Определение критериев безопасности карьерных экскаваторов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

--------ф

v--------

--------------------------- © В.С. Квагинидзе, С.Н. Зарипова,

2006

УДК 622.411.33

В.С. Квагинидзе, С.Н. Зарипова

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТЕРИЕВ БЕЗОПАСНОСТИ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

^^роблема повышения безопасности горно-транспорт-II ного оборудования, каждой производственной системы становится особенно актуальной, если в ее состав входят люди, управляющие системой или ее обслуживающие. Проведенные исследования показали, что весомая доля среди причин производственного травматизма и профессиональной заболеваемости в условиях Нерюнгринского угольного разреза принадлежит горно-транспортному оборудованию, при управлении и обслуживании которого работниками предприятия были получены травмы различной степени тяжести и приобретены профессиональные заболевания.

Кроме того, исследованиями установлены тесные связи между интенсивностью травматизма, профессиональными заболеваниями и показателями, характеризующими условия эксплуатации горно-транспортного оборудования на предприятии: количество единиц техники и оборудования, продолжительность аварийных простоев, коэффициент технической готовности, количество фактически отработанных лет техники, количество горно-транспортного оборудования, эксплуатируемого на разрезе после списания по нормам амортизации, общая численность рабочих, занятых эксплуатацией и обслуживанием горно-транспортного оборудования. Все эти причинные факторы являются управляемыми на уровне

предприятия, поэтому, регулируя ими, можно добиться повышения уровня производственной безопасности.

Как известно, безопасность - это положение, при котором не угрожает опасность кому-нибудь или чему-нибудь. Применительно к горно-транспортному оборудованию можно сказать, что безопасность - это то состояние работы техники и оборудования, при котором жизни и здоровью людей, его обслуживающим, ничего не угрожает.

Требования безопасности часто выступают в качестве ограничений на ресурс и срок службы горно-транспортного оборудования. Это происходит, когда требуемый уровень безо-пасности нарушается до достижения предельного состояния вследствие физического старения. Кроме того, на безопасность при эксплуатации горно-транспортного оборудования непосредственное влияние оказывают горнотехнические условия карьера, погодно-климатические условия, особенно в районах Севера, и профессиональная подготовленность обслуживающего персонала.

Связь между показателями безопасности горно-транспор-тного оборудования и основными показателями работы предприятия предопределяет необходимость разработки структуры и функций подсистемы управления безопасностью, а также определения места такой подсистемы в общей системе управления горнодобывающим предприятием в целом, и экскаваторно-автомобильным комплексом, в частности.

Для объективной оценки уровня безопасности горнотранспортного оборудования, повышения эффективности использования в условиях Севера необходимы изучение всего многообразия неблагоприятно влияющих факторов и разработка комплекса организационно-технических мероприятий по учету их влияния на работу техники и экскаваторов.

В основу оценки и прогнозирования безопасности экскаваторов положены результаты наблюдений за работой основных типов карьерных экскаваторов (1988-2003 гг.) в условиях Нерюнгринского угольного месторождения.

Анализ работы карьерных экскаваторов показал, что эксплуатация серийно выпускаемых экскаваторов в суровых климатических условиях Севера вызывает значительные

простои оборудования в ремонтах, повышение частоты аварийных отказов затрудняет своевременное планирование организационных мероприятий. Поэтому оценка основных показателей безопасности во взаимосвязи с условиями их эксплуатации, особенно для мощных экскаваторов, имеет важное значение и требует дополнительных исследований с применением математического аппарата.

Для получения статистических данных об условиях эксплуатации карьерных экскаваторов использовались журналы учета работы и простоев машин; отчеты по использованию календарного фонда времени; дефектные ведомости, а также данные бухгалтерского учета по расходу материалов и запасных частей.

В работе применялся стандартный план проведения на-блюю-дений, согласно которому показатели карьерных экскаваторов фиксировались отдельно на вскрышных работах и на добыче угля в течение 15 лет; минимальный промежуток времени, в течение которого проводились наблюдения, равен 1 месяцу.

