Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Оценка перспективных технологий проведения выработок (на примере комбайновой технологии)

20.12.2019

Из анализа тенденций развития технологии следует, что дальнейшее совершенствование комбайнового способа проведения выработок связано как с модернизацией проходческих комбайнов, так и с созданием средств механизации крепления. Таким образом, для оценки перспективной комбайновой технологии прежде всего необходим количественный учет технического уровня этих важнейших операций.

Оценка технического уровня операции «Разрушение забоя комбайном» может быть получена исходя из результатов построения перспективного типоразмерного ряда проходческих комбайнов, а операции «Крепление» - исходя из предложенной классификации направлений ее совершенствования.

С целью получения количественной оценки технического уровня операции «Крепление» были исследованы более 40 существующих и перспективных технических решений. Как установлено в ходе исследований, характер изменения общей трудоемкости крепления Tобщ кр, затрат ручного труда Tр кр и затрат времени на крепление горной выработки аналогичен характеру изменения этих показателей при совершенствовании технологии в целом (рис. 5.5), что дает возможность применить для оценки технического уровня операции «Крепление» коэффициент технического уровня Kту (ранее коэффициент Kгу был использован для оценки уровня технологий). В качестве базового был выбран вариант крепления выработки вручную с использованием решетчатой затяжки.
Оценка перспективных технологий проведения выработок (на примере комбайновой технологии)

На рис. 5.6 показано изменение технического уровня, соответствующее механизации возведения отдельных элементов крени при последовательном и параллельном способах ее установки. Как видно из представленных данных, в начальной стадии механизации разница в значениях технического уровня крепления для двух указанных направлений весьма существенна и достигает 24%. Обусловлена эта разница выигрышем во времени (благодаря совмещению операции «Крепление» с работой проходческого комбайна) при параллельной установке крепи. С реализацией резервов механизации эта разница сокращается, но по-прежнему остается достаточно весомой (18%). Такое сокращение разницы в значениях технического уровня крепления объясняется тем, что в процессе дальнейшей механизации время на возведение рамы крепи при последовательном способе ее установки сокращается на 40-50% по сравнению со временем ручной установки рамы.

Характерно также, что более высокий технический уровень операции крепления соответствует (при одной и той же степени сокращения затрат ручного труда) варианту механизации установки узлов с предварительной сборкой элементов. Данный вывод справедлив для обоих направлений совершенствования рассматриваемой операции.

При первом направлении (последовательная установка крепи) это объясняется тем, что при секционной сборке крепи на расстоянии от забоя выработки трудоемкость сборки затяжки на монтажном столе меньше трудоемкости ее укладки с подмостей. Кроме того, сокращается время крепления благодаря совмещению секционной сборки с работой проходческого комбайна.

При втором направлении эта разница обусловлена лить выигрышем в трудоемкости секционной сборки затяжки и элементов рамы. Иными словами, коэффициент технического уровня операции «Крепление» выше в технологиях, где при одинаковом уровне механизации выше процент совмещения работ по креплению выработки с работой проходческого комбайна.

В целом результаты качественной (по классификационной таблице) и количественной (по критерию Кту) оценки направлений совершенствования операции крепления характеризуются следующим.

Наиболее перспективным является параллельный с работой комбайна по разрушению забоя способ установки крепи, который дает возможность интенсифицировать комбайновую технологию и обеспечивает ее поточность. В процессе реализации резервов механизации установки крепи это направление позволит довести коэффициент технического уровня крепления до 0,9 и выше, в то время как последовательный способ установки крепи позволит достигнуть значений коэффициента технического уровня крепления не более 0,4.

Следует также отметить, что параллельному способу установки крепи соответствует и более высокий предел модернизации конструкций средств механизации возведения постоянной крепи (табл. 5.2).

