Дополнение к курсачу. Сравнение мехкомплексов

В.В. Габов, Д.А. Задков, И.Н. Груздев, В.В. Лемешева

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ В УСЛОВИЯХ ЗАО «ШАХТА ВОРГАШОРСКАЯ 2»

УДК 622.232.72

На угольных шахтах России появляется новая высокопроизводительная добычная техника, как отечественного, так и зарубежного производства. Эффективность использования очистного механизированного комплекса в конкретных горно-геологических условиях напрямую зависит от правильности выбора входящего в него оборудования. Производство и поставка потребителям оборудования очистных механизированных комплексов производится в большинстве случаев по индивидуальным заказам под конкретные горно-геологические и горнотехнические условия эксплуатации. Однако, в силу экономических причин приобретаемая техника механизированных комплексов только в единичных случаях представлена в комплектации одного производителя, в основном комплексы комплектуются оборудованием разных фирм-производителей.

В данной работе рассмотрены различные варианты комплектации очистных механизированных комплексов для условий ЗАО «Шахта Воргашорская 2» и дается сравнительная оценка их эффективности.

В условиях ЗАО «Шахта Воргашорская 2» подготовка и отработка выемочных столбов осуществляется на глубинах 180-550м по пласту «Мощный» (n_14+13+12+11), средняя мощность которого составляет 2,85м и изменяется от 2,4 до 3,1 м. Угол падения пласта − 3-10 градусов. Сопротивляемость пласта резанию в зависимости от наличия породных прослоев составляет 180-220 кН/м. Пласт «Мощный» не угрожаемый по горным ударам, но угрожаемый по внезапным выбросам начиная с глубины 445м. Газообильность выемочных участков 5-12 м³/мин. Длина очистного забоя  250-320м.

В настоящее время на шахте в работе находятся 2 очистных забоя, оборудованные очистными механизированными комплексами, состоящими из механизированной крепи 1КМ144 (Россия), комбайна SL-300 немецкой фирмы Eickhoff GmbH и лавными конвейерами «Анжера-34» (Россия) и Rybnik 850 (Польша). В период стабильной работы нагрузка на забой достигает 200 тыс.т/мес и более.

В общем виде тип и типоразмер выемочной машины определяются, исходя из следующих основных факторов: мощности и угла падения пласта, его строения, сопротивляемости угля разрушению, свойств пород кровли и почвы, газообильности, склонности к внезапным выбросам угля и газа, наличием тектонических нарушений и пр. При выборе оборудования очистного комплекса следует сопоставить технические характеристики, входящих в него машин, и фактические горно-геологические и горнотехнические условия конкретной лавы.

Учитывая горно-геологические условия ЗАО «Шахта Воргашорская 2», исходя из технических характеристик и опыта эксплуатации добычной техники, как у нас в стране, так и за рубежом, предлагаются следующие механизированные комплексы для очистных работ (см. таблицу 1).

Структурная формула механизированных крепей, входящих в состав комплексов: ПОАЗсх[2+0] (поддерживающе-оградительная, агрегатная, заряженная, однорядная, двухстоечная). Передвижка секций крепи комплексов может производиться в ручном пооперационном или в автоматическом одиночном, либо групповом режимах.

Таблица 1– Варианты комплектации очистных механизированных комплексов

для условий ЗАО «Шахта Воргашорская 2»

№ п/п	Механи-зированный комплекс	Пределы вынимаемой мощности, мм	Тип основного оборудования
			Крепь механизированная	Комбайн	Конвейер/ перегружатель	Крепь сопряжения (штрековая)
1	2КМК1000	2700-3600	2КМ1000	К500-ю; К500; КДК500;	СПЦ391/ ПС391	2КМ1000
2	1КМ144	2350-3250	1КМ144К	SL-300; 4LS20; MB 612Е; MB 580Е; KSW460NE(3,5); KGS-600N/2BP	Rybnik 850/ Grot 850 Анжера -34/ ПСП308	1КМ144К 2КМ800
3	«FAZOS»	2300-3600	FAZOS - 17/37-POz1 FAZOS - 18/37-POz1	MB 850Е; KSW 620Е; КДК700	CZK285/965; GLINIK-340/1024/ GLINIK-1024	FAZOS-19/37 FAZOS -18/38
4	«JOY»	1700-3200	RS JOY	7LS1а 7LS2; 7LS3; EL 600	AFC/SBL JOY	RS ROADWAY JOY

Оценка технического уровня применяемых на шахтах РФ механизированных крепей [1] показала, что по своим параметрам отечественные крепи 3-го поко­ления не уступают крепям производства ведущих за­рубежных фирм, но уступают им по качеству изготов­ления, уровню систем управления, эргономике, надежно­сти и сроку службы. Сравнение зарубежных крепей показало, что лавы, оборудованные комплексами польского производства, имели примерно одинако­вую с отечественными среднесуточную нагрузку на очистной забой и почти в 2,3 раза ниже по сравнению с крепями английского и германского производства [1]. При этом отечественные крепи в 2-3 раза дешевле импортных и поэтому являются конкурентно-способными на российском рынке.

В настоящее время основными поставщиками комбайнов на Российский рынок являются: Юргинский машзавод (Россия); T Machinery a.s. (Чехия); Eickhoff GmbH и BUCYRUS  бывшая DBT (Германия); ZZM S.A. и Famur (Польша); JOY (Великобритания).

Выемочные комбайны в составе механизированных комплексов согласованы по производительности и своим техническим характеристикам. Все предложенные комбайны двухшнековые симметричной модульной компоновки со шнеками, вынесенными за корпус комбайна по его длине, что делает возможной работу комбайна по челночной схеме с зарубкой косыми заездами. Мощные электроприводы механизмов резания и подачи обеспечивают высокую интенсивность выемки. Комбайны оснащаются современными системами диагностики и контроля, обеспечивающими высокий ресурс и надежную работу выемочной машины. При этом наличие ручного, дистанционного и автоматического управления обеспечивает удобство и безопасность работ.

Анализируя рассмотренные комбайны, следует сказать, что основными особенностями современных комбайнов зарубежных фирм являются: высокий ресурс и надежная работа за счет высокого уровня систем контроля и диагностики. Ресурс до капитального ремонта отечественного комбайна типа К500Ю в 3-4 раза ниже [1].

Теоретическая произ­водительность предложенных забойных конвейеров не ниже теоретической производительности выемочных комбайнов в составе механизированных комплексов, а их техническая производительность на 10...15% выше, чем у комбайнов.

Производительность предложенных перегружателей так же на 10...15% выше производительности забойных конвейеров, а их ресурс  на уровне ре­сурса забойного конвейера соответствующей произ­водительности.

Для каждого рассмотренного варианта комплекса (табл. 1) разработана схемы очистного забоя, произведен расчет нагрузки на очистной забой, построены планограммы работ для односторонней и челноковой выемки, рассчитаны технико-экономические показатели, составлен график выходов.

Нагрузка на очистной забой определена на основе укрупненного расчета производительности очистного комбайна по удельным затратам энергии на выемку угля и устойчивой мощности электродвигателей комбайна [2]. Расчетная производительность проверялась по условиям [3]: производительности забойного конвейера, транспортирующей способности исполнительного органа комбайна, величине тягового усилия механизма подачи, радиальному допустимому вылету резцов, скорости крепления лавы, режиму проветривания. Результаты расчета представлены в табл. 2.

Определенная по данной методике суточная нагрузка может быть принята в качестве базовой при определении плановой месячной нагрузки на лаву при отсутствии осложняющих горно-геологических и технологических факторов. При наличии осложняющих горно-геологических и технологических факторов необходимо внести корректировку.

Как следует из табл.2 наибольший коэффициент машинного времени соответствует работе очистных забоев, оснащенных механизированным комплексом 1КМ144 с комбайнами SL-300, 4LS20, MB612E. При односторонней схеме выемки наибольший коэффициент машинного времени у комплекса с комбайном SL-300 (=0,48). Это обусловлено возможностью большей скорости подачи комбайна при зачистке лавы  до 22,5 м/мин.

Наибольшую производительность до 13845 т/сут обеспечивают комбайны 7LS2 фирмы JOY и EL600 фирмы DBT (BUCYRUS) входящие в состав механизированных комплексов, указанных фирм, при автоматическом режиме передвижки секций крепи.

Технологический цикл выемки угля в лаве состоит из следующих основных операций: зарубка комбайна; выемка угля комбайном; передвижка секций крепи; передвижка лавного конвейера; передвижка крепей сопряжений (штрековых); передвижка подлавного конвейера. Низкие показатели коэффициента машинного времени объясняются не совершенством технологического процесса, а именно большими затратами времени на концевые и маневровые операции.

Для оценки эффективности работы забоя использован интегральный показатель  производительность труда. Данный показатель зависит от организации

Таблица 2 – Расчетные данные для определения нагрузки на очистной забой

при односторонней и челноковой схемах выемки угля

№	Комбайн	Тип ограничения по скорости подачи	Скорость поди при выемке, м/мин	Скорость подачи при зачистке, м/мин	Коэффициент готовности	Коэффициент машинного времени		Расчетное количество циклов в сутки		Принятое количество циклов в сутки		Произво-дительность, т/сут
						Односто-ронняя	Челно-ковая	Односто-ронняя	Челно-ковая	Односто-ронняя	Челно-ковая	Односто-ронняя	Челно-ковая
1	К500-ю	удельные энергозатраты	5,7	8,55	0,9	0,4	0,55	7,75	10,6	6	9	5538	8307
2	SL-300	Крепление (при полуавтоматическом управленнии)	6	22,5	0,95	0,48	0,56	9,8	11,4	9	11	8307	10153
3	4LS20	Крепление (при полуавтоматическом управленнии)	6	10,8	0,95	0,43	0,56	8,8	11,6	9	11	8307	10153
4	MB612Е	удельные энергозатраты	5,7	13,5	0,93	0,46	0,57	9,1	11,05	9	11	8307	10153
5	MB850Е	допустимый вылет резцов	8	14,4	0,93	0,38	0,49	10,3	13,3	10	12	9230	11076
6	KSW620Е	допустимый вылет резцов	8	18	0,93	0,4	0,49	10,9	13,3	10	12	9230	11076
7	7LS2	допустимый вылет резцов	9,3	16,2	0,95	0,4	0,52	12,65	16,4	12	15	11076	13845
9	EL 600	допустимый вылет резцов	9,6	22,5	0,95	0,42	0,51	13,7	16,6	12	15	11076	13845

работ в очистном забое: расстановки людей на рабочих местах, совмещения операций добычного цикла и т.д. Сравнительная оценка показателя производительности труда произведена на основании расчета списочной и явочной численности рабочих [4], а так же определения уровня производительности труда по сравниваемым вариантам.

Результаты расчетов производительности труда одного рабочего представлены в таблице 3.

В соответствии с производительностью механизированных комплексов распределилась и производительность труда ГРОЗов (см. табл. 2 и 3). Наименьшая производительность ГРОЗа комплекса 2КМК1000 с комбайном К-500 – 173,1 т/чел при односторонней схеме и 237,3 т/чел  при челноковой, наилучшие показатели у комплекса «JOY» с комбайнами 7LS2, EL600 (251,7 т/чел  при односторонней и 282,5 т/чел  при челноковой). Практически одинаковы показатели по комплексам 1КМ144 (комбайны SL300, 4LS20, MB612E) и FAZOS -17/37-POz1 (комбайны МВ850Е, KSW620E), что подтверждает конкурентноспособность отечественных механизированных комплексов (крепей).

Оценка экономической эффективности средств механизации очистных работ произведена на основании расчета себестоимости добычи 1 тонны угля по лаве. Для угольных шахт себестоимость добычи угля по лаве определяется исходя из прямых затрат на добычу, сгруппированных по экономически однородным элементам: вспомогательные материалы, амортизационные отчисления, затраты на оплату труда и налоги, относимые на себестоимость (ЕСН и отчисления в фонд страхования от несчастных случаев на производстве и профзаболеваний) [5, 6].

На основании произведенного расчета построена диаграмма (рис.1), из которой следует, что минимальные затраты по всем представленным вариантам обеспечиваются при применении челноковой схемы выемки.

Наименьшие затраты показал комплекс 1КМ144 с комбайном SL-300. Прямые затраты на добычу 1 тонны угля по участку составили при односторонней схеме 95,46 руб/т, при челноковой 83,09 руб/т. Близкие показатели имеет комплекс 2КМК1000 с комбайном К-500-ю (113,45 руб/т и 84,7 руб/т соответственно), но при низкой производительности и надежности этого комбайна возможность его применения должна рассматриваться исходя из производственных задач шахты.

Необходимо так же отметить низкую себестоимость добычи угля комплексом «JOY» c комбайнами 7LS2 и EL 600, при этом была получена максимальная расчетная нагрузка на очистной забой 13845 т/сут.

В результате произведенного анализа можно сделать следующие выводы:

1. При благоприятных условиях предпочтительнее выемка угля по челноковой схеме.

2. Низкую себестоимость добычи угля в условиях ЗАО «Шахта Воргашорская 2» обеспечивают комплексы с комбайнами SL-300, К-500ю, 7LS2 и EL 600.

3. Используемый в настоящее время на ЗАО «Шахта Воргашорская 2» очистной механизированный комплекс 1КМ144 с комбайном SL-300 обеспечивает лучшие показатели по соотношению производительности и себестоимости добычи угля.

4. Для увеличения нагрузки на очистной забой может быть рекомендован очистной механизированный комплекс «JOY» c комбайнами 7LS2 и EL 600

Таблица 3 – Расчет показателя производительности труда по лаве

при односторонней и челноковой схемах выемки угля

Показатели	Ед. изм.	SL300, 4LS20, MB612E		К500-ю		7LS2, EL600		МВ850Е, KSW620E
		одност.	челн.	одност.	челн.	одност.	челн.	одност.	челн.
Объем добычи за сутки	т	8307	10153	5538	8307	11076	13845	9230	11076
Количество дней работы за месяц	дн	29	29	29	29	29	29	29	29
Объем добычи за месяц	тыс.т	240,9	294,4	160,6	240,9	321,2	401,5	267,7	321,2
Количество выходов рабочих в сутки	чел.	76	81	64	72	87	97	82	86
в т.ч. ГРОЗ	чел.	39	40	32	35	44	49	43	43
Списочная численность, всего	чел.	152	162	128	144	174	194	164	172
в т.ч. ГРОЗ	чел.	77	79	63	69	87	96	85	85
Среднемес. производит. труда рабочего по списку, всего	т/чел	1584,9	1817,3	1254,7	1672,9	1846	2069,6	1632,3	1867,4
Производительность труда рабочих на выход, всего	т/чел	109,3	125,3	86,5	115,4	127,3	142,7	112,6	128,8
Производительность труда ГРОЗ на выход	т/чел	213,0	253,8	173,1	237,3	251,7	282,5	214,7	257,6
Производительность труда ГРОЗ за месяц	т/чел	3128,6	3726,6	2549,2	3491,3	3692,0	4182,3	3149,4	3778,8

при этом соотношение производительности и себестоимости добычи угля практически остаются на одном уровне с имеющимся комплексом 1КМ144.

Рисунок 1. Себестоимость добычи угля (руб/т)

при использовании различных типов угольных комбайнов



1. Линник Ю.Н., Крашкин И.С. Мерзляков В.Г., Мышляев Б.К., Брайцев А.В. и др. Концепция развития очистного, проходческого, конвейерного и бурового оборудования на период до 2020 г. – М.: Горные машины и автоматика, 2006.  №2.  С.2-12.

2. Гетопанов В.Н., Рачек В.М. Проектирование и надежность средств комплексной механизации.  М.: Недра, 1986.  208с.

3. ОСТ12.44.258-84. Комбайны очистные. Выбор параметров и расчет сил резания и подачи на исполнительных органах. Методика.

4. Организация, планирование и управление производством в горной промышленности / под ред. д.э.н., проф. Н.Я. Лобанова /. – М.: Недра, 1989.

5. Нормы выработки (времени) на выемку угля и вспомогательные работы, выполняемые в добычных забоях, оборудованных очистными механизированными комплексами для шахт ОАО «Воркутауголь» и ОАО «Шахта Воргашорская», Воркута: Кузбасский ЦОТ, 2007. – 64 с.

6. Моссаковский Я.В. «Экономическая оценка инвестиций в горной промышленности» - М.: Высшее горное образование, 2004 г.