Статистической обработке подверглись следующие данные: фактические объемы добычи угля (тыс. м3), вскрышных работ (тыс. м3); коэффициент технической готовности экскаваторов, коэффициент использования календарного фонда времени, продолжительность общих, планируемых и неплановых простоев, в том числе продолжительность аварийных простоев, простоев по организационным и др. причинам (час); производительность машин (тыс. м3).

Все показатели исследовались согласно общей схеме пер-вичной обработки исходных данных.

В результате обработки совокупности случайных величин для одного списочного экскаватора каждой марки определялся вид эмпирического распределения, его характеристики, подби-рался теоретический закон распределения случайной величины и оценивалось математическое ожидание среднего значения показателей, прошедших первый этап обработки статистических данных.

При исследовании вопроса безопасности горно-транспортного оборудования, кроме ограничений на его ресурс и срок службы, надо учитывать тесную связь между безопасностью и надежностью техники: чем надежнее оборудование,

тем оно безопаснее. Поэтому для оценки уровня безопасности экскаваторов приняты: параметр потока отказов, коэффициент технического использования, удельная суммарная продолжительность неплановых ремонтов, которая характеризует долю простоев и неплановых простоев на 1 час работы экскаватора, часовая производительность экскаваторов, оценивающая технические возможности машин.

Критерии безопасности экскаваторов определялись, как в целом по вскрышным и добычным экскаваторам, так и по маркам машин. Всего первичной обработке подверглись 5550 наблюдений.

Перечисленные показатели безопасности карьерных экс-ка-ваторов, после предварительной обработки данных, исследовались с целью определения вида эмпирического распределения и его характеристик, оценки математического ожидания среднего значения каждого показателя.

Для определения тесноты связи между всеми показателя-ми, являющимися составляющими неплановых простоев, а также между причинными факторами и неплановыми простоями, проведен корреляционный анализ, результаты которого приведены в табл. 1-8. В табл. 1-8 приняты следующие обозначения: неплановые простои (п), аварийные (а), горноэксплуатационные (г), общетехнические (т), организационные (о), 1 - коэффициент парной корреляции.

Значения коэффициентов корреляции подтверждают выводы, полученные при анализе статистических данных о том, что между неплановыми простоями экскаваторов и такими составляющими, как: аварийные простои и простои по организационным причинам, имеется тесная линейная связь, которая в совокупности по всем маркам вскрышных экскаваторов (1=0,78) и по всем маркам добычных экскаваторов (1=0,76) описывается уравнениями линейных регрессий:

Таблица 1 ЭКГ-8И

п а г т о

п 1 0,596 -0,040 0,415 0,825

а 0,596 1 -0,105 0,007 0,055

г -0,040 -0,105 1 -0,11 -0,008

т 0,415 0,007 -0,110 1 0,384

о 0,825 0,055 -0,008 0,384 1

Таблица 2 ЭКГ-10

R п а г т о

п 1 0,714 0,177 0,344 0,813

а 0,714 1 -0,092 0,054 0,205

г 0,177 -0,092 1 0,052 0,248

т 0,344 0,054 0,052 1 0,237

о 0,813 0,205 0,248 0,237 1

Таблица 3 ЭКГ-15

R п а г т о

п 1 0,480 -0,221 0,373 0,828

а 0,480 1 -0,114 0,238 -0,069

г -0,221 -0,114 1 -0,090 -0,174

т 0,373 0,238 -0,090 1 0,141

о 0,828 -0,069 -0,174 0,141 1

Таблица 4 ЭКГ-20

R п а г т о

п 1 0,679 0,116 0,003 0,309

а 0,679 1 0,154 -0,138 -0,147

г 0,116 0,154 1 -0,030 -0,013

т 0,003 -0,138 0,222 1 0,034

о 0,309 -0,470 -0,119 -0,018 1

Таблица 5

ЭШ-11/70 и ЭШ13/50

R п а г т о

п 1 0,697 0,434 0,288 0,812

а 0,697 1 0,221 0,098 0,322

г 0,434 0,221 1 -0,114 0,501

т 0,288 0,098 -0,114 1 -0,125

о 0,812 0,322 0,501 -0,125 1

Таблица 6 201-М

Р п а г т о

п 1 0,736 0,111 -0,018 0,436

а 0,736 1 0,093 -0,439 -0,277

г 0,111 0,093 1 0,023 0,023

т -0,018 -0,439 0,008 1 0,412

о 0,436 -0,277 0,023 0,412 1

Таблица 7

301-М

Р п а г т о

п 1 0,694 -0,024 0,086 0,597

а 0,694 1 -0,017 -0,097 -0,147

г -0,024 -0,017 1 -0,030 -0,013

т 0,086 -0,097 -0,030 1 0,034

о 0,597 -0,147 -0,013 0,034 1

Таблица 8 РС-5500

Р п а г т о

п 1 0,893 0,034 0,180 0,883

а 0,893 1 -0,006 0,053 0,583

г 0,034 -0,006 1 -0,116 0,076

т 0,180 0,053 -0,116 1 0,160

о 0,883 0,583 0,076 0,160 1

- вскрышные экскаваторы:

п = 18191,8 + 0,08 а + 0,80 о, (1)

Д = 0,8, а = 189, е = 4,57%, щ = 0,6,

- добычные экскаваторы:

п = 3472 + 1,5а + 0,19 о, (2)

Д = 0,99, а = 467, е = 7,13 %, щ = 0,58.

Здесь Д - коэффициент детерминации; а - среднее квадратическое отклонение; е - средняя относительная ошибка аппроксимации; щ - корреляционное отношение.

Аналогичные зависимости, полученные по каждой марке экскаватора, приведены в табл. 9.

Если простои по организационным причинам на уровне предприятия являются управляемыми факторами, то на аварийные простои непосредственно влиять невозможно. Поэтому требуется более детальное исследование причин аварийных простоев экскаваторов, продолжительности ремонтов после аварийных отказов, с целью выявления устойчивых связей с какими-либо явлениями, процессами и т.д.

Кроме того, в качестве одного из параметров, характеризующих уровень безопасности экскаваторов, можно рассмотреть удельную продолжительность аварийных ремонтов, которая определяется как отношение простоев машин по ликвидации /-го отказа за период наработки /2-^.

Продолжительные наблюдения за работой экскаваторов в условиях Нерюнгринского угольного разреза позволили оценить уровень безопасности экскаваторов. Основные показатели безопасности экскаваторов приведены в табл. 10.

Более высоким уровнем безопасности отличаются экскаваторы 301-М. Низкие значения показателей безопасности объясняются недостаточным уровнем технического обслуживания и ремонта экскаваторов. Для установления тесноты связи между фактическим сроком эксплуатации, ресурсом экскаваторов и показателями безопасности, вычислены коэффициенты парной корреляции. Исследования, проведенные отдельно по всем вскрышным и добычным экскаваторам, показали, что с ростом возраста экскаваторов показатели безопасности машин снижаются, а с ростом ресурса - увеличиваются (табл. 11).

Как видно из табл. 11, тесная корреляционная связь просматривается между ресурсом (возрастом) вскрышных экскаваторов и такими показателями, как коэффициент технической готовности, часовая производительность машин; между ресурсом (возрастом) добычных экскаваторов и коэффициентом технической готовности.

Коэффициенты парной корреляции между всеми показателями, характеризующими уровень безопасности экскаваторов, приведены в табл. 12 и табл.13.

Явление мультиколлинеарности между исследуемыми показателями не просматривается, поэтому при составлении уравнений регрессий необходимо учитывать только значения коэффициентов корреляции из табл. 11.

Уравнение множественной регрессии, устанавливающее нелинейную зависимость между ресурсом вскрышных экскаваторов рвскр и коэффициентом технической готовности г, часовой производительностью ч машин, имеет вид:

Рвскр = -37,64 - 22,44г + 0,18ч + 187,8г2-0,00004ч2-0,28гч, (3)

Д = 0,83, а = 0,87, е = 5,13 %, щ = 0,83, 1 = 0,91.