Согласно качественной оценке по классификационной таблице, перспективным является переход от механизации последовательной установки отдельных элементов крепи с использованием индивидуальных машин к механизации параллельной установки узлов с предварительной сборкой элементов крепи с автоматической системой машин. Как показывает количественная оценка, при механизации последовательной установки отдельных элементов (без их предварительной сборки) значения коэффициента технического уровня крепления составляет более 0,4, соответствующие пределы модернизации технологии будут ограничены комплектноагрегатной системой машин, т. е. применением талей и тельферов, полностью механизирующих погрузку и доставку материалов крепи в забой и оснащенных устройством для установки верхняка.

Механизация последовательной установки узлов с предварительной сборкой элементов позволит повысить значение коэффициента технического уровня крепления до 0,5-на базе применения агрегатной системы машин (крепеустановщика, конструкция которого предусматривает механизацию погрузки и доставки материалов крепи в забой, а также установки всех элементов рамы крепи).

Механизация параллельной установки отдельных элементов крепи позволяет скачкообразно изменить коэффициент технического уровня по сравнению с предыдущим под направлением - с 0,5 до 0,7. При этом предел модернизации соответствует полуавтоматической системе машин, примером которой может служить щитовой комплекс с механизацией всех основных процессов при установке крепи, оснащенный дистанционным управлением.

Максимальных значений технический уровень крепления достигнет при автоматической системе машин (при использовании автоматического агрегата, управляемого вне забоя).

Анализ направлений механизации крепления показал, что процесс механизации возведения постоянной крепи при комбайновом способе проведения выработок наиболее целесообразно осуществлять одновременно с переходом на поточную технологию, т. е, с использованием временных механизированных крепей, это позволит даже при незначительном уровне механизации крепления достигнуть высоких значений коэффициента-технического уровня данной операции и более полно, с наилучшими технико-экономическими показателями, реализовать резервы ее последующей механизации.

Следующим этапом оценки технического уровня крепления является исследование закономерностей его влияния на технический уровень технологии в целом.

В качестве базовой в данном исследовании была выбрала технология проведения подготовительной выработки проходческим комбайном 4ПП-2М при ручном возведении металлической арочной трехзвенной крепи с использованием решетчатой металлической затяжки.

Горную массу от комбайна 4ПП-2М транспортируют скребковым конвейером СП-202, далее ленточным конвейером 1ЛT-KO (1Л-80), При этом скребковый конвейер используют как промежуточное звено в транспортной цепочке - его периодически (по достижении длины, равной половине длины отрезка наращиваемой ленты постоянного конвейера) демонтируют. Ленточный конвейер наращивают в ремонтную смену на длину 50 м.

Материалы доставляют электровозом, при этом ширину колеи рельсового пути принимают равной 900 мм.

Рассматриваемая базовая технология имеет широкую область применения на шахтах отрасли при проведения подготовительных выработок.

Расчет общей трудоемкости затрат ручного труда и времени при проведении 1 м выработки с помощью базовой технологии производят на основании приведенной выше методики, а также нормативных значений трудоемкости отдельных операций.

В табл. 5.3 приведены базовые значения трудоемкости операций проходческого цикла, полученные при расчете технического уровня технологических схем с использованием средств механизации крепления.

Для оценки технического уровня комбайновых технологий были выбраны следующие горно-геологические условия проведения выработки: Sпр = 17м2; Sсв = 15,5м2; f = 6; Kg = 0,75; а = 0. Площади сечений выработки были приняты как минимальные, в которые по конструктивным возможностям вписывается оборудование исследуемых технологий.

Выбранные горно-геологические условия соответствуют наихудшим по крепости вмещающих пород при использовании базового проходческого комбайна 4ПП-2М.

В дальнейшем в работе рассматривали технологии, компоновка которых имела следующую общую часть:

- проходческий комбайн со стреловидным исполнительным органом (П-160, КП-25 и П-160 с гидравлическими струями высокого давления;

- схема доставки материалов на расстояние 30 м от забоя;

- схема транспортировки горной массы из забоя выработки (ленточный телескопический конвейер 1ЛТП-80 с перегружателем, обеспечивающим непрерывную подачу горной массы в течение суток).

