CC BY
19
© В.Г. Лукьянов, А. Панкратов, В.А. Шмурыгин, 2012
В.Г. Лукьянов, А. Панкратов, В.А. Шмурыгин
ПОВЫШЕНИЕ ФОНДООТДАЧИ САМОХОДНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ МНОГОЗАБОЙНОМ ПРОХОДЕ РАЗВЕТВЛЕННЫХ СИСТЕМ ПОДЗЕМНЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Представлена экономическая эффективность мультинаправленной организации работы элементов, которые управляют мобильным оборудованием. Ключевые слова: технология горной промышленности, экономическая эффективность, мультинаправленные элементы, мобильное оборудование, дрейфующий цикл.
Несмотря на общее снижение объемов горнопроходческих работ повышение фондоотдачи капиталоемкого самоходного оборудования, действующего на добычных и разведочных горизонтах (буровые каретки (БК), погру-зочно-доставочные (ПДМ) и породопогрузочные машины (ТШМ), перегружатели и т.д.), является по-прежнему актуальной задачей.
Описание работы
Результаты проходки эксплуатационных [13] и горноразведочных [4—6] выработок на рудных и россыпных месторождениях Сибири и Северо-востока показывают, что использование самоходного оборудования только в одном забое малоэффективно. Производительность труда проходчиков комплексной бригады при этом возрастает незначительно, а себестоимость проведения выработок выше по сравнению с применением обычных комплексов на базе переносного бурового оборудования (ручные перфораторы, НИМ, состав вагонеток и аккумуляторный электровоз (АЭ)).
Наличие необходимого фронта работ при сооружении разветвленных систем горизонтальных выработок и техническая производительность существующих самоходных машин позволяет последним обслуживать за смену несколько смежных забоев, что приводит к уменьшению внутрисменных простоев и повышению фондоотдачи проходческого оборудования. Но поскольку такая организация работ подразумевает специализа-
цию звеньев комплексной проходческой бригады на выполнении основных операций цикла, то возникает проблема минимизации простоев этих звеньев при переходе вместе с соответствующим оборудованием в другой действующий забой, в котором еще не закончена предшествующая данному процессу операция проходческого цикла.
Опыт проведения выработок с применением комплексов самоходного оборудования свидетельствует о том, что основным резервом повышения эффективности проходческих работ (при установленных рациональных параметров БВР) является не повышение производительности по одному какому-либо процессу цикла, а уровень многозабойного использования каждой из машин, входящих в состав комплекса. На практике это требует более четкой взаимо-увязки между собой смежных операций проходческого цикла по сравнению с базовой схемой организации работ, когда буро вое либо погрузочное оборудование периодически простаивает в данном забое либо на призабойной тупиковой разминовке в ожидании фронта работ.
В работе [6] была предложена методика расчета графика организации работ, позволяющая минимизировать простои основного проходческого оборудования, при эксплуатации последнего в течение смены в нескольких смежных забоях. Идеи предложенного подхода были впоследствии развиты в работе [7], что позволило оценить то максимально-допустимое расстояние между смежными забоями, при превышении которого такая организация работ становится не эффективной. В настоящей работе обобщаются результаты предыдущих исследований на случай, когда звенья уборки (с ПДМ или ППМ и перегружателем), бурения (с БК) и заряжания-взрывания шпуров работают в течении смены в нескольких удаленных друг от друга забоях разветвленной системы выработок, имеющей древовидную структуру. Построение графика организации работ и расчет периодических простоев оборудования (после переезда в другой забой) при его эксплуатации в нескольких смежных забоях предложено производить с помощью следующей системы аналитических зависимостей
Ти = П3Ттах = {Ти0 П / т3 . Т¡т + Тпер,т } ( 11
Тпр.Ц, = Z T>R3BiKiK = щ [Tmax - (Tmax - (T + T ))] (2)
j K=1,n3 K K +1 L j J
ТПР3В. . = max(0,ТЦп, - (T. + T )} + Д7*Л (3)
ПР ,3BlKlK=l I ' Ц 0 3 V m nePlm') 'K'K+1 V '
при условии, что
ДTi. = (T . + Tim. . ) - (T. + Ty. . ) > 0 (4)
'K'K+1 k im neP'K'K+1 ' * i neP'K'K+1 ' v '
Tm+Tn,p=m,ax (Ti+T»p); ^ = z +1 n3 (5)
А=1,Пз
= гу + тБ + Тз-в + тПР ; 1.3; k = 1>2.....n3, ^+1 =. (6)
