Интенсификация технологии выемки газоугольных пластов по критериям надежности Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

---------------------------------------- © К.Н. Адилов, Б.Ж. Аманбаев,

2004

УДК 622.333.6:622.232

К.Н. Адилов, Б.Ж. Аманбаев

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ ГАЗОУГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПО КРИТЕРИЯМ НАДЕЖНОСТИ

Семинар №3

~П ыемка угольных пластов д6, д10, к10 и

-Ш-* к12 на шахтах Карагандинского бассейна производятся отечественными комплексами нового технического уровня УКП-5, КМ-130, КМ-144 и зарубежными типа «Пиома» и «Глиник». Механизированные комплексы современного уровня (ОМК СУ), к классу которых относятся и применяемые в бассейне вышеуказанные типы, обладают высокой технической надежностью и производительностью.

ОМК СУ - как подсистема или объект 03 состоит из: а) линейных и концевых секций механизированной крепи различных типов; б) выемочной машины (как правило, типа комбайна); в) лавного конвейера, оснащенного бесцепной системой подачи (БСП), комплектов крепи - сопряжения. Связующим элементом или звеном подсистемы ОМК СУ с участковым конвейерным транспортом является перегружатель (например, типа ПТК-1, ПКТУ, ГРОТ-80 и др.)

В процессе выемки пласта элементы П и КМ представляют собой жестко связанную и неразделимую технологическую пару П-КМ. Однако каждый элемент этой пары имеет свои состояния при функционировании технологической системы 03. Если элемент КМ может пребывать в одном из двух состояний

- отказ или работа, то элемент П физически может пребывать в одном из трех состояний

- «отказ - исправность - работоспособность». И действительно, в процессе выемки пласта внешний вид выемочной машины, незначительные деформации и вмятины корпуса, и др. не приводят к остановке в работе комбайна. Как правило, они устраняются в ремонтную смену.

В модели отказов и восстановлений учитываются лишь только отказы, приводящие к остановке или перерывам в работе комбайна.

К ним относятся - поломки отдельных узлов и деталей, особенно исполнительных органов (шнеков, оросительных систем), электродвигателей и электрооборудования, системы подачи, порыв кабелей, бесцепной системы подачи (БСП) и др.

Отказовые состояния элемента П, оцениваемые критериями надежности технологической системы 03, определяются: а) полной остановкой комбайна при подходе к зонам тектонических нарушений, аномальных и интенсивных газовыделений (с превышением допустимых «Правилами безопасности...» концентраций метана, отдельные суфляры и микровыбросы и пр.), опасным по вывалам пород кровли или отжима пласта и других причин, связанных с неблагоприятными для выемки пласта горногеологическими условиями; б)процессами перехода комплексом зон с неблагоприятными горногеологическими условиями, при которых прерывается добыча угля; в) процессами перехода комплексом ОМК СУ зон с неблагоприятными условиями при пониженной скорости подачи комбайна (в зонах с пликативными нарушениями, сложной гипсометрией пласта, отжимом угля, неустойчивыми боковыми породами пласта, наличием твердых включений и прослойков, повышенной водообильностью и др.) и добычи при этом угля; г) при тех же условиях перехода ОМК, но полной остановкой комбайна в неблагоприятных зонах из-за отказа собственно КМ или КЛ.

В подсистеме технологической пары П-КМ состояние элемента П определяется: а) полным отказом П из-за полной остановки комбайна при подходе к аномальным или нарушенным зонам пласта или боковых пород; б) частичным отказом П в процессе перехода нарушенных или аномальных зон пласта или

массива, приводящим к снижению скорости подачи комбайна; в) состоянием полного или частичного отказа элемента П при состоянии полного отказа или исправности элементов КМ и КЛ. В технологической системе 03 конвейерная линия включает лавный конвейер, перегружатель, участковую конвейерную линию.

Вероятностно-статистические исследования технологических процессов и элементов системы П-КМ-КЛ позволяют отнести их к классу марковских и полумарковских. Можно также утверждать, что время безотказной работы и длительность устранения отказов элементов и объектов системы П-КМ-КЛ имеют свойства ординарности и отсутствия последействия. В то же время можно считать, что углепотоки из лав обладают свойствами эргодичности.

