книги из ГПНТБ / Липкович С.М. Проектирование технологических процессов очистной выемки угля
.pdfстепень пригодности его для успешной отработки механизирован ным комплексом. Практика показала, что с течением времени, т. е. по мере отработки выемочного поля, свойства, составляющие ка чество участков, видоизменяются, и чаще всего в нежелательную сторону. В зависимости от их изменения меняется и само качество. Под надежностью выемочного участка в работе понимается спо собность сохранять качество на всем его протяжении при опреде ленных условиях эксплуатации. К свойствам выемочного участка относятся: нарушенность, выдержанность по мощности пласта, со стояние боковых пород, водо- и газообильность и др. При стабиль ном качестве выемочного участка (неизменяющихся условиях эксплуатации) на эффективную работу комплексов, помимо других факторов, влияет надежность машин и механизмов.
По мере повышения надежности горношахтного оборудования, в частности механизированных комплексов, и совершенствования организации производства число простоев, связанных с авариями машин и механизмов, а также с недостатками организации про изводства, будет сокращаться и теоретически может быть ликвиди ровано. При нестабильных горно-геологических условиях эксплуа тации (видоизменение свойств выемочного участка в нежелатель ную сторону), а также в связи с непрерывным изменением поло жения очистного забоя во времени и пространстве в работе на дежных механизированных комплексов могут быть перерывы выем ки полезного ископаемого или значительное снижение интенсив ности очистной выемки. Число простоев, обусловленных отклоне ниями от средних условий эксплуатации, для которых создана технология выемки механизированными комплексами оборудова ния, не может быть сокращено. Таким образом, изменения горно геологических условий эксплуатации в пределах выемочного поля (участка) либо в какой-то мере снижают эффективность работы комплексов, либо полностью исключает возможность их примене ния, так как частая встреча неблагоприятных условий приводит к большим простоям дорогостоящего и высокопроизводительного оборудования и потерям добычи угля. Наличие в пределах вые
мочного поля (участка) |
таких нарушений пласта, как сдвиг, над |
||||
виг, сброс и т. д. |
со значительной |
амплитудой |
колебания |
||
^ (0 .5 —1 м), а |
также |
значительное |
утонение пласта приводят к |
||
прекращению работ по выемке угля |
(к полному отказу) |
и к необ |
|||
ходимости демонтажа |
оборудования очистного |
забоя. |
Это — не |
||
переходимые нарушения. |
|
|
|
||
Нарушения типа мелких сбросов Я ^ (0,2—0,3) м, небольших пережимов, незначительных уменьшений или увеличений пласта не приводят к полной остановке (полному отказу) очистной выемки, т. е. к демонтажу оборудования в пределах выемочного участка и при определенных ремонтно-восстановительных работах возможна дальнейшая эффективная отработка участка. Нарушения такого типа относятся к переходимым. Однако наличие большого числа переходимых горно-геологических нарушений в пределах выемоч-
7 С. М. Липкович и др. |
193 |
ного поля (участка) вызывает дополнительные эксплуатационные затраты на их преодоление и приводит к потерям добычи, что влечет за собой увеличение срока окупаемости дополнительных капитальных затрат. Поэтому определение величины допустимой средней опасности отказов имеет важное практическое значение. Считаем, что ввод угледобывающего комплекса экономически це лесообразен в том случае, если срок окупаемости дополнительных капитальных затрат равен нормативному или меньше его. В ра боте лаву рассматриваем как систему производственного назначе ния. За отказ системы считаем значительное снижение интенсив ности углепотока из лавы или временное прекращение выемки угля механизированным комплексом вследствие встречи переходи мого нарушения. В дальнейшем для простоты изложения перехо димое нарушение будем называть просто нарушением или от казом.
Значительное снижение интенсивности углепотока из лавы или временное прекращение выемки угля в очистном забое вследствие встречи нарушения (отказа) приводит к определенным потерям добычи угля и как результат — к экономическим потерям. Можно допустить, что время отработки запасов выемочного поля (участ ка) является непрерывной функцией. В связи с этим процесс выемки запасов является также непрерывным, для которого потери зависят только от времени перехода встретившегося геологического нарушения [48, 67]:
П__
|
= 2 |
К А і + А0, руб.; |
|
(13.Х) |
|
|
А ( = I Pt (tB) со (4) d ta + |
Вlt руб., |
|
(14.X) |
|
где |
Äi — средние потери, |
связанные |
с переходом |
одного |
нару |
|
шения і-го типа, руб.; |
|
|
|
|
|
Pi(tд) — плотность условной вероятности снижения углепотока |
||||
|
из лавы за промежуток времени іп при |
і-м |
отказе |
||
|
(нарушении); |
|
|
|
проис |
|
В і — потери на ремонт комплекса и на устранение |
||||
|
ходящих при отказе і-го типа аварий, руб.; |
|
|||
|
п — число возможных типов отказов; |
|
|
||
Хі — средняя опасность возникновения отказа (встречи на рушения) і-го типа или средняя интенсивность отка зов с учетом времени перехода нарушения (ремонта).
