CC BY
10
УДК 614.8:629.039.58
С.В. Новоселов, С.А. Панихидников
МЕТОД ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО
ИСЧИСЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПЕРЕРЫВОВ В ДОБЫЧНОМ ЦИКЛЕ
ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ЗАБОЕВ ШАХТ ОПАСНЫХ ПО ГАЗУ С УЧЕТОМ ПОРОГОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ МЕТАНА
Рассмотрено повышение эффективности организации добычного цикла в аспекте расчета времени технологических перерывов с учетом пороговых концентраций метана. Приведена подробная методика примерного расчета технологического перерыва в добычном цикле высоконагруженного забоя шахт опасных по газу, при учете пороговых значений концентрации СН4 средствами автоматической газовой защиты методом дифференциального исчисления. Рассчитаны ориентировочные потери от нерационального — одноразового преждевременного включения комбайна. Доказана значимость применения организационных методов при научном обеспечении расчетов времени необходимых технологических перерывов для ликвидации взрывоопасных метановоз-душных смесей в очистном забое и активизация применения научных методов для повышения эффективности их работы.
Ключевые слова: дифференциальное исчисление, пороговые концентрации метана, автоматическая газовая защита, необходимый технологический перерыв.
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-3-0-69-74
Введение в проблему интенсификации добычи и роли организационных факторов в решении проблемы метанобезопасности
В первом десятилетии ХХI в. угольные шахты компании ОАО «СУЭК-Кузбасс» показали себя шахтами нового поколения, работающими по технологии шахта-лава, шахта-пласт, достигли высоких результатов, сравнимых с результатами мировых лидеров. Приведенные показатели
лучших очистных бригад ОАО «СУЭК-Кузбасс» угледобычи России 2008—2011 гг. [1, с. 126], показывают развитие и формирование эффективной добычи в компании. Так бригада В.И. Мельника за 296 дней добыла 4 098 351 т угля.
Сравнительный анализ показателей работы отечественных комплексно-механизированных забоев (КМЗ) за период 2008—2011 гг. и зарубежных, см. табл. 1, доказывает, что наши очистные забои по среднесуточной нагрузке в первом
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 3. С. 69-74. © С.В. Новоселов, С.А. Панихидников. 2018.
Таблица 1
Показатели работы наиболее производительных КМЗ на шахтах США
Наименование показателя Маунтайниир Эмеральдресурс Твентимайл
Мощность пласта, м: вынимаемая геологическая 1,68 1,52 1,83 1,83 2,59 2,44; 2,9
Длина лавы, м 330 330 256
Величина захвата, м 1,067 1,00 0,914
Объемный вес угля т/м3 1,44 1,32 1,32
Тип комбайна Джой 4LS-9 Longaupgeks
Годовая добыча участка, млн т 7,92 5,76 6,03
Число рабочих дней в году 342 286 320
Среднесуточная добыча лавы, тыс. т 21,7 19,0 17,5
Среднесуточное подвигание забоя, м 27,2 23,9 20,1
Среднее число циклов в сутки 25,5 23,9 21,9
Время отработки панели, сут 121 110 268
Коэффициент машинного времени комбайна при скорости подачи 10—12 м/мин при 2-х рабочих сменах по 8 ч 0,75—0,8 0,7—0,75 0,55—0,6
десятилетии XXI в., догоняли мировых ведущих углепроизводителей, каковыми являются шахты США [1, с. 145].