Остальные зависимости приведены ниже: ввскр = 58,15 - 34,87г - 0,15ч + 7,46г2 + 0,0001ч2 + 0,04гч, (4)

Д = 0,83, а = 0,87, е = 5,13 %,

Таблица 13

П = 0,83, 1 = 0,91,

где ввскр - возраст вскрышных экскаваторов;

рдоб = 26,61 + 32,24г, (5)

Д = 0,79, а = 1,05, е = 5,1%,

П = 0,79, 1 = 0,89, где рдоб - ресурс добычных экскаваторов;

вдоб = -8,99 - 27,18г, (6)

Д = 0,72, а = 1,01, е = 7,1 %,

П = 0,72, 1 = 0,85, где вдоб - возраст добычных экскаваторов.

Модели (3) - (6) являются достоверными и имеют высокую точность.

Учитывая достаточно боль-

1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 4 Вскрышные экскаваторы ф Добычные экскаваторы

Рис. 1. Изменение коэффициента технического использования парка экскаваторов

шой интервал наблюдений, охваченный исследованиями (1988-2003 гг.), дальнейший анализ был произведен по более укрупненному показателю безопасности - коэффициенту технического использования экскаваторов, учитывающему затраты времени, как на плановые, так и неплановые ремонты экскаваторов и рассчитываемому по среднегодовым показателям. Коэффициент технического использования можно назвать обобщающим показателем безопасности, учитывающим все виды простоев, связанных, как с техническим обслуживанием, так и с ремонтом машин в процессе их эксплуатации.

В качестве примера на рис. 1 приведены графики изменения коэффициента технического использования по вскрышным и добычным экскаваторам.

Для установления вида связи между коэффициентом технического использования и ресурсом, а также фактическим стажем экскаваторов проведен корреляционный анализ отдельно по добычным и по вскрышным экскаваторам (табл. 14, 15).

Таблица 14

Вскрышные экскаваторы

К Коэфф-т технич. Ресурс экска- Фактич. стаж

использования ваторов экскав.

Коэфф-т технич. использования 1 0,62 -0,61

Ресурс экскаваторов 0,62 1 -0,80

Фактич. стаж экска- -0,61 -0,80 1

ват.

Таблица 15

Добычные экскаваторы

К Коэфф-т технич. использования Ресурс экскаваторов Фактич. стаж экскав.

Коэфф-т технич. использования 1 0,59 -0,66

Ресурс экскаваторов 0,59 1 -0,98

Фактич. стаж экска-ват. -0,66 -0,98 1

Исследования показали наличие тесных связей между анализируемыми показателями, поэтому можно построить уравнения регрессий отдельно по добычным и вскрышным экскаваторам, описывающих зависимости между коэффициентом технического использования экскаваторов и их ресурсом, а также между коэффициентом технического использования экскаваторов и их фактическим стажем: квсК = -1,99 + 0,91р - 0,12р2 + 0,005р3, (7)

Д = 0,99, а = 0,03, е = 5,6 %, п = 0,76, Я = 0,995;

квск = 0,36 - 0,03с - 0,002с2, (8)

Д = 0,99, а = 0,027, е = 4,4 %, п = 0,79, Я = 0,995;

кдоб = 0,48 - 0,03(р - 1) + 0,02(р - 1)2, (9)

Д = 0,99, а = 0,03, е = 5,5 %, п = 0,88, Я = 0,995;

кдо6 = 1,43 - 0,34с + 0,035с2 - 0,001с3, (10)

Д = 0,99, а = 0,03, е = 5,1 %, п = 0,82, Я = 0,995.

Результаты анализа, проведенного по карьерным экскаваторам Нерюнгринского угольного разреза, показывают достаточно стабильный характер изменения показателей безопасности машин. Рост ресурса добычных экскаваторов не оказывает влияния на их производительность (Я = -0,291), которая сохраняется на среднем уровне 260,3 м3/час, однако рост ресурса вскрышных экскаваторов влияет на производительность вскрышных экскаваторов (Я = -0,695), которая имеет тенденцию к повышению.

Полученные закономерности изменения коэффициента технического использования для экскаваторов позволяют прогнозировать работу машин с учетом фактического «стажа» и имеющегося ресурса машин.