Зная средний промежуток времени между отказами і-го типа, включающий среднее время работы очистного забоя между отка зами Тоі, и %і — среднее время перехода нарушения (ликвидации отказа), находим
194
А 0 — расходы на содержание обслуживающего персонала, не посредственно не связанного с ликвидацией отказов, и
проведение профилактических мероприятий, |
руб/сутки; |
||
<и(/п) — общая величина потерь за |
время перехода |
нарушений |
|
і-го типа, |
руб. |
|
|
В нашем случае |
(система с непрерывным процессом) |
|
|
|
“ (*о) = с л . |
руб.; |
(15.X) |
С0 — условные удельные потери, т. е. потери на единицу вре мени при вынужденном простое очистного забоя или снижении углепотока из лавы из-за геологических нару шений, равные условной средней экономии, которую да вал бы очистной забой в случае отсутствия отказов (геологических нарушений).
Обозначим минимальную годовую экономию, соответствующую нормативному сроку окупаемости дополнительных капитальных вложений, связанных с применением угледобывающих комплексов оборудования, Э ”. Тогда при отсутствии геологических нарушений
на всем протяжении выемочного участка годовая экономия, полу ченная от применения выемочного комплекса, составит Эф (Э ^ Э ^ ). Если фактическая годовая экономия Эф равна Э“ , то рас
сматриваемый выемочный участок |
не |
должен иметь нарушений, |
т. е. должен быть надежным. Наличие |
в нем геологических нару |
|
шений приведет к тому, что Э ф < Э £ |
и срок окупаемости дополни |
|
тельных капитальных вложений будет больше нормативного, т. е. применение выемочного комплекса экономически невыгодно. Если фактическая годовая экономия Э ф > Э | , то рассматриваемый уча
сток может иметь геологические нарушения, но при этом характер и количество их должны быть такими, чтобы Э ” ^ Э ф — ДЭф
(ДЭф — годовые экономические потери на ненадежность выемочно го участка)- Тогда условные удельные потери при вынужденном простое очистного забоя или снижении интенсивности углепотока из лавы вследствие встречи геологических нарушений
С0 = Эф N — , |
руб/сутки, |
(16.Х) |
где N — число рабочих дней в году. |
эффективности |
подробно изло |
Расчет годовой экономической |
жен в работе [68]. Дополнительные расходы на ремонт комплекса :и устранение происходящих при встрече г'-го типа нарушений
В( = CtRik, руб., |
(17.Х) |
где С,- — тарифная ставка рабочего, руб.;
Ri — трудоемкость работ, связанных с переходом нарушения, чел/сутки;
k — коэффициент доплат к прямой заработной плате.
7* 195
Стоимость содержания обслуживающего персонала и проведе* ния профилактических мероприятий равна
А0 = С'КрК, руб/сутки, |
(18.Х) |
где К\ — количество обслуживающего персонала; С' — тарифная ставка слесаря, руб.