где Ти — продолжительность полного цикла обслуживания n3 забоев (с воз- вращением соответствующего специализированного звена (оборудования) в исходный забой ii, час; n3 — число смежных забоев, обслуживаемых за смену каждым из звеньев; Тиа — нормативная продолжительность цикла при последовательном выполнении основных процессов в каждом из n3 действующих на горизонте забоев по схеме: один забой один комплект забойного оборудования, час; Tnp.uj — суммарная продолжительность простоев звена, выполняющего j-ю операцию цикла (в ожидании фронта работ после перевода соответствующего оборудования в очередной действующий забой), до полного завершения выполнения последней во всех n3 забоях, час; Z Tj . — про-
3 ПР3в'к1к+! 1
должительность простоя звена (оборудования) после выполнения j — го процесса цикла в iK — м забое и переходе (переезде ) его в очередной 1К+1-й забой, час; Tj — продолжительность выполнения j-го процесса цикла (Ti=Ty уборки отбитой за взрыв горной массы, Т2 = Тб — бурения шпуров, Тз = Т3-в — заряжания и взрывания шпуров), час; Тпр — продолжительность проветривания забоя после взрыва, час;
Tj ■ — время переезда (перегона) машины, выполняю-
пер'к'к+1
щей j-й процесс цикла, из забоя выработки с номером iK в забой выработки с номером iK+i ,час; Tnepj — среднее время
переезда машины (перехода звена), выполняющей j-й процесс цикла, из одного забоя в другой, час.
Примечания
1. Поскольку разветвленная сеть сооружаемых выработок имеет древовидную структуру, то последовательность обхода дей-
ствующих на горизонте забоев Р = I /1 - / 2 -... - / - / л = I
I з +1
1
"3' '
не имеет значения.
2. Транспортировка между удаленными забоями оборудования на колесно-рельсовом ходу (БК или ГШМ) осуществляется АЭ.
3. Система уравнений (1) — (3) приведена для случая, когда расстояние между смежными забоями не менее разрешенного «ЕПБ при взрывных работах» (75 м для прямых магистральных выработок и 50 м для искривленных геологоразведочных выработок). Тогда во время заряжения и взрывания шпуров в одном из забоев уборка горной массы или бурения шпуров в других забоях не прекращаются.
В частном случае, когда самоходное оборудование комплекса работает в течение смены не более чем в двух забоях (что позволяет совмещать бурение шпуров в одном из забоев с работами по погрузке, транспортировке горной массы и выполнении вспомогательных операций в другом забое), на основании предложенных зависимостей (1)-(3) получим:
Тц = 2тах
0 5Т тах
0'1< ] <з
{Т>+Т°~, }
(7)
ТпЯЗВ, = 0,5Тц - (Тц + Тпер) ,1 <; < 3. (8)
При подстановке конкретных значений времени выполнения основных операций проходческого цикла в системе (7) — (8) нулевое (либо отрицательное) значение простоя оборудования (когда Тпр.зв] < 0) означает простой подготовленного забоя в ожидании прибытия соответствующего проходческого звена (при этом Тц > ТЦо). Из приведенных выше формул вытекает, что для того чтобы время цикла Тц (обслуживание нескольких забоев специализированными звеньями) не превышало Тцо (последовательное выполнение основных процессов цикла комплексным проходческим звеном), продолжительности переездов соответствующего забойного оборудования Т^ должны удовлетворять следующим неравенствам:
Tnep.=L3VnePj 0,5TUo - Tj.1 < j < 3, (9)
где L3 — среднее расстояние между забоями сооружаемых выработок в процессе их проходки, м; Vnep — средняя скорость
транспортировки переезда по выработкам забойного оборудования, выполняющего j — й процесс цикла (БК; ППМ (ПДМ) или перегружателя), которая не должна превышать максимально-допустимой правилами безопасности не более 60 м/мин), м/час;
Из неравенств (9) следует, что максимальное расстояние L з max между смежными забоями, при превышении которого перегон оборудования становится нецелесообразным (поскольку время цикла Тц будет больше нормативного Тц0), не должно превышать наименьшей из величин
L3max < mu {vnePj (0,5 Tu 0 - Tj)}. (10)
При этом, если L3 < L3max, то Ти = Ти0, если же L3 > L3 max, то Ти > Ти0. Если при подставке конкретных значений в формулу (10) максимальное расстояние перемещения оборудования окажется отрицательным L3 max < 0, т.е. 0,5 Ти0 < Tjm (где Tjm — время наиболее продолжительного из процессов цикла), то это означает что использовать данный комплекс машин в двух и более забоях нецелесообразно из-за больших простоев последних в ожидании прибытия проходческих звеньев.
