд. тах] и осью абсцисс. Очевидно, при Кдпр, Кд.тт надежность дегазации Н = 1. Следовательно, получив для каждого способа дегазации (или комплекса) функцию плотности распределения ДКд), можно получить заданную надежность дегазации. При этом, как видно из рис. 1, б, нет необходимости задавать Н = 1, т.к. это связано с необоснованными затратами.

Для определения скорости нарастания коэффициента эффективности дегазации во времени использовано выражение:

= а\Кд Ц)] ей

V кв =

Значение V« характеризует оперативность способа дегазации.

Указанная процедура была реализована для оценки уровня надежности других технологических процессов добычи угля. Данные использовались для установления зависимостей уровня надежности технологических процессов от энерговооруженности используемого горношахтного оборудования.

Исследования влияния энерговооруженности горно-шахтного оборудования на надежность выполнения производственных процессов оценивалась на основе обработки статистического материала по шахтам России и основных угледобывающих стран. Установлено, что увеличение энерговооруженности производственных процессов на 20 % сопровождается ростом

Таблица 1

Характеристики надежности основных элементов технологической схемы шахтыг

Наименование Тип Количество Надежность

Подъем 2Ц-5 х 2,3 3 0,78

Транспорт

- общешахтный 2ЛУ-120 2 0,76

- участковый 1ЛТ-80 2 0,73

1ЛБ-100 1 0,77

1Л100К 3 0,72

Бункеризация в вагонетки 8 1,0

Механизация КМ-138 7 0,45

КМ-130 8 0,37

КШ-3м 12 0,49

ГПК 11 0,5

ПК-3р 7 0,55

Вентиляция ВОКД-3,6 1 0,95

ВЦ-5 1 0,95

В0КД-3,0 5 0,97

ВЦД-3,3 2 0,93

ВЦД-3,2м 1 0,93

Дегазация Пластовые - 0,7

Комплексная схема - 0,75

Скважины с поверхности - 0,62

коэффициента готовности процесса на 27 %. Практический интерес представляют данные, связанные с применением обычного оборудования и оборудования нового технического уровня.

Различие в энерговооруженности этих типов оборудования составляет 70-85 %, что обеспечивает повышение надежности производственных процессов на базе этого оборудования в 2 раза и более.

Нами выполнен расчет фактических показателей надежности технологиче-

ской схемы шахты «Октябрьская» по предложенной методике. Результаты расчета сведены в табл. 1. Исследование надежности функционирования выемочного участка мощной высокопроизводительной шахты осуществлялось с учетом надежности всех основных элементов технологической схемы.

Данные табл. 1 показывают, что основные элементы технологической схемы шахты «Октябрьская» обладают высоким уровнем надежности по сравнению с дос-

Таблица 2

Данные по энерговооруженности труда на шахтах

Страна Энерговооруженность тыс. кВт. ч/год на одного рабочего по добыче Производительность рабочего по добыче, т/мес Энергозатраты, кВт.час/ т

США 52,0 512 120

Германия 51,5 140 75

Россия 28,0 110 52

Казахстан 32,0 81 36

Рис. 2. Влияние энерговооруженности очистного оборудования на надежность работы очистного забоя

Энерговооруженность оборудования, квт.час

тигнутым в отрасли.

Существенный вклад в повышение надежности внесло повышение энерговооруженности горно-шахт-ного оборудования.

Энерговооруженность любого технологического процесса является одним из основных показателей его надежности и долговечности. Увеличение энерговооруженности технологического оборудования

1000

1200 1400 1600 1800

Энерговооруженность, квт.час

2000

улучшает, прежде всего, динамику работы машин, повышает их надежность и долговечность. Под понятием надежности надо понимать

-------- свойство изделия выполнять

заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.

Под понятием долговечность понимается свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Повышение надежности производственных процессов достигается также сбалансированностью производительностей и ресурса применяемого оборудования.