Учитывая формулы (15.X), (16.X), (17.X), (18.X), получим
П |
|
|
А = С0 2 Ъ (Ч + |
+ С'КрК, руб. |
(19.X} |
£=1 |
|
|
Допустим, что, если в пределах выемочного поля (участка) про исходят отказы только вследствие наличия геологических наруше ний типа пережимов, можно принять т,-= т и C{RiK = CRK, тогда уравнение (19.Х) примет вид:
|
|
Лс = С0т (l + |
~ С'КрК, руб., |
(20.Х> |
_ |
п |
_ |
отказов (встречи |
нарушения) в |
где Хс |
V |
}н — средняя опасность |
£==] пределах выемочного участка с учетом времени его перехода. От
носительные условные средние потери на ненадежность выемочного участка можно определить как отношение условных средних потерь на ненадежность к условному среднему доходу в единицу време ни, который давал бы выемочный комплекс, работая в надежных геологических условиях:
C R K |
. |
С ' К р К |
(21 -X) |
|
Сот |
'' |
С0 |
||
|
||||
Тогда допустимая средняя опасность отказов (встречи наруше- |
||||
ния) в пределах выемочного поля (участка) |
|
|
||
C R K \ ’ |
дней |
(22 .X) |
||
|
||||
С0т /
Допустим, что относительные средние потери на ненадежность эксплуатационных условий выемочного участка 117=12%, время
перехода нарушений т = 6 дней, относительная |
|
стоимость ликвида- |
|||||
ции последствии встречи |
геологического |
нарушения ----- |
-С1, от- |
||||
|
|
С ' К |
|
к |
Сo'- |
|
|
носительные потери на |
обслуживание |
р |
«СІТ7, то |
получим,, |
|||
■ |
|
||||||
|
|
Со |
|
|
|
||
что допустимая средняя опасность отказов в пределах выемочного
участка АСДоп = 0,02 -------, т. е. время работы выемочного комплекса
дней
между двумя геологическими нарушениями (отказами) должно
196
составлять не менее 50 дней. Если принять длину выемочного поля (панели) 2500 м, суточную скорость подвигания очистного забоя 3,5 м, длину лавы 180 м, то среднее допустимое расстояние между нарушениями, которые приводят к отказу системы (временной остановке работы очистного забоя или снижению интенсивности углепотока из лавы), должно быть
X > Т0 з ѵ0 3 — 50-3,5 = 175 м,
где Г0. з — время отработки запасов участка по простиранию (вос станию) длиной %м. дней;
ѵ0,3— суточная скорость подвигания очистного забоя, м/сутки. Таким образом, при длине крыла панели 1250 м должно быть не более 7 переходимых геологических нарушений (справедливо
для приведенного примера).
Ожидаемое число геологических нарушений на всем протяже нии выемочного участка по простиранию определяется на основа нии наблюдений и статистической обработки полученных результа тов с ранее отработанных выемочных участков данного шахтопла ста, а также при подготовке панели (столбовая система разработ ки). Имеется возможность ориентировочно, а в некоторых случаях и точно определить число и характер геологических нарушений.
В качестве примера приводится номограмма (рис81) опреде
ления допустимой интенсивности встречи (Гс. доп) геологических нарушений в пределах разрабатываемого участка, оборудованного гидрофицированным комплексом, в зависимости от относительных средних потерь (W) и длительности перехода нарушения (т) (для шахт комбинатов Красноармейскуголь, Донецкуголь и Макеевуголь). Зная допустимые относительные удельные потери на пере ход одного геологического нарушения и ожидаемое, время перехода (т), определяем допустимую интенсивность геологических наруше
ний лс. дон в пределах разрабатываемого участка.
Линии, проведенные параллельно оси абсцисс (см. рис. 81), являются нижней границей допустимых значений интенсивности встречи геологических нарушений для шахт указанного района при применении гидрофицированных комплексов оборудования. Если допустимые значения интенсивности встречи геологических нару шений будут меньше нижних их границ, то, следовательно, для шахт данного района в пределах выемочных участков не должно быть нарушений, т. е. расстояние между двумя соседними наруше ниями будет больше средней длины выемочного поля. Так, для шахт Добропольского района нижней границей допустимых значе ний интенсивности встречи геологических нарушений является 0,01. Если это значение будет 0,005, то расстояние до нарушения должно быть не менее 600—700 м (в случае работы гидрофицированных комплексов). Но как показала практика, на шахтах Добропольско
го района средняя длина выемочного участка составляет |
600— |
700 м, т. е. комплексы эффективно будут работать в случае |
отсут |
197
ствия геологических нарушений длительностью перехода
^зад ан н ом у-
На номограмме (рис. 82) находится допустимая длина участка выемочного поля, на котором не должно быть геологических на рушений, в зависимости от ожидаемой суточной скорости подвига-
Рис. 8і. Номограмма определения допустимой интенсивности
геологических нарушений (Лс. до п) в пределах |
участка в зависи |
мости от относительных средних потерь ( W ) |
и времени пере |
хода нарушения т |
|
ния забоя. Для определения допустимой длины ненарушенной части участка по рис. 82 необходимо восстановить перпендикуляр из точки на оси абсцисс, соответствующей допустимой интенсивно сти встречи геологических нарушений, до пересечения с кривой скорости подвигания очистного забоя, а затем точку пересечения спроектировать на ось ординат. Полученное значение и будет до пустимой длиной ненарушенной части участка. Определение допу-
198
стимого числа переходимых нарушений на 1000 м подвигания лавы приведено на рис83.
Из рис. 83 видно, что интенсивность встречи геологических на рушений в пределах выемочного поля для шахт Донецкого бассейна, применяемых гидрофицированные комплексы, равна 0,005—0,02 (при существующей
стоимости оборудования).
