Влияние горно-геологических условий карьеров на безопасность производства Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

2007

УДК 622:331.4; 622:331.34; 622.8:658.34; 622.867; 622.8:351.823.3 В.С. Квагинидзе, С.Н. Зарипова

ВЛИЯНИЕ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ КАРЬЕРОВ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА

1[Элияние горно-геологических условий месторождений по-

АДлезных ископаемых на безопасность открытых работ оценивается, в первую очередь, по физико-механическим свойствам горных пород.

Физико-механические свойства горных пород, описывающие их поведение в процессе разработки месторождений, широко используются, как при оценке безопасности ведения работ, так и при выборе параметров, расчете производительности горно-транспортного оборудования, показателей технологических процессов, определении и планировании мощности горнодобывающего предприятия, его отдельных забоев и участков.

При разработке горных пород на безопасность карьерных экскаваторов наибольшее влияние оказывают следующие их свойства: прилипание (свойство адгезии), способность частично восстанавливать свою связность после разрушения (свойство когезии), способность разжижаться при приложении динамических нагрузок и вибраций (тиксотропия), примерзание к рабочим поверхностям машин при отрицательных температурах, абразивность, связность, трещиноватость, крепость породы и ее вариации в забое, упругость, хрупкость, трещиноватость и кускообразование.

Крепость и структурно-текстурные особенности пород разрабатываемого массива оказывают основное влияние на вариацию нагрузок на горно-транспортное оборудование. Вариация нагрузок, в свою очередь, существенно влияет на безопасность экскаваторов, так как приводит к неустойчивости рабочего процесса, значительному ухудшению условий труда обслуживающего персонала и является прямой причиной аварийных отказов экскаваторной техники и несчастных случаев, приводящих к производственным травмам среди машинистов экскаваторов.

На вскрышных работах в условиях Севера особенно неблагоприятным является разработка крепких пород и пород средней крепости, которые обычно представлены слоями многолетней или сезонной мерзлоты. Работа экскаваторов сопровождается частыми поломками ковшей, выходом из строя мест перегрузок, а также значительными колебаниями кабины машиниста, что негативно отражается на состоянии здоровья последнего.

На добычных работах наиболее неблагоприятные условия нагружения наблюдаются при экскавации крепких бурых и каменных углей сложно-структурного строения, когда в отрабатываемой толще угля имеются слои с многолетней мерзлотой, крепкие включения в виде прослойков, междупластий и отдельных окаменелостей.

Поскольку отрабатываемые уступы, как правило, сложены из разных пород, то при работе экскаваторов на их безопасность и, следовательно, на безопасность обслуживающего персонала влияют одновременно несколько свойств пород, что требует достаточно высокого совершенства, универсальности конструкции машин и высокой квалификации машинистов.

Для учета влияния горно-геологических факторов безопасность открытых горных работ оценена применительно к категориям горных пород по трудности экскавации согласно единым нормам выработки на открытые горные работы [1]. Соответственно угольные забои отнесены к I - Ш категориям, породные забои - к IV - V категориям по крепости.

Установлено, что при возрастании категории породы по крепости (Кп) на одну единицу происходит увеличение количества производственных травм среди машинистов экскаваторов и их помощников в среднем на 76,4%, а количества работников с профессиональными заболеваниями - в среднем на 158,5% (рис. 1): тэ = -1,6 + 1,4К„, (1)

о = 0,89, е = 4,37 %, ф2 = 0,16, Д = 0,84, п = 0,84, Я = 0,92; бэ = -2,5 + 1,9К„, (2)

о = 1,49, е = 5,26%, ф2 = 0,15, Д = 0,85, п = 0,85, Я = 0,92.

Динамика показателей безопасности производства с учетом вида разрабатываемой горной породы приведена на рис. 2-3.

