CC BY
86
УДК 622.26
В. В. Першин, А. В. Дементьев, М. О. Соловьева
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА УСТЬЕВ НАКЛОННЫХ СТВОЛОВ
Низкие темпы проведения подготовительных горных выработок на угольных шахтах являются сдерживающим фактором ритмичной работы предприятий, поскольку ограничивают возможность своевременного ввода в эксплуатацию новых очистных забоев. Так, в Кузбассе из-за отставания в реконструкции и подготовке новых горизонтов более 40 % шахт практически не имеют запасов на действующих горизонтах и отрабатывают прирезанные поля соседних шахт или, зачастую, ведут работы в уклонных полях по временным схемам.
Выходы пластов угля под наносы в Кузбассе находятся на небольшой глубине. Поэтому для сокращения продолжительности строительства новой шахты или реконструкции действующей подготовка линий очистных забоев производится через наклонные выработки, пройденные с поверхности. В связи с этим особенно остро стоит проблема увеличения темпов проведения наклонных стволов, так как именно ими в настоящее время осуществляется вскрытие и подготовка новых горизонтов.
Также актуальность данного вопроса заключается в том, что наличие наклонных стволов обеспечивает полную конвейеризацию транспортирования угля, что позволяет снизить трудоемкость работ на подземном транспорте в 1,5-2 раза.
На основании этого в Кузбассе ряд шахт, построенных в 40-60-е годы прошлого века, переводятся или уже переведены на подъем угля на поверхность по наклонным стволам конвейерами. Так конвейеризованы шахты «Абашевская», «Шушталепская», «Октябрьская», «7-е ноября», «им. Кирова». Полностью конвейеризована (от забоя до погрузки угля в железнодорожные вагоны) крупнейшая шахта России «Распадская» с производственной мощностью 7,5 млн. тонн в год. На всех построенных или строящихся шахтах Ерунаковского района подъем угля на поверхность также предусмотрено производить конвейерами.
На данный момент средняя скорость строительства наклонных стволов буровзрывным способом по области составляет 35-40м/мес. Максимальная скорость проходки комплексом «Сибирь-1» составила 103м/мес, а комплексом «Сибирь-2» -81 м/мес. Также на шахтах Кузбасса работает несколько комбайнов китайского производства со средней скоростью проходки 50-60 м/мес.
В самом Китае количество шахт, вскрываемых наклонными стволами, в среднем составляет 15 %, а в северо-западном и северо-восточном угольных
районах их число составляет более 50 %. В Великобритании для подъема угля на поверхность на шахте «Гэскойн Вуд» были построены два наклонных ствола круглого поперечного сечения диаметром 4,55 м с углом наклона 16° и длиной каждого 758 м. На шахте «Сельби» (тоже в Великобритании) производственной мощностью 10 млн. тонн в год - два ствола с углом наклона 14°, диаметром в свету 4,75 м и длиной каждого по 1400 м. В Германии на шахте «Проснер-Ханниель», образованной объединением четырех шахт с годовой производственной мощностью 10 млн. тонн подъем угля производится по конвейерному наклонному стволу круглого поперечного сечения диаметром 4,75 м, с углом наклона 12° и длиной 3653 м. [3, 6, 8, 9].
Конечной целью любого строительства являются минимальные сроки ввода строящегося объекта в эксплуатацию при минимальной его стоимости. Строительство наклонных стволов состоит из нескольких этапов: подготовительные работы (строительство автодороги, ЛЭП, линии связи, здания подъемной машины, котельной, эстакады, породного бункера и т.д.), сооружение устья ствола, строительство постоянных зданий и сооружений, проходка ствола, демонтаж временного оборудования, оснащение ствола по постоянной схеме. Традиционно основными показателями эффективного строительства комплекса наклонного ствола являются скорость его проведения, которая измеряется метрами проходки в месяц, и трудоемкость, определяемая м3/чел-см.. В итоге последний показатель опять же зависит от скорости проведения выработки, которая в основном определяется эксплуатационно-техническими показателями выбранного проходческого оборудования. Однако производственный процесс в проходческом забое всегда протекает с участием человека. Доля ручного труда при строительстве наклонного ствола составляет порядка 40 %. Поэтому дальнейший рост производительности труда связан не столько с совершенствованием техники и технологии горнопроходческих работ (хотя и это немаловажно), сколько с эффективностью работы человека в забое.
Конечная цель интенсификации трудовых процессов строительства горных выработок - наилучшим образом соединить технику и людей в едином производственном процессе, обеспечить наиболее эффективное использование имеющихся материальных и трудовых ресурсов, рост производительности труда и безопасность его условий при меньших затратах физической и нервно-
психологической энергии проходчиков. И на фоне этого основным технико-экономическим показателем строительства наклонного ствола должна быть не техническая скорость проходки, а мини-
мальная продолжительность его строительства.