§ 4. Пример расчета нагрузки на лаву
Спроектировать технологиче ские процессы выемки угля в ла ве для следующих горно-геоло гических и горнотехнических ус ловий: длина лавы 200 м; мощ ность пласта 1,5 м; кровля — слабоустойчивая; система разра ботки — столбовая; проветрива ние— прямоточное с подсвежением; длина отрабатываемого
0 |
0,0! |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
Л |
Рис. 82. Номограмма определения не нарушенной длины участка L " в за висимости от интенсивности встречи нарушений и скорости подвигания за боя Озаб
Рис. 83. Номограмма определения до пустимого количества переходимых нарушений на 1000 м подвигания забоя
столба |
1000 |
м; глубина разработки 500 м; газообильность |
лавы |
<7= 4,15 |
м3/т |
(с учетом дегазации); сопротивляемость угля |
реза |
нию Лр.ц=214 кгс/см; уголь—вязкий; у=1,35 т/м3. |
|
||
199
В качестве средств выемки принимаем механизированный комплекс оборудования КМ-87 (технологическую схему выемки см. рис. 2) с узкозахватным комбайном ГШ-68.
Определяем скорость подачи выемочной машины по формулам (5.II), (7.II), (8.II), (9.II). Согласно технической характеристике
комбайна ГШ-68 имеем: |
Фи=1,25 |
м; |
tcр= 4 см; ла= 2; |
ир= |
|||||||
=2,55 м/сек: яи = 38 резцов |
(для вязких углей); і?д=110 квт; |
|
|||||||||
|
|
|
|
„ г |
/2.1,25 |
|
|
\ |
|
|
|
|
|
Прр = |
°'5!, + агсм(Т5Г |
|
|
|
19 резцов; |
|
|||
|
|
---------------- -------- ------- = |
|
||||||||
|
|
|
|
|
2л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,33.1,25.4 |
= |
3,26; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.2.55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_ 102.0,9 |
= |
1,89; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19.2.55 |
|
|
|
|||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V п - |
Ѵ Г — ---- 0,063А(1,89ПО — (30 4 |
0,1 -214) — |
|
||||||||
3,26 |
|
||||||||||
|
|
і,8 |
V 214 |
) |
|
|
|
Ѵ |
|
|
|
|
|
|
— А 0,4------ —'j =3,22 |
м/мин. |
|
|
|||||
|
|
|
|
V |
560 — 214; |
|
|
|
|
|
|
Коэффициент |
отжима |
/гОт= 0,8 |
определялся |
по формулам |
|||||||
табл. 4.II. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Так как кровля слабоустойчивая, вводим поправочный коэффи |
|||||||||||
циент |
оГ=1,22. |
Имеем 7П= 3,22 : 1,22 = 2,64 |
м/мин — средняя |
ско |
|||||||
рость подачи для данных условий. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Интегральная функция распределения скорости подачи будет |
|||||||||||
иметь вид: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
т . ) =1 - |
4 [1+ Ф ( |
] |
, |
|
|
|||
где |
а = 0,29 — среднеквадратическое |
отклонение |
скорости подачи |
||||||||
от ее среднего значения.
По формуле (2.VII) производим проверку скорости подачи ком байна по газовому фактору:
0,6.4.4,95.2
V = 4,5 м/мин.
П, ДОП ■ 4,15.0,63-1,5.1,35
^доп •
Для обеспечения нп^2,64 м/мин необходимо иметь не менее п = Ъ рабочих по передвижке секций крепи-
Среднее время между двумя обрушениями пород кровли опре деляется по формуле (29.III):
^ = -6 6 -1 ,5 + 212,2 = 113,2 ч.
Надежность крепления призабойного пространства лавы в те чение суток P(tKр) =0,99.
Навалка отбитого угля осуществляется с помощью шнекового рабочего органа комбайна и пассивными лемехами конвейера.
200
Определяем надежность (коэффициент готовности) очистного забоя по формуле (14.IV):
К = - 5 , 3 - ІО-5-2002+ 1,83-10-2-200 — 0,73 = 0,81.
Из графика (см. рис. 51) находим, что наиболее рациональная длительность проведения ремонтно-профилактических работ составляет См = 240 мин.
При этом коэффициент готовности можно довести до /гг= 0,85.
Необходимая численность ремонтных рабочих составит црем=12 человек.
Выемка ниш производится путем фронтальной самозарубки комбайна ГШ-68 в пласт (см. рис. 72).
