автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Исследование и разработка рекомендаций по повышению производительности экскаваторов на разрезах Южного Кузбасса



КОРЕНЕВ Аркадий Германович

На правах рукописи

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЭКСКАВАТОРОВ НА РАЗРЕЗАХ ЮЖНОГО КУЗБАССА.

Специальность 05.05.06 - Торные машины".

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1997

Работа выполнена в АО "Южный Кузбасс".

Научный консультант: канд. техн. наук Проскурин А.С.

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, проф. канд. техн. наук

Кантович Л.И. Буйный И.К.

Ведущее предприятие

ИГД им.А.А.Скочинского

Защита диссертации состоится

и

1997г. а/.Ь

часов на засе-

дании диссертационного совета Д.053.20.01 при Московском Государственном открытом университете по адресу: 129805.ГСП, ул. П.Корчагина, 22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан" "_1997г.

Ученый секретарь диссертационного

совета доктор техн. наук, проф. Захаров Ю.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Повышение эффективности работы p.и резов Южного Кузбасса на основе их технического перевооружения » на стоящее время не представляется возможным из-за существующих финансовых трудностей. Имеющееся же горнотранспортное оборудование в значительной степени изношено, что приводит к снижению его производительности. Согласно данным АК "Росуголь" износ основного оборудования по разрезам АО "Южный Кузбасс" составляет: для экскаваторов 65%, буровых станков 90%, бульдозеров 54%, большегрузных автомобилей "Белаз"-54%.Одновременно с увеличивающимся износом горнотранспортного оборудования на разрезах Южного Кузбасса в последние годы наблюдается увеличение крепости и удельного веса вскрышных пород, разрушаемых буровзрывным способом, дальности перевозок, глубины разработок, кратности перевалки пород, изменение структуры вскрышных работ по видам транспорта. Эти обстоятельства привели к тому, что среднемесячная производительность экскаваторов в АО "Южный Кузбасс" стала уменьшаться, со ставив в 1996г. 111,2 тыс.м3 против 138,6 тыс.м3 в 1995г. Из сказанного следует, что повышение производительности экскаваторов следует искать я путях совершенствования качества функционирования системы "операто! машина - среда", входящей в более сложную систему: "технология - лю, горнотранспортные машины - среда".

Известно какое влияние оказывают друг на друга эти элементы, но при устоявшейся технологии главную роль в эффективности рассматривав мого производства играют экскаваторы, которыми начинаются технологические линии, среда, куда входит в первую очередь породш.'й массив, с ко торым в свою очередь взаимодействуют экскаваторы и, наконец, люди, управляющие экскаваторами. Параметры массива в системе "экскаватор -

массив непосредственно влияют на производительность экскаваторов, их надежность, срок службы, поток отказов.

В связи с этим актуальным представляется задача исследования и разработки рекомендаций по повышению производительности экскаваторов, как основного вида горнотранспортного оборудования разрезов, с учетом горно-геологических условий и технологии ведения горных работ.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по повышению производительности экскаваторов на основе учета выявленных факторов и установленных закономерностей их влияния на производительность машин и эффективность горного производства в целом.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. При выполнении работы использовались системный и корреляционно-спектральный анализы, теоретические и экспериментальные исследования применительно к основным угольным разрезам Южного Кузбасса.

НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ. ЗАЩИЩАЕМЫЕ АВТОРОМ. И ИХ НОРИЩА:

Установлено, что работе экскаваторов характерна высокая нестабильность; оцениваемая коэффициентом вариации, она, в зависимости от типа машины, достигает значений 0,4-0,7;

- на основе корреляционно-спектрального анализа выявлены регулярные факторы, систематически влияющие на производительность экскаваторов, и дана их количественная оценка;

- установлены зависимости между режимами работы экскаваторов и ¡кнерямн их производительности в течение года;

- на основе длительных статистических наблюдений выявлены наиболее чначнмыс случайные факторы, ведущие к потере производительности кхскаватиров, сделана их количественная оценка;

- установлено, что на производительность экскаваторов надежной!. их электроснабжения оказывает равное или даже большее влияние, чем на дежность их механической части;

- показано, что основной функцией взрывной подготовки горит о массива является изменение его блочности - перевода вскрышных пород н другую категорию, характеризуемую более низкими параметрами уделмнн о сопротивления пород копанию;

- установлено, что качество взрывной подготовки оказывает влияние на надежность работы экскаваторов, в частности, выявлено, что число 01 ка-зов электродвигателей подъема экскаватора при работе по взорванном) массиву в 2 раза меньше, чем по целику.

- обоснована техническая и экономическая эффективность применения новых типов ВВ - гранулитов УП-1 и УП-2, обеспечивающих повышение производительности экскаваторов на 8,5% и снижение затрат на ВВ на 45%;

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ. ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ

подтверждается достаточным объемом полученных на протяжении 2-х лет экспериментальных исследований в производственных условиях, использованием современных методов математического анализа полученных результатов, внедрением рекомендаций ряде объектов открытой добычи угля.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ работы заключается в разработке рекомендаций по повышению производительности экскаваторов путем стабилизации режима их работы и снижения числа отказов, что ведет к повышению коэффициента машинного времени экскаваторов и улучшению организации горных работ; выбора рациональных параметров буровзрывной подготовки горного массива с использованием дешевых и эффективных ВВ.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Разработанные рекомендации по повышению производительности экскаваторов используются на рач-

резах Южного Кузбасса ("Томусинский", "СибиргинскиЙ", "Красногорский", "Междуреченский").

