Обоснование параметров технологических схем при проведении капитальных горных выработок Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.В. Мельник, А.Н. Абрамкина, Л.И. Шулятьева, 2011

УДК 622.272

В.В. Мельник, А.Н. Абрамкина, Л.И. Шулятьева

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ КАПИТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Изложена методика моделирования параметров технологического процесса при проведении выработок буровзрывным способом. Предложена схема формирования параметров подсистемы. Приведены модели их расчёта.

Ключевые слова: вскрытие и подготовка новых горизонтов, технологический процесс, параметры процесса, рабочая операция, трудоёмкость операций, скорость проведения выработки.

Т^одсистема «горно-подгото-

ж. .А вительные работы» (ГПР) находится под воздействием, как технологических факторов смежных подсистем, так и под влиянием горногеологических условий функционирования внутри подсистемы, которые создают определенные труд-ности и накладывают ограничения в выборе решений при разработке технологических схем и формировании параметров технологического процесса и смежных подсистем, в частности. Динамический характер развития подсистемы ГПР в пространстве и времени (как и очистных работ), предопределяет необходимость совместной оптимизации параметров технологических схем и технологических процессов этих подсистем.

Объектом исследования подсистемы ГПР является технологический процесс проведения подземной горной выработки, параметры которого во взаимодействии с другими процессами определяют выбор технологических схем вскрытия, подготовки и систем разработки, применяемых на шахте. К параметрам технологического процесса относятся сменная скорость про-

ходки (Упр), продолжительность проведения (Шр), численность проходческого звена (Чпр). В исследованиях рассмотрены технологические схемы: способ проходки выработок, тип проходческого оборудования, способ транспортирования горной массы от забоя, вид транспортного оборудования, тип крепи в выработке. Сочетание этих ТС определяет в целом технологическую схему проведения выработки, а также формируют алгоритм оптимизации параметров подсистемы. В данной работе изложена методика формирования параметров проходческого цикла при проведении выработок буровзрывным способом (БВР).

Моделирование параметров основано на использовании метода исследования длительности и трудоемкости операций. Скорость проведения горной выработки (Упр)

- протяжённой:

Упр = 1ц X Nцсм X Nсм

- непротяжённой:

Упр = Уц X Nцсм X Nсм

где 1ц - подвигание забоя за цикл, м, 1ц = 1шпXI, I - коэффициент использования шпура; 1шп - длина шпура, м, 1шп = 3, 308-0,226с, Уц - объём отбитой горной массы на цикл, Уц = 1ц X S"пр, м3/цикл, Srrпр - площадь выработки, обуриваемой за один цикл, м2; Nцсм - расчетное число циклов в смену, Щсм = Тсм : Щ, где ^м -число смен по проведению выработки в сутки; tц - продолжительность цикла, мин., при максимальном совмещении операций

Щ = tбур+(tпогр + Шрц) X kc+tвсп, мин/цикл,

ко - коэффициент совмещения операций, в проходческом забое, 0,85 < кс <1; tбур

- длительность операций по бурению, заряжанию и взрыванию шпуров, мин/цикл,

- для протяжённых выработок

1бур = Ыз + -

Qб

- + Ыш + Ыс + 1озв + 1рп ,

Nоб X Уб мин/цикл,

где Ыз - работы по подготовке забоя к бурению,

п = 0,373 X кпз X —, мин/цикл,

1шп

кпз - коэффициент, учитывающий вид бурильного оборудования,

- для ручных электросвёрел

кпз = 0,009+0,03 8/ср + 0,0072/ср2,

- для прочего оборудования

кпз = 0,014+0,044/ар + 0,008/ар2;

^б - количество единиц оборудования в выработке, 0б - объем работ по бурению шпуров на цикл, шпм, согласно паспортам,

- для протяжённых выработок

— = (0,153 + ° 0225/ср) X, шпм/цикл; x(0,567Snр + 3,073) X 1ц

- для непртяжённых выработок

3 073

б = Уц X (0,153 +0,0225/ср^ (0,567+^1^),

Snр

шпм/ цикл;

Убк - производительность к-й единицы

бурильной установки по бурению шпуров, шпм/мин.,

Убк = Рбук (1,036 - 0,0036ав^ x(0,219+0,049/ср)-1 Рбук - техническая производительность

установки при /ср =16, шпм/мин.; Ыш -продолжительность извлечения и смены штанг, мин/цикл,

