CC BY
34
УДК 621.879.48:622 В.В. Разуваева
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ НАГРУЗОК МАШИН ВСКРЫШНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ КАРЬЕРОВ
Семинар № 21
Гема исследования динамики нагрузок машин вскрышных комплексов железорудных карьеров является первой частью общей работы, посвященной динамике и стабилизации нагрузок машин вскрышных комплексов железорудных карьеров, и содержит установление параметров динамики нагрузок и основных причин, вызывающих простои и ведущие к неравномерности нагрузок. При выполнении работы проводились как теоретические, так и экспериментальные исследования, включающие регистрацию мощности, тока и потребляемой электроэнергии электродвигателями горных машин вскрышных комплексов нового типа.
Экспериментальные исследования проводились в промышленных условиях железорудных карьеров КМА - Лебединского и Стойленского ГОКов.
Лебединский ГОК в настоящее время является железорудным карьером, дважды занесенным в книгу рекордов Гиннеса - благодаря громадным запасам железной руды (22,4 млрд. тонн), которое можно разрабатывать в течение 500 лет, и как самый большой карьер в мире. Добыча в настоящее время достигает более 45 млн. тонн руды и планируется довести этот показатель до 70 млн т, что делает задачу повышения рентабельности и прибыли, весьма актуальной.
Стойленское месторождение расположено рядом с Лебединским месторождением. По объему производства то-
варной руды Стойленский ГОК стал в ряд ведущих производителей железорудного сырья и поэтому повышение эффективности его работы является также важной задачей.
Современные железорудные карьеры являются сложными системами «технология - люди - комплекс машин - среда». Причем подсистема «среда» характеризуется высокой нестабильностью. Нестабильность среды - это, главным образом, нестабильность физикомеханических свойств горно-
геологических характеристик горных пород на вскрышных и добычных участках, как в границах карьеров, так и в течение всего срока службы железорудных карьеров и является одной из основных факторов нестабильности работы и нагрузок машин карьеров.
Подсистема «технология» в основном базируется на циклических процессах машин. Циклический характер принятой технологии работы карьеров, определяемый машинами циклического действия - экскаваторами, автотранспортом, железнодорожным транспортом, буровзрывной технологией приводит к нестабильной работе машин и людей, и, как следствие, к недоиспользованию машин, снижению их срока службы, повышенной утомляемости людей, травматизму и т.п.
Так как машины являются сложными электромеханическими агрегатами, то нагрузка электродвигателя у них харак-
№ п/п Основные параметры процесса Величина
1 X min 13.700
2 X max 24.000
3 Среднее 20.715
4 Среднеквадратическое отклонение 2.266
5 Коэффициент вариации 0.106
6 Коэффициент асимметрии -0.142
7 Коэффициент эксцесса -1.147
теризует нагрузки и в механической части машин.
В выполненной работе приведены результаты промышленных исследований нагрузок машин вскрышных и добычных комплексов, выполненные в основном аппаратурным методом, как при мгновенной регистрации мощности, так и при регистрации с частотой считывания показателей приборов с интервалом 10 минут, 1 час, 1 смена (12 часов), 1 сутки и 1 месяц. Исследования нагрузок проводились непрерывно на протяжении нескольких месяцев за период нескольких лет с 1995 . по 2006 гг. Это позволило впервые получить предста-вительные диаграммы нагрузок машин как вскрышного, так и добычного оборудования.
Нами было установлено, что динамика нагрузки комплексов машин отличается высоким уровнем. Даже при ежесуточном считывании информа-ции о нагрузках, полученные коэффициенты вариации нагрузок для различных видов комплексов изменяется в пределах 0,106-0,626. Так как при таком считывании информации выпадает спектр нагрузок внутри суток, то указанные коэффициенты будут намного больше.
В результате обработки диаграмм нагрузок получили автокорреляционные функции (рис. 1) и спектральные плотности, основные параметры распределения вероятностей нагрузок в течение нескольких лет (табл. 1).
Полученные диаграммы нагрузок машин карьеров и разрезов позволили сравнивать режимы работы в период как устойчивой, так и неустойчивой конъюнктуры спроса на продукцию этих предприятий.
Автокорреляционный и спектральный анализы нагрузок машин комплексов показали, что изменения нагрузок оборудования носит преимущественно случайный характер, но содержит и регулярные составляющие, влияние которых весьма существенно, и устранение которых сможет заметно стабилизировать режим работы оборудования. Это простои между сменами - 8 ^ 20 %, неделями и месяцами - 15 %. При существующих циклической технике и технологии устранение этих составляющих возможно главным образом на основе совершенствования организации работ.