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основное содержание диссертационной работы, отдельные ее положения и результаты докладывались на производственных совещаниях АО "Южный Кузбасс" (1996-97гг), XXXII научно-практической конференции Московского государственного открытого Университета (1997г.), совместном заседании кафедр ГЭМС и РМПИ.

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований опубликовано в печати 4 статьи и одна брошюра (объемом 3,5 п.л.).

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения,* содержит страниц машинописного текста, 37 рисунков, 18 таблиц и список использованных литературных источников из 45 наименований.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Вопросы повышения производительности экскаваторов содержатся в трудах Мельникова Н.В., Ржевского В.В., Трубецкого К.Н., Щадова М.И., Подэрни Р.Ю.; Виницкого К.Е., Кузнецова В.И., Анистратова Ю.И. и других ученых. Эти вопросы разрабатывались коллективами таких организаций как НИИОГР, ИГД им.А.А.Скочинского, МГГУ, ИГД СОАН РФ и других. Особенностью современной ситуации, сложившейся на разрезах Кузбасса, является , как уже отмечалось ранее, то, что задачу повышения производительности экскаваторов необходимо решать в условиях усложнившейся на разрезах горнотехнической обстановки, значительно изношенной техники, возросших проблем с так называемым "человеческим фактором", а также в условиях складывающихся рыночных отношений.

Поиск скрытых резервов повышения производительности экскаваторов, как гго слслуст из ряда работ, нужно искать внутри системы

"технология - операторы - машины - среда". Эффективность этой системы определяется поведением элементов, входящих в эту систему. При устояи-шейся технологии поиск резерва целесообразен, рассматривая более подробно элемент "машина" (т.е. экскаватор), "оператор", "среда". Рассмотрение системы "оператор - машина" позволяет вскрыть резервы в организационно-технической работе на разрезе и в том числе в работе экскаваторов. Рассмотрение же системы "экскаватор - среда" позволяет обнаружить возможности повышения производительности экскаваторов на путях снижения нагрузок при взаимодействии экскаватора с таким элементом среды как горный массив. Все вместе это ведет к снижению отказов оборудования, росту коэффициента машинного времени и, следовательно, к увеличению производительности экскаваторов.

Известно, что отклонения от планограммы работ экскаваторов, носящие систематический, регулярный характер, и приводящие к снижению их производительности можно обнаружить с помощью корреляционно-спектрального анализа производительности экскаваторов.

Снижение нагрузок на узлы и детали и повышенного расходования ресурса экскаватора возможно достичь за счет совершенствования подготовки горного массива.

Величина энергии, теряемая в элементах машин при эксплуатации, определяет интенсивность снижения прочности и долговечности деталей н в целом машины. При этом вся энергия, теряемая в машине и расходуемая на износ деталей, их нагрев и накопление усталостных повреждений, идет на ее разрушение. Привод горной машины при работе рассеивает в виде потерь в своих элементах определенное количество энергии до наступления предельного состояния.

N„=N(1-7)

I це N - общая мощность привода, П - КПД привода.

Принимая за основу энергетический подход при различных расчетах, коюрмй получил признание и использовался в работах Мельникова Н.В., Лнистратова Ю.А., Медникова H.H., Коломийцева М.Д., Солода C.B., Кузнецова В.И. и других ученых, можно утверждать, что если переложить часть энергии, идущей на разрушение и погрузку горного массива экскаваторами , на работу взрывчатых веществ, то тогда энергетический поток через экскаватор сократится, что несомненно приведет к снижению нагрузок на узлы н расходования ресурса экскаватора и, следовательно, к уменьшению числа отказов. Учитывая, что парк эхскаваторов сильно изношен, совершенствование технологии подготовки горного массива на основе модернизации технологии буровзрывных работ, особенно с применением дешевых ВВ, должно иметь для повышения производительности экскаваторов весьма большое значение.

Предварительный анализ простоев экскаваторов показывает, что время простоев 1Ю причине отказов механической части экскаваторов равно или даже меньше времени простоев из-за отказов в системе электроснабжения и электрооборудования. Об этом говорят работы Бисенова Ж.С., Голу-бева В.А., Буйного И.К., Филиппова В.Н., Калашникова Ю.Г. и других ученых. Поэтому разработка рекомендаций по повышению надежности эчек-троснабження и электрооборудования экскаваторов представляет также серьезную задачу, которая играет важную роль в деле повышения производи! слынкти экскаваторов.