Освещая последние результаты работы угольной промышленности России в 2016 г. И.Г. Таразанов, отметил, что среднесуточная нагрузка на комплексно-механизированный забой достигла 4867 т/сут [2, с. 41], и соответственно, выросла с начала века — 1070 т/сут [3,
с. 53], т.е. в 4,5 раза. Передовой опыт добычи (сентябрь 2016 г.) на двух шахтах АО «СУЭК-Кузбасс», «Талдинская-За-падная-1» и им. В.Д. Ялевского, перешагнул рубеж месячной добычи угля из одного очистного забоя 1 млн т, а в мае 2017 г. на шахте им. В.Д. Ялевского установлен абсолютный рекорд добычи — 1,407 млн т угля из лавы за месяц [4]. На шахте Талдинская-Западная-1 и шах-
Таблица 2
Горногеологические и горнотехнические параметры отработки выемочных участков 50-02 и 66-05
Наименование показателя Выемочный участок
66-05 50-02
Плановая суточная нагрузка на очистной забой, т/сут 38 000 35 000
Природная метаноносность разрабатываемого пласта, м3/т с.б.м. 2,56 8,5
Длина очистного забоя, м 300 290
Плотность чистых угольных пачек, 1,44 1,30
Вынимаемая мощность пласта, м 4,5 3,79
Ширина захвата комбайна, м 0,8 0,8
Продолжительность рабочей смены, мин 480 480
Коэффициент характеризующий схему выемки угля 0,5 1
те им. В.Д. Явельского анализ технических характеристик очистного оборудования показал, что максимальная производительность могла быть обеспечена на уровне 54 000 т/сут. и ограничивалась приемной способностью лавных и участковых конвейеров [5, с. 41]. Рекордные результаты добычи угля лавы 66—06 шахта Талдинская-Западная-1 и лава 50—02 шахте им. В.Д. Явельского компании АО «СУЭК-Кузбасс», превысили мировые показатели по среднесуточной нагрузка на забой и достигли соответственно 38 000 т/сут и 35 000 т/сут, соответственно, см табл. 2 [5, с. 43].
Резюмируя можно, отметить в период времени 2016—2017 гг. коллектив АО СУЭК-Кузбасса, радикально повысил параметры среднесуточной добычи и укрепил позиции в аспекте безопасной отработки пластов с повышенной мета-нообильностью, при среднесуточной добыче, превышающей мировых лидеров (шахты США) в разы (см. табл. 2), при учете того, что у них более благоприятные горно-геологические условия.
Однако, в условиях шахт Кузбасса одним из сдерживающих факторов угледобычи является метаноопасноть, и как следствия аварии и риски связанные со взрывами газа метана, что освещалось рядом авторов в источниках [6—8], а тема риска рассматривалась и зарубежными авторами [9—12].
Для снижения риска аварий связанного газовым фактором, можно использовать как мероприятия в технических проектах по дегазации угольных пластов — дегазационные установки, газодренажные скважины и другие дегазационных системы, так и организационные мероприятия, включающие технологические перерывы, которые возникают при снятии напряжения, при срабатывании средств автоматической газовой защиты (АГЗ).
Фактор оптимизации технологических перерывов значительно влияет как на
повышение коэффициента машинного времени комбайна, безопасность работы, и как будет доказано на эффективность добычи угля.
Очевидно, при различных скоростях подачи формируется различное количество отрезанного угля — следовательно, будет различное относительное метано-выделение (концентрация метана), что естественно требует оптимизации проветривания очистного забоя.
Из неоднократных практических шахтных наблюдений зафиксировано (с определенной долей погрешности), что время проветривания в очистном забое с концентрации 1,3% отключающей электроэнергию и до 1,0% — исходящая из лавы по ПБ, позволяющей снова включить комбайн может составлять несколько минут. Однако, примерно через 1 мин после повторного включения комбайна, возникает концентрация более 1,3% метана и снова отключает комбайн, т.е. происходит «дергание» процесса добычи, ввиду того, что за данное время лава не успела проветриваться.
Ниже приводится примерный расчет технологического перерыва в добычном цикле высоконагруженного забоя шахт опасных по газу при учете пороговых значений концентрации СН4 методом дифференциального исчисления.
Метод дифференциального исчисления временных технологических перерывов в добычном цикле высоконагруженных забоев шахт опасных по газу при учете пороговых значений концентраций метана и средств автоматической газовой защиты
Примем математическое ожидание (среднюю величину) концентрации метана в очистном забое, при которой рациональнее повторно включить комбайн после сработки АГЗ — 0,75%. Параметры
пороговых значений поступающей вентиляционной струи в выемочный участок по ПБ — концентрация метана 0,5%. Решим дифференциальное уравнение из условия, что фактически включение производилось через 5 мин при достижении концентрации в 1%.
Искомая функция — концентрация метана через t минут после начала проветривания. Скорость проветривания это производная функция у'^). По нашим условиям:
-У^) = к(у(Т) — 0,5),
(1)
где к — коэффициент пропорциональности (пока неизвестный). Тогда:
у^) = 1,3; у(5) = 1
Решая уравнение (1) получим:
^У
У - 0,5
=
1п (у - 0,5) = -И + 1пС, . у = 0,5 + Се-к
Из условий у(0) = 1,3; у(5) = 1 находим к и С:
1,3 = 0,5 + Се°; ^ С = 0,8; ^
1 = 0,5 + 0,8е~5", ^ к = - 1п2
Тогда:
- 1П2
у(Ц = 0,5 + 0,8е 5 =
г
= 0,5 + 0,8 • 2-5 Найдем время, когда концентрация метана в очистном забое снизится с 1,3% до 0,75%.