В результате анализа зависимости изменения уровня технологии от технического уровня операции «Крепление» было установлено, что применение комбайнов КП-25; П-160 и П-160 со струями высокого давления позволит поднять технический уровень комбайновой технологии проведения подготовительных выработок соответственно на 26, 33 и 38% при существующем ручном способе возведения крепи. В случае реализации рассматриваемых технических решений по механизации крепления выработок технический уровень комбайновых технологий может быть увеличен на 56, 62 и 68% по сравнению с базовым вариантом.

Внедрение комплектно-агрегатной системы машин (таль, тельфер, крепедоставщик с приспособлением для подъема верхняка) позволит увеличить технический уровень крепления на 40% (Кту кр = 0,4), при этом уровень рассматриваемой технологии увеличится по сравнению с технологией при ручной установке крепи с комбайном КП-25-на 16%; с комбайном П-160-на 18%, с комбайном П-160 (со струями высокого давления) - на 20%.

Применение машин, входящих в агрегатную систему, дает возможность повысить технический уровень крепления по сравнению с ручной установкой крепи на 50% (Кту = 0,5) и поднять уровень комбайновой технологии соответственно с комбайном КП-25 - на 20%, с комбайном П-160 - на 22,5%, с комбайном П-160 (струи высокого давления) - на 26%.

Использование средств механизации с временной механизированной крепью позволит при достижении технического уровня Kту = 0,7 (70% увеличения по сравнению с ручным креплением) повысить технический уровень комбайновой технологии с комбайном КП-25 - на 32%, с комбайном П-160-на 36%, с комбайном П-160 (струи высокого давления) -на 39%.

Использование автоматической системы машин (создание и использование автоматического агрегата для безлюдного проведения выработки) позволит повысить технический уровень крепления более чем на 90% и увеличить уровень комбайновой технологии более чем на 48%.

При использовании временной механизированной крепи технический уровень крепления увеличивается благодаря изменению степени поточности технологии на 22% и достигает 0,3. Уровень технологии повышается соответственно с комбайном КП-25 - на 15,5%, с комбайном П-160%, с комбайном П-160 (струи) - на 17%.

Аналогично рассматривается использование крепеустановщиков с секционной сборкой крепи (агрегатная система машин) в I и II направлениях механизации крепления. В этом случае технический уровень крепления повысится на 20% и достигнет значения = 0,6. Уровень технологии увеличится при использовании комбайна КП-25 на 12%, комбайна П-160-на 14%, комбайна П-160 (струи высокого давления) -на 15%.

Переход на технологию с использованием временных механизированных крепей существенно влияет на изменение технического уровня, причем, чем выше технический уровень применяемого проходческого комбайна, тем в большей степени этот переход повышает уровень технологии, т. е. чем больше техническая производительность проходческого комбайна и соответственно все технические характеристики, оказывающие на нее влияние, тем больше эффект при переходе от цикличной двухоперационной технологии к поточной.

Для экономической оценки в рамках выполненного исследования были отобраны три комбайновых технологии проведения выработок, характеризующиеся различной степенью поточности и уровнем механизации крепления.

Технология I характеризуется использованием средств, механизирующих последовательную установку отдельных элементов постоянной крепи. Средства механизации могут быть представлены талями, тельферами, крепедоставщиками. При этом полностью механизируются погрузка и доставка крепи к мест у установки и монтаж верхняка.

Технология I характеризуется использованием средств механизации последовательной установки узлов с предварительной сборкой элементов постоянной крепи. При этой технологии применяют крепеустановщик КПС CO АН России при использовании комплекта секционно-собираемой консольной крепи (КСК). Для данной технологии характерны полная механизация доставки и установки элементов рамы крепи, причем секционная сборка крепи происходит на расстоянии от забоя выработки параллельно с работой проходческого комбайна.