Ыш = 0,417x 1ц,

1пс - продолжительность передвижки станка, мин/цикл,

tnс = 8,042 X Кпс X 1ц,

Кпс - количество позиций для обурива-ния забоя,

Кпс = ^пр : Вбу},

Вбу - ширина забоя, обуриваемого с одной позиции, принимается согласно техническому паспорту бурильной установки, м; 1озв - продолжительность работ по очистке, заряжанию, взрыванию шпуров, и проветриванию забоя,

ов = к' X -б X (0, 65+063, мин/цикл;

1шп

к' - коэффициент, учитывающий вид оборудов ания по бурению, для ручных

электросвёрл к' =1,37, для прочих к' =1,687, tрn - продолжительность регламентированных перерывов на проветривание выработки, мин/цикл, 1рп < 30 мин/цикл; №р - длительность операций по креплению горной выра-

ботки, мин./цикл; tвсn - продолжительность выполнения вспомогательных операций, не перекрываемых основными, мин.,

tвсn = 1ц X (1нрп + tвк + Ытр + Ыкон) X кс', мин/цикл,

кс' - коэффициент совмещения вспомогательных операций во времени с основным процессом, кс < 0,75, ^рп -

продолжительность работ по наращиванию рельсового пути, мин/м,

Ырп = 35,643Ирпкркл X x(0,937+0,046/ср - 0,002/ср2)

Nрn - количество рельсовых путей в выработке; кркл - коэффициент, учитывающий размер колеи, для колеи 600 мм кркл = 1, для колеи 900 мм кркл = 1,107; tвк - продолжительность операций по проведению и креплению водоотливной канавки, включает операции по выравниванию боков и дна и крепление,

tвк = квк X (0,963 + 0,014/ср - 0,0001/р2), мин/м,

квк - коэффициент, учитывающий способ крепления канавки,

- без крепления : квк =13,139,

- крепление железобетонными желобами: квк = 46,17,

- бетонирование: квк = 60,75;

Ыкон - продолжительность операций по наращиванию конвейеров в проводимой выработке

- для скребковых конвейеров:

Ыкон = 0, 054Тсм(0,05ав + 0,4) X мин/м. x(0,033Sсв + 0,501)

- для ленточных телескопических конвейеров

tнкон = 0,046 x7см X (0, 033x^6 + 0,501), мин/м;

Ытр - длительность операций по наращиванию труб вентиляции и орошения tнтр = 0,031 xТамx (0,008x^6 + 0,907), мин/м;

Шогр - длительность операций по погрузке горной массы, мин/цикл;

^огр = -погр + tр + tв ,

Уп X Иов

погр - объем работ по погрузке горной массы на цикл, м 3 /цикл,

—погр = 1, ^пр X 1ц ,

Уп - производительность погрузочной машины, м 3 /мин.,

рп

Уп = тех кнккс(1,14 - 0,08 /ср) X 60

x(0,041 + 0,13 8Япр - 0,005Япр2) X x(1,043 - 0,0398ав),

Р1 - техническая производительность погрузочной машины, м 3 /час; кн - коэффициент неравномерности разброса горной массы, согласно [1] кн =0,7, для ковшовых машин, кн =0,85 для машин с нагребающими лапами; кс

- коэффициент совместной работы машин в забое, согласно [1]

кс = 1, если Иоб = 1, кс = 0,85 ,

если Иоб=2;

к - коэффициент, учитывающий расстояние транспортирования,

к =0134 + 44,45 - при использовании

1тр

вагонеток, к.1 = 1 - при использовании конвейеров, 1тр = Lв /2.

Ырц - продолжительность крепления забоя на цикл,

tкр

Ырц = 1ц X , мин/цикл.

Пр

а) 1ПНБ2Б погрузка в вагонетки, тип крепи - КВВ4

Чкб =

k = 1

б) БУР-2, погрузка в вагонетки 1ПНБ2, крепь железобетонная арочная

Рис. 1. Влияние горнотехнических факторов на скорость проведения выработок буровзрывным способом: Упр - скорость проходки выработки комбайном; /ср - средняя крепость массива; Sпр - сечение выработки в проходке, м2; пр - плотность установки крепи

В результате использования приведенных исследований получены модели формирования продолжительности операций по бурению шпуров, на основании этого установлены максимально возможные для данных типов оборудования скорости проведения вы-

работок. Графическая интерпретация полученных результатов для некоторых типов оборудования приведена на рис. 1.