Основными причинами, дестабилизирующими работу машин вскрышных и добычных комплексов железорудных карьеров, что введет к высокой динамике нагрузок машин и людей, является циклический характер их работы. Главное, это циклический характер работы автомобильного и железнодорожного транспорта, в результате чего 40 ^ 80% времени смены постоянно из года в год уходит на ожидание или обмен транспорта, далее следует простои из-за неисправности экскаваторов, задержки с электроснабжением и т.п. Поэтому отказ от циклических схем работы машин в забое и от циклического транспорта, позволит устранить указанные простои.
:о| - Корреляционной ^ункцШ
Исследования нагрузок машин вскрышных комплексов Лебединского ЛГОКа показало, что наибольшее время экскаваторов за смену уходит на плановые простои (24,5+31,2 %), отвлечение экипажей на вспомогательные работы (18+21,4 %), на неплановые простои (11,6+13,9 %), которые вызваны внезапными отказами техники; главными причинами отказа экскаваторов являются отказы приводов, систем электропитания и т.п.
Система использования вскрышных комплексов носит сложный характер -на вскрышные работы по скальной породе затрачивается (9,5+- 12,8 %) времени комплексов,
Рис. 1. Автокорреляционная функция нагрузок машин карьера ЛГОКа (11.01.2006 г.)
по рыхлой породе (9,2+10,7 %), при этом последние грузят песок (50+58,2 %), собственно
грунт (32,2 %), мел
(16,7+19,4 %), кроме того, вскрышные комплексы часто отвлекаются на погрузку руды (14,4+16 %). Поэтому формирование динамики и вызываемой ею нестабильности нагрузок машин вскрышных ком-плексов является сложным многосвязным процессом.
Как видно из приведенных данных (рис. 2) наибольший удельный вес в простое оборудования карьера ЛГОКа играют как плановые, так и неплановые простои. Поэтому рассмотрение указанных факторов в течение всего 2005 г. и начала 2006 г. представило значительный интерес.
Из диаграммы на рис. 2 видно, что наибольшие затраты времени ушли на плановые простои, неплановые простои и вспомогательные работы, что одновременно означает высокий уровень динамики горных машин и оборудования, при котором растут разма-хи нагрузок и, следовательно ускоренно снижается ресурс узлов и деталей машин. Анализ плановых простоев (рис. 3) показывает, что наибольшее время в течение месяца уходит на обмен транспортных средств (35 %), далее идут регламентируемые перерывы (22 %), на третьем месте (18 %) стоят ремонтные работы.
Рис. 2. Фактограммаработы электромеханического оборудования (ЭМО) ЛГОКа в 2005 г.: 1 -
отгрузка рыхлой вскрыши; 2 - отгрузка скальной вскрыши; 3 - отргузка руды; 4 - прием горной массы; 5 - вспомогательные работы; 6 - плановые простои; 7 - неплановые простои
Неплановые (случайные) простои идут в что в период июля месяца (отпускной пе-
основном на ожидание транс порта (70 %), риод) резко снижается ожидание транснеисправности экскаваторов (12 %), другие порта, и резко возрастают прочие непла-
причины. Обращает на себя внимание факт, новые простои.
Рис. 3. Плановые простои ЭМО в 2005: 1 - обмен транспортных средств; 2 - регламентируемые перерывы; 3 - ремонтные работы; 4 - устройство авто и железных дорог и КС; 5 - резерв; 6 -взрывные работы; 7 - перестройка ЛЭП; 8 - отключение ЛЭ
Для оценки уровня стабильности различных факторов, вызывающих простои оборудования карьера, были произведены расчеты максимальных и минимальных значений полученных на основании анализа диаграмм мощности величин для неплановых простоев, их среднее значение, средне-максимальное,
среднеминимальное, размах и полученное отклонение параметра от среднего, что приведено в табл. 2.
Из полученных в данных следует, что процесс ожидания транспорта в неплановых простоях проходит постоянно с завидной стабильностью (максимальное отклонение от среднего 1,14 раза,
Неплановые простои, 2005 г.