_ г
У (г) = 0,5 + 0,8 • 2_5 = 0,75;
2 5 =
0,25; 0,8 ;
2 5 = 0,3125; t = 8,39 мин.
В данных условиях, при аварийном отключении комбайна средствами АГЗ, машинист комбайна должен продлить технологический перерыв с 5 мин до времени проветривания равного 8,39 мин.
Допустим, что произошло еще одно повторное отключение, т.е. потеряно как минимум 10 мин работы комбайна (5 мин + 5 мин).
Это составляет при средних скоростях подачи 20 м/мин около 1200 т потерь угля, т.е. по минимальной цене 45 долл., потери составят 3,24 млн руб. при курсе 60 руб. за доллар. Этим доказывается важность необходимого технологического перерыва.
Данные исследования позволят построить графики, номограммы, зависимости временных параметров режима работы и технологических перерывов при различных режимах работы очистного оборудования и газодинамики на выемочном участке, которые необходимо доводить до обслуживающего персонала.
Выводы
Применение организационных методов при научном обеспечении расчетов времени необходимых технологических перерывов для ликвидации взврыво-опасных метоновоздушных смесей в очистном забое обеспечит их безопасную работу.
Методы дифференциального исчисления временных параметров добычного цикла высоконагруженных забоев шахт опасных по газу с учетом пороговых концентраций метана, можно применять и для расчета всего спектра параметров технологического цикла при добыче.
Резюмируя, можно отметить, что активизация научных исследований в направлении метанобезопасности в очистных забоях, должна проходить на комплексном методическом и междисциплинарном подходе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Харитонов В. Г., Ремезов А. В., Новоселов С. В. Теория проектирования и методы создания многофункциональных шахто-систем. — Кемерово: ГУ КузГТУ, 2011. — 349 с.
2. Таразанов И.Г. Итоги работы угольной промышленности России за январь-декабрь 2016 года // Уголь. — 2017. — № 3. — С. 36—51.
3. Таразанов И. Г. Итоги работы угольной промышленности России за 2005 года // Уголь. — 2006. — № 3. — С. 49—56.
4. Артемьев В. Б., Ютяев Е. П., Копылов К. Н., Мешков А. А., Демура В. Н., Смирнов О. В. Достижение наивысших показателей по добыче угля в месяц в условиях АО «СУЭК-Кузбасс» // Уголь. — 2017. — № 8. — С. 82—88.
5. Мешков А.А., Волков М. А., Ботвенко Д. В., Тимошенко А. М. Миллион уже не рекорд // Уголь. — 2017. — № 7. — С. 40—45.
6. Новоселов С. В., Панихидников С. А. Травматизм в угольной промышленности России и прогнозирование риска аварий взрыва метана на опасном производственном объекте — в очистном забое сверхкатегорной шахты // Уголь. — 2017. — № 7. — С. 40—45.
7. Рубан А. Д., Забурдяев В. С. , Артемьев В. Б. Особенности дегазации угольных пластов на шахтах с высокой производительностью очистных забоев // Безопасность труда в промышленности. — 2009. — № 9. — С. 16—21.
8. Рубан А. Д., Забурдяев В. С. , Артемьев В. Б., Логинов А. К. Опыт высокопроизводительной работы очистных забоев на метаноносных угольных пластах // Уголь. — 2006. — № 10. — С. 3—6.
9. БоЛи, Цзяньпин Вэй, Ван Кай, Ли Пенг, К. Ван Метод определения коэффициент проницаемости угольного пласта на основе проницаемости загруженного угля // Международный журнал горной науки и техники. —2014. — т. 24. — выпуск 5, сентябрь. — С. 637—641.
10. Качмарек Т. Риск и управление рисками — междисциплинарный подход. — Варшава: Дофин, 2005.
11. Тарчынски В., Моисевич M. Управление рисками. — Варшава: Польское экономическое издательство, 2001.