А травмы а болезни

Рис. 1. Зависимости показателей безопасности производства от категории разрабатываемой породы по крепости

Рис. 2. Динамика производственного травматизма среди машинистов экскаваторов и их помощников

Рис. 3. Динамика профессиональной заболеваемости среди машинистов экскаваторов и их помощников

-вскрышные экскаваторы ^^добычные экскаваторы

Анализ динамики показателей безопасности производства показывает, что уро-вень производственного трав-

матизма среди работников, обслуживающих карьерные экскаваторы, имеет тенденцию к снижению, как по экскаваторам, отрабатываю-щим угольные забои, так и породные. В то же время, уровень профессиональной заболеваемости имеет тенденцию к возрастанию, причем очевидна разница между количеством работников с профессиональными заболеваниями, обслуживающими вскрышные экскаваторы и добычные экскаваторы. Таким образом, по рис. 2 и 3 видно, что безопасность выемочнопогрузочных работ снижается с переходом от угольных забоев к вскрышным, производственный травматизм возрастает в среднем на 92,4 %, профессиональная заболеваемость - в среднем на 76,4 %. Уровень безопасности труда производственного персонала, обслуживающего экскаваторы, работающие на породах 1У-У категории, по сравнению с уровнем безопасности труда работников, обслуживаю-

•вскрышные экскаваторы добычные экскаваторы

щих экскаваторы, работающие на породах I - III категории, снижается в среднем на 84,4 %.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что влияние категории разрабатываемой породы по крепости на уровень безопасности выемочно-погрузочных работ существенно, следовательно, при прогнозировании показателей безопасности производства необходимо рассматривать отдельно условия работы производственного персонала, обслуживающего вскрышные экскаваторы и персонала, обслуживающего добычные экскаваторы.

Технико-эксплуатационные показатели большегрузных автосамосвалов изменяются в широком диапазоне в зависимости от горно-геологических условий эксплуатации. Основными факторами, определяющими горно-геологические условия работы карьерного автотранспорта, являются: расположение полезного ископаемого относительно уровня земной поверхности, условия залегания, конфигурация месторождения, подлежащий транспортированию объем горной массы, физико-механические свойства горных пород.

Для большинства карьеров на Севере характерны значительная длина транспортирования по основной трассе, затяжные уклоны (спуски), сложность трассы с большим числом поворотов, колебанием продольных уклонов. Величина уклонов и протяженность трассы определяются глубиной карьера и размерами карьерного поля в плане. В среднем до 50% общей длины магистральных съездов приходится на уклоны, повороты, закругления, что увеличивает опасность возникновения аварий, а, следовательно, снижает безопасность производства.

Зависимости показателей безопасности производства от среднего расстояния транспортирования горной массы описываются линейными функциями вида (рис.4): та = 1,25 + 0,29/, (4)

где о = 0,67, е = 4,66 %, ф2 = 0,45, Д = 0,55, п = 0,55, Я = 0,74; ба = 5,62 + 0,96/, (5)

где о = 1,57, е = 8,08 %, ф2 = 0,33, Д = 0,67, п = 0,67, Я = 0,82.

При увеличении длины среднего расстояния транспортирования на 1 % количество случаев травмирования водителей автосамосвалов возрастает в среднем на 0,51 %, количество работников с профессиональными заболеваниями - в среднем на 0,44 %.

д травмы болезни

40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 %

Рис. 4. Зависимости показа-телей безопасности произ-водства от среднего расстояния транспортирования горной по-роды автосамосвалами

Рис. 5. Зависимость доли не-

счастных случаев с водителями автосамосвалов от доли рас-стояния транспортирования горной массы за один цикл, приходящийся на съезды с уклонами и поворотами

Рис. 6. Зависимости показате-лей безопасности производства от глубины разрабатываемого участка карьера

Доли несчастных случаев с водителями большегрузных автосамосвалов (т%) в зависимости от доли общей длины магистральных съездов при транспортировании горной породы, приходящейся на преодолеваемые уклоны и сложные повороты (/%), описываются с помощью полинома третьей степени (рис.5) и, в целом, имеют тенденцию к возрастанию:

травмы болезни

т% = 4312,43 - 248,78/% + 4,02/%

- 3,1-10-4/%, (6)

где о = 1,95, е = 4,87 %, ф2 = 0,14, Д = 0,86, п = 0,86, Я = 0,63.

Динамические нагрузки в основных механизмах и длительная работа агрегатов и узлов в режиме повышенных нагрузок при движении автосамосвалов на подъем в загруженном состоянии вызывают механические колебания, сопровождающиеся значительными знакопеременными напряжениями в металлоконструкциях автоса-

мосвалов. По совокупности отмеченных выше причин условия работы автотранспорта значительно усложняются (увеличивается параметр потока отказов, количество неплановых ремонтов, их продолжительность и трудоемкость), что нередко является причиной аварийных ситуаций, а также приводит к возрастанию профессиональных заболеваний среди водителей автосамосвалов.