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

Квагинидзе В.С. - доктор технических наук, профессор, ОАО ХК «Якутуголь»;

Зарипова С.Н. - кандидат физико-математических наук, доцент, ТИ (Ф) ГОУ ВПО ЯГУ

-------------------------------- © С.Н. Зарипова, 2006

УДК 622.411.33

С.Н. Зарипова

ОЦЕНКА ТРАВМООПАСНЫХ ФАКТОРОВ

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГОРНО-ТРАНСПОРТНОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

Для оценки влияния показателей эксплуатации карьерного горно-транспортного оборудования на производственный травматизм в условиях Севера рассмотрено Нерюнгринское угольное месторождение, характеризующееся высокой интенсивностью разработки, требующей круглосуточного режима работы.

Анализ причин производственного травматизма на угледобывающем предприятии показал, что имеются случаи использования неисправной техники и оборудования; продолжают эксплуатироваться машины, списанные по нормам амортизации; часто встречаются нарушения технологических процессов и техники безопасности.

Удельный вес травмоопасного фактора «эксплуатация неисправной техники, машин и оборудования» в формировании травматизма составил более 20 % за период времени с 1999 по 2003 гг. Наиболее травмоопасными при

Марка экскаватора Уравнение регрессии Средняя относительная ошибка аппроксимации

ЭКГ-8И п = 0,65 + 0,98а + +1,02о — 0,0002ао+0,0002а2 + 0,001о2 в =0,07%

ЭКГ-10 п = 0,45 + 0,98а +1,028о в =2,5%

ЭКГ-15 п = 10,977 + 0,79а + 0,0008а2 в =3,1%

ЭКГ-20 Л ^7 1 О С 1,007 п = 47,135 • а в =4,2%

201-М п = 54,349 • а1,006 в =3,2%

301-М п = —0,024 + 0,998а + 1,011о — 0,000367о2 в =4,6%

ЭШ-11/70, ЭШ-13/50 п = 0,65 + 0,84а + 1,018о + 1,06а2 — 0,00017 • о2 + 0,0004ао в =2,62%

Таблица 10

Основные показатели безопасности экскаваторов

Марка экскаватора Коэффициент удельной суммарной продолжительности неплановых ремонтов Коэффициент технической готовности Коэффициент технического использования Параметр потока отказов

ЭКГ-8И 0,086 0,698±0,005 0,627 0,0029

ЭКГ-10 0,093 0,668±0,003 0,616 0,0023

ЭКГ-15 0,098 0,568±0,003 0,629 0,0014

ЭКГ-20 0,108 0,517±0,005 0,619 0,0017

201-М 0,137 0,569±0,004 0,605 0,0012

301-М 0,083 0,657±0,005 0,752 0,0017

ЭШ-11/70 0,084 0,618±0,004 0,588 0,0016

ЭШ-13/50 0,095 0,736±0,003 0,718 0,0035

По вскрышным 0,106 0,538±0,003 0,741 0,001

______По добычным______|____________0,089____________| 0,697±0,005 |________0,629_______| 0,029

Таблица 11

Коэффициенты парной корреляции

Показатели безопасности экскаваторов Коэффициент удельной продолжительности неплановых ремонтов Коэффициент технической готовности Часовая производительность, м3 Параметр потока отказов, ч-1

Ресурс вскрышных экскаваторов, лет 0,269 0,725 0,695 0,295

Ресурс добычных экскаваторов, лет 0,370 0,769 0,291 0,326

Средний возраст вскрышных экск., лет -0,257 -0,819 -0,891 -0,295

Средний возраст добычных экск., лет -0,360 -0,789 -0,339 -0,310

Таблица 12

Коэффициенты парной корреляции по показателям вскрышных экскаваторов

R Коэффициент удельной продолжительности неплановых ремонтов Коэффициент технической готовности Часовая производительность, м3

Коэффициент удельной про-

должительности неплановых 1 0,019 0,577

ремонтов

Коэффициент технической го- 0,019 1 0,634

товности

Часовая производительность, 3 0,577 0,634 1

м

Таблица 13

Коэффициенты парной корреляции по показателям добычных экскаваторов

К Коэффициент удельной продолжительности неплановых ремонтов Коэффициент технической готовности Часовая производительность, м3

Коэффициент удельной продолжительности неплановых ре-монтов 1 -0,090 0,160

Коэффициент технической готовности -0,090 1 -0,028

Часовая производительность, м3 0,160 -0,028 1