Математическая модель отказов и восстановлений технологической системы П-КМ-КЛ на базе ОМК СУ, согласно теории марковских процессов, адекватно отображается в виде графа вероятностей возможных ее состояний. Данный граф состояний отказов и восстановлений П-КМ-КЛ отображает структуру технологических процессов, а также элементов и объектов, составляющих последовательно-

параллельные их соединения.

Математическая модель отказов и восстановлений согласно графа состояний определяет вероятности следующих физически и технологически возможных состояний системы П-КМ-КЛ: Р000(1:) - вероятность того, что П, КМ, КЛ исправны; Р010(1) - вероятность того, что П и КЛ исправны, КМ полный отказ;

Р001(1) - вероятность того, что П и КМ исправны, КЛ полный отказ; Р011(1) - вероятность того, что П исправен, КМ и КЛ отказ; Рг100, Рн100 - вероятности полного отказа П соответственно из-за превышения концентрации СН4 и встречи нарушения пласта, КМ и КЛ исправны; Рг101, Рн101

- вероятности полного отказа П соответственно из-за превышения концентрации СН4 и встречи нарушения пласта, исправности КМ, полного отказа КЛ; Р!100, Р"100 - вероятности частичного отказа П соответственно из-за гипсометрии и встречи твердых включений, а КМ и КЛ исправны; Р!110, Р"110 - вероятности частичного отказа П соответственно из-за гипсометрии и встречи твердых включений, полного отказа КМ, исправности КЛ; Р'101, РП101 - вероятности частичного отказа П соответственно из-за гипсометрии и встречи твердых включений, исправности КМ, полного отказа КЛ.

Для технологии выемки газоугольного пласта комплексами ОМК СУ относительно искомых вероятностей согласно графа состояний, система линейно-разностных дифференциальных уравнений имеет следующий вид:

Нормировочное условие, определяемое суммой вероятностей всех возможных состояний технологической системы 03, есть :

Р 000ОО+Р1100ОО+Р010ОО+Р001 ОО+Р011 (10+Р1101 (10+Р1

110(1)+РГ100(1)+РГ101(1)++РН100(1)+РН101(1)+Р11100(1) +Р||101(1)+Р||110(1)+=1; (2)

где Хг10, Xй (1), Х01 (1), X 001(1:) - интенсивность отказов соответственно из-за превышения концентрации СН4, встречи нарушений, элементов КМ, КЛ, которые приводят к полной

^10(1) + ^10(1) + ^10(1) + ^10(1) + \)1(1) +

Р000(1) + Ци(1)Р100(1) +

+ Цм(1)Р100(1) + ц1с(1)Р100(1) + ц!Р1(1) + ЦИ(1)Р010(1) + Цс01(1)Р001(1)

АР010(г) А АР001 (0 А АР0„(0 А

АР* (г)

100 4 у

А

с1Рг (г)

101 4 у

А

ёР// (г) 101 4 у

А

“[^001 (г) + ^01 (г)]Р010(г) + ^01 (г)Р000(г) + ^001 (г)Р011 (г) _ ^001 (г)Р001 (г) ^ ^001 (г)Р000(г)

= ^001 (г)Р011 (г) + ^001 (г)Р010(г)

= -[^001(г) + А10(г )]р;0 (г) + ¿Г10 (г) ^(г) + ^00х(г) Р?п (г)

= -М001(г)Р.(г) + ^001(г)Р! (г)

(1)

= -Мни (г) Р// (г) + Л>01 (г) Р00 (г)

<*5

1,5

Зависимости надежности (а) и сменной нагрузки на лаву (б) от интенсивности отказов Хю и Яню (I).

остановке в работе выемочной машины, 1/час; ^10 (1) и А,||10(1:) - интенсивность частичного отказа элемента П, при котором выемочная машина производит выемку пласта с замедленной скоростью подачи, соответственно на участках со сложной гипсометрией и твердыми включениями, 1/час;

ц||10(1:), ц01(1), ц001(1) - интенсивности восстановлений работоспособности элементов П, КМ, КЛ, соответствующие интенсивностям переходов ^10 (1), А^юО), А.01 (1), X 001(1), 1/час; цГ10(1:), цН10(1) - интенсивности полного восстановления элемента П при переходе его из состояния отказа соответственно из-за превышения концентрации СН4, встречи нарушений, 1/час.

Во втором случае граф состояний, обладает важным для математического моделирования свойством транзитивности, т. е. из любого состояния можно найти путь, по которому можно достичь любого другого состояния. Согласно теории марковских процессов, опираясь на свойство транзитивности, можно считать рассматриваемый процесс отказов и восстановлений в подсистеме 03 как стационарный, т. е. при 1 в системе, вероятности состояний которой не зависят от времени 1, устанавливается предельный режим.

Искомые вероятности определяются из системы уравнений (1) с учетом нормировочного условия (2). При условии стационарности процессов отказов и восстановле-

0 (Ц5 1 1,5 2

ний правые части системы уравнений (1) можно приравнять нулю (время 1 опускается) и решить ее алгебраически. Надежность технологии узкозахватной выемки с Челноковой схемой достаточно полно характеризуется вероятностями Р000, Р|100 и Р||100.

Из системы уравнений (1) с учетом условия (2) вероятности Р000,

р = 1

Р'ю0 и р11100 равны:

000

(3)

001

где

= 1 1

Лг

= 11

Р = 1 100

л

^001

^01

^01

/

А + А

Я01 Х'1

^01

^001

^001

к

^10

М10

10

А 10

Р

000

Рп = 1 100

у/

'10

^10

Р

000

(4)

(5)

Нагрузка на лаву, оснащенную комплексом ОМК СУ, с учетом вероятностей Р000 и Р000, есть:

Рл _Р000 Чтср +1* 000 Чтср+Р Ч тср (6)

где чтср, ч| и - среднетехническая произ-

водительность комбайна соответственно при нормальной и пониженной скорости его подачи.

Количественная мера уровня интенсификации технологии выемки газоносных пла-

0

стов комплексами ОМК СУ определяется критериями надежности - коэффициентом готовности (коэффициент неисправности), а также нагрузками на лаву, ее подвиганием.

Наиболее узким местом рассматриваемой технологии является элемент «пласт». И действительно, при увеличении интенсивности отказов из-за этого элемента (например, газового фактора, частоты встречи геологических нарушений, твердых включений и т.д.) от 1,25 до 1,5 1/ч при прочих равных условиях коэффициент готовности системы 03, как видно из графика на рис. 1а снижается на 4785 %, а сменная нагрузка на лаву, оснащенную ОМК СУ - на 50-70 %. Характер зависимости нелинейный. Уменьшение интенсивности восстановления элемента «пласт» цп, также приводит к снижению надежности технологии очистной выемки на

15-35 %. В данном случае доминирующее значение таких факторов, как частота остановки комбайна из-за превышения СН4 в забое, встречи и преодоления геологических нарушений, сложная гипсометрия, наличие твердых включений очевидно.

Существенно влияние конвейерной линии при наличии в цепочке нескольких последовательно работающих конвейеров. При повышении интенсивности отказов КЛ от 0,1 до 0,5 1/час, как видно из графика на рис. 26, коэффициент готовности работы 03, оснащенной ОМК СУ снижается от 0,324 до 0,2, т. е. более чем на 60 %. Как правило, это связано преимущественно с протяженностью участковой конвейерной цепочки, т. е. с параметрами выемочного участка.

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

Адипое К.Н, Аманбаев Б.Ж.. — Институт проблем комплексного освоения недр Академии наук Республики Казахстан

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ им. Г.В. ПЛЕХАНОВА

ВАСИЛЬЕВА Валерия Юрьевна Повышение экономической эффективности комплексного использования сырья горнометаллургической компании 08.00.05 к.э.н.

КУЛЫГИН Андрей Вячеславович Синтез и реализация эффективных алгоритмов управления комплексом бесконтактных электроприводов основных механизмов карьерного экскаватора 05.09.03 к.т.н.

ЛАНКОВ Павел Юрьевич Обоснование рациональных параметров и области применения наклонных подъемников для глубоких карьеров 05.05.06 к.т.н.