Для сокращения продолжительности строительства наклонных стволов в целом нужно уменьшить продолжительность каждого цикла и
Таблица 1 - Система показателей для количественного анализа процесса «Возведение монолитной железобетонной крепи устья наклонного ствола»
Показатели Формула Условные обозначения
1. Количество приемов П Определяется в процессе расшифровки кинограмм
2. Продолжительность рабочей операции гр.о. Определяется длиной критического пути сетевого графика
3. Эффективность приемов отдельного исполнителя т п ХХ*уэф К .= -1=1Ы эф т п ]=Н=1 ^эф - продолжительность 1-го эффективного приема, выполняемого j-м рабочим органом исполнителя; ^ - продолжительность 1-го приема, выполняемого j-м рабочим органом исполнителя; т - количество рабочих органов, участвующих в выполнении рабочей операции
4. Загрузка отдельного органа исполнителя П I ^ К = 1=1 ^з.ис _ , р.о.
5. Общая загрузка рабочих органов исполнителя т п II ^ к = j = 11 = 1 к з.о. = г р .о .т
6. Уровень кооперации труда исполнителей в пределах исследуемой операции N т п III «г к = K-1j-1i-1 к N ■г р.от г одн. - продолжительность 1-го приема, выпол- ку няемого j-м рабочим органом к-го исполнителя одновременно с другим исполнителем; N - число исполнителей процесса (операции)
7. Совмещение приема отдельного исполнителя т п IItijC к с = j-1i=1 и т п j-li=1 - продолжительность 1-го приема, выполняемого j-м рабочим органом совмещено
8. Уровень ритмичности Г Лг ср 1 к = 1 ср ■ 1 Ч ) Г ЛгП.ср 1 ■ 1 ■ ^ ^.ор ) Г ЛПдср '1 ^ Пдср ) - средняя продолжительность приема до перерыва; Л^р - среднее отклонение фактической продолжительности приемов в соответствующем интервале до перерыва от его среднего значения; ги.ср - средняя продолжительность перерыва в загрузке рабочих органов; Л гПср - среднее отклонение продолжительности отдельных перерывов от их среднего значения; Пдср - средний состав приемов между перерывами; ЛПд ср - среднее отклонение в количестве приемов в отдельных интервалах между перерывами от среднего значения
11. Уровень механизации приемов труда т п И^т к = ИЫ м т п И1=1 т п II г.. - сумма приемов для всех рабочих ]=11=1 органов, выполняемых с участием машины
по возможности совместить работы разных циклов.
С этой целью в начале авторами были разработаны и опробованы на практике методы совершенствования трудовых процессов проходческого цикла с использованием их видеосъемки. [2]. На основании видеоматериалов, полученных на ряде шахт Кузбасса, была дана количественная оценка организационно-технического уровня горнопроходческим работам, связанным со строительством протяженной части наклонного ствола буровзрывным способом. По результатам анализа с помощью ряда показателей [1] были определены наиболее трудоемкие и резервообразующие процессы, подлежащие дальнейшему совершенствованию на уровне операций и приемов. Ими оказались: установка металлической арочной податливой крепи, наращивание скребкового конвейера и наращивание временного рельсового пути. Эти процессы объединяет то, что все они имеют большую долю ручного труда и носят непрерывнодискретный характер.
Результатом исследования трудовых процессов на основе их структурно-технологических моделей стала разработка карт эффективного выполнения работ, усовершенствованных на уровне операций и приемов [7]. Использование этих карт на практике позволило повысить производительность труда проходчиков в среднем в 1,7 раза, а скорость проведения протяженной части наклонной выработки в 2 раза.
На следующем этапе исследований процессов строительства наклонного ствола на основе уже
пи устья ствола, гидроизоляция устья ствола, обратная засыпка котлована.
Опалубка для возведения железобетонной крепи представляет собой самостоятельную конструкцию, включающую формообразующий каркас из СВП, который поддерживает внешнюю и внутреннюю оболочки. Сама крепь представляет собой сочетание жесткой арматуры из обычной податливой арочной крепи из СВП, и гибкой арматуры из периодического профиля. Конструкция такой крепи после полной сборки на каждой захватке заполняется бетонной смесью. В качестве внешней оболочки опалубки используется каркас из того же спецпрофиля, обшитый каким-либо материалом. Внутренняя оболочка состоит из досок, горизонтально закрепленных к жесткой арматуре посредством направляющих.