Настоящая работа носит комплексный хараггер и для того, чтобы достичь поставленной в ней цели, состоящей в разработке рекомендаций по

повышению производительности экскаваторов, следовало решшь иесмии. ко основных задач:

- установление на основе корреляционно-спектрального ашиппа режимов работы экскаваторов в течение года, регулярных факторов, сииеми тически ведущих к снижению их производительности и определение уде п. ного веса этих факторов в общем балансе потери производительности;

- установление наиболее значимых случайных факторов, в том числе отказов в механической и электрической частях экскаваторов, ведущих к снижению производительности экскаваторов и оценка удельного веса каждого из этих факторов;

- исследование влияния качества взрывной подготовки горного массива на производительность экскаваторов.

Для решения поставленных в работе задач использовались аналитические методы, сбор и корреляционно-спектральный анализ на основе ЭЦВМ данных по режимам работы экскаваторов, статистическая обработка данных по простоям, системный анализ. В работе исследовались материалы как в целом по АО "Южный Кузбасс", так и данные по разрезу "Томусинский", который является характерным разрезом для рассматриваемого региона.

Проведены широкомасштабные экспериментальные исследования по совершенствованию взрывной подготовки горного массива к экскавации, г том числе, с использованием дешевых и эффективных ВВ типа.гранулитон

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В диссертации показано, что разрезы Южного Кузбасса являются высокомеханизированными предприятиями, насыщенными высокопроизводительными комплексами горнотранспортных машин и оборудования - экскаваторами типа ЭКГ и ЭШ, буровыми станками, железнодорожным транспортом, большегрузными автосамосвалами и другой техникой. Так для

р

'Гомусинского разреза количество машин с электроприводом составляет более 30 единиц общей мощностью более 23 тыс. кВт при одновременном их энергоснабжении от двух электроподстанций, что предполагает сложную разветвленную электрическую сеть различного напряжения.

Выполненный в работе анализ изменчивости коэффициента машинного времени экскаваторов по разрезам Ольжерасский, Сибиргинский, Ме-ждуреченский, Красногорский и Томусинский показал, что в связи с естественным старением экскаваторов этот коэффициент систематически уменьшается и, например, для Томусинского разреза за 5 лет уменьшился с 0,8 до 0,72. Добыча угля по разрезам Южного Кузбасса снизилась в 1,62 раза, аварийность экскаваторов увеличилась в 1,31 раза. При этом время простоев на один экскаватор Томусинского разреза постоянно росло: 1990г. - 982ч., 1991г. - 1087ч., 1992г. - 1211,6ч., 1993г. - 1261ч., 1994г. - 1287,7ч., 1995г. -1320ч., 1996г.- 1376ч. /

Основными причинами снижения производительности экскаваторов в 1996 году по сравнению с 1995 годом являются - аварийные простои экскаваторов из-за их износа, ухудшение работы транспорта и организации работ в целом, ухудшение материально-технического снабжения, недостаток средств на приобретение новой техники.

Учитывая сложившуюся ситуацию, задачу повышения производительности экскаваторов следует искать на путях установления методов снижения числа отказов оборудования, включая систему его электроснабжения, и совершенствования организации работы этого оборудования.

Поиск путей повышения производительности экскаваторов за счет совершенствования бргакизации работ возможен на основе корреляционно-спектрального анализа производительности машин за длительный период, при котором можно выяснить систематические причины снижения произ-во.нпельносш, а также важнейшие случайные факторы, ведущие к простоям экскаваторов. Исследование диаграмм суточной производительности

экскаваторов типа ЭКГ и ЭШ, а также диаграмм суточной добычи и объема вскрышных работ разреза показывают, что режим работы оборудования разрезов характеризуется высокой динамикой; это, как известно, приводит к снижению производительности и срока службы экскаваторов, к росту нервной напряженности обслуживающего персонала (в первую очередь машинистов экскаваторов). Последнее приводит к увеличению травматизма, а значит также к снижению производительности.

Для установления наиболее эффективного и экономически оправданного метода снижения числа отказов в работе экскаваторов в диссертации рассмотрен энергетический баланс основных производственных процессов угольных разрезов, в котором использованы подходы, содержащиеся в трудах Аиистратова Ю.И., Медникова H.H. и Коломийцева М.Д. и других ученых. Было показано, что снижение числа отказов в работе экскаваторов возможно, если с помощью ВВ понизить категорию блочности горного массива.

В этом случае значительная часть энергетического потока, идущего через экскаватор на разрушение горного массива, не будет проходить через узлы и детали экскаватора, что сократит поток числа его отказов.

Исследование режимов работы экскаваторов Томусинского разреза.

Режим работы экскаваторов Томусинского разреза, который является наиболее представительным среди разрезов Южного Кузбасса, исследовался в предположении, что этот режим, представленный диаграммами производительности, является случайной функцией времени, считываемой с частотой 1 раз в сутки или 1 раз в час (для диаграмм энергопотребления). В последнем случае исходили из предположения, что диаграмма энергопотребления в определенном масштабе отражает производительность оборудования.

то

Для разреза в целом мощность двигателей горных и транспортных машин составит

я

Агг=1.п1Ы1 (кВт) (1)

где N! . мощность электродвигателей на машинах,

Л, - количество различных машин, участвующих в

технологическом процессе. Отсюда производительность оборудования можно определять по зависимости

= (т/ч> (2)

где IV - энергоемкость процесса, кВт-ч/т в предположении, что технология процесса не изменяется за время его наблюдения.

Обьем выполняемой работы определяется по формуле

о <т> (3)

Если известна реализация мощности оборудования в течение, например, суток, то это позволяет получить ряд важных характеристик процессов внутри смены и между сменами.

В диссертации рассматривались диаграммы производительности комплексов оборудования по добыче угля и на вскрышных работах всего разреза и отдельно в качестве примера производительности экскаватора ЭКГ-12,5, работающего на железнодорожный транспорт, и экскаватора ЭШ 15/90. При этом были исследованы данные за 1995 и 1996 годы. Диаграмм и энергопотребления комплекса всего оборудования разреза, включая добычные и вскрышные работы рассматривались за лето (июнь) 1996г. и зиму (декабрь) 1996г.

Обработка полученного статистического материала показала, нш режим работы горнотранспортного комплекса отличается высокой динамикой как на добыче, так и на вскрышных работах, что следует из таблицы I.

Таблица 1

Динамика режима работы Томусинского разреза.

№ Процесс Показатели процесса за 1995-1996гг., м3/сут

п/п Сред- Мини Макси- Среднее Коэф. Коэф. Коэф.

ний за -маль- маль- квадр. вариа- асим- Экс-

сутки ный ный отклон. ции метр. цесса

1995 г.

1. Добыча 6514 90 21030 3115 0,478 0,723 1,498

2. Вскрыша 37745 18000 63820 7046 0,187 0,044 0,554

1996г,

3. Добыча 6808 100 19720 3635 0,534 0,417 0,029

4. Вскрыша 34496 1790 65030 10298 0,299 0,448 0,774

Меньшее значение коэффициента вариации режима работы экскаваторов на вскрышных работах объяснялась тем, что там -было задействовано большее число машин по сравнению с их числом на добыче. Еще большая нестабильность присуща, естественно, самим экскаваторам. В таблице 2 приведены результаты оценки динамики работы двух типов экскаваторов Томусинского разреза. При этом обработка статистического материала велась как без учета времени простоев, так и с учетом этого времени.

Приведенный в таблицах 1 и 2 материал не позволяет оценить структуру динамических процессов. Поэтому для оценки составляющих процесса спектрального состава диаграмм производительности оборудования был проведен корреляционно-спектральный анализ.

При рассмотрении указанных выше диаграмм были сделаны выводы, что их результирующая представляет собой квазистационарные случайные

Таблица 2.

Динамика режима работы экскаваторов Томусинского разреза.

№ Показатели процесса за 1995-1996 г , м3/сут.

гс/п Экскавторы Сред- Ми- Макси- Среднее Коэф. Коэф. Коэф.

ний за ни- маль- квадрат. вари- асим- экс-

сутки мал ь-ный ный отклон. ации метрии цесса

1995 г.

1. ЭКГ-12.5 (№79), работа с ж.-д. транспортом

на вскрыше без учета простоев 7157 440 13200 2611 0,365 0,4 0,140

. 2. ЭШ-15/90 (№53), вскрыша без учета простоев 4681 1000 10500 2177 1996 г, 0,465 0,836 0,491

3. ЭКГ-12,5 (№79), работа с ж.-д. транспортом

на вскрыше без учета простоев 6500 320 10960 2271 0,349 0,558 0,170

4. ЭКГ-12,5 (№79), работа с ж.-д. транспортом

на вскрыше с учетом простоев 6033 0 109690 2743 0,455 0,724 0,213

5. ЭШ-15/90 (№53), вскрыша без учета простоев 3934 1000 13000 2123 0,544 0,943 0,15

6. ЭШ-15/90 (№53). вскрыша с учетом простоев 3397 0 13000 2403 0.70& 0,645 0,478

тз

функции. Для выявления в этих случайных функциях регулярных составляющих, систематически влияющих на формирование производительности экскаваторов и комплексов оборудования разреза в целом, в диссертации был проведен автокорреляционный и спектральный анализы, которые как известно, выполняют широкое статистическое усреднение и позволяют обнаруживать скрытые закономерности.

Определены:

- математическое ожидание

1 т 1 о

- автокорреляционная функция

K(T) = ±]X(t)-x(t + T)dr

где Т -время наблюдения процесса (длина реализации), Г - интервал между соседними значениями функции - спектральная плотность

2

= ~ J к (г) cos cod со .

-дисперсия процесса

А, = К(т) при г = О

- среднее квадратичное отклонение

<тх =45х

- коэффициент вариации

v =

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

т.

т*

Коррслограммы и спектрограммы производительности оборудования были построены как с учетом простоев, так и без учета простоев оборудования.

На рис.1 в качестве примера приведены корреляционные функции (а) и спектральные плотности (б) производительности разреза за 1996г.

Из приведенных на рис.1 графиков видно, что процесс формирования производительности оборудования разреза в 1996году содержит случайные и периодические с периодом Т, равным ~ 25суток, составляющие.

Математическая модель корреляционных функций такого типа в общем случае содержит совокупность случайных и квазипериодических составляющих и имеет вид

и я . ,

К(т) - Е£>,е~в' +10уе"°'<г)со5<у;г (9)

где DI,DJ - дисперсии соответственно случайных и периодических составляющих; <*/, а} . коэффициенты скорости убывания корреляционных зависимостей.

Результаты обработки всех опытов приведены в таблице 3.

Как видно из таблицы режим работы оборудования разреза в целом содержит регулярные составляющие с периодом 25(30) дней, что говорит о том, что в койне месяца и начале следующего месяца производительность оборудования разреза существенно снижается. Полное устранение этого фактора могло бы повысить производительность оборудования разреза на 12% и даже на 25%. Аналогичная картина систематического уменьшения промиюднтелыюсти наблюдалась еженедельно с периодом 7 дней в 1см5|чл\, но я 1096году этот фактор заметно уменьшился. Что касается экс-шплюров типа '.ЖГ-12,5 н "Ж1 15/90, то в их режиме работы регулярно протлятнсь частоты с периодом 20-22 дня, -10 и -ЮОднсй. и> которых

а)

Опыгт 17

5 ЧЦ|0 20 25 304

V

б)

0.06 -

0.04

02 .

О,

т* сутки

Опыт 17

I

супси

.0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Рис. I. Корреляционная функция (а) и спектральная плотность (б) производительности разреза Томусинский по добыче угля за 1996 г.

Таблица 3.

Основные показатели процессов периодического снижения производительности экскаваторов Томусинского разреза в 1995-1996гг.

Длитель- Отношение сред- Максимально

Процесс ность пе- неквадратичных возможный

риода, отклонений рост произво-

сутки дительности,

(час) °/о

А. Частота наблюдений - 1/сутки.

Добыча угля

Вскрышные работы Работа экскаватора ЭКГ-12,5 Работа экскаватора ЭШ 15/90

Добыча угля

Вскрышные работы Работа экскаватора ЭКГ-12,5

Работа экскаватора ЭШ 15/90

Б. Частота наблюдений потребляемой мощности - 1/час

1995-1996 гг.

Энергопотребление оборудо- • 7 час 0,346 8,0

ванием разреза 2,8 час 0,346 8,0

1995 г. 25(30)

7

25(30) 20-22 • 20-22

1996 г.

25(30) 7

25

100 10

100 20-22

0,22 0,42 0,386 0,386 0,346

0,48

0,40 0,48 0,316 0,386 0,386

10,5 20,0 7,2

14.0

14.2

25,4

12,0 16,8

12.1 16,4

14.3

Т7

первый период есть время работы экскаватора за вычетом времени, идущего на планово-предупредительный ремонт (~7дней). Период -ЮОдией, по-видимому, определяется окончанием квартала и началом следующего. Устранение или значительное уменьшение влияния указанных регулярных факторов позволило бы поднять производительность экскаваторов на 12-16%.

Корреляционная функция и спектральная плотность диаграмм энергопотребления содержит регулярные частоты с периодом 7 часов(смена) и 2,8 часа (перерыв). Таким образом, в результате проведенных исследований на большом статистическом материале было установлено, что основными причинами систематического снижения производительности оборудования разреза являются: увеличенное переходное время в начале и конце смены, суток, недели, месяца, квартала, в начале и конце планово-предупредительных ремонтов, взрывных работ, а также регулярные перерывы в середине смены.

Наряду с указанными факторами в диссертации были установлены также основные случайные причины перерывов в работе исследуемых экскаваторов типа ЭКГ-12,5 и ЭШ 15/90 и их удельный вес в общей величине простоев экскаваторов, что приведено в таблице 4. Из таблицы следует, что основными случайными факторами, снижающими производительность экскаваторов являются у экскаватора типа ЭКГ-12,5 перебои с поступлениями под погрузку думпкаров и плохое состояние железнодорожных путей, а у экскаватора ЭШ 15/90 - значительный объем различных вспомогательных работ, таких как подготовка забоя, очистка гопша, подготовка рабочего места и др.

Анализ динамики процесса формирования производительности экскаваторов н оборудования разреза в целом показал, что рассматриваемый процесс под влиянием регулярных я случайных фагтеров - высокодинамичный процесс, отличающийся значительной нестабильностью.

Потери времени экскаваторами в 1995-1996 гг. (час)

Таблииа 4.

ППР Пе- Вспомо- Ава- От- Пло- От- От- От- Ог- От- От- Кли- Про- Не-

Тип ре- гатель- рии сутс- хое сутс- сутс- сутс- сутс- сутс- сут- мати- чие под-

экскава- гон ные ме- твие сос- твие твие твие твие твие ствие чее- (взры готов-

тора экс- работы ха- ато- тоя- Ж.Д. эл. кабе- тро- зап- бри- кие вные лен-

ка- (под- низ- тран- ние дум- энер ля са час- гад усло- рабо- ное

вато- готовка мов спор пу- пка- гии тей вия ты и рабо-

ра забоя, установка троса и др.) та тей ров ДР-) чее место

1995г.

ЭКГ-12,5 1336 66 89 134 4 230 233 97 29 135 - 132 4 149 104

№79

погрузка 1996г.

ж.д. 1236 91 52 51 12 616 824 136 12 137 19 192 38 66 25

думпка-

ров

1995г.

ЭШ- 1352 47 579 122 - - - 65 9 50 37 120 91 81 124

15/90

№53 1996г.

1965 36 653 278 142 10 46 189 44 60

Примечание: Классификация потерь времени разработана на Томусинском разрезе.

зо

Т9

Если динамику работы оборудования оценивать коэффициентом вариации их производительности, то для ЭКГ-12,5 он достигает значений 0,465 и для ЭШ 15/90 - 0,544, а для всего комплекса машин и оборудования всего разреза - 0,534, что говорит о высоком уровне нестабильности работы.

В диссертации рассмотрен вопрос влияния человеческого фактора не производительность комплекса оборудования разреза. Показано, что потери времени, связанные с бригадами, обслуживающими экскаваторы, достигали значений 132часа в 1995году на экскаваторе ЭК-12,5 и 192часа в 1996году, на экскаваторе ЭШ 15/90 соответственно - 120часов в 1995году и 189часов в 1996году.

Здесь же сделана попытка установить зависимость коэффициента частоты травматизма от производительности на вскрышных работах.

Установлено, что с уменьшением нагрузки травматизм среди работников, а это, главным образом, экипажи экскаваторов и путевые работники, уменьшается.

Кроме того, в диссертации рассмотрен вопрос влияния окружающей среды (атмосферы) на производительность комплекса машин и оборудования разреза. Указанный фактор чаще всего проявляется весной и осенью и составляет по разрезу примерно 120часов в год.

В работе рассмотрены вопросы надежности экскаваторов, определены основные причины, приводящие к простоям экскаваторов - это аварии с механизмами , отсутствие электроэнергии, кабеля, троса, запчастей и т.п.

Если рассматривать экскаваторы как единые электромеханические агрегаты, то суммы времени простоев по указанным выше причинам составляли для ЭКГ-12,5 и ЭШ 15/90 от 246 до 476часов. При этом было обращено внимание, что несмотря на значительную изношенность механической части всех экскаваторов на разрезе, их производительность может быть с меньшими затратами повышена в первую очередь за счет совершенствования и улучшения обслуживания системы электроснабжения. Было обращено

внимание, что за последние годы простои по причине аварий электромеханической части экскаваторов снизились.

Исследование влияния качества взрывной подготовки горного массива на производительность экскаваторов.

В диссертации показано, что эффективность взрывной подготовки горного массива на угольных разрезах зависит от многих факторов технологического характера. Изменением главных параметров буровзрывных работ (диаметр и длина скважин, пространственное расположение скважин, удельный расход ВВ, конструкция заряда, способ инициирования) можно регулировать в необходимом направлении качеством подготовки массива к выемке экскаваторами различного типа.

Производительность экскаватора на вскрышных и добычных работах в значительной мере зависит от сопротивления пород копанию. Этот показатель выражается через коэффициент Кр, который, в свою очередь, связан корреляционной зависимостью с коэффициентом крепости пород Г по шкале проф. М.М.Протодъяконова

К,- = К„(Кв +10,3/), МПа/см2 где Ка и К, - коэффициенты, зависящие от производительности экскаватора, получены на основании экспериментальных исследований.

В принципе основной задачей взрывной подготовки горного массива , является изменение его блочности, т.е. перевод вскрышных пород в другую категорию в соответствии с общеизвестной классификацией.

Необходимое качество дробления пород достигается в большей степени путем изменения удельного расхода ВВ. Изменение этого параметра буровзрывных работ позволяет эффективно управлять качеством дробления в достаточно широком диапазоне.

?т

Однако такой путь решения задачи связан со значительным расходом дорогостоящих взрывчатых веществ. Поэтому повышение эффективности взрывной подготовки горного массива на разрезах должно осуществляться комплексно.

В первую очередь необходимо исследовать возможность повышения эффективности буровых работ с использованием современной буровой техники. На разрезах Южного Кузбасса наибольший объем буровых работ по подготовке вскрышных пород к взрыванию выполняется шарошечными станками. На разрезах используются буровые станки типов: 2СБШ-200, 2СБШ-200-60, 4СБШ-2-150 и другие при бурении скважин диаметром от 132 до 320 мм и глубиной до 60 м.

Анализ работы буровых станков за последние пять лет показал, что их производительность увеличивается незначительно и составляет в среднем в год около 100 тыс.м. Использование календарного фонда времени недостаточно эффективное и распределяется следующим образом: рабочее время -52%, планируемые простои - 35%, не планируемые простои - 13%.

В настоящее время наметилась тенденция на бурение скважин большого диаметра при подготовке горного массива к взрыванию.

На качество подготовки горного массива к выемке экскаваторами большое влияние оказывают свойства применяемых взрывчатых веществ. В настоящее время на угольных разрезах все большее применение находят простейшие взрывчатые вещества типа игданита. Этот тип имеет высокие бризантные свойства, хорошо поддается механизации при его изготовлении и заряжании скважин, отличается низкой стоимостью.

Однако низкая удерживающая способность входящей в его состав аммиачной селитры к дизельному топливу ограничивает область применения игданита при производстве горных работ. К недостаткам нгдажпа можно отнести также и низкую удельную энергию взрыва.

В последние годы разработаны и применяются на многих угольных и рудных разрезах ВВ с повышенной энергией взрыва и стабильными характеристиками. К ним относятся алюминизированный игданит А-6, гранулит АСД, порэмиты и др.

Опыт использования этих ВВ показал, что вместо дефицитных и дорогостоящих компонентов (алюминиевый порошок, битумный структуро-образователь) могут быть использованы угли и отходы нефтепродуктов основного горного производства. На базе этих компонентов были разработаны новые типы ВВ - гранулиты УП, представляющие собой механическую смссь гранулированной аммиачной селитры, жидкого нефтепродукта, угольного порошка, вспененного полистирола.

Гранулит УП-1 представляет собой сыпучую смесь гранулированной аммиачной селитры с жидким нефтепродуктами и угольным порошком. Применяется для ведения взрывных работ в породах средней крепости при заряжении сухих и осушенных скважин. По качеству дробления пород он подобен серийно выпускаемому граммониту - 79/21. Относится к экологически чистым ВВ.

Гранулит изготовляется на специализированных технологических линиях, которые оборудованы для нужд Кузбасса в гг. Кемерово и Киселевске. Заряжение скважин гранулитом УП-1 осуществятся вручную или зарядными машинами МЗ-ЗБ и МЗ-4А. Допустимое время пребывания гранулита в скважинах - 15 суток.

Инициирование скважинных зарядов производится от двух шашек типа Т-400г или патрона аммонита 6ЖВ массой 3 кг. Гранулит применяется при температурах от -50 до +40°С.

На разрезах Южного Кузбасса с ноября 1995 г. при проведении взрывных работ применяется простейшее взрывчатое вещество - гранулит типа УП-1.

Для определения относительной работоспособности гранулнта УП-1 проведен ряд экспериментальных работ на разрезах Междуреченском и Си-биргинском. Проведены взрывы гранулита и фаммонита-79/21 по определению относительной работоспособности методом воронкообразования.

Были пробурены скважины диаметром 216 мм, глубиной 2,5-Зм. В скважины заряжали по 40 кг гранулита УП-1 м в качестве эталона по 40 кг фаммонита-79/21.

После взрывов скважинных зарядов образовались воронки выброса, объем которых является показателем относительной работоспособности ВВ. На Междуреченском разрезе объем воронок, образованных граммони-том-79/21, составил от 5,4 до 6,9 м3, а объем воронок, образованных грану-литом, в зависимости от марок применяемого угольного порошка, составил от 1,6 до 12,4м'.

На Сибиргинском разрезе объем воронок составил для фаммонита-79/21 от 2,2 до 9,8 м\ для фану лита - от 4,8 до 27,4 м3.

Таким образом, фанулит УП с применением определенных марок угольного порошка сработал не хуже, а в некоторых случаях и лучше фам-монита-79/21.

Для подтверждения вышесказанного были проведены наблюдения за работой экскаваторов по горной массе, взорванной с применением гранулита УП-1.

• На разрезе Междуреченском 15.07.96 г. был взорван блок скважин, на 46,8% заряженный фанулнтом. Средняя часовая производительность экскаватора на соседних блоках составила 225,8 м3 в час, средняя же производительность экскаватора на контрольном блоке - 219,3 м3 в час.

На Сибиргинском разрезе 15.07.96 г. был взорван блок скважин, на 18,7% заряженный фанулитом. Производительность экскаватора РН-2300 увеличилась по сравнению с предыдущим блоком с 268,1 до 455,8 м\ Это

связано с применением экспериментальных схем взрывания, а также показывает хорошую работу гранулнта УП.

На Томусинском разрезе 17.05.96 г. взорван блок скважин с применением 33% гранулнта УП.

Производительность экскаватора составила в среднем 426 м} в час, что на 8,4% больше, чем на других участках. Одновременно были проведены испытания установки по изготовлению простейших ВВ в промышленных условиях. Производительность установки с двумя технологическими линиями достигала 50-60 тыс.т. в год. Потребность разрезов в простейших ВВ изменялась в широком диапазоне - от 35 до 184 т в сутки.

За десять месяцев 1996 г. было выпущено 10880 т ВВ типа гранулита УП-1, который распределялся по разрезам в зависимости от объемов вскрышных работ.

За этот период экономический эффект от применения указанных ВВ по всем разрезам Южного Кузбасса составил 5109 млн. руб.

Достаточно подробно исследовалась эффективность взрывной подготовки горной массы в условиях обводненности. За десять месяцев 1996 г. на разрезах было заряжено более 22 тысяч обводненных скважин с полиэтиленовыми рукавами, что позволило получить экономический эффект в сумме 6,9 млрд. руб., в том числе и за счет снижения объема применения тротила для этих условий в среднем на 24%

На разрезах Томусинский и Сибиргинский в 1996 г. были проведены исследования по эффективности взрывной Подготовки горного массива. В результате исследований установлено, что производительность экскаваторов в большей степени зависит от удельного сопротивления пород копанию КР и мощности двигателя экскаватора, затрачиваемой на копание и подъем взорванной породы Кр.

Из графика (рис.2) видно, что при работе экскаватора по целику удельное сопротивление копанию достаточно велико, как и затраты мощно-

Рис. 2. Зависимость удельного сопротивления пород копанию КР и мощности двигателя Np от производительности экскаватора: 1 - при работе по целику; 2 - при работе по взорванному массиву

сш двигателя экскаватора. При взрывной подготовке массива эти показатели значительно снижаются , что обеспечивает достаточно высокую производительность экскаватора в целом.

Качество взрывной подготовки оказывает большое влияние и на надежность экскаваторов. Исследования показали, что при работе экскаваторов по породам II-IV категорий по блочности в зависимости от перегрева изоляции электродвигателей отказы составляли для экскаваторов, работающего по породам II и III категорий, 3,5%, а по породам IV категории -7,5%, т.е. больше чем в 2 раза.

С увеличением крепости горных пород амплитуда колебаний (вибраций) экскаватора возрастает в 2-3 раза.

Соответственно изменяется и износ деталей экскаватора. Это еще одно доказательство необходимости обеспечения качественной взрывной подготовки горного массива к выемке экскаваторами.

Комплекс выполненных исследований на разрезах Южного Кузбасса по оценке влияния взрывной подготовки горного массива на эффективность работы экскаваторов и всего технологического цикла по отработке угольных пластов показал перспективность новой технологии ведения буровзрывных работ на разрезах Южного Кузбасса.

За счет рационального выбора параметров буровзрывных работ и применения новых простейших взрывчатых веществ на разрезах Южного Кузбасса (в среднем на 8,5%) повысилась производительность экскаваторов, надежность оборудования и получена экономия материальных средств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе дано новое решение актуальной научной задачи - разработки рекомендаций по повышению производительности экскаваторов на разрезах Южного Кузбасса и в аналогичных горно-геологических условиях.

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований даны предложения по повышению стабильности работы экскаваторов и разрезов в целом, по снижению нагруженности и, следовательно, числа отказов электрической и механической частей экскаваторов за счет оптимизации процесса подготовки горного массива.

В работе получены следующие основные результаты и выводы:

1. Корреляционно-спектральный анализ производительности экскаваторов в период 1995- 1996гг. позволил установить, что основными причинами регулярного снижения производительности являются: увеличенное переходное время в начале и конце каждого календарного периода работы (смены, суток, недели и т.д.), в начале и конце планово-предупредительных ремонтов, взрывных работ, а также регулярные перерывы в середине смены.

2. Указанные систематические потери времени, превышающие нормативные значения, характерны как длй отдельных экскаваторов, так и для всего горнотранспортного комплекса разрезов в целом.

3. Основными случайными факторами, ведущими к снижению производительности, являются у экскаваторов типа ЭКГ-12,5 - перебои с поступлением думпкаров и неудовлетворительное состояние железнодорожных путей, у экскаваторов типа ЭШ-15/90 - значительный объем различных вспомогательных работ.

4. Под влиянием регулярных и случайных факторов динамика работы экскаваторов, оцениваемая коэффициентом вариации их производительности, достигает значений 0,465 для экскаваторов типа ЭКГ-12,5 и 0,544 для ЭШ-15/90. Для горнотранспортного оборудования всего разреза на добыче угля коэффициент вариации производительности изменяется а пределах 0,478-0,534, что указывает на высокий уровень нестабильности режимов работы как отдельных экскаваторов, так и всего комплекса в целом. Снижение влияния указанных факторов позволяет увеличить производительность экскаваторов на величину до 15%.

?я

5.Несмотря на значительную изношенность механической части экскаваторов, их производительность может быть повышена за счет совершен-сгвонания и улучшения обслуживания только системы электроснабжения, простои из-за которой почти равны или в отдельных случаях превышают простои из-за отказов механической части экскаваторов.

,6. Показано, что основной функцией взрывной подготовки горного массива является изменение его блочности - переводе вскрышных пород в другую категорию, характеризуемую более низкими параметрами удельного сопротивления копанию.

7. Установлено, что качество взрывной подготовки оказывает влияние на надежность работы экскаватора, в частности выявлено, что число отказов электродвигателей подъема экскаватора при работе по взрываемому массиву в 2 раза меньше, чем по целику.

8. Обоснована техническая и экономическая эффективность применения новых типов ВВ-гранулитов УП-1 и УП-2, обеспечивающих повышение производительности экскаваторов на 8,5% и сншг?ние затрат на ВВ на 45%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Повышение производительности экскаваторов на разрезах Южного Кузбасса. М.1997.57с.

2. Основные технологии горного производства как циклические процессы (в соавторстве) в книге "Стабилизация работы участков горных предприятий". Недра.1995г.

3. Математические модели динамики работы производственных предприятий (там же).

4. Некоторые основные сведения теории вероятностей и теории случайных функций, (там же).

5. Стабилизация режимов работы экскаваторов. Тезисы доклада. Труды XXXII научно-практической конференции МГОУ. 1997.М