Например, мощность комбайна не удовлетворяет интенсивности технологического процесса. Нарушение этого баланса является основной причиной того, что в

2200

-Техническая производительность, т/сут -Эксплуатационная производительность, т/сут

Прирост энерговооруженности, %

-Прирост технической производительности, % -Прирост эксплуатационной производительности, %

реальных условиях не достигается проектная производительность комплекса оборудования в целом, снижается коэффициент машинного времени, изменяется динамика работы забоев.

Особенно это сказывается на механизмах с повышенной энерговооруженностью. Тех-

Рис. 3. Влияние энерговооруженности на интенсивность горных работ

Рис. 4. Влияние энерговооруженности труда на его производительность

Рис. 5. Влияние стоимости оборудования на его энерговооруженность

£ 2300 - X

т

о

си

о

(и 700

5 0 7 о С т и 9 0 1 мость об 01 орудова 01 ния, млн ю ° ^ ^0 190

нологические процессы добычи с повышенной энерговооруженностью, как правило, имеют резерв по мощности для преодоления непредвиденных осложнений горно-геологи-ческих условий, имеют высокую надежность и долговечность, минимум технического обслуживания, значительный ресурс, ремонтопригодность.

Машины с повышенной энерговооруженностью требуют минимум затрат на техническое обслуживание в пересчете затрат на 1 т добытого угля. Затраты на техническое обслуживание очистного комплекса «Джой» по шахте им. С.М. Кирова

составляет 0,74 % в год, комплекса КМ-144 по шахте им. 7 Ноября - 9,9 % от стоимости комплексов.

Более мощная техника оборудована, как правило, диагностической аппаратурой, которая позволяет не разбирать машину для осмотра, сокращать поиск неисправностей, время простоя, особенно в аварийных ситуациях. Подсчитано, что время устранения неплановых ремонтов выше плановых в 1,5 раза.

Важным принципом повышения надежности производственных процессов является комплектования технологических комплексов оборудованием с близкими ресурсами.

В практике комплектования отечественных комплексов с энерговооруженностью до 1000 кВт ресурсы до первого капитального ремонта, например, комбайна в 3-3,5 раза меньше, чем крепи, в 1,5-2 раза меньше лавного конвейера.

Работа такого комплекса не может быть эффективной. Поэтому комплектование современных мощных комплексов должна осуществляться с учетом ресурсов наработки, а комплексов бывших в работе по остаточному ресурсу. При этом повышение остаточного ресурса возможно через текущие и капитальные ремонты на предприятиях и специализированных организациях.

Влияние энерговооруженности труда на эффективность работы шахт подтверждают данные табл. 2.

На основе представленного в таблицах статистического материала нами установлены обобщенные зависимости показателей надежности некоторых производственных процессов и их эффективности от энерговооруженности горношахтного оборудова-ния на шахтах, рис. 2-5.

Рост интенсивность очистных работ, которую можно оценить суточной нагрузкой на очистной забой, опережает рост энерговооруженности очистных механизированных комплексов. При увеличении энерговооруженности очистного комплекса оборудования на 100 % техническая производительность оборудования возрастает на 110 %, а эксплуатационная производительность очистного забоя на 130 %.

Более существенное влияние на показатели подземных горных работ оказывает энерговооруженность труда, которую можно оценить соотношением мощности

оборудования на шахте и численности промышленно-произ-водственного персонала. Рост энерговооруженности труда на 78 % обеспечивает увеличение производительности труда на 410 %.

Увеличение энерговооруженности горно-шахтного оборудования естественно сопровождается ростом его стоимости. В этом отношении наблюдается практически прямо пропорциональная зависимость между этими параметрами, рис. 5.

Приведенные результаты исследований подтверждают эффективность развиваемого направления повышения эффективности использования шахтного фонда за счет увеличения надежности производственных процессов на базе роста энерговооруженности горношахтного оборудования и в целом труда по шахте. Для эффективной реализации этого направления необходимо изыскания внутренних ресурсов угледобывающего предприятия, каким может быть попутный добыче угля угольный метан.

— Коротко об авторах ---------------------------------

Жмуровский Д.И. - кандидат технических наук, ОАО «СУЭК».