Параметры Ожида- ние транс- порта Неисправность экс-кава-торов Неприём горной массы Энерге- тические простои Ожидание ремонтов Прочие простои
1 2 3 4 5 6 7
Максимальное значение 78,0 16,90 0,30 4,50 6,80 44,70
Минимальное значение 37,10 10,70 1,60 2,40 1,70
Максимальный размах 40,9 6,20 6,10 2,90 4,40 43,0
Среднее значение 68,35 13,63 2,49 2,85 4,50 8,17
Среднее Минимальное 60,70 12,32 0,88 2,68 3,63 2,83
Среднее Максимальное 70,83 14,95 5,7 3,11 5,37 23,67
Размах 13,12 2,63 4,82 0,43 1,74 20,84
Перегрузка 1,14 1,24 2,57 1,54 1,51 5,47
табл. 2). Неисправность экскаваторов происходит также систематически (отклонение от среднего 1,24 раза), простои энергетические (отклонение от среднего 1,54 раза), ожидание ремонтов (отклонение от среднего 1,51 раза). Отклонение же от среднего вследствие неприема горной массы имеет широкий разброс (2,57 раза), и прочие неплановые простои, составляет 5,47 раза. Это самый высокий показатель, говорящий о спонтанном характере появления непредсказуемых причин простоя, динамике нагрузок машин карьера, определяемых неплановыми простоями, плановыми и вспомогательными работами.
Важным показателем использования машин карьера является коэффициент машинного времени, который определяется как отношение суммарного времени непрерывной работы машин ко времени работы в течение суток и т.д., состоящего из времени работы и времени простоев.
Выполненный в работе анализ, позволил получить график изменения коэффициента машинного времени за 12 месяцев 2005 г.
Как видно из приведенного графика коэффициент КМ в течение года изменился в диапазоне 0,49 до 0,56; что говорит о хорошем использовании оборудования.
Указанный показатель снизился в зимний период и летом, в отпускной период, удерживаясь в среднем на достаточно высоком уровне, что превышает аналогичный показатель других железорудных карьеров.
Высокие показатели коэффициента машинного времени стали возможным благодаря разработанной и внедренной инженерами - электриками ЛГОКа автоматизированной системе оперативного управления, контроля и диагностики режимов работы комплексов.
Однако уже на следующий год коэффициент машинного времени в первой половине 2006 года снизился до КМ=0,48, что было вызвано, как нам представляется, предстоящей сменой владельцев ЛГОКа и увеличением в связи с этим напряжением в трудовых коллективах, снижением дисциплины.
Анализ факторов, ведущих к нестабильной нагрузке машин карьеров, показал, что важную роль в формировании спектра нагрузок машин играет «человеческий фактор». Это сказывается при эксплуатации, ремонте, техническом обслуживании машин: далее «среда», в первую очередь изменяющиеся свойства горных пород на рабочих участках, затем, отказы техники, потери времени (простои), вызываемые циклическим характером горных работ и т.п.
Коэффициент машинного времени
60
55
50
45
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
месяц
Важную роль в формировании эффективности работы подсистемы «люди» играет информационное обеспечение. Поэтому появившаяся в начале 2006г. информация о смене владельца ЛГОКа, которая вызвала у людей неуверенность в перспективе своей работы, сразу сказалось на коэффициентах машинного времени работы оборудования, снизив его показатели.
Выводы
1. Высокая динамика, нестабильность нагрузок машин вскрышных комплексов имеет ряд отрицательных последствий - это потеря производитель-
1. Красников Ю.Д., Разуваева В.В. Динамика и стабилизация режимов работы вскрышных комплексов железорудных карьеров. Журнал «Горное оборудование и электромеханика», №1, 2005.
2. Красников Ю.Д., Разуваева В.В., Вахрушев С.В. Основные факторы, дестабилизи-
ности оборудования, рост аварийности и числа отказов техники и, следовательно, увеличение времени простоев, постоянная нервная и физическая нагрузка людей, их быстрая утомляемость, что ведет к росту травматизма; повышенные шум и вибрация на рабочих местах, что ведет к росту профзаболеваний, увеличение пылеобра-зования на рабочих местах, что усугубляется радиоактивностью руды, наличием в них тяжелых металлов и др.
2. Рекомендованный нами и внедренный на Лебединском ГОКе метод оперативного управления, контроля и диагностики режимов работы комплексов позволил повысить коэффициент машинного времени оборудования до 56 %.
3. Существенное повышение эффективности работы оборудования карьеров может быть достигнуто применением поточных технологий разрушения горных пород массива.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
рующие работу комплексов оборудования железорудных карьеров. Журнал «Горные машины и автоматика» №10, 2004.
3. Красников Ю.Д., Разуваева В.В. Особенности динамики работы вскрышных комплексов на открытых разработках. Журнал «Г орные машины и автоматика» № 5, 2002. ЕШ
— Коротко об авторе ------------------------------------------------------------------
Разуваева В.В. - старший преподаватель, кафедра «Горные машины и горная электромеханика», Московский государственный открытый университет.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 21 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Л.И. Кантович.