Численность проходческого звена определяется как

к Т £ Трц1к

^1к

где Трц1 - трудоемкость работ по к-й операции на цикл, чел-мин/цикл.

Трудоёмкость работ при проведении выработки составит:

Трц = Тбур + Тозв + Тпогр +

+Тркр + (Трнрп + Трвк +

+Трпв + Тркон) X 1ц, чел-мин/цикл,

где Тбур - трудоёмкость работ по бурению, заряжанию и взрыванию шпуров,

Тбур = tбурNобал , чел-мин/цикл,

Иобсл - норматив численности по обслуживанию бурильного оборудования,

- для ручных электросвёрл и перфораторов Иобсл =1,0 чел.,

- для буровых станков и буропогрузочных машин Иобсл =2,0 чел.,

Тпогр - трудоёмкость работ

по погрузке горной массы на конвейер или в вагонетки,

Тпогр = Ыогр X Иобсл1, чел-мин/цикл; Иобсл1 - норматив численности по обслуживанию погрузочной машины, чел.,

Сравнение нормативных и прогрессивных скоростей проведения выработок

Горнотехнические условия Скорость проведения, м/мес. (для условий Карагандинского и Кузнецкого бассейнов)

Нормативная Расчётная

коэффициент крепости до 6 80 120

а ие І ес зе реф уэ бо а пур°в 60 100

б) погрузка горной массы в вагонетки в двухпутевой выработке

Тозв — tозв X Иобсл2,

Иобсл2 - норматив численности рабочих, выполняющих операцию, чел.,

Иобсл2 = —б X [коб2 + (1,625+ 1^) ], 1шп

коб 2 - коэффициент. Учитывающий вид бурильного оборудования,

- для ручных электросвёрл коб2 =0,05,

- для прочего оборудования коб2 =0,367;

Трнрп - трудоёмкость работ по наращиванию рельсовых путей,

Трнрп = tнрп X Инрп , та-мин/^

Инрп - норматив численности по выполнению операЦИИ. Ынрп - 3 чел.

Рис. 2. Зависимости трудоемкости работ при проведении Результатом исследова-выработок буропогрузочной машиной 2ПНБ2Б по опера- ний являются установлениям: Тр - трудоемкость работ, чел-мин/цикл; /ср - средняя ные зависимости параметров технологического процесса для технологических

крепость массива; Sпр - сечение выработки в проходке, м2; Пр - плотность установки крепи

- при погрузке N06^1 =2 чел.,

на конвейер

- при погрузке в вагонетки

42,9, чел.;

Ыобсл1=3,68—

I

тр

Тозв - трудоёмкость работ по очистке, заряжанию и взрыванию шпуров, чел-мин/цикл,

схем проведения выработок с использованием БВР. Программная реализация предложенной методики расчета параметров использована при формировании и оптимизации параметров технологических схем процессов при вскрытии и подготовке запасов, а также при формировании и оп-

а) металлической арочной крепью

б) железобетонной арочной крепью

Рис. 3. Графики зависимости трудоемкости работ по креплению при проведении выработок от различных факторов:

Тр - трудоемкость работ, чел-мин/цикл; /ср - средняя крепость массива; Snр - сечение выработки в проходке, м2; пр -плотность установки крепи

тимизации технологической схемы шахты.

В таблице приведены данные для сравнения скоростей проведения вы-

работок нормативных и рассчитанных с использованием описанного алгоритма.

Г рафическая интерпретация моделей для двухпутевой выработки для буропогрузочной машины

2ПНБ2Б при креплении горной выработки металлической арочной и железобетонной арочной крепью приведена на рис. 2 и 3. Прогрессивные скорости проведения выработок как комбайнами, так и с использование БВР, согласно таблице, на 50-66 % выше, чем используемые при разработке проектов вскрытия и подготовки новых горизонтов. Несоответствие параметров проведения выработок техническим возможностям используемого оборудования обусловлено тем, что нормативные параметры рассчитаны на средние значения горнотехнических параметров проводимых выработок и не отражают горно-геологические факторы ведения горных работ.

--------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Справочник инженера - шахтостроителя. В 2-х томах. Том 2 /Под общей ред. В.В.Белого. -М., Недра, 1983.-423 с. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------

Мельник В.В. - доктор технических наук, зав. кафедрой, Абрамкина А.Н. - аспирантка,

Шулятьева Л.И. - кандидат технических наук, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru