книги из ГПНТБ / Липкович С.М. Проектирование технологических процессов очистной выемки угля

Pin — проверка условия t° < t" для всех аппаратов (/=1, 2,

П\), которые могут обслуживать к-ю группу заявок				(пі — число ап­
паратов, пар звеньев рабочих);		обслуживания		до момента		t?
Рц — проверка	законченности
всех заявок k-ih группы;		(т — число	групп заявок		в	си­
Р is — проверка	условия п>т
стеме обслуживания);			обслуживания		груп­
Р,з — формирование номера аппарата для
пы заявок, поступившей в момент t? .

Группа операторов Фі4—Р25 рассматривает процесс обслужива­ ния заявок в период времени tn после момента t " до тех пор, пока

не будет закончено обслуживание какой-либо группы заявок, по­ ступившей до момента Ѵ\ , и освободившийся аппарат сможет при­

ступить к обслуживанию очередной группы заявок, поступившей в момент Р\ . В этот период времени tn комбайн простаивает из-за

.отставания крепи, так как все рабочие заняты возведением рам

крепи в предыдущих группах.			времени	обслуживания		оче­
Фи — формирование	случайного
редной заявки tn,р и момента		окончания обслуживания			заявки		в
т-іі группе;
Р lg — проверка, закончено		ли	обслуживание всех		заявок		в
т-й группе;	групп,	рассмотренных		операторами		Ф14
Д’іб — счетчик числа

иЛ 5;

Р17— проверка, во всех ли группах заявок закончено рассмат­ ривание процесса обслуживания;

# 18 — подготовка операторов	Ф14—Ф17 к обслуживанию оче­
редной заявки;	(£°,— момент окончания обслу­
Фю — проверка условия /°> ^?

живания т-й группы заявок; /? — момент окончания обслужива­

ния заявок во всех остальных группах).

Проверка условия /° ^>t° дает возможность установить, есть

ли аппараты, которые заканчивают обслуживание заявки в своей группе раньше, чем будет закончено обслуживание т-й группы.

Р — проверка, все ли заявки /-й группы обслужены; Ф21— то же, что оператор Фі4;

#22 — фиксирование, что имеется аппарат, для которого выпол­

няется условие	til	I	;	; J •
J			7		Л э—
#23 — счетчик	числа		групп, рассмотренных операторами
Фій
Р24 — то же, что оператор Р )7;
F--з — то же, что оператор Fі3;
^426 — вычисление времени простоя комбайна tn\				выдача	на пе­
Д27— обработка		результатов моделирования и
чать;

Р2&— проверка, равно ли нулю время простоя комбайна из-за отставания крепления;

А.29— увеличение числа аппаратов на единицу и подготовка модели к реализации с новым числом аппаратов;

Язо — окончание моделирования.

Чистое машинное время моделирования процесса крепления на

ЭВМ «Урал-4» при времени реализации в	100 смен составляет
4 мин на один вариант численности рабочих	[38].

В результате моделирования определяются показатели, харак­

теризующие эффективность использования	во времени комбайна
и рабочих по креплению; процент времени	простоя комбайна в

смену из-за отставания крепления; процент времени простоя рабо­ чих в смену из-за отсутствия работ по креплению.

В качестве примера в табл. 8. 111 приведены данные по 8-й во­

сточной лаве пласта		п\	шахты «Октябрьская» комбината				Донецк-
						Т а б л и ц а 8.III
и п	Рі	*р	рі	<п	рі	*кр	рі
0,3	0,0080	1,5	0,302	5	0,652	0,75	0,0631
0,5	0,0150	4,5	0,238	15	0,145	1,05	0,3470
0,7	0,0326	7,5	0,128	25	0,073	1,35	0,1900
0,9	0,0607	10,5	0,100	35	0,040	1,65	0,1263
1,1	0,0969	13,5	0,091	45	0,028	1,95	0,1052
1,3	0,1320	16,5	0,030	55	0,017	2,25	0,0630
1,5	0,1540	19,5	0,040	65	0,011	2,55	0,0630
1,7	0,1540	22,5	0,017	75	0,006	2,85	0,0425
1,9	0,1320	25,5	0,022	85	0,006
2,1	0,0969	28,5	0,011	95	0,003
2,3	0,0607	34,5	0,021	105	0,019
2,5	0,0326
2,7	0,0150
2,9	0,0095

уголь, характеризующие распределение скорости подачи комбайна ѵп, времени на его работу tp, простои tn и возведение рамы крепи ^крПризабойная крепь состояла из рам, устанавливаемых по про­

	стиранию	(две стойки ГС под деревянный			верхняк длиной 2,2 м).
	Расстояние между рамами 0,8 м.				в табл. 9. III.
	Результаты моделирования			приведены
					Т а б л и ц а 9.III
		Время	Время прос­	Убытки	Убытки вслед­
	Численность			вследствие	ствие простоя	Суммарные
		простоя
	рабочих по	комбайна	тоя рабочих	простоя	рабочих по	убытки,
	креплению	в смену, %	в смену, %	комбайна,	креплению,	руб/смену
				руб/смену	руб/смену
	2	23,82	18,55	240	4,00	244,00
	4	2,60	30,00	26,4	12,90	39,30
	6	0,07	36,28	0,72	23,30	24,02
	8	0,00	39,70	0,00	34,00	34,00

83

Окончательный выбор численности рабочих по креплению про­ изводится путем учета убытков от простоя комбайна (вследствие ожидания крепления) и рабочих по креплению (из-за отсутствия достаточного фронта работ).

Убытки, рассчитанные для рассматриваемого примера при Сі = = 0,04 руб/мин и С2 = 3,78 руб/мин, приведены в табл. 9. III.

Наименьшие суммарные убытки соответствуют оптимальной численности рабочих. В нашем примере это б рабочих.

§ 5. Расчет необходимого числа рабочих при управлении кровлей

Наиболее прогрессивным способом управления кровлей в очи­ стных забоях, оборудованных индивидуальными крепями, явля­ ется полное обрушение на металлические посадочные стойки ОКУМ (ОКУ) или на обрезную гидравлическую крепь «Спутник».

Процесс управления кровлей с помощью посадочных стоек ОКУМ складывается из следующих основных операций:

1) расчистка тумбы и дороги для ее передвижки от упавшей породы;

2)разгрузка тумбы путем выбивания клина;

3)передвижка тумбы на новую дорогу;

4)распор тумбы, забивка клина;

5)удаление контрольной стойки;

6)переход к следующей тумбе.

Процесс управления кровлей с помощью обрезной гидравличе­ ской крепи «Спутник»:

1)передвижка конвейера;

2)снятие нагрузки с крепи;

3)передвижка тумбы крепи на новую дорогу;

4)установка крепи под нагрузку;

5)переход к следующей тумбе.

Передвижкой тумбы ОКУМ занимаются не менее двух рабо­ чих, а крепи «Спутник» — один рабочий.

Наблюдения за процессом управления кровлей с помощью тумб ОКУМ и крепи «Спутник» показали, что время передвижки зависит от многих факторов (устойчивости боковых пород, разме­ ров крепи, квалификации рабочих и т. д.) и является случайным.

Обработка хронометражных наблюдений за временем пере­ движки тумб позволила установить, что распределение времени подчиняется экспоненциальному закону (рис. 39) со средним вре­ менем передвижки tnëP и среднеквадратическим отклонением о.

Тогда интенсивность передвижки одной секции крепи составит

ц — ~ — , секций/мин.	(21 ЛИ)
^пер

Управление кровлей в зависимости от угла падения пласта мо­ жет производиться либо одновременно с выемкой, либо порознь.

84

Управление кровлей в процессе выемки угля производится после того, как комбайн будет находиться не ближе 30 м от места нача­ ла посадки кровли.

Необходимое число рабочих,				занятых процессом			управления
кровлей, можно рассчитать по формулам:
1.	При управлении кровлей в процессе выемки угля
	(Іл - 2 1 н)ѵпк°г-3				т)]	чел. (звеньев),		(22.III)
	(Іл			30)
	Ар	—	— (оп
где	2/н— суммарная длина ниш, м;							крепи,	м;
	h — расстояние	между		посадочными стойками
	р, — интенсивность		передвижки одной секции				крепи,		сек-
	ций/мин.
			fit) -
			0,5 -
Рис. 39. Плотность двухпара­ о,и -
метрического экспоненциаль-			оз -
ногораспределениявременипе­			_
редвижки тумб типа ОКУМ в
условияхшахты им.Абакумова			и,А
			0,1 -

Результаты, полученные по формуле (22. III), означают: при управлении кровлей с помощью тумб ОКУМ— число звеньев (пар) рабочих; при управлении кровлей с помощью гидравлической кре­

пи «Спутник» — число рабочих.					процессом вы­
2.	При управлении	кровлей без совмещения с
емки
	z	~ 2/н)	чел_(звеньев)		(23.III)
	Ар^рег
где ^рег— регламентированное время посадки кровли,					мин.
Если управление кровлей производится в ремонтно-подготови­
тельную смену,
	*рег = Т см— *п.з, МИН.				(24.III)
В качестве примера произведем расчет числа рабочих, занятых
управлением кровлей, для следующих условий:					1ЛҢ ЯП=0,25;
/д=200 м; 2/н= 15 м;		оп=1,5 м/мин;		k°-3 =0,8;
h = 2 м;	ц = 1,7 секций/мин для		посадочной	крепи «Спутник»; ц =

=0,107 секций/мин для посадочной крепи ОКУМ

85

Боковые породы — средней устойчивости.

1. Управление	кровлей гидравлической	крепью «Спутник»
_	(200 — 15) 1,5-0,8 (1 — 0,25)	_ п
	2.1,7 (200— 15 — 30)

Для этих условий достаточно иметь одного рабочего по пере­ движке крепи «Спутник».

2. Управление кровлей индивидуальной посадочной крепью ОКУМ

	г	(200— 15) 1,5-0,8-0,75 — 5 пар.
		2-0,107 (200— 15 — 30)
В этом	случае	необходимо иметь 5 звеньев рабочих (всего
10 человек)	по передвижке посадочной крепи.

§6. Оценка влияния горно-геологических факторов на процессы крепления и управления кровлей

Длительность крепления и управления кровлей в значительной степени зависит от состояния боковых пород и особенно кровли.

Проведенные авторами исследования влияния горно-геологиче­ ских факторов на уровень обслуживания одного комплекта крепи позволили рекомендовать следующие значения коэффициентов.

Для агрегатированных крепей при среднем уровне обслужива­

ния (боковые породы средней			устойчивости)		р=1,1 секций/мин;
коэффициент 6, учитывающий			состояние	кровли:		6 = 1 ,5 — для
устойчивой кровли; 6 = 0,91 — для неустойчивой;						обслуживания
для комплектных	крепей	при среднем		уровне
ц = 0,48 секций/мин	(боковые	породы средней			устойчивости), 6 =
= 0,9 для неустойчивых пород;

для посадочной крепи «Спутник» при среднем уровне обслужи­ вания JU.= 1,7 секций/мин (боковые породы средней устойчивости), 6=1,12 — для устойчивых пород и 6 = 0,87 — для неустойчивых;

для посадочной крепи типа ОКУМ при среднем уровне обслу­ живания р=0,107 тумб/мин (боковые породы средней устойчиво­

сти), 6 = 0,72 — для неустойчивых	боковых пород и 6=1.33 — для
устойчивых боковых пород.	I

Таким образом, при расчете оптимального числа рабочих по креплению призабойного пространства необходимо учитывать со­ стояние боковых пород очистного забоя путем корректировки сред­ него уровня обслуживания соответствующими коэффициентами.

Например, рассчитать оптимальное число рабочих по креплению призабойного пространства для лавы, оборудованной гидрофици-

рованным	комплексом КМ-87. Боковые породы — неустойчивые.
В этом	случае	в	формулы	(14.111), (15.111), (22. III),
(23. III), необходимо подставлять:
	р/ =	рб =	1,1 -0,91 =	1 секция/мин.

86

§ 7. Оценка эксплуатационной надежности механизированных крепей и надежности крепления очистных забоев

для различных технологических схем выемки

Механизированная крепь современных узкозахватных комплек­ сов должна обеспечивать бесперебойную работу выемочных и доставочных машин комплексов и безопасность работ в очистном за­ бое. Опыт ее эксплуатации показывает, что наряду с отказами, вызывающими простои комплекса, т. е. перерывы в работе выемоч­ ной или доставочной машины, имеют место также отказы, устра­ нение которых совмещается с работой основного оборудования (совместимые отказы) или может быть отложено на некоторое время (несрочные отказы). По отказам, вызывающим простои ком­ плекса, определяются показатели надежности крепи как составной части комплекса, влияющей на его производительность (критерии таких показателей надежности приведены в гл. II, § 4). По обще­ му числу отказов крепи, вызывающих и не вызывающих простои комплекса, зафиксированному в рабочие и ремонтно-подготови­ тельные смены, определяются показатели, характеризующие на­ дежность крепи в целом.

Хронометражные наблюдения за работой крепи в добычные смены должны проводиться минимум двумя хронометражистами, из которых один наблюдает за крепью, а второй — за работой вы­ емочной и доставочной машин.

Сопоставление времени обнаружения отказов крепи и их устра­ нения и времени возникновения простоев выемочной и доставочной машин дает возможность точно учитывать отказы крепи, вызываю­ щие простои выемочного комплекса.

Следует отметить, что различные элементы механизированной крепи имеют неодинаковое эффективное время работы за один и тот же отрезок календарного времени. Так, эффективное время ра­ боты насосной станции и гидромагистрали обычно меньше кален­ дарного. Поэтому наработки на отказ насосной станции, рассчи­ танные по эффективному и календарному времени работы, будут отличаться на величину коэффициента &э, характеризующего сте­ пень использования элемента во времени [31]:

Т э = К Т к, (25.III)

где Та и Тк — наработки на отказ соответственно по эффективно­ му и календарному времени работы.

Наработку таких элементов секций, как золотники гидроблоков, клапаны податливости и др., удобно определять по числу переме­ щений золотника или срабатываний клапана до отказа.

Наработка на отказ несущих элементов секций крепи (пере­ крытия, стойки) определяется исходя из числа отказов, вызвавших простои основного оборудования за эффективное время его рабо­ ты, а также из общего числа отказов за календарное время работы.

87

Таким образом, методы определения наработок на отказ или до отказа для всех элементов крепи могут быть установлены в каждом конкретном случае в зависимости от конструктивных осо­ бенностей и схемы работы механизированной крепи.

Механизированная крепь представляет собой сложную систему взаимодействия целого ряда секций с домкратами передвижения секций (конвейера), насосной станции и гидрокоммуникаций от насосной станции к секциям. Для определения показателей надеж­ ности крепи в зависимости от числа секций, установленных в забое, целесообразно всю крепь разбить на элементы.

Наработка на отказ для_крепи в целом связана _с наработками

на отказ_линейных секций Тл. с, насосной станции		Т„. с, магнитной
станции Тм. с и гидромагистрали	Тг. м следующим	соотношением:
7Ѵ	, мин.		(26ЛИ)

т„

Исследованиями МГИ, ДПИ, ДонУГИ, ИГД им. А. А. Скочинского и других институтов установлено, что время безотказной ра­ боты механизированной крепи в целом подчиняется экспоненциаль­ ному закону распределения. Тогда

1	1	1	_1	“ZI " ---		_	1	_ 1
—--------	--- Лд.С» “И		--- л н.с>					--- л н.с
т	т	н.с		т	г.м	т	м.с
1 л .с
и формула	(26. III)	может быть		переписана		в следующем виде:
			Ти­		мин,			(27.III)

А;

І = 1

где г = 1, 2,.. ., а — составляющие системы крепи. Время восстановления крепи как системы

		V т.	(28.III)
	Тк —	1=1 , мин,
		п
где	2т,- — суммарное время	восстановления	работоспособности

крепи как системы, мин (ч); п — число отказов.

На рис. 40 показана гистограмма распределения времени без­ отказной работы крепи М-87 для средних горно-геологических ус­ ловий Донбасса. Из сопоставления гистограммы случайных зна­

чений времени	безотказной		работы	крепи	М-87 и выравниваю­
щей экспоненциальной		кривой распределения			(см. рис. 40) может
быть принята	гипотеза	о	распределении случайных величин по

экспоненциальному закону.

88

					Т а б л и ц а 10.Ill
				Наработка	Врема вос­	Коэффициент
		Длина				готовности
	Крепь			на отказ	становления
		лавы,	м			,кр
				Т.к,, мин
					т, мин	«г
	М-87 ........................	180		154	22	0,87
	«Донбасс» ...........................	160		90	31	0,745
	К М К -9 7 ...............................	130		105	26	0,8
	ОМКТ (подмосковный уголь­	60		308	26	0,922
	ный бассейн) ....................

Втабл. 10. Ill приведены параметры показателей надежности некоторых типов механизированных крепей.

Впрактической деятельности шахт большое значение представ­ ляет оценка надежности крепления очи­ стных забоев.

Для количественной оценки надежно­ сти крепления были отобраны следую­ щие технологические схемы:

1.Узкозахватная выемка с механизи­

рованными крепями (см. рис. 1):
а) КМ-87; б) «Донбасс».					индивиду­
Узкозахватная			выемка с
альными крепями (см. рис. 3, 4):
а) К-101; б) БК-52.					индивидуаль­
3.	Струговая		выемка с
ной крепью (см. рис. 3).
Под	надежностью			крепления приза­
бойного пространства				понимается веро­			0	48	96	t, ч
ятность	обеспечения			безопасных		усло­
вий труда, т. е. отсутствия					обрушения		Рис.	40. Гистограмма
пород кровли		в	рабочее пространство				распределения			вре­
лавы, вызывающего аварии машин и ме­							мени безотказной			ра­
ханизмов.							боты крепи М-87:
Так как время между двумя последо­							/ — эмпирическая			кри­
							вая;	2 — теоретическая
вательными обрушениями пород кровли								кривая
в призабойное		пространство			лавы	яв­

ляется случайным и непрерывным, возникает необходимость уста­ новления закона распределения этого времени и определения его параметров.

Установление закона распределения времени между двумя об­ рушениями пород кровли производится на основании хронометражных (статистических) данных опыта работы технологических схем выемки в различных горно-геологических и горнотехнических условиях. В табл. 11. III приведен пример расчета параметров рас­ пределения и установления закона распределения времени между двумя последовательными обрушениями пород кровли для лавы, оборудованной узкозахватным комбайном К-101 и индивидуаль­ ной крепью (см. рис. 4).

89

*—1

—

<х

_

о

сс

Г-"

-

5

V •—-

0

л

'Т '

-г ©

i^fL © &"

S •о

5 -о

? 1 —<3

IIII1*“ и1 < -с>

л\ Л CL сз

% XсиЧ ’-* О * я ю

тоо иг* С -1 н

6

5 3" н

го

СЭ* + CJ - ■и*

X Ч•I; S

юо

—

г-. — ю LO сп 00

оо

СО	сп
4f	—Н
о

оо

ю	г-
о	о
—и	см
оИ	ои
см	оо
о	00
	см
о	о
1	1
со	см
сп	о
	г-
о -	о
1	1

LO со о СО

—о

1 1

о

— —

1 1

	со	о	ю	см
	>—<	—*
		СП	СО	ю
	со	г—	со
		со		о
	о	о	о	о
	со	—ч	Г-н	о
	1-0	см	со	ю
	со	СО	оо	О)
	о	о	о	о
	ю	СО	со	СП
	СО	—4	рЧ	СО
	см	см		о
	оИ	оИ	о-	о
	со	LO	—	00
	4f	со	о	о
	см		СП	СП
	о-	оИ	о	оИ
	00	со	ю
	оо			о
	см	см	Г-н
	о		со	СП
		о	о	о
	1
	СП	ю	ю	СО
	о	00
	со	О)	СО	со

оо — см

ю	СП	ю
СО			ю
со	о	оо
о	со	СП	со
1	о	о	—4

о	_	см	СО	о	о
		ю	со	00	о
о	—1	со	.—1	о	о
		см	см	см	см
о	*—	см	СО		ю
24	74	о	оо	СО	4f
		см	СО	см	СО
Гн.	СП	,,	со	Ч*	со
со	см	Г-	ч±*	о	00
	см	см			о
о	о	о	о	о	о
00	—	со	г-	ю	ч*
			см	о	00
48	-96	TJ«	05	см	00
			1		см
1	48	1		192	240
о		СП	144
		СО

hr

CM

	ST		II	LO
	CM		㹫	cn
со		1
S		S?
II	-Сз			CM
?		Н
	и			©
н	<
00		3
		1		Ö.
СП		о
чг			<
-о			о
н

\

о

Н

00

II

3

Н

90

На рис. 41 приведено распределение времени между двумя по­ следовательными обрушениями пород кровли. Характер гистограм­ мы позволяет предположить, что время между двумя последова­ тельными обрушениями пород кровли имеет теоретическое распределение, следующее нормальному закону с плотностью веро­ ятностей

/(0 =

—

1

(t-to)

7= ^ ехр

2 а 2

а у

2 л

Интегральная функция непрерывной случайной величины выра­

жается формулой

Ф(а) = —

t

- —

Г е

2 dx — табулированная функция,

где

yf2л о

і — время;

времени

между двумя

последова­

At0 — величина интервала

тельными обрушениями;

а — величина полуинтервала;

to— математическое ожидание случайной величины t\

о2 — дисперсия случайной величины.

Согласие эмпирического и теорети­

ческого

законов

распределения

про­

изведено

по

Пирсону

(табл. 12.III).

Обработка

статистического мате­

риала, полученного на основании опы­

та

работы

рассматриваемых техноло­

гических схем выемки в условиях шахт

Донецкого

бассейна,

подтвердила

ги­

потезу о нормальном законе распре­

деления времени между двумя после­

довательными

обрушениями

пород

кровли

в

призабойное

пространство.

Полученные

параметры

распреде­

ления приведены в табл. 13.III.

Они

позволяют

сделать вывод о том, что

наиболее

надежным

креплением яв­

ляются

механизированная

и индиви­

Рис.

41. Распределение

ин­

дуальная крепи в сочетании со стру­

тенсивности обрушения

по­

говой выемкой.

Вероятность

отсутст­

род

кровли в призабойное

вия обрушения пород кровли в приза­

пространство

лавы:

бойное

пространство

выше

в лавах

/ - - э м п и р и ч е с к а я п л о т н о с т ь р а с ­

п р е д е л е н и я

с л у ч а й н о й

в е л и ч и ­

с механизированными

крепями. Сред­

ны t ;

2 — т е о р е т и ч е с к а я

п л о т ­

нее

время

между

двумя

последова­

н ость

р а с п р е д е л е н и я

ее; 3

— и н ­

т е г р а л ь н а я

к р и в а я ;

4

— д и ф ф е ­

тельными

обрушениями

уменьшается

р е н ц и а л ь н а я

к р и в а я

р а с п р е д е ­

л е н и я с л у ч а й н о й

в ел и ч и н ы

с увеличением

мощности

разрабаты­

ваемого пласта

(рис. 42) и имеет следующую зависимость:

Г0 = Ьт + С,ч,

(29.III)

где b и С — эмпирические коэффициенты, 6 = —66,0; С=212,2.

91