автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.04, диссертация на тему:Обоснование параметров технологии проведениягоризонтальных капитальных горных выработокувеличенного поперечного сечения

-Л» л На правах рукописи

^ # '

Войтов Михаил Данилович

Обоснование параметров технологии проведения горизонтальных капитальных горных выработок увеличенного поперечного сечения

Специальность: 05.15.04 - "Строительство шахт и подземных сооружений"

Автореферат диссертации на соискание

ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1997

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте строительства угольны и горнорудных предприятий - Кузниишахтострой.

Научный руководитель: Научный консультант: Официальные оппоненты:

кандидат технических наук,

профессор_

[Кожевин Владимир Григорьевич [

доктор технических наук, профессор

Першин Владимир Викторович

доктор технических наук, Брагин Виктор Евгеньевич

кандидат технических наук, с.н.с Кочетков Валерий Николаевич

Ведущее предприятие - ОАО концерн "Кузбассшахтострой"

? ,::>.:м-.-а состоится 25 декабря 1997г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 063.70.02 в Кузбасском государственном техническом университете: 650026, г.Кемерово, ул. Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кузбасского государственно!"' технического университета.

Автореферат разослан "

Л

ноября 1997г.

Ученый секретарь Дйздг^тициокного совета, доктор технических наук,

"г*чЬ»!осор А.С.Ташкинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Реконструкция шахт и подготовка новых горизонтов во зсех горно-добывающих районах' страны требуют проведения значительных объемов горизонтальных выработок. Так, в 1990г. было пройдено квершлагов 56,6км., полевых штреков 34,1 км., в 1991г. соответственно 45,8 и 29,3 км.

С увеличением глубины разработки значительно возрастают площади поперечных :ечений выработок по условиям проветривания и транспорта. Уже сейчас средние сечения . горизонтальных выработок, в которых работают погрузочные машины, составляют 17,0 -19,0м2 в свету, а в отдельных случаях - 22,0 - 26,0м2. По прогнозу к 2000 году таких выработок будет не менее 50% от общего числа.

В проектах строительства и реконструкции шахт принимаются иногда заниженные поперечные сечения горных выработок, в результате чего создаются опасные условия груда при их проведении из-за невозможности размещения в них разминовок и отсутствия необходимых зазоров между крепью и проходческим оборудованием, а также не обеспечивается их поддержание в течении всего срока службы в соответствии с требованиями Правил безопасности. По данным воздушно-депрессионных съемок служб ВГСЧ, на ряде шахт Кузбасса имеются случаи значительного превышения допустимых Правилами безопасности скоростей движения воздуха по выработкам из-за недостаточного поперечного сечения воздухоподающих выработок. Фактические площади поперечных сечений некоторых пройденных выработок 8св=10-15м2, а необходимые по условиям проветривания площади 8св=20-28м2.

Наметилась тенденция увеличения поперечного сечения протяженных горизонтальных выработок до 30м2 в проходке на шахтах России и за рубежом. Необходимость увеличения площади поперечного сечения выработок диктуется природными и техническими факторами: увеличением глубины заложения выработок и ростом газообильности; растущими грузопотоками и отдаленностью разрабатываемых шахтных полей; использованием высокопроизводительной очистной и проходческой техники.

В связи с изложенным, изыскание путей совершенствования технологии проведения горизонтальных капитальных горных выработок увеличенных поперечных сечений является актуальной научной задачей.

Диссертационная работа является составной частью научно - исследовательских работ института: 271333"Исследовать операции проходческого цикла и усовершенствовать методику проектирования технологии проведения горизонтальных выработок"; 15002"Разработать технологические карты проведения горизонтальных горных выработок сечением в проходке более 18м2; 2701502004"Произвести привязку технологических схем к конкретным горно-техническим условиям шахт Кузбасса и Караганды и внедрить технологию и организацию проходки горизонтальных и наклонных выработок большого сечения"; 2792051 "Оказать техническую помощь при внедрении технологических карт проведения горизонтальных и наклонных горных выработок на объектах ВПО "Кузбассуголь"; 271163050"Разработать для перспективных угольных шахт РФ типовые схемы оснащения, технологии, механизации и организации проходки забоев выработок большого ( свыше 20м2) сечения".

Цель работы - обоснование параметров технологии проведения горизонтальных капитальных горных выработок увеличенного поперечного сечения, обеспечивающих повышение скорости, производительности труда и снижение стоимости проходческих работ.

Идея работы заключается в установлении и учете влияния качественных и количественных характеристик горнопроходческого оборудования, крепости пород и горно-технических факторов на параметры технологии проведения горизонтальных капитальных горных выработок.

Задачи исследований:

- разработать экономико-математическую модель технологии проведения горизонтальных капитальных горных выработок увеличенного поперечного сечения,

учитывающую особенности эксплуатации проходческих машин при работе в выработка; увеличенного поперечного сечения;

- - установить зависимости скорости и стоимости проведения выработок о" эксплуатационной производительности проходческого оборудования, крепости пород 1 горно-технических факторов;

разработать технологические решения по совершенствованию проведения выработок увеличенного поперечного сечения.

Методы исследований:

- анализ и обобщение результатов научных исследований и производственного

опыта;

.... - экономико-математическое моделирование параметров технологии проведенш горизонтальных горных выработок; • - методы математической статистики обработки экспериментальных натурны? данных при определении эксплуатационной производительности проходческих машин I удельных трудозатрат на проведение выработок; , . - широкомасштабные хронометражные наблюдения.