По мнению авторов процесс монтажа опалубки крепи устья наклонного ствола является достаточно трудоемким и подлежат дальнейшему совершенствованию. Кроме того, геометрическая форма опалубки затрудняет уплотнение бетонной смеси глубинным вибратором, что в итоге отрицательно сказывается на несущей способности железобетонной конструкции. С этой целью на основе системы показателей, приведенных в таблице 1 [1], был выполнен анализ структурно-
технологической модели исследуемого процесса «Возведение постоянной железобетонной крепи».
Результаты количественного анализа приведены в таблице 2.
По результатам анализа наиболее высокие показатели эффективности имеют процессы «Пере-
Таблица 2 - Численные значения показателей эффективности операций, входящих в процесс «Возведение монолитной железобетонной крепи устья наклонного ствола»
№ п/п Наименование операций Количественные значения
Кэф Кс Кз Кк Км Кр
1 Перемещение элементов крепи и опалубки к месту установки 0,79 0,73 0,91 0,93 0,38 0,21
2 Сборка и сбалчивание элементов жесткой арматуры на земле с использованием механизмов 0,47 0,42 0,49 - 0,36 0,6
3 Придание элементам жесткой арматуры проектного положения 0,46 0,4 0,54 0,8 0,46 0,21
4 Монтаж гибкого арматурного каркаса 0,41 0,13 0,44 - 0,18 0,45
5 Монтаж и крепление внутренней оболочки опалубки 0,42 0,49 0,91 0,8 - 0,27
6 Монтаж и крепление внешней оболочки опалубки 0,7 0,54 0,56 0,9 0,82 0,49
7 Выполнение бетонных работ 0,71 0,75 0,9 0,86 0,73 0,46
разработанной авторами методике исследования процессов проходческого цикла [5], был выполнен анализ работ, связанных с сооружением устья наклонного ствола открытым способом, куда входят следующие процессы: устройство котлована,
строительство железобетонной конструкции кре-
мещение элементов крепи и опалубки к месту установки» и «Выполнение бетонных работ», так как именно в этих процессах больше всего задействовано какой-либо техники (подъемный кран, бетоноводы, бадьи для бетонной смеси). Остальные процессы имеют достаточно низкий уровень
Таблица 3 - Численные значения коэффициента эффективности (Кэф) на протяжении рабочей смены
Порядковый номер рабочего звена Продолжительность рабочей смены, ч Значения коэффициента эффективности Кэф
1 2 3 4 5 6 7 8
1 0,2 0,3 0,5 0,6 0,6 0,6 0,5 0,3 0,45
2 0,6 0,7 0,8 0,8 0,8 0,75 0,75 0,6 0,7
эффективности. Так, например, у процесса «Сборка и сбалчивание элементов жесткой арматуры на земле с использованием механизмов» показатель совмещения приемов отдельного исполнителя находится в пределах 0,42, а уровень механизации
0,36. Процесс «Монтаж гибкого арматурного каркаса» имеет показатель эффективности 0,41, а показатель совмещения приемов исполнителя 0,13. Однако уровень кооперации труда исполнителей у всех исследуемых процессов находится в пределах 0,82-0,93. Это свидетельствует о том, что дальнейшее разделение и кооперация трудовых элементов, входящих в исследуемые процессы, не целесообразно, а резервы роста производительности труда исполнителей связаны с совершенствованием технологии и структуры процессов на уровне операций и приемов.
Эффективность трудового процесса связана с изменением работоспособности его исполнителей. Различают три фазы изменения работоспособности [4]: фаза врабатывания, фаза устойчивой работоспособности и фаза снижения работоспособности. На следующем этапе исследований авторами была поставлена задача определить продолжительность фаз работоспособности исполнителей разных профессиональных уровней в течение ра-
бочей смены и факторы, влияющие на динамику изменения работоспособности в указанный период времени. Для этого по уже разработанной методике [2] с использованием видеосъемки были исследованы трудовые процессы строительства устья наклонного ствола, выполняемые проходчиками по вышеупомянутой технологии, и аналогичные процессы строительства железобетонных конструкций, выполняемые бригадами в других отраслях. А именно был исследован ряд процессов, выполняемых бригадами, прошедшими стажировку за рубежом (в Германии) и используемыми современные технологию и оборудование. Основными критериями, определяющими уровень работоспособности, стали показатели эффективности исполнителей Кэф (табл. 1), изменяющиеся в течение смены по отношению к среднеарифметическому значению ряда этих показателей, который, по сути, является нормой выработки для данного процесса. По результатам расчетов, приведенных в таблице 3, был построен график изменения работоспособности исполнителей в течение рабочей смены (рисунок 1). Отрезки ОА, АВ, ВС и ОА', А'В', В'С', лежащие на оси ординат являются искомыми границами фаз работоспособности исполнителей. Размеры отрезков АВ и А'В' опре-
012345678
Тсмены, ч
-----звено проходчиков, строящих устье наклонного ствола по традиционной технологии
— — — — бригады строителей, сооружающих железобетонный конструктив по современной технологии
Рис. 1. Графики изменения работоспособности исполнителей в течение рабочей смены:
деляют фазы устойчивой работоспособности, а ОА', В'С' - фазами врабатывания и снижения работоспособности соответственно.
Представленные графики отражают динамику изменения показателей эффективности выполняемых работ и характеризуют их уровень стабильности, который зависит от характера операций, составляющих процесс. Критерием стабильности работ является показатель изменения работоспособности исполнителей, определяемый по формуле, выведенной авторами:
П _ Кэф.тах — Кэф.1 Кэф.тах
где Кэф.тах - максимальное значение коэффициента эффективности;
Кэфл - среднеарифметическое значение начального и конечного значений показателей эффективности исполнителя.
Технология, используемая исполнителями при строительстве устья наклонного ствола, включает в себя ряд ручных операций, требующих на их выполнение больших физических и умственных затрат: установка в проектное положение элементов жесткой арматуры, подгон и крепление внутренней оболочки опалубки, монтаж гибкого арматурного каркаса из отдельных стержней, установка в проектное положение и крепление внешней оболочки опалубки. В этом случае показатель изменения работоспособности составил 0,63.
Технология, используемая другими бригадами, включает в себя операции, сводящие к мини-
муму все вышеперечисленные факторы снижения эффективности. В этом случае показатель изменения работоспособности составил 0,18.
На основании вышеизложенного с целью увеличения производительности труда и сокращения продолжительности строительства устья наклонного ствола открытым способом авторами были поставлены задачи и определены методы их решения:
- выполнить анализ технической возможности, области применения, способов монтажа современной опалубки, используемой для изготовления железобетонных конструкций различной сложности;
- изучить методы работы строительных бригад плотников-бетонщиков и арматурщиков, прошедших обучение и стажировку за рубежом (в Германии);
- изучить передовой опыт сооружения железобетонных конструкций с использованием электропрогрева в зимних условиях;
- на основании этих исследований разработать структурно-технологические модели и карты усовершенствованных трудовых процессов строительства устьев наклонных стволов открытым способом;
- выполнить количественный анализ эффективности использования разработанных карт трудовых процессов, установить влияние изменения показателей эффективности на границы фаз работоспособности исполнителей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вылекжанин, В.Н. Адаптивное управление подземной технологией добычи угля / В.Н. Вылекжа-нин, Э.И. Витктовский, В.П. Потапов. - Новосибирск: Наука, 1987. - 232 с.
2. Исследование производственных процессов строительства наклонных стволов с применением видеосъемки : методические рекомендации / ННЦ ГП - ИГД им. А. А. Скочинского - Кузбас. гос. техн. ун-т / С.В. Гордеев, А. Д. Рубан, В.К. Разин, В.В. Першин, А.Н. Садохин, А.В. Дементьев, П.В. Разин. -Москва-Кемерово: 1998. - 28 с.
3. Клайн, И. Проходка стволов с проектом «Сельби». - Глюкауф: №23, 1981. - с. 10-15.
4. Першин, В.В. Моделирование эргатических процессов строительства горных выработок / В.В. Першин, М.В. Алексеев. - Изв. вузов: Горный журнал: №5, 1990. - с. 42-46.
5. Першин, В. В. Эргатические основы проектирования процессов строительной геотехнологии [Текст]: / В.В. Першин, А.Н. Садохин, А.В. Дементьев, С.В. Казак, А.В. Наседкин, Цзяо Ви-Го. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2002. - 217 с.
6. Руше, И. Завершение проходки наклонного ствола на шахте «Проснер» - Глюкауф: №9, 1986. - с. 24-28.
7. Рационализация технологических процессов строительства горных выработок : методические рекомендации/ ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского - Кузбас. гос. техн. ун-т / А.Д. Рубан, С.В. Гордеев, В.В. Першин, А.Н. Садохин, А.В. Дементьев, А.И. Копытов, В.А. Минин. - Москва-Кемерово: 1999. - 34 с.
□ Авторы статьи:
Першин Владимир Викторович, докт. техн. наук, проф., зав. каф. строительства подземных сооружений и шахт КузГТУ, тел. 8-3842-39-63-77.
Дементьев Андрей Владимирович, -доцент каф. строительства подземных сооружений и шахт, КузГТУ.
avd.spssh@kuzstu.ru
Соловьева Марина Олеговна, студент ГУ КузГТУ гр. СПз-10, инженер производственнотехнического отдела ООО «Строй-Элит» (АСО «Промстрой»).