Технология III отличается использованием временной механизированной панельной крепи. Работы по возведению стоек постоянной крепи и соединительных элементов могут быть вынесены в ремонтную смену. Параллельный способ установки крепи здесь представлен только одной технологией (III), так как при высокой степени поточности, характерной для данного способа, технико-экономические показатели при использовании средств механизации при установке отдельных элементов крепи и узлов с предварительной сборкой элементов крепи мало отличаются друг от друга.

Перечисленные технологии сопоставляют друг с другом и «базой», представленной проходческим комбайном при ручном возведении постоянной крепи. Все четыре технологии, включая базовую (0) имеют общую схему транспортировки горной массы - ленточный телескопический конвейер типа ЛТП с перегружателем, обеспечивающим непрерывную транспортировку породы в течение суток.

Каждая схема может быть использована с разными типами проходческих комбайнов. В работе рассмотрены применение комбайнов нового технического уровня: 1ГПКС, КП-25, П-160, а также возможность использования комбайна П-160 с применением гидравлических струй высокою давления для разрушения забоя выработки.

В ходе анализа технических возможностей различных средств механизации возведения крепи были установлены ограничения по минимальной площади сечения выработки в проходке для каждой из указанных технологий, которая для базовой технологии и технологии I определяется типом применяемого комбайна, а для технологий II и III составляет соответственно 13 и 17м2.

Поточная технология III отличается от остальных технологий численностью сменного звена, высокой степенью механизации возведения крепи. Здесь число проходчиков, занятых в рабочие смены n3 = 3 чел. и n3 = 6 чел.-в ремонтную смену (в остальных технологических схемах n3 = 4 чел.). Увеличение численности звена в ремонтную смену объясняется необходимостью механизированной установки боковых стоек, что является особенностью рассматриваемой технологии.

В общем случае сменная скорость проведения выработки (м/смену) при использовании всех рассматриваемых технологий может быть определена из выражения

где tсм = 360 мин - продолжительность смены; tпер = tотд + tп.зо - время на регламентированные перерывы; tотд = 20 мин - продолжительность регламентированного отдыха; tп.з.о = 15 мин - продолжительность выполнения подготовительно-заключительных операций; tкомб = Sпрlц1,15/RтехКмКн - продолжительность механизированного разрушения забоя выработки проходческим комбайном; lц - величина заходки; Kм - коэффициент, учитывающий снижение технической производительности проходческого комбайна из-за выполнения маневров; Кн - коэффициент надежности системы «проходческий комбайн-конвейер»; Rтех - техническая производительность проходческого комбайна; tр комб = 0,8Sпр lц - продолжительность выполнения ручных операций при работе проходческого комбайна; tн.кр - продолжительность выполнения несовмещенных с работой проходческого комбайна операций по креплению выработки. Определяется эмпирическим выражением в зависимости от применяемых средств механизации крепления; при ручном креплении


Принимая значение lц = 1 м (равным расстоянию между рамами постоянной крепи), получаем выражения для определения сменной скорости при применении каждой конкретной исследуемой технологии:

Техническая производительность (м3/мин) рассматриваемых проходческих комбайнов может быть определена исходя из выражений: для комбайнов 1ГПКС

При анализе структуры времени проходческого цикла при непрерывной транспортировке горной массы учтены три основных варианта:

а) время выполнения операций крепления, совмещенных с работой проходческого комбайна по разрушению забоя, меньше времени разрушения, т.е. tкомб. > tсовм;

б) время выполнения операций крепления tсовм = tкомб;

в) время выполнения совмещенных операций крепления больше времени работы комбайна tкомб < tсовм.

В первом варианте при увеличении технической производительности комбайна (уменьшении времени работы) скорость проведения будет расти до тех пор, пока время работы проходческого комбайна не сравняется со временем выполнения совмещенных операций крепления.