Научные положения, выносимые на защиту:

- в целевых функциях скорости и стоимости проведения выработкг эксплуатационная - производительность проходческих машин определяется дифференцированно в зависимости от их типов и зависит линейно от технической производительности, поперечного сечения выработки, . крепости пород, объема транспортных средств и удельных трудозатрат на обмен транспортных средств;

- зависимость, скорости проведения выработки от крепости пород имеет полиномиальный характер, причем при малой крепости пород (Г=3-5) максимальные скорости (П0-150м/мес) достигаются при применении в одном забое двух бурильных установок БУЭ-2, двух погрузочных машин 1ППН-5, при большой крепости пород (Г=7-10)>максимальная скорость (75-95м/мес) достигается применением двух бурильных установок УБШ-308 (БКГ-2), а при крепости пород в диапазоне {=5-7 применение этих типов машин дает одинаковую скорость;.

- минимальная стоимость проведения выработки (при крепости пород Г<5) достигается при применении двух бурильных установок БУР-2, двух погрузочных машин 1ППН-5 и вагонеток ВГ-3,3, а при большей крепости пород - достигается при применении двух бурильных установок УБШ-308 (БКГ-2), двух погрузочных машин 2ПНБ-2 и вагонов ВПК-10;

- эффективность применения -технологических схем (карт) проведения выработок увеличенного поперечного сечения определяется набором технологического проходческого оборудования, способами погрузки горной массы, схемами обмена транспортных средств с обеспечением расположения симметричных стрелочных переводов на расстоянии 70-140м от забоя.

Научная новизна заключается:

- ..в построении экономико-математической модели проведения выработки, предполагающей, дифференцированный подход к типам проходческих машин и учитывающей изменение физического процесса погрузки породы, изменение схемы обмена транспортных средств при увеличении поперечного сечения выработки;

- в установлении рациональных комплектов проходческого оборудования, обеспечивающих максимальные скорости и минимальные стоимости проведения выработок- в зависимости от горно-геологических и горно-технических условий;

. - в , классификации способов погрузки, обмена транспортных средств и установления их расположения в выработке.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована:

- представительными натурными исследованиями в горизонтальных горных выработках шахт Кузнецкого, Карагандинского, Донецкого и Печорского бассейнов;

. -■ высокой,;, значимостью уравнений регрессии эксплуатационных производилельностей горно-проходческих машин, скорости и стоимости проведения

горизонтальных капитальных горных выработок увеличенного поперечного сечения (критерий Фишера выше табличного);

хорошей степенью сходимости скоростей проведения горизонтальных капитальных горных выработок, определенных на основе моделирования, и скоростей, полученных при внедрении технологических карт (погрешность не превышает 12%);

положительными результатами внедрения разработанных "Типовых технологических карт проведения горизонтальных выработок сечением в проходке более 18м2 буровзрывным способом" и фактическим экономическим эффектом от их внедрения. Экономический эффект составляет 963,9 тыс.руб. в ценах 1994г.

Научное значение диссертационной работы заключается в разработке экономико-математической модели технологии проведения горизонтальных горных выработок увеличенного поперечного сечения с учетом крепости пород, горно-технических факторов и эксплуатационных характеристик проходческих машин, позволяющей установить рациональные области применения комплектов проходческого оборудования и перспективы совершенствования технологии их проведения.

Практическое значение работы заключается в разработке технологических решений и обоснование параметров технологии проведения горизонтальных капитальных горных выработок увеличенного поперечного сечения, обеспечивающих повышение скорости проведения выработок, увеличение производительности груда и снижение стоимости проходческих работ на угольных шахтах на 25-50%.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в следующих нормативно-технических документах:

- альбом "Технологические схемы проведения горизонтальных протяженных горных выработок сечением в проходке более 18-20м2 и наклонных стволов". Кузниишахтострой.- Кемерово, 1979.-190с.;

- альбом "Типовые технологические карты проведения горизонтальных горных выработок сечением в проходке более 18м2 буровзрывным способом" (Р1 12.13.024-84)/ . Кузниишахтострой,- Кемерово, 1984.-235с.;

- технологические карты "Возведение гладкостенной тюбинговой крепи (ГТК) при сооружении капитальных горных выработок и сопряжений, запроектированных по типовому проекту 401-011-60". Кузниишахтострой,-Кемерово, 1983.-53с.;

- альбом "Технологические карты проведения квершлагов и полевых штреков с обменом вагонеток в призабойной зоне маневровыми лебедками". Кузниишахтострой.-Кемерово, 1984.-100с.;

- технологическая схема проведения горизонтальных выработок сечением в проходке более 18-20м2 с применением металлической арочной крепи, буропогрузочной машины 2ПНБ-2, бурильной установки БУЭ-1 для условий шахты "Казахстанская" темпами 200м/мес. Кузниишахтострой.-Кемерово, 1980.-19с.

Технологические схемы (карты) реализованы в виде проектов организации работ на проведении 20 выработок 13 шахт Кузнецкого и Карагандинского угольных бассейнов с общей протяженностью выработок 12187 км. Средняя скорость проведения выработок по бассейнам увеличилась на 25-50% и составила 87м/мес. Экономический эффект от увеличения скорости проведения за счет снижения общешахтных и накладных расходов, приходящийся на долю автора, составляет 963,9 тыс.руб. (в ценах 1984 года).

Апробаиия работы . Основное содержание диссертации и ее отдельные разделы докладывались и получили одобрение на областных научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов (г. Кемерово, Кузниишахтострой, 1981, 1983, 1985), на Всесоюзной конференции по применению гладкостенной тюбинговой крепи при доведении капитальных горных выработок в Кузбассе (г.Новокузнецк, 1980 г.), на Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов угольной промышленности г.Люберцы, ИГД им. А.А.Скочинского, 1983 г.), на Всесоюзном научно-техническом ;овешании "Совершенствование организации и технологии проведения горизонтальных и «клонных капитальных горных выработок" (г.Павлоград, 1983 г.), на Всесоюзном 1аучно-техническом совещании "Научно-технические проблемы ускорения строительства -ювых горизонтов, проведение горных выработок в условиях глубоких шахт" (г. Донецк,

1985 г.), на расширенном заседании кафедры СПСиШ КузПИ (г. Кемерово, 1985, 199 гг.), на научных семинарах в Московском ордена Трудового Красного Знамени горно; институте (1987 г.), на Ученых советах в институте "Кузниишахтострой" (1987, 1997 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 25 печатных работ.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех гла] заключения, списка литературы из 164 наименований и изложена на 210 страница; включая 18 таблиц, 46 рисунков и 7 приложений на 17 страницах.

Автор выражает признательность д.т.н., профессору В.А.Хямяляйнену з методическую помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В комплексе вопросов, связанных со строительством и реконструкции угольны шахт, большое внимание уделяется определению условий и области эффективного применения технологических схем подготовительных работ.

Совершенствованию средств механизации, их надежности и технологии проведени выработок посвященны работы О.Д.Алимова, Ю.Л. Барона, В.Е.Брагинг В.С.Верхотурова,- Г.А.Ганзина, В.Ф.Горбунова, А.Г.Гузеева, Н.Д.Дмитрака В.Г.Кожевина, В.Н.Кочеткова, Л.В.Ляшенко, Н.А.Малевича, Д.И.Малиованова Э.Э.Нильвы, В.В.Першина, Г.С.Черепанова, М.К.Якунина и других ученых.

Параметры буровзрывных работ определены в работах Л.В.Баранова Ш.И.Ибраева, Э.О.Миндели, М.М.Протодьяконова, Н.М.Покровского, В.Н.Щербинин и других.

' Освещение вопросов уборки горной массы имеется в трудах А.Д.Громова Я.Б.Кальницкого, В.Г.Креца, В.Г.Лукьянова, П.А.Лыхина.

При строительстве и реконструкции шахт проблема крепления горных выработо] является одной из основных. В этой области достигнут определенный прогресс, благодар: работам Н.С.Булычева, Г.И.Грицко, В.В.Егошина, Л.М.Ерофеева, В.Н.Каретникова Б.А.Картозия, К.В.Кошелева, Г.Г.Литвинского, М.Б.Устюгова, Н.Н.Фотиевой Г.С.Франкевича и других исследователей.

Действующие в настоящее время методики оценки эффективности проектных I технологических решений не учитывают особенности технологии проведения выработо! увеличенного поперечного сечения, не полностью учитывают качественные I количественные характеристики проходческого оборудования. В последние годы в эгои направлении появились работы И.В.Баронского, В.С.Верхотурова, Л.М.Ерофеева В.В.Першина. Однако полученные при этом результаты не могут быть адекватнс адаптированы к технологии строительства горных выработок увеличенного поперечногс сечения (свыше 20м2) на угольных шахтах.

Эксплуатационная производительность - важнейший показатель, характеризуют!» эффективность использования проходческих машин в конкретных горно-технически; условиях при принятой организации проходческих работ.

При увеличении поперечного сечения выработки, естественно, увеличиваете; ширина и/или высота выработки. Отсюда: в выработках, ширина которых больше фронт: погрузки погрузочной машины ковшового типа, у боков остается горная масса, погрузкг которой требует ручной работы; по мере увеличения угла разворота ковша для сбор; горной массы по всему фронту погрузки машины, увеличивается время черпания горно! массы и снижается эксплуатационная производительность погрузочной машины. Пp^ неизменной технологии погрузки породы рост поперечного сечения выработм ■ обусловливает увеличение объема погрузки породы на 1м выработки, продолжительности оборки боков и кровли выработки, продолжительности подкидки породы ^ формирования развала породы в бурт высотой 40-50см.

Простои, связанные с обменом вагонеток в забое, существенным образом влияют на эксплуатационную производительность погрузочных машин. При изменении крепости пород (0 от 2 до 9 единиц развал породы увеличивается от 12-15м до 30-35м. При

увеличении развала горной массы возрастает объем малопроизводительной погрузки, следовательно, снижается эксплуатационная производительность погрузочной машины. Увеличение вместимости вагонетки с 2,5 до 5,6м3 повышает эксплуатационную производительность погрузочной машины 1ППН-5 с 18 до 25м3/ч, или на 39%.

В этой связи обоснование параметров технологии проведения горизонтальных капитальных горных выработок увеличенного поперечного сечения является на сегодняшний день актуальным.

На основе изучения и анализа методов оценки параметров технологии проведения выработок, а также обобщения результатов исследований, проведенных автором настоящей работы, приняты два критерия оптимизации скорости сооружения выработок, определяемые исходя из эксплуатационной производительности и количества принятого горнопроходческого оборудования:

- максимально возможные экономически целесообразные темпы проведения для выработок, лежащих на критическом пути, V-> шах;

- минимальная стоимость ее сооружения с учетом скорости проведения для выработок, не лежащих на критическом пути.

При принятии первого критерия общий экономический эффект от увеличения скорости подвигания забоя обеспечивается не только снижением себестоимости собственно проведения выработки, а и достигнутым эффектом от сокращения срока ввода в эксплуатацию новых горизонтов, лав, в результате чего обеспечивается быстрое увеличение добычи угля.

При принятии второго критерия скорость рассчитывается также на основании эксплуатационной производительности и не должна быть ниже нормативной (СНиП 3.02.03-84), (Сем - Ср) -> шах.

Разработка экономико-математической модели включает в себя построение целевой функции на основе выбранного критерия оценки технологии и параметров, ее определяющих, формулировку ограничивающих условий и разработку алгоритма численной реализации построенной модели.

На основе статистической обработки результатов натурных наблюдений операций проходческого цикла получено выражение для целевой функции V в виде 24 г /ш Л Кгс Кпр

V =.......................................->тах, (1)

tPu

где V - скорость проведения выработки, м/мес; 1Ш - длина шпуров, м; г) - коэффициент использования шпуров; г - количество рабочих дней в месяце; Кгс - коэффициент готовности технологической схемы; Кпр - коэффициент переноса средств обмена вагонов: tPu- продолжительность проходческого цикла, ч.

Продолжительность проходческого цикла, описана выражением: е (0,65+0,157 f- 0,039 Snp+0,288 /ш+0,Ol d„) S„P

0,05 [12,7....................................................................]

У d2n р

tPu = t„t +..................................................................................- + t„„ +

4

e (0,65+0,157 f - 0,039 S„P+0,288 /„,+0,01 d„) Snp

К,,и [12,7..............................................................-.....]/ш

y d2„ p

+ t,n6 + tV,, +............................................- - ...............................— +

Pü, n6„ K6c K„pr Кбр K„

Snp Alf П (0,036 f+ 1,71) Kpn Im Л Kpn

+............-................................+..............-.................... (2)

P", ii"m К", Ко,« Кб,, К, рт, К„р,- Кб„ Кч

где tnc - продолжительность приёма-сдачи смены, ч; S,lp - поперечное сечение выработ в проходке, м2; е - коэффициент работоспособности ВВ: d„ - диаметр патронов ВВ, см; у коэффициент заполнения шпуров; р - плотность ВВ в патронах, г/см3; tBn -продолжительность взрывания и проветривания забоя, ч; W - продолжительность приведения забоя в безопасное состояние, ч; taKp - продолжительность возведения предохранительной крепи, ч; Крп - коэффициент, учитывающий регламентированные перерывы; р6, - эксплуатационная производительность бурильных машин, м/ч; пб„, -количество машин по бурению; Кбс - коэффициент совместной работы бурильных машиь Рпэ • эксплуатационная производительность погрузочных машин, м3/ч; плм - количество погрузочных машин; К"с - коэффициент совместной работы погрузочных машин; Р1?, -эксплуатационная производительность средств возведения крепи, м3/ч, элем./ч, м/ч; Корг ■ коэффициент, учитывающий уровень организации труда в забое при проведении выработок в скоростном режиме, находящихся на критическом пути, планируемых к : проведению нормативными темпами; КеР - коэффициент, учитывающий профессиональную подготовку и специализацию бригады для проведения выработок в скоростном режиме, при проведении протяженных выработок, вновь комплектуемых бригад или переведенных с других видов работ; Кч - коэффициент, учитывающий изменение численности проходческого звена, регламентированной ЕНиР ЕЗб для нормального обслуживания проходческих машин.

Численные значения указанных параметров и коэффициентов приведены в диссертации. :■■ . : •

• ~ ■ В результате математической обработки шахтных натурных наблюдений бьи получены многофакторные модели определения эксплуатационной производительной „¡бурильных машин в зависимости от их типов: PWi^OAP5, - 5,55 f-9,21 /ш+ 0,4 S„p, R,t =0,98, F = 149,8 > 2,56 (3)

Р6э(бкГ) =0,58 Р"т - 7,03 f- 9,89 + 0,3 Snp, R Ф=0,9, F = 884,l>2,58 (4)

Рбз(буз)=0,53 Р°т - 13,33 f - 7,84 /ц, + 0,24 Sup, Иф=0,95, F=102,55> 2,52 (5)

P6J(36ra)=0,42PsI-3,78f-l,23/111 + O,nS1,p, R* =0,96, F= 127,9 >2,53 • (6)

Эксплуатационную производительность погрузочных машин определена на ochoi полученных многофакторных моделей:

Р"з('„п„) = 0.52 Snp - 0,7 f + 2,1 Vre - 1,61 T'V + 0,39 Р"то, Rt=0,98, F = 207,8> 2,3 (7) Рпэ(.иб)= 0,67 S„p - 2,25 f+4,39 Vlc- 4,06 T«>„ + 0,53 P"m, R* = 0,97,F =215,6>1,5 (8) где VIC - вместимость вагонеток, м3; Тс°уд - удельные трудозатраты на обмен транспортных средств, чел.-мин/м3; Р\ех - техническая производительность погрузочных машин, м"7ч.

Для определения производительности звена проходчиков при креплени металлической арочной крепью автором получено следующее выражение: Рм",»= 1,31 - 0.025 S„p- 0,087 f-0.19 га +0,12 пчел, Яф=0,81; F=35,6> 2,0 (9)

где Рмс\„ - производительность звена проходчиков при установке металлической арочной крепи, м/ч; m - количество рам на один метр; пче.ч - численность проходчиков, занятых на выполнении процесса.

Зависимости для определения эксплуатационной производительное!! тюбингоукладчиков (ТУ-2р, ТУ-3, К-1000) и бетоноукладочного комплекса (БУК, ОМП приведены в диссертации. Вышеприведенная модель позволила сформулировать задачу н; оптимизацию указанных факторов, максимизирующих скорость (V->max) как целевук функцию при наличии заданных ограничений.

Ограничивающие условия:

1. Сечение в проходке 15м2 < S„p < 30 м2.

2. Крепость пород 2 < f < 12 для БУ-1, БУР-2, СБУ-2, БКГ-2;

2 < Г < 9 для ЭБГП-1, БУЭ-1, БУЭ-2.

3. Глубина шпуров от i ,5 до

/""",„= 3,0291 - 0,1166 ■ f для ЭБГП,БУЭ-1,БУЭ-2;

/™\„ = 2,732 - 0,0881 f + 0,0131 Snp для БУ-1, БУР-2, СБУ-2, БКГ-2.

4. Количество бурильных машин в забое : п5м = 1,2 для ЭБГП-1; п6„ =1,2,3, 4, для БУЭ, БУР; п6„ =2,4 для БКГ-2.

5. Коэффициент совместной работы бурильных машин Кбс = 1; 0,95; 0,9; 0,85; соответственно для К6С = 1, 2, 3, 4.

6. Техническая производительность погрузочных машин Рпм(га>н) = 60, 75; P'Vumí) =120, 180, 240, 360 м3/ч.

7. Количество элементов крепи в зависимости от сечения в проходке Snp< 18 м2, то N'-noo = 8,66 шт; S„r< 24 м3, то NTk.6 = 9,33 шт; S„p > 24мг, то N™6 = 10 шт.

-8. Вместимость вагонов VTc = 2,5; 3,3; 5,6; 7,5; 10 и3.

9. Трудозатраты средств обмена вагонов Т">ул-1,5; 8,6; 8,8; 10,2; 12,41; 3,6чел.-мин./м3; соответственно забойный конвейер, ВПК, перегружатель, перекатная платформа, плита-разминовка, стрелочный перевод.

10. КР = 0,036 f + 1,71 - коэффициент разрыхления породы.

, На основе исследования операций проходческого цикла разработаны алгоритм и программы расчета скорости проведения горизонтальных горных выработок и параметров технологии.

Зависимости скорости проведения горной выработки ог крепости пород и поперечного сечения в проходке при различном оснащении забоев проходческой техникой приведены на рис. 1, 2.

Вторым оптимизируемым критерием является стоимость сооружения выработки. Предпочтительным набором горнопроходческого оборудования является такой, у которого разность сметной и расчетной стоимости максимальна (См-С Р) —> max.

Увеличение скорости проведения выработок возможно при различных комплектах проходческого оборудования.

С целью оперативного выбора технологии по стоимостному критерию необходимо разработать метод расчета скорости проходки в зависимости от технических характеристик проходческих машин, горно-геологических и организационных факторов. В результате реализации экономико-математической модели получены зависимости, позволяющие оценить ожидаемую скорость проведения выработки при механизированном и ручном возведении крепи (тюбинги ГТК и металлическая арочная крепь СВП с железобетонной затяжкой).

V™0 = 140 - 3,69 S„p - 4,45 f + 41,98 lm + 0,08 P6T„ + 5,48 п6м + 0,17 Pv, +

+ 17,3 п"м+ 1,24 VTC - 3,83 Tc°,¿ - 2,26 Т**уЛ + 1,5 п„„ (10)

F = 217,28 > 1,65: R„„= 0,98. V4ÍI = -1,9 - 2,3 S„p - 8,75 f + 30,24 /ш + 0,09 Р«та + 1,42 пвч + 0,33 • Р6,с« +

+ 20,04 п"„ + 3,91 VTC - 1,15 T'V- 0,15 Т>уд + 9,51 пл„ (11)

F= (91,47 > 1,63; RM11 = 0,97.

Полученные формулы расчета скоростей проведения горизонтальных горных выработок служат основой для определения стоимостных параметров проведения выработок. При проведении квершлагов и полевых штреков на угольных шахтах, возможно применение нескольких сотен вариантов расчета технологического оборудования в различных горно-технических условиях. Однако, выделив наиболее распространенные и ожидаемые к применению в ближайшем будущем варианты и выполнив достаточно полный массив расчетов скоростей и стоимости, можно выявить закономерности изменения стоимости проведения от основных влияющих факторов при изменении того или иного технологического оборудования, в конкретных горнотехнических условиях.

Наглядное представление по скорости и стоимости проведения выработки с возведением тюбинговой крепи дают график и гистограмма, приведенные на рис.3 для 14 комплектен проходческого оборудования.

! ( Т I I

» ¡а; 15 га ; г: :::

Рис.1. Зависимость скорости проведения выработки от крепости пород (крепь -.тюбинги ГТК, 5пр=20,6м2, Утс=3,3м3, Тулго= 13,6чел-мин/мIППН-5- 2шт.): 1 - БУР-2 (2шт.); 2 - БКГ-2 (2шт.); 3-БУЭ-2(2шт.)

Рис.2. Зависимость скорости проведения выработки от поперечного сечения в проходке (крепь -тюбинги ГТК, Утс=3,3м! Г=8, Т,/°=13,6чел-мин/м3, 1ППН-5- 2шт.):

1 - БУР-2 ; 3 - БУР-2, БУ-1; 5-БКГ-2 (2шт.); 7 - БУЭ-2, БУЭ-1: 9 - ЭБГП-1 (2шт.)

2 - БУР-2 (2шт.): 4-БКГ-2; 6 - БУЭ-2: 8-БУЭ-2 (2шт.):

10.53 Т 1«-*0

11.11 о

140« * 1211 I) ■ | НК1 (I " М1 и

1|—

Л 1 5 Л 7 N ') 1к 11 12 ¥.„-Л1I ь* 1 ош>р>'.Н>»'.>ш,н и »Й.1). I

'"»-"' СЭГ.1.' IV!)

Рис.3. Расчешая стоимость проведения 1м выработки (млн.руб.) и скорость проведения (м/мес) ¡к видам оборудования (^5, 8пр=20,6м:)

Комплекты оборудования:

1) БУР-2 (УБШ-303), БУ-1 (УБШ-214), 1ППН-5 -2шт„ К-1000 (ТУ-2), ВГ-3,3.

2) БУР-2 (УБШ-303) -2шт„ 1ППН-5 -2шт., К-1000 (ТУ-2), ВГ-3,3.

3) БУР-2 (УБШ-303), 1ППН-5 -2шт„ К-ЮОО (ТУ-2), ВГ-3,3.

4) БУР-2 (УБШ-303) -2шт., 1ППН-5 -2шт„ ПСК-1 -2шт., К-1000 (ТУ-2), ВГ-3,3.

5) БУР-2 (УБШ-303) -2шт„ ПНБ-ЗД, ВПК-10 -4шт„ К-1000 (ТУ-2).

6) БУР-2 (УБШ-303), ПНБ-ЗК, ВПК-10 -4шт., К-1000 (ТУ-2).

7) БУЭ-2 -2шт., 1ППН-5 -2шт., К-1000 (ТУ-2), ВГ-3,3.

8) БУЭ-2, БУЭ-1 (УБШ-252), 1ППН-5-2шт., К-1000 (ТУ-2), ВГ-3,3.

9) БУЭ-2, 1ППН-5 -2шт., К-1000 (ТУ-2), ВГ-3,3.

10) БУЭ-2 -2шт., 2ПНБ-2 -2шт., ВПК-10, К-1000 (ТУ-2).

11) БКГ-2, 1ППН-5 -2шт„ К-1000 (ТУ-2), ВГ-3,3.

12) БКГ-2 -2шт., 1ППН-5 -2шт., К-1000 (ТУ-2), ВГ-3,3.

13) БКГ-2 -2шт.,, 2ППН-2 -2шт., ВПК-10 -4шт., К-1000 (ТУ-2).

14) ЭБГП-1 -2шт., 1ППН-5-2шт., К-1000 (ТУ-2), ВГ-3,3.

Наиболее трудоемким является определение прямых нормируемых затрат (П1). На основании выполненных исследований с применением многофакторного регрессионного анализа получена зависимость стоимости прямых нормируемых затрат на проведение выработки от влияющих на нее факторов, которая представлена в вире трех функций:

ni = 33m + 3,.M+3M=f(Snp, f, V)+y(Snp, f, V) + ? (Snp, f, H„, Ыпр„ф, Прям), (12)

где П] - прямые нормируемые затраты, руб.; 33J1., - затраты по заработной плате проходчиков, руб; 3,м - затраты по эксплуатации машин и механизмов, руб; 3*- затраты по материалам, руб; Нм - глубина заложения выработки, м; Мпроф - номер профиля арочной крепи из СВП; прам - количество рам на 1м выработки.

Уравнение (12) действительны при креплении горной выработки металлической арочной крепью.

Размер прямых нормируемых затрат с учетом их снижения от влияния роста скоростей проходки на указанные выше элементы затрат может быть выражен следующими зависимостями:

П| = (378,619 + 1,211 Snp- 1,6 f- 3,28 V - 0,014 Snp2 + 0,036 Р + 0,036 Р +

+ 0,0095 V2) + (78,007 - 5,31 Snp + 2,29 f - 0,29 Y + 0,16 S2„p + 0,48 P +

+ 0,0014 V2) + (7,408 + 4,37 f - 18,67 S„p - 0,09 H„ + 8,62 N^ + 53,64 прач -

- 0,293 P + 0,603 S2rp + 0,000067 HM - 0,089 №щ,0ф - 0,758 п2рам). (13)

Многофакторные зависимости по элементу затрат на материалы (монолитная бетонная крепь и тюбинги ГТК конструкции института "Кузниишахтострой") приведены в диссертации. Применение полученных моделей позволяет оперативно оценить и выбрать комплект технологического оборудования по стоимости проведения выработки от влияющих' факторов.

В комплексе работ по сооружению выработок процесс погрузки породы составляет по продолжительности 30-50% длительности цикла. Удельный вес обмена транспортных операций в продолжительности процесса погрузки горной массы составляет 50-60%. Простои, связанные с обменом вагонеток в забое, существенным образом влияют на эксплуатационную производительность погрузочных машин.

Анализ показал, что схемы обмена вагонеток целесообразно классифицировать по фактору использования погрузочных машин, что связано с количеством и вместимостью непрерывно загружаемых откаточных средств. Предложенная схема обмена вагонеток при погрузке породы в выработках увеличенного поперечного сечения представлена на рис.4. На рис.5, 6 приведены графики зависимостей оптимального шага переноса

Рис.4. Классификация способов погрузки горной массы и обмена транспортных средств при проведении горизонтальных горных выработок увеличенного поперечного сечения

по ш >20 Ш /м .'о м

70 ¡0 м

30 &

S. м'

Рис.5. Зависимость оптимального шага переноса разминовок от площади поперечного сечения выработки при погрузке оциночными вагонетками различно!! нмесI имости: 1-2,5м!; 2-3,3м3: 3-5,6м'

т М уго гоо ш т но ¡го то !0

к

|\

к4

\ 3

г

/

Рис.6. Зависимость оптимального шага переноса разминовок от площади поперечного сечения выработки при погрузке небольшими партиями вагонеток: 1 - 4 вагонетки 2,5м-'; 2 - 4 вагонетки 3.3м': 3 - 3 вагонетки 5,6м3

разминовок от поперечного сечения выработки при погрузке одиночными вагонетками различной вместимости и небольшими партиями, с применением коротких перегружателей. Исходя из условия минимальной трудоемкости работ по переносу обменных устройств и простоев рабочих при обмене вагонеток, предлагается следующая формула: ___

где Ьопт- оптимальный шаг переноса разминовок, м; Т - продолжительность процесса переноса разминовок, мин.; п - число рабочих, занятых на переносе разминовок; тп - число вагонов в партии при замене груженых на порожние; Кз - коэффициент загрузки вагонов;

Уср.дв. - средняя скорость движения вагонеток между разминовкой и забоем, м/с; N - число рабочих, простаивающих во время обмена вагонеток на одном из путей.

Таким образом, формула для определения оптимального расстояния переноса средств обмена является составной частью более общей методики расчета параметров технологии проведения выработок увеличенного поперечного сечения.

На основании выполненных исследований разработаны и утверждены типовые технологические схемы (карты) проведения горизонтальных горных выработок, сечением в проходке более 18м2 буровзрывным способом, внедренные в комбинатах "Кузбассшахтострой" и "Карагандашахгстрой". Было разработано ивнедрено в производство 20 проектов технологии и организации работ для проведения горных выработок на предприятиях комбината "Кузбассшахтострой" и комбината "Карагандаш ахтострой ".

На долю разработок автора от внедрения технологических схем и карт приходится фактический технологический эффект 969,3 тыс. руб. (в ценах 1984г.), полученный за счет экономии условно-постоянной части общешахтных и накладных расходов при увеличении скорости проведения выработок выше нормативной.

Проверка технологических карт в производственных условиях показала их эффективность, а также хорошую сходимость расчетных и фактических показателей по проведения выработок (расхождение не превышает 11,6%).

В. диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи обоснования параметров технологии проведения горизонтальных капитальных горных выработок увеличенного поперечного сечения, что имеет существенное значение для строительства, реконструкции и эксплуатации угольных шахт.

Основные выводы, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. С увеличением глубины разработки значительно возрастают площади поперечных сечений выработок по условиям проветривания и транспорта. Фактические пощади поперечных сечений некоторых пройденных выработок 5св= 10-15м2, а необходимые по условиям проветривания площади должны быть Зсв=20-28м2. Наметилась тенденция увеличения поперечного сечения протяженных горизонтальных зыработок до 30м2 в проходке на шахтах России и за рубежом.

2. Обоснована и разработана экономико-математическая модель проведения ■оризонтапьных горных выработок, учитывающая дифференцированный подход к типам троходческих машин и изменение схемы обмена транспортных средств при увеличении гоперечного сечения выработок. Для реализации полученной модели разработан шгоритм и составлена программа выбора на ЭВМ рациональных параметров технологии доведения горизонтальных горных выработок увеличенного поперечного сечения.

60 Т п Ут.с. га Кз Уср.дв.

(14)

Бпр Кр N

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

3. Моделированием на ЭВМ установлены закономерности влияния горногеологических и горно-технических факторов на скорость проведения выработок. При этом установлено, что при малой крепости пород (f=3-5) максимальные скорости (110-150м/мес) проведения выработки достигаются при применении в одном забое двух бурильных установок БУЭ-2, двух погрузочных машин 1ППН-5. При большой крепости пород (f=7-10) максимальная скорость проведения выработки (75-95м/мес) достигается применением двух бурильных установок БКГ-2, а при крепости пород f=5-7 применение этих типов машин дает одинаковую скорость. Так же установлено, что применение гусеничных погрузочных машин с большегрузными вагонами ВПК-10 и бурильными установками БКГ-2 позволяет увеличить скорость проведения выработок до 50м/мес. или до 35%.

4. На основе множественного регрессионного анализа установлены зависимости для определения скорости проведения выработок при креплении тюбингами ГТК и металлической арочной крепью. Установлено, что применение более мощных проходческих машин предпочтительнее, чем увеличение их количества. Увеличение мощности погрузочных машин на 10% дает прирост скорости проведения выработок на 2,6-5м/мес., а количества погрузочных машин - на 1,7-2м/мес в зависимости от вида крепи.

5. Результаты исследований позволили выявить многофакторные зависимости поэлементных прямых затрат, характеризующие соотношения в общих затратах отдельных элементов: заработной платы, материалов, эксплуатации забойных машин и механизмов. Минимальная стоимость проведения выработки (при крепости пород f<5) достигается при применении двух бурильных установок БУР-2, двух погрузочных машин 1ППН-5 и вагонеток ВГ-3,3, а при большей крепости пород - достигается при применении двух бурильных установок БКГ-2, двух погрузочных машин 2ПНБ-2 и вагонов ВПК-10.

6. На основе анализа схем обмена вагонеток разработана классификация способов погрузки и обмена транспортных средств. При этом установлено, что оптимальное расстояние переноса средств обмена (симметричных стрелочных переводов) к забою составляет 70-140ml

• 7. Результаты работы внедрены в 5 нормативно-технических документах. Технологические схемы (карты) реализованы в виде проектов организации работ при проведении 20 выработок 13 шахт Кузнецкого и Карагандинского угольных бассейнов с общей протяженностью выработок 12187 км. Средняя скорость проведения выработок по бассейнам увеличилась на 25-50% и составила 87м/мес. Экономический эффект от увеличения скорости проведения за счет снижения общешахтных и накладных расходов, приходящийся на долю автора, составляет 963,9 тыс.руб. (в ценах 1984 года).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Технологические схемы проведения горизонтальных -протяженных горных выработок сечением в проходке более 18-20м2 и наклонных стволов. Верхотуров B.C., Ерофеев Л.М., Войтов М.Д. и др. / Кузниишахтострой. - Кемерово, ! 979. - 190 с.

2. Войтов М.Д. Перспективные технологические схемы проведения выработок с применением тюбинговой крепи // Опыт применения гладкостенной тюбинговой крепи при проведении капитальных горных выработок в Кузбассе. - М.: ЦНИЭИуголь, 1980. - с. 17-29.

3. Скоростная проходка выработок околоствольного двора на шахте "Казахстанская"/ И.М.Зюзин, В.С.Верхотуров, М.Д.Войтов и др, // Шахтное строительство. - 1981. - №7. - с. 25-27.

4. Цветков И.С., Войтов М.Д. О критериях оценки эффективности технологии сооружения горных выработок//Шахтное строительство. - 1982. - №3.- С.7 - 8.

5: Войтов М.Д. Оптимальное расстояние переноса разминовок при проведении выработок большого поперечного сечения // Шахтное строительство. - 1982. - №8. - с. 1213.

6. Верхотуров B.C., Войтов М.Д. Изменение производительности бурильных машин в зависимости от крепости пород и длины шпуров // Шахтное строительство. - 1983. - №5. -с. 19-20.

7. Верхотуров B.C., Войтов М.Д., Ващенко С.Г. Технология и организация проведения протяженных горных выработок большого сечения: Обзорная информация / ЦНИЭИуголь, ЦБНТИ Минуглепрома УССР. - М., 1983. - с. 52.

8. Войтов М.Д. Моделирование скорости проведения горизонтальных горных выработок увеличенного поперечного сечения II Совершенствование технологии сооружения горных выработок: Межвуз. сб. науч. тр. // КузПи. - Кемерово, 1984. - с.117-124.

9. Типовые технологические карты проведения горизонтальных горных выработок сечением в проходке более 18 м2 буровзрывным способом / Верхотуров B.C., Ерофеев Л.М., Войтов М.Д. и др. /Кузниишахтострой. - Кемерово, 1984.- 235с.

10. Верхотуров B.C., Войтов М.Д., Павлов Ф.Ф. Новая методика выбора эффективной технологии проведения капитальных горных выработок // Шахтное строительство,- 1985. - №11.-с. 10-14.

11. Войтов М.Д. Оптимизация технологии проведения горизонтальных горных выработок // Технология строительства горных выработок: Межвуз. сб. науч. тр. I КузПИ. - Кемерово, 1985. - с. 81-83.

12. Баронский И.В., Верхотуров B.C., Войтов М.Д. Состояние и пути совершенствования проектирования технологии и организации проведения горизонтальных горных выработок буровзрывным способом: Обзорная информация I ЦНИЭИуголь, ЦБНТИ Минуглепрома УССР. - М., 1986. - с. 46.

13. Удовиченко В.М., Войтов М.Д., Остроухова Е.И. Экономико-математическая иодель стоимости проведения горных выработок // Совершенствование техники и технологии шахтного строительства: Сб. науч. тр. / Кузниишахтострой. - Кемерово, 1996. ■с. 10-15.

14. Франкевич Г.С., Войтов М.Д., Чупин C.JI. Оптимизация параметров технологии доведения горизонтальных горных выработок II Совершенствование техники и технологии шахтного строительства: Сб. науч. тр. / Кузниишахтострой. - Кемерово, 1996.

с. 5-9.

15. Войтов М.Д. Влияние качественных и количественных характеристик 1роходческого оборудования на скорость проведения горизонтальных выработок с счетом горно-технических факторов // Совершенствование техники и технологии цахтного строительства: Сб. науч. тр. / Кузниишахтострой. - Кемерово, 1996. - с. 30-34.