12. Узелок Р. Управление рисками в экономических единицах. Аспект всего сущего. — Краков: Издательство AE, 2003. ti^m
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Новоселов Сергей Вениаминович — кандидат экономических наук, доцент, e-mail: [email protected], Филиал КузГТУ в г. Белово,
Панихидников Сергей Александрович — кандидат военных наук, зав. кафедрой, e-mail: [email protected], Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича (СПбГУТ).
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2018. No. 3, pp. 69-74.
S.V. Novoselov, S.A. Panikhidnikov
METHOD OF DIFFERENTIAL CALCULATION OF PROCESS IDLE TIME IN PRODUCTION CYCLE OF HIGH-OUTPUT FACES IN GAS-HAZARDOUS MINES WITH REGARD TO THRESHOLD CONCENTRATIONS OF METHANE
The article discusses one of the key trends in the enhancement of safety in high-output productive faces in methane-hazardous coal mines—improvement of process efficiency through calculation of process idle time with regard to threshold methane concentrations.
The primary causes of reduction in production time of cutter-loader operation in gas-hazardous mines is automatic blackout when stationary sensors of methane concentration in return air flow from production headings and extraction panels automatically shut off power supply at the methane concentration of 1.3%.
The ignorance of efficient process idle time up to re-actuation of cutter-loader results in jogged production cycle and in downtime, and, accordingly, in the loss of the whole production efficiency.
Consequently, this problem should be scientifically investigated. The article presents a detailed procedure of sample calculation of process idle time in production cycle of high-output face in gas-hazardous mine with regard to threshold concentrations of CH4 recorded by automatic gas protection aids by the method of differential computation. Approximate loss due to inefficient single premature actuation of cutter-loader is calculated.
The significance of organizational approaches to scientific support of process idle time calculation aimed to eliminate explosive air-and-methane mixture flows at production faces and stimulation of application of science-based methods to enhance production efficiency has been proved.
Key words: differential computation, threshold methane concentration, automatic gas protection, required process idle time.
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-3-0-69-74
AUTHORS
NovoselovS.V., Candidate of Economic Sciences, Assistant Professor, e-mail: [email protected], Belovo branch of Kuzbass State Technical University, 652644, Belovo, Russia,
PanikhidnikovS.A., Candidate of Military Sciences,
Head of Chair, e-mail: [email protected],
The Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University
of Telecommunications,
193232, Saint-Petersburg, Russia.
REFERENCES
1. Kharitonov V. G., Remezov A. V., Novoselov S. V. Teoriya proektirovaniya i metody sozdaniya mnogofunktsional'nykh shakhto-sistem (Theory of design and methods of creating multifunctional chahta systems), Kemerovo, GU KuzGTU, 2011, 349 p.
2. Tarazanov I. G. Ugol'. 2017, no 3, pp. 36-51.
3. Tarazanov I. G. Ugol'. 2006, no 3, pp. 49-56.
4. Artem'ev V. B., Yutyaev E. P., Kopylov K. N., Meshkov A. A., Demura V. N., Smirnov O. V. Ugol'. 2017, no 8, pp. 82-88.
5. Meshkov A. A., Volkov M. A., Botvenko D. V., Timoshenko A. M. Ugol'. 2017, no 7, pp. 40-45.
6. Novoselov S. V., Panikhidnikov S. A. Ugol'. 2017, no 7, pp. 40-45.
7. Ruban A. D., Zaburdyaev V. S. , Artem'ev V. B. Bezopasnost' truda v promyshlennosti. 2009, no 9, pp. 16-21.
8. Ruban A. D., Zaburdyaev V. S. , Artem'ev V. B., Loginov A. K. Ugol'. 2006, no 10, pp. 3-6.
9. Bo Li, Tszyan'pin Vey, Van Kay, Li Peng, K. Van Mezhdunarodnyy zhurnal gornoy nauki i tekhniki. 2014, vol. 24, issue 5, September, pp. 637-641.
10. Kaczmarek T. Ryzyko i zarz^dzanie ryzykiem — ujqcie interdyscyplinarne(), Warszawa, Difin, 2005.
11. Tarczynski W., Mojsiewicz M. Zarz^dzanie Ryzykiem, Warszawa, Polskie Wydawnictwo Ekonom-iczne, 2001.
12. Buta P. Zarz^dzanie ryzykiem w jednostkach gospodarczych. Aspekt uniwersalny, Krakow, Wydawnictwo AE, 2003.
TABLES
Table 1. Performance of the most productive longwalls in USA.
Table 2. Geological and geotechnical parameters of longwalls 50-02 and 66-05.