При дальнейшем увеличении технической производительности комбайна время его работы становится меньше времени на выполнение совмещенных операций крепления. В этом случае продолжительность проходческого цикла и, следовательно, скорость проведения будут определяться соответственно временем и скоростью (производительностью) выполнения работ по креплению выработки и дальнейший рост технической производительности комбайна не будет оказывать влияния на изменение технико-экономических показателей проведения выработки. Причем в зависимости от степени поточности применяемой технологии и степени механизации процесса возведения крепи меняется и максимальная скорость проведения, обеспечиваемая данной технологической схемой в конкретных горно-геологических условиях (рис. 5.7).

Для определения эффективных областей применения технологий I, II, III с комбайнами нового технического уровня исследуем изменение приведенных затрат в координатах Sпр — осж в следующей последовательности:

1. Разобьем весь диапазон площадей сечений выработок от 7 до 30 м2 на интервалы, равные 1 м2.

2. Исследуем для каждого значения Sпр изменение приведенных затрат, сравнивая между собой технологии при использовании одного вида комбайна и проходческие комбайны в каждой конкретной технологии.

3. На основании сопоставления определим искомую эффективную область применения.

На рис. 5.8 дана графическая интерпретация зависимости изменения приведенных затрат от прочности вмещающих пород на одноосное сжатие осж на примере сравнения технологий I (пунктир) и II (сплошная линия) при использовании проходческих комбайнов П-160 и КП-25 и площади сечения выработки Sпр = 17 м2.

Точка В, на рис. 5.8 отражает равенство приведенных затрат при применении комбайнов КП-25 и П-160 в технологической схеме I. В области значений осж, расположенных левее точки В1, эффективным будет использование комбайнов КП-25, в противном случае предпочтение отдается комбайнами П = 160, Аналогично можно проследить изменение приведенных затрат при использовании этих проходческих комбайнов в технологической схеме II.

Точка A1 расположена в месте пересечения кривых, характеризующих изменение приведенных затрат при использовании проходческого комбайна П-160 в различных технологических схемах (I и II). Технология II с использованием комбайнов П-160 эффективна в области значений осж, расположенных правее точки (A1), в противном случае эффективна технология I.

Прямолинейные горизонтальные участки линий на графике соответствуют тем значениям осж, при которых сменная скорость проведения выработки соответствует максимальной скорости проведения при использовании каждой конкретной технологии в рассматриваемых горно-геологических условиях.

Аналогично было рассмотрено изменение приведенных затрат в зависимости от осж и для других видов проходческих комбайнов и технологий, а также при различных площадях сечений выработки в проходке (9 м2 < Sпр < 30м2) — точки A2, B2.


В табл. 5.4 приведены месячные скорости проведения v, достигаемые при использовании каждой исследуемой технологии во всем диапазоне эффективной области применения.

На рис. 5.9 показаны эффективные области применения исследуемых технологий с каждым из четырех комбайнов нового технического уровня (I-IV).

На рис. 5.10 даны эффективные области применения комбайнов нового технического уровня с каждой конкретной технологией. Эффективные области применения даны с учетом технических характеристик комбайнов и технических возможностей исследуемых технологий.

В результате сопоставительного анализа рис. 5.9 и 5.10 была получена итоговая оценка эффективных областей применения перспективных комбайновых технологий с использованием проходческих комбайнов нового технического уровня (рис. 5.11).


В скобках указаны возможные объемы проведения для комбайнов нового технического уровня при использовании различных средств механизации возведения постоянной крепи.

Вытекающие из результатов исследования рекомендации сводятся к следующему.