Уравнения, устанавливающие зависимости количества несчастных случаев и случаев заболевания водителей автосамосвалов профессиональными заболеваниями от глубины разрабатываемого карьера (к, м), имеют вид (рис. 6):

та = 0,07 + 0,01к, (7)

где о = 0,98, е = 6,93%, ф2 = 0,38, Д = 0,62, п = 0,62, Я=0,79; ба = 3,05-ехр(5,6-10"3к), (8)

где о = 1,32, е = 3,33 %, ф2 = 0,09, Д = 0,93, п = 0,93, Я=0,95.

При увеличении глубины карьера на 1 % количество случаев травмирования водителей автосамосвалов возрастает в среднем на 0,72 %, а количество работников с профессиональными заболеваниями - в среднем на 0,95 %.

Дополнительные исследования позволили установить, что для автотранспорта открытых горных работ на Севере характерно:

- снижение среднеэксплуатационной скорости с увеличением среднего расстояния транспортирования горной породы, причем увеличение среднего расстояния на 5 % приводит к снижению средней скорости на 2,5 %;

- увеличение среднеэксплуатационной скорости с увеличением продолжительности пребывания автосамосвалов на линии, причем увеличение машино-часов на линии на 5 % приводит к увеличению средней скорости автосамосвалов на 1,2 %;

- максимальное количество ездок за рабочую смену для автосамосвалов, эксплуатирующихся на глубине 75-150 м достигается при среднеэксплуатационной скорости 14,96 км/час; для автосамосвалов, эксплуатирующихся на глубинах 200-300 м, максимальное количество ездок достигается при средней скорости движения 19,96 км/час;

- максимальные значения коэффициента использования грузоподъемности автосамосвалов на карьерах Севера достигаются при среднем расстоянии транспортирования вскрышной породы, рав-

ном 3,24 км, а также при среднеэксплуатационной скорости транспортирования угля, равном 17 км/час.

Таким образом, горно-геологические условия месторождений полезных ископаемых на Севере существенно влияют на безопасность открытых горных работ и на технико-эксплуатационные показатели горно-транспортного оборудования.

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

1. Справочник. Открытые горные работы/ К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, К.Е. Виницкий, Н.Н. Мельников и др. - М.: Горное бюро, 1994. 590 с.: ил.

— 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, 2007 225

Таблица 1

Уровни шума в кабинах горно-транспортного оборудования

Марка автосамосвала Зарегистрированный максимальным уровень шума в кабине, дБ Превышение ПДУ, % Марка экскаватора Зарегистрированный максимальный уровень шума в кабине, дБ Превышение ПДУ, %

БелАЗ-75213 118 47,50 ЭКГ-20 109 36,25

БелАЗ-75214 96 20,00 ЭКГ-15 115 43,75

БелАЗ-75129 112 40,00 ЭКГ-8И 94 17,50

БелАЗ-7515 109 36,25 201-М 117 46,25

БелАЗ-75304 89 11,25 301-М 91 13,75

БелАЗ-75145 105 31,25 ЭКГ-5А 97 21,25

НО-1200 93 16,25 ЭКГ-4,6Б 117 46,25

Таблица 2

Зарегистрированные максимальные уровни вибрации в кабинах горно-транспортного оборудования

Марка автосамосвала Превышение ПДУ, раз Марка экскаватора, бур. станка, бульдозера Превышение ПДУ, раз

Общая вибрация Локальная вибрация Общая вибрация

БелАЗ-75213 11,4 - порож. 3,3 ЭКГ-20 2,9

БелАЗ-75214 3,2 - груж., 2,6 -порож. 3,3 ЭКГ-15 2,1

БелАЗ-75215 18,3 - порож. 15,7 ЭКГ-8И 2,2

БелАЗ-75216 1,8 - груж. Н.д. 201-М 3,3

БелАЗ-75405 2,4 - груж. Н.д. 301-М 1,8

БелАЗ-75199 1,5 - груж., 1,8 -порож. Н.д. СБШ-320 6,3

Ж-1200 2,6 - порож., 3,2 -груж. 3,3 СБШ-250 2,1

Comatsu 830E Н.д. 2,3 ДМ-Н 8,4

Dresser б,3 - груж., б,5 -порож. Н.д. Д-355 1б