График организации работ звеньев бурения и уборки, управляющих комплексом самоходного оборудования ( в составе БК СБКН-2м и ППМ ППН-1с), применявшегося в 1980—1985г.г. при проходке подходных и вскрывающих выработок в организациях ПГО «Севвостгеология,» приведены на рис.1 для следующих значений составляющих цикла:
Ту =2,3ч. (ТперУ = 0,2 ч.); Тб = 2,4ч. (Тпер.Б = 0,3 ч.); Тз.в +ТПР — 1,3ч. и ТЦо =6 ч. Подставляя в неравенства (10) соответствующие расчетные данные, получим:
1. Периодические простои (которые на циклограмме отмечены горизонтальным пунктиром) ППМ (звена уборки) и БК (звена бурения) в ожидании фронта работ после их переезда в смежный забой составят 0,5 и 0,3 ч соответственно. Эти про-
стой допустимы, т.к. не приводят к увеличению продолжительности цикла по сравнению с нормативной, т.е. Тц = Тц0 = 6 ч.
2. Максимальное расстояние между смежными забоями, при котором время цикла остается постоянным и равным нормативному, не должно в процессе проходки превышать следующих величин:
• для БК (при средней скорости ее транспортировки по выработкам -2,5 км/ч)- 1500 м;
• для ППМ (при средней скорости ее перегона-3,0 км/ч) — 2100 м.
Окончательно для данного комплекса машин в качестве максимального расстояния между обслуживаемыми забоями принимаем минимальную из двух величин, т.е. 1500м.
Экономическую эффективность многозабойной организации работы звеньев, управляющих работой самоходного оборудования, по сравнению с работой комплексного проходческого звена на базе переносного бурильного оборудования, предложено оценивать с помощью следующей модели приведенных затрат
3 -
ТЦ^БР.-СМ \ МуСт.У + NБСТ.Б | к + СЛ.Г 3
пз1ух I )+
\flfOjun- Ькитгли- См ен ы
1 | и
Час. ем А , Ч ч с
{ г 5 ¡Г 6 7 8 9 40 н 1
1 ,У<Га породы 2,3 г ЧШй г
перееъА ппц 1 дрцгой ЗЧГри 0,2 Н-- и Ти. 1 1 'Г1 I I
Ранение шла Рой ■ 1 I I
1
Переезд рк £ ЯПГои Зч Зои 1 1 1 1 * ^ 1 1 1 1 1 1 р I I
3 ардж-йние, $ 1ю ¿етрч Гц н че- 1 1 НН 1 1 1 1 ■ * 1
2 Ц$оРка порезы ^ 1 ш 1 ТРГ
¿ШШ 1 шш •¡/¿/л 4'
Р ерее ЪА £АП/Пзы го Я а и в* 'Ч —1— ,1... к
Бцрец^е. ч/пугаЯ шА гш ш) гш< -223
ПереезА БК С д/>уген э а Ь с: И цз н_
Зячяжанче, ¿ь ^¡¿с/чче БаП'н еание 1 з ц Щ7Щ
Рис. 1. График организации работ при работе комплекса самоходного оборудования в двух забоях
^ min, (11)
Vr = n3 lyx S Чгуч/ Tu, (12)
где 3пр — приведенные затраты на проходку по принятому варианту организации работ, руб./м3; 1ух и S — уходка забоя за взрыв, м и площадь поперечного сечения сооружаемых выработок (проектная или рассчитанная в соответствии с требованиями ЕПБ для безопасной работы оборудования непосредственно в забое либо для безопасного перемещения его по выработкам), м2; ИБр. — см, Ny, N — численность бригадо-смены проходчиков, эксплуатирующих принятый комплекс оборудования, и нормы обслуживания соответственно погрузочно-транспортных и буровых машин комплекса (минимально-необходимая численность звеньев уборки и бурения), чел.; Су.у и Су.Б — средние тарифные ставки проходчиков, занятых соответственно уборкой горной массы и бурением шпуров, руб./чел. — ч.; Кн и Кн.Р — коэффициенты начислений на тарифную заработную плату проходчиков и накладных расходов; Сд.г. и ЗК.г — годовая сумма прямых эксплуатационных затрат на возмещение износа (амортизации) и приведенных капитальных затрат на приобретение машин комплекса, руб.; Vr — планируемые годовые объемы проходки на данный комплекс оборудования, м ; Зздб. — сумма прямых эксплуатационных затрат, не зависящих от принятого, варианта организации работ (затраты на материалы, сжатый воздух, электроэнергию, на ежесменную доставку горнопроходческой бригады на участок работ, на маркшейдерское обслуживание проходки, на ликвидацию породного отвала и т.п.), руб./м3; Чг.уч. — годовой фонд рабочего времени проходчиков по принятому режиму работы, час.
Если в каждом из действующих забоев работает комплексное проходческое звено, выполняющее последовательно все операции цикла, а закрепленное за ним оборудование постоянно находится в забое (один забой — один комплекс), то в формулах (11) — (12) принимается технологически необходимая численность звена, обеспечивающая наиболее многолюдный процесс цикла (как правило, уборку горной массы отбитой за взрыв), тогда
Пз = 1, МБр. — см = шгх^у, МБ},
СТ Б = 2 СТг / NБР.-СМ , (13)
г=1^БР .-СМ
где СТг — тарифная ставка г-го проходчика, выполняющего все операции цикла и имеющего разряд не ниже допускаемого ЕНВ на горнопроходческие работы для бурения шпуров ручными перфораторами, руб./чел.-ч.
В случае же многозабойной организации работ со специализацией звеньев на выполнение отдельных операций цикла (один комплекс самоходного оборудования обслуживает за смену несколько забоев) численность бригадо-смены равна сумме норм обслуживания бурового и погрузочно-транспортного оборудования соответствующего проходческого комплекса.
П = 23 N = N + N •
Из — ¿.,0,..., 14 БР.-СМ ~ У Б ">
СТ.У = 2 СТ.Уг / NУ • СТ.Б = 2 СТ.Бг / NБ , (14)
где Ст.Б г и Ст.У г — тарифные ставки г-го проходчика (или горнорабочего) в звеньях бурения и уборки, управляющего соответствующим буровым или погрузочно-транспортным оборудованием и имеющего разряд, предусмотренный ЕНВ для выполнения данной операции цикла, руб./чел.-ч.
Выполненные оптимизационные расчеты для условий Майской и Дукатской ГРЭ ПГО «Севвостгеология» позволили определить следующие рациональные нормативы годовых объемов проходки на один комплекс оборудования:
• 1300—1600 м (108—133 м/мес.) — для обычных комплексов с переносным бурильным оборудованием;
• 1800—2200 м (150—183 м/мес.) — для комплексов с БК СБКН-2М;
• 1700—2100 м (14—175 м/мес.) — для комплексов с переносным оборудованием и перегружателем ГТСК-1;
• 2000—2500 м(167—208м/мес.) — для комплексов с электрогидроприводом (БК УБШ-211 Г, 1ШМГГПН-1Э и проходческие вагоны с донным конвейером ВГЖНЭ-7).
Технологические карты многозабойной проходки горизонтальных выработок, составленные в результате проведенных оптимизационных расчетов для условий Майской ГРЭ
(коэффициент крепости пород 14—15; средняя площадь поперечного сечения сооружаемых выработок 5.8 м и т.д.) приведены в Руководстве «Проектирование и сооружение выработок разведочных горизонтов», утвержденном б. Мингео РСФСР. При работе по данным технологическим картам достигаются следующие рациональные темпы проходки на бригаду в месяц:
• 125 — 145 м одним забоем или 165—195 м двумя забоями для обычных комплексов оборудования (перфораторы ПП-30 (ГГП-63) на пневмоподдержкахП-13 или распорных колонках ЛКР-У (УПБ-1), ППМ ППН-lc, вагонетки УВГ-1,3 и АЭ 4,5 АРП-2М), задействованных на проходке прослеживающих выработок (штреков и рассечек из них);
• 185—210 м одним забоем или 245—285 м двумя забоями для комплекса с буровой кареткой СБКН-2М (УБШ-207) и перегружателем ПСК-1, используемого при проходке прямолинейных в плане вскрывающих выработок (штолен и квершлагов).
Передовыми горнопроходческими бригадами Нестеренко Н.С. и Горбушко СВ., применявшими данные комплексы (за исключением последнего) на этапе детальной разведки Майского золоторудного месторождения, были достигнуты следующие рекордные для отрасли показатели:
• годовые объемы работ (за 10 мес.) на бригаду — 4638 м (464 м/мес.);
• производительность труда на одного проходчика — 19,9 м/чел. — мес.
При этом удалось на 40 % повысить коэффициент использования самоходного проходческого оборудования.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Повышение эффективности подземной разработки рудных месторождений Сибири и Дальнего Востока /A.M. Фрейдин, В.А Шалауров, A.A. Еременко и др. — Новосибирск: ВСГНаука», 1992. — 177с.
2. Емельянов В.К., Мамаев Ю.А., Кудлай ЕМ. Подземная разработка многолетнемерзлых россыпей. — М.: Недра, 1982. — 240 с.
3. Кудлай Е. Д., Докукин А.К., Поздняков Э.С. Применение комплексов самоходных машин на подземной разработке россыпей // Колыма. — 1987. — № 3. — С. 14—16.
4. Антонов Л.Н., Хорее В.А. Технология буровзрывных работ при про ходке разведочных выработок с использованием переносных и самоходных
бурильных установок // Техн. и технол. геол. — развед. работ; орг. пр-ва. Обзор — М.:ВИЭМС, 1985. — 59 с.
5. Викулов М.А., Егоров И.К., Скрипник И.А., Дубинин В.П. Применение самоходного оборудования на геологоразведочных работах и охрана природы //Минеральное сырье и природа: Тез. докл. Всес. науч. — практ. конф. — Новосибирск: 1988. — С. 21—22.
6. Панкратов А. В. Перспективы использования самоходного оборудования на подземных горно-разведочных работах в условиях Северо-востока страны // Проблемы и перспективы развития горного дела на Северо-Востоке СССР; М-лы науч. — практ. семинара. Часть 2. — Якутск: ИГД Севера СО ДН СССР, 1990. — С.203—211.
7. Панкратов А.В. Повышение загрузки проходческого оборудования за счет совершенствования ведения горных работ на разведочных горизонтах (на примере золоторудных месторождений Северо-Востока): Двтореф. дис... канд. тех. наук. — Томск: 1999. — 24 с.
8. Лукьянов В.Г., Панкратов А.В. Повышение фондоотдачи самоходного оборудования при многозабойном проходе разветвленных систем горизонтальных горных выработок. Вестник Российской академии естественных наук. Вып. 5, г. Кемерово, 2002. i«srj=j
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Лукьянов Виктор Григорьевич — доктор технических наук, профессор, e-mail: lev@tpu.ru,
Шмурыгин Владимир Александрович — доцент, e-mail: shmurigin57@mail.ru, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, институт природных ресурсов. А. Панкратов —