Технически обоснованная нагрузка на лаву определяется по формулам (1.Х) и (2.Х).
Имеем:
Ожидаемая нагрузка, т/сутки
В е р о я т н о с т ь п о л у |
П р о и з в о д и т е л ь н о с т ь , |
С е б е с т о и м о с т ь у г л я , |
ч е н и я н а г р у з к и |
т / в ы х о д |
р у б / т |
960 |
1 |
|
|
1440 |
1 |
|
|
1920 |
0,986 |
||
2400 |
0,636 |
||
2880 |
0,108 |
||
3360 |
0,004 |
||
3840 |
0 |
001 |
|
|
|
, |
|
% руб/тс
\ ІО
\
\
\ 1440
_________\ Ч / 4,0
/ /
/
1,4
1,2
24 |
32 |
24,6
32.0
39.2
42.0
46.4
52.5
58.2
го
96
ѵ2400
\0,638 2880
) |
от |
/ |
|
/ |
|
40 |
48 |
1,91
1,58
1,42
1,33
1,26
1,21
0,94
3360
от
\
\3840
\0,ОО/
W
56 П,т/6ых
Рис. 84. График функции надежности очистного забоя
На рис. 84 представлен график функции надежности очистного забоя в виде изолиний одинаковой надежности по осям абсцисс и ординат.
Таким образом, ожидаемая средняя нагрузка на лаву при ско рости подачи комбайна 2,64 м/мин составит 2400 т/сутки, произ водительность по лаве—-42 т/выход и себестоимость 1 т угля — 1,33 руб-
201
ПРИЛОЖЕНИЕ
|
|
|
Закон |
Пуассона |
|
|
Таблица |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
€зР |
|
|
|
|
|
|
|
( / ) = _ е - |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
п\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
п |
1 |
|
3 |
4 |
|
6 |
7 |
8 |
10 |
0,5 |
2 |
5 |
|||||||
о
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
34
15
16
17
18
19
20
0,607 |
0,368 |
0,136 |
0,050 |
0,018 |
0,007 |
0,002 |
0,001 |
0,000 |
— |
0,303 |
0,368 |
0,271 |
0,149 |
0,073 |
0,034 |
0,015 |
0,006 |
0,003 |
0,001 |
0,076 |
0,184 |
0,271 |
0,224 |
0,147 |
0,084 |
0,045 |
0,022 |
0,011 |
0,002 |
0,013 |
0,062 |
0,180 |
0,224 |
0,195 |
0,140 |
0,089 |
0,052 |
0,029 |
0,007 |
0,001 |
0,015 |
0,090 |
0,168 |
0,195 |
0,176 |
0,134 |
0,091 |
0,057 |
0,019 |
0,000 |
0,003 |
0,036 |
0,101 |
0,156 |
0,176 |
0,161 |
0,128 |
0,092 |
0,038 |
_ |
0,000 |
0,012 |
0,050 |
0,104 |
0,146 |
0,161 |
0,149 |
0,122 |
0,063 |
_ |
_„ |
0,003 |
0,022 |
0,060 |
0,105 |
0,138 |
0,149 |
0,140 |
0,090 |
_. |
_ |
0,001 |
0,008 |
0,030 |
0,065 |
0,103 |
0,131 |
0,140 |
0,113 |
_„ |
_ |
__ |
0,003 |
0,013 |
0,036 |
0,069 |
0,102 |
0,124 |
0,125 |
_ |
_ |
_ |
0,001 |
0,005 |
0,018 |
0,041 |
0,071 |
0,099 |
0,125 |
. |
_ |
_ |
_ |
0,002 |
0,008 |
0,023 |
0,045 |
0,072 |
0,114 |
|
, |
__ |
_ |
0,001 |
0,004 |
0,011 |
0,026 |
0,048 |
0,095 |
|
|
_ |
_ |
— |
0,001 |
0,005 |
0,014 |
0,030 |
0,073 |
|
_ |
_ |
— |
0,000 |
0,002 |
0,007 |
0,017 |
0,052 |
|
|
|
_ |
_ |
1 |
— |
0,001 |
0,003 |
0,009 |
0,035 |
|
|
|
_ |
_ |
_ |
— |
0,002 |
0,005 |
0,022 |
|
|
__ |
_ |
_ |
— |
— |
0,001 |
0,002 |
0,013 |
|
|
_ |
_ |
_, |
_ |
— |
— |
0,000 |
0,007 |
|
|
_ |
— |
— |
__ |
— |
0,004 |
||
|
|
|
|
— |
|
|
|
|
0,002 |
2012