Технологии, предусматривающие применение временных механизированных крепей, целесообразно использовать:

- с комбайнами II типоразмера при Sпр больше 17 м2, осж до 50 МПа (возможный годовой объем применения V = 390 км);

- с комбайнами III типоразмера при Sпр больше 17,50 МПа < осж < 75 МПа (V= 110 км);

- с комбайнами IV типоразмера при Sпр больше 17м2, 75 МПа < осж < 120 МПа (V= 60 км).

Технологии, предусматривающие применение крепеустановщиков, секционно устанавливающих узлы постоянной крепи, целесообразно использовать:

с комбайнами II типоразмера при 13 м2 < Sпр < 17 м2, 30 МПа < осж < 60 МПа (V = 260 км);

с комбайнами III типоразмера при 13 м2 < Sпр < 17 м2, 50 МПа < осж < 100МПа (V = 230км).

Технологии, предусматривающие применение крепедоставочных средств, целесообразно использовать:

- с комбайнами I типоразмера при Sпр < 13 м2, 10МПа < осж < 40МПа (V = 560км);

- с комбайнами II типоразмера при 13 м2 < Sпр < 17 м2, 15 МПа < осж < 35МПа (V= 50км), при Sпр < 13м2, 25МПа < осж < 70МПа (V = 50 км);

- с комбайнами III типоразмера при 9 м2 < Sпр < 13 м2, 60 МПа

< осж < 100 МПа (V = 250 км).

При небольших площадях сечений проводимых выработок (Sпр < 12 м2) в слабых породах (15 МПа < осж < 25 МПа) применение средств механизации крепления экономически нецелесообразно, так как незначительное увеличение эксплуатационной производительности комбайна и скорости проведения выработки не компенсирует стоимости используемых механизмов.

Эффективность создаваемых проходческих комбайнов избирательного разрушения обусловлена взаимосвязью соотношения технической производительности новых (Rтех н) и базовых (Rтех б) конструкций с техническим уровнем крепления подготовительных выработок (Kту): возможная область эффективности ограничена определенным интервалом соотношений Rтех н/Rтех б и характеризуется наличием оптимума в пределах этих интервалов. С повышением технического уровня крепления диапазон интервалов расширяется, а эффективность возрастает (рис. 5.12).

Таким образом, повышение технического уровня операции «Крепление» существенно расширяет диапазон эффективного увеличения технической производительности проходческих комбайнов благодаря росту мощности исполнительного органа и массы.

При существующем ручном способе установки крепи область эффективного увеличения технической производительности комбайна ограничена диапазоном 1,3 < Rтех б/Rтех б < 2,7, за пределами которого степень повышения общей скорости проведения не компенсирует дополнительных затрат на повышение технического уровня конструкции.

При совершенствовании средств механизации крепления в рамках I направления необходимо учитывать следующее:

- механизация последовательной установки отдельных элементов крепи (Кту кр < 0,4) должна осуществляться одновременно с повышением технической производительности комбайна, в противном случае затраты на средства механизации крепления не компенсируются увеличением скорости проведения выработки;

- механизация последовательной установки узлов с предварительной сборкой элементов крепи при 0,4 < Кту кр < 0,5 может быть эффективна и без повышения технической производительности комбайна, однако максимальное снижение себестоимости проведения (до 25%) обеспечивается параллельным совершенствованием средств механизации крепления и конструкции комбайна с увеличением его технической производительности до 3,5-4 раза по отношению к базовому варианту.

Значительное уменьшение себестоимости проведения выработки (свыше 25%) достигается лишь с увеличением технической производительности комбайна при совершенствовании средств механизации крепления в рамках II направления (Кту кр больше 0,6).

Применение сверхтяжелых комбайнов избирательного разрушения, обеспечивающих рост технической производительности более чем в 4 раза, экономически целесообразно только при использовании поточных технологий (Кту кр больше 0,6).

Приведенные на рис. 5.12 зависимости позволяют укрупненно оценить эффективность любого технологического решения системы, содержащей комбайн избирательного разрушения и средства механизации возведения крепи.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: