3 Основные методические, теоретические, технико-технологические, организационные и экономические положения установления нагрузки на очистной забой

Установление нагрузки на очистной забой не только и даже не столько расчетная работа, сколько глубокое осмысление и оценка производственных процессов в тесной увязке с общей технологией работ на выемочном участке. Поэтому здесь важным является то, что без знания деталей рабочих процессов и операций, возможностей технологических звеньев и технологии в целом, невозможно квалифицированно установить нагрузку на очистной забой.

В связи с этим студенты ориентируются на поиск инженерно-технических решений, которые бы обеспечили наивысшую нагрузку на очистной забой в конкретных условиях по техническим возможностям принятого оборудования. При этом задача студентов на каждом этапе выполнения работы — аргументировать принимаемые решения и обосновывать используемые в расчетах количественные и качественные показатели.

Глубоко осмысленное выполнение этой работы позволит решать и обратную задачу — выбор оборудования и технологии с такими параметрами, которые бы обеспечили заданную (плановую) нагрузку на очистной забой.

Как известно, нагрузка на очистной забой предопределяется, прежде всего, производительностью техники по выемке угля и условиями ее эксплуатации. Поэтому, прежде всего, следует уяснить какие факторы, и в какой степени влияют на производительность выемочной машины и какие пути для повышения нагрузки наиболее эффективны (весомы) в заданных условиях.

В общем случае поиск возможности достижения максимальной нагрузки на очистной забой может вестись по трем направлениям.

Первое— увеличение скорости подачи за счет установки исполнительного органа с оптимальными для данных условий параметрами (захват, диаметр, схема набора и количество резцов, скорость резания); установки двигателя повышенной мощности, снижения сопротивляемости пласта резанию (нагнетание воды в пласт со смачивателями для повышения влажности и увеличения трещиноватости); уменьшения ширины захвата исполнительного органа; ориентирования забоя относительно главных кливажных трещин и др.

Второе— увеличение времени наработки на отказ и сокращение времени восстановления (увеличение коэффициента готовности) за счет строгого соблюдения правил эксплуатации, технического обслуживания и ремонта оборудования, достаточной обеспеченности инструментами, запасными частями, материалами для ремонта; перевода забойных машин на автоматическое регулирование скорости подачи в зависимости от изменения физико-механических свойств угля, нагрузки на двигатель; повышения профессионального и технического мастерства горнорабочих.

Третье— увеличение доли чистого машинного времени работы комбайна в течение суток за счет сокращения и совмещения вспомогательных операций, устранения организационно-технических простоев (применение мехкрепей с подпором, химическое упрочнение горных пород, правильный выбор транспортной системы и др.). Этому же во многом способствует и использование механизированных крепей сопряжения с подготовительными выработками и безнишевая работа в лаве. Следует иметь в виду, что согласно§131 ПБ применение передвижной механизированной крепи сопряжения обязательно. Применение другого вида крепи допускается, как исключение, при невозможности применения механизированной крепи.

Повышение эффективности применения крепи сопряжения достигается путем широкого использования анкерной крепи в качестве постоянной крепи для подготовительных выработок, установкой анкеров одновременно с подвиганием забоя подготовительной выработки или во время очистных работ впереди забоя вне зоны интенсивного влияния очистных работ. Анкеры устанавливаются между рамами крепи вместе с верхняком или без него.

И далее. Трудоемкость работ по подготовке ниш, несмотря на применение, более совершенных средств механизации очистных работ, практически остается на прежнем уровне, а ее удельный вес растет. Так, удельный вес трудоемкости по подготовке ниш при применении широкозахватных комбайнов составлял 4–7%, при узкозахватных комбайнах и индивидуальной крепи — 15–19%, а с механизированной крепью — 26–28%.

Ликвидация ниш или уменьшение длины ниш могут быть обеспечены:

• самозарубкой комбайна косыми заездами;

• двухкомбайновой выемкой при комбайнах с односторонним расположением исполнительных органов относительно корпуса комбайна;

• фронтальной самозарубкой при применении комбайнов с симметричным расположением исполнительных органов;

• выносом приводной головки конвейера из лавы.

В тех же случаях, когда ниши исключить невозможно (например, при сплошной системе разработки с проведением транспортного штрека вслед за лавой) целесообразно применять нишенарезные машины.

В целом же для снижения трудоемкости и увеличения доли чистого машинного времени рекомендуется применять:

• самозарубывающиеся комбайны;

• комбайны с небольшой длиной корпуса;

• комбайны с симметрично расположенными по концам исполнительными органами;

• конвейеры с плосковерхими приводными головками, допускающими выход комбайна на штрек;

• конвейеры, оснащенные лемехами для погрузки угля при их передвижке.

Особое внимание следует уделять организации работ на сопряжениях лав с подготовительными выработками. Трудоемкость работ на этих участках при разработке пологих и наклонных пластов достигает 50% общей трудоемкости по забою. При этом следует иметь в виду, что для выполнения этих, в основном не совмещаемых, процессов затрачивается 1–1,5 часа в смену.

С целью выявления факторов, влияющих на производительность выемочной машины, а также дифференцированного учета резервов повышения нагрузки на очистной забой следует уяснить сущность теоретической, технической и эксплуатационной производительности выемочной машины.

Под теоретической производительностьюкомбайнапонимается производительность (обычно за минуту работы по выемке) без учета потерь времени на вспомогательные операции и простои. Коэффициент непрерывности работы машины принимается равный 1.

Техническая производительность выемочной машины— эта возможная ее производительность при оптимальном режиме работы в конкретных условиях с учетом затрат времени на выполнение подготовительно-заключительных операций и подготовку машины к выполнению следующего цикла, а также с учетом затрат времени на устранение неполадок с выемочной машиной.

Эксплуатационная производительность выемочной машиныопределяется количеством и продолжительностью вспомогательных операций и организационно-технических неполадок не только в лаве, но и на участке в целом. То есть, если коэффициент технической производительности учитывает снижение производительности машины (по сравнению с теоретической) в результате вспомогательных операций, непосредственно связанных с ее работой, то коэффициент эксплуатационной производительности учитывает потери времени в работе выемочной машины в течение смены, обусловленные несовершенством смежных процессов. Таким образом, эксплуатационная производительность выемочной машины, по сути, характеризует нагрузку на очистной забой, т.е. ее можно считать идентичной нагрузке на лаву.

Отсюда вытекает логический вывод о том, что главным направлением увеличения теоретической производительности, в общем случае, является увеличение скорости подачи, технической — увеличение наработки на отказ и сокращение времени восстановления работоспособности, а эксплуатационной — повышение времени использования комбайна.

Следует иметь в виду, что скорости подачи, указанные в каталогах заводов-изготовителей, являются ориентировочными. На практике скорость подачи зависит от горно-геологических, горнотехнических факторов и от факторов, обусловленных профессионально-техническим мастерством рабочих. Горно-геологические факторы влияют на ритм протекания процесса добычи угля. К ним относятся: крепость и устойчивость боковых пород; наличие ложной кровли и нарушений; склонность почвы пласта к пучению; водообильность; выдержанность, мощность, гипсометрия и нарушенность пласта; глубина разработки. В сложных горно-геологических условиях происходит снижение скорости подачи выемочной машины, по сравнению с возможной, по условиям разрушения угольного пласта. Наличие, например, пучащей почвы в лаве приводит к тому, что в местах значительного ее пучения происходит заклинивание комбайна, разрыв конвейерной линии и т.п.

К горнотехническим факторам относятся: длина лавы, система разработки, вид крепи, тип выемочной машины, вид транспорта. Система разработки обуславливает эффективность проветривания и управления горным давлением на концевых участках лавы, что сказывается на скорости подачи выемочной машины. Несоответствие между технической, а чаще всего эксплуатационной производительностью доставочных механизмов на штреке и возможной производительностью лавы приводит к снижению скорости подачи комбайна.

Исследования, проведенные на шахтах Донбасса показали, что увеличение длины лавы сверх оптимальной по экономическим соображениям, приводит к росту эксплуатационной скорости подачи комбайнов с мощными двигателями и эффективным их охлаждением, но снижает эксплуатационную скорость комбайнов с недостаточно эффективным охлаждением двигателя, так как происходит его перегрев. А на тонких пластах, где затруднено передвижение людей, увеличивается время выполнения ими технологических процессов.

Учет влияния вышеперечисленных факторов на скорость подачи выемочной машины осуществляется путем введения соответствующих коэффициентов или ограничений.

Для конкретной же машины с постоянным диаметром исполнительного органа и заданной мощностью двигателя скорость подачи будет определяться, главным образом, сопротивляемостью пласта резанию.

Под сопротивляемостью углей резанию понимают их способность противостоять воздействиям сил сопротивления при резании. Сопротивляемость пласта резанию включает также сопротивляемость резанию прослойков и включений и изменяется в широких пределах 0,36,0 кН/см. Сопротивляемость пласта резанию оказывает решающее влияние на производительность выемочных машин, определяет мощность их привода и выбор исполнительного органа (вид и параметры режущего инструмента, число линий резания и т.д.). Поэтому влияние сопротивляемости пласта резанию надо учитывать еще на этапе выбора выемочной машины, а не только в момент определения скорости подачи комбайна, выбранного по другим факторам. К примеру, комбайн КА80 может вынимать уголь и самозарубываться в пласт при сопротивляемости до 4,0 кН/см, в то время как 1К103 — до 3,0 кН/см.

Надо учитывать и другие особенности выемочных машин. Так, с точки зрения пылеобразования лучше комбайны с барабанными исполнительными органами и со щелевым разрушением пластов, с меньшей частотой вращения их исполнительных органов. Последнее способствует лучшей зачистке почвы. Дисковые исполнительные органы комбайна по сравнению со шнековыми уменьшают пылеобразование на 30–40%. Имеет значение и направление движения шнеков. В общем случае выход пыли меньше при резании пласта шнеками сверху вниз, т.е. от кровли к почве. Меньше дополнительное перемалывание отбитого угля при перемещении лавы по восстанию. Тангенциальные круглые резцы дают меньший выход пыли и снижают удельный расход энергии. В то же время угли с большей сопротивляемостью резанию лучше разрушаются плоскими радиальными резцами.

Кроме того, структура пласта и физико-механические свойства угля, как привило, неоднородны, вследствие чего сопротивляемость угля резанию в пределах лавы изменяется в широких пределах (колебания в 1,5–2,5 раза). При выборе выемочной машины определяющей является наибольшая величина сопротивляемости угля резанию, характерная для данного пласта. В том же случае, когда угольный пласт имеет сложное строение и состоит из различных пачек угля или угля и породных прослойков, то рассчитывается и принимается во внимание средневзвешенная сопротивляемость пласта резанию. Экспериментальные данные показывают, что закон распределения сопротивляемости угля резанию в пределах одной лавы близок к нормальному. Следовательно, можно довольно просто определять средние, максимальные и минимальные значения сопротивляемости. Значение средней сопротивляемости является исходной величиной при расчете эксплуатационной производительности комбайна.

Сопротивляемость угля резанию в забое, установленная с помощью динамометрического сверла (СДМ), дает возможность оценивать энергоемкость процесса разрушения только хрупких углей. Для вязких углей надо вводить поправочный коэффициент 1,25–1,40, а для весьма хрупких — 0,80–0,85.

При отработке пластов с весьма крепкими углями с сопротивляемостью резанию более 3 кН/см рекомендуется снижать крепость¹угля нагнетанием воды в пласт для его увлажнения, увеличения трещиноватости угля и снижения сопротивляемости резанию.

Опытами, проведенными у нас и за рубежом, установлено, что повышение влажности угля на 3–4% снижает его прочность на 55–65%. Увлажнение следует осуществлять в зоне влияния очистных работ за областью максимума опорного давления с применением ПАВ-ПС (поверхностно-активных веществ — поверхностных сред).

Выбор схем увлажнения в конкретных условиях производится в соответствии с рекомендациями «Инструкции по борьбе с пылью методом предварительного увлажнения угольных пластов». Увлажнение пласта нагнетанием воды через скважины под высоким давлением и с применением смачивателей позволит на весьма крепких углях увеличить производительность выемочной машины на 30–60%. На пластах с сопротивляемостью угля резанию 1,8–2,2 кН/см предварительное ослабление массива нагнетанием воды в пласт позволит применять струги.

В случаях, когда выемочная машина из-за высокой сопротивляемости угля резанию, несмотря на увлажнение пласта, имеет низкую скорость подачи, возможными путями ее повышения могут быть: замена двигателей на более мощные, поднятие напряжения на трансформаторной подстанции, снижение потерь в электрической сети (улучшение условий питания электродвигателей от шахтной сети).

Особенно большое влияние на рост производительности выемочных машин при работе на углях с высокой сопротивляемостью резанию оказывает увеличение мощностей их двигателей. При прочих равных условиях нагрузка на очистной забой возрастает примерно прямо пропорционально росту энерговооруженности выемочной машины.

Известно, что в зоне отжима сопротивляемость угля резанию иная, чем в глубине массива. Поэтому для практических расчетов применяют два показателя резания: сопротивляемость угля резанию в неотжатой зоне массива и сопротивляемость угля резанию в призабойной части массива. Их соотношение оценивается коэффициентом отжима. Управление отжимом угля может осуществляться путем изменения ряда технологических параметров очистного забоя. При этом большое значение имеют горнотехнические факторы, такие как ширина призабойного пространства, ширина захвата исполнительного органа комбайна, способ управления кровлей, жесткость крепи и др. Значительное влияние на сопротивляемость угля резанию оказывает величина предварительного распора крепи и время ее установки. Применение гидравлических стоек, имеющих больший первоначальный распор, чем у деревянных и металлических стоек трения приводит к уменьшению величины отжима на 10–15%. Применение механизированных крепей, увеличение их сопротивления и уменьшение ширины призабойного пространства уменьшает отжим угля, а коэффициент отжима по сравнению с индивидуальной может увеличиться до 30%.

По данным ДонУГИ30–35% опускания кровли, а, следовательно, и величины отжима происходит при отсутствии производственных процессов. Здесь большую роль играет фактор времени, который проявляется при длительности перерывов между снятием двух последовательных стружек угля, превышающих промежуток времени, необходимый для проявления отжима. Интенсивность снижения сопротивляемости угля резанию в призабойной части выше, чем в глубине массива. В глубине массива длительность снижения сопротивляемости достигает 6–8 часов, в призабойной части 2,5–3,5 часа. В тоже время следует иметь в виду, что увеличение отжима в ряде случаев может сыграть и негативную роль. При большой величине отжима обнажается кровля, что приводит нарушению ее устойчивости и к вывалам породы.

Поэтому, регулируя отжим угля путем изменения горнотехнических факторов, надо учитывать как положительные, так и отрицательные последствия в конкретных условиях.

Также имеются данные о том, что с увеличением скорости подачи комбайна возрастает сейсмоакустическая активность выбросоопасных пластов, что свидетельствует, в общем случае, о повышении вероятности появления на них внезапных выбросов угля и газа. Это обстоятельство следует учитывать в каждом конкретном случае при определении «безопасной» скорости подачи.

Как свидетельствует статистика, скорость подвигания очистного забоя оказывает влияние на частоту травматизма. Коэффициент частоты травматизма (число случаев травматизма на 1000 работающих) принимает минимальное значение, начиная со скорости подвигания очистного забоя 3-4 м/сут.

Комплексная механизация процессов добычи угля обуславливает взаимодействие и взаимосвязь в работе различных машин и механизмов. Выход из строя любого из элементов этого комплекса приводит, как правило, к остановке очистных работ. Общая длительность простоев оборудования на эксплуатационном участке на шахтах Донбасса равна в среднем 20-30% длительности смены. Поэтому одним из основных требований к используемому оборудованию является его надежность. В связи с этим проектирование процесса выемки угля в лаве выполняется с учетом надежности систем машин и технологий, а точнее технологических цепей в пределах эксплуатационного участка.

В качестве основных критериев надежности горных машин, комплексов и технологических схем приняты:

1. Наработка на отказ(среднее время безотказной работы) —. Это среднее время работы горной машины или очистного забоя между двумя последовательными отказами;

2. Вероятность безотказной работыв течение требуемого времени —P(t).Это вероятность того, что в течение требуемого времениt(смена, сутки) не будет отказа машины или в целом очистного забоя, т.е. вероятность с которой. Критерииихарактеризуют безотказность работы горных машин. Установлено, что время безотказной работы распределяется по экспоненциальному закону;

3. Время восстановления работоспособности системы—. Это среднее время устранения одного отказа. Оно представляет собой сумму времени, слагаемого из времени обнаружения отказа, ремонта, опробования элемента или системы после ликвидации отказа, ожидания ликвидации отказа. Величина времени ожидания ликвидации отказа включает затраты времени на подготовку инструментов, доставку запасных частей и организационные потери. Таким образом, показатель надежности —характеризует как ремонтопригодность машины (приспособленность для быстрого обнаружения и ликвидации отказа), так и уровень организации ремонтной службы, обеспеченность запасными частями и материалами;

4. Коэффициент готовности—является в определенной мере комплексным критерием для оценки надежности. С помощью коэффициентаk_г учитывается влияние надежности машины на ее эксплуатационную производительность.

Экономическая сущность проблемы повышения надежности оборудования очистных забоев заключается в повышении нагрузки на очистной забой, росте производительности труда и снижении себестоимости добычи угля.

Однако при всем этом следует вести речь не о повышении надежности оборудования вообще, а о достижении экономически оптимального его значения. В частности перевод оборудования на автоматизированное управление, что требует значительных дополнительных затрат, целесообразно лишь при высокой его наработке на отказ (достаточно высокой надежности). Подсчитано, что автоматизировать отдельные виды горного оборудования экономически выгодно, если наработка его на отказ не менее 60 часов.

То есть, совершенно очевидно, что максимально увеличивать вероятность безотказной работы экономически не всегда выгодно. Следует стремиться к тому, чтобы установить целесообразное значение параметров надежности горных машин, при которых обеспечивается минимальная стоимость добычи угля, включая затраты на повышение надежности при изготовлении и эксплуатации.

Оптимальная надежность может быть определена из того, что одна часть расходов обусловлена недостаточной надежностью оборудования С_э(р), а другая — связана с затратами на повышение надежности —С_п(р), грн. Тогда оптимальная надежность может быть получена из выражения

.

Таков общий подход. Детальные же методики расчетов оптимальной надежности машин излагаются в специальных курсах.

Получение достоверных показателей надежности достигается путем проведения хронометражных наблюдений за работой технологического оборудования. Установлено, что достоверные данные могут быть получены при непрерывном хронометражном наблюдении за работой лавы во времени не менее, чем в течение 50 технологических циклов работ.

Исследования надежности работы оборудования в условиях шахт Донбасса показали, что коэффициенты готовности в зависимости от горно-геологических, горнотехнических условий и культуры эксплуатации следующие: для комбайнов ; длязабойных конвейеров ; для механизированных крепей —.

Зная вероятность безотказной работы (коэффициент готовности) nсоставляющих комплекса оборудования лавы, жестко связанных в технологической цепи, можно определить вероятность безотказной работы (коэффициент готовности) в целом комплекса оборудования,. То есть коэффициент готовности комплекса равен произведению.

В конкретных условиях наработка на отказ и время восстановления лав в рабочее состояние могут быть с большой точностью определены с использованием самопишущих приборов Н358.

Отказом узкозахватного комплекса следует считать любой отказ основного или вспомогательного оборудования, вызывающий остановку выемочной машины. Следовательно, время эффективной работы технологического оборудования очистного забоя в целом следует принимать равному времени эффективной работы выемочной машины.

Проведенные наблюдения свидетельствуют о том, что наибольшее число отказов при работе комплекса (50–60%) связано с отказами узкозахватных комбайнов. На долю отказов мехкрепей и забойных конвейеров приходится соответственно 15–30% и 10–15% всех отказов комплексов. Комбайны в процессе выемки угля простаивают в среднем 15% длительности смены из-за отставания процесса передвижки секций и работ по оформлению забоя.

Но надо иметь в виду, что наряду с отказами крепи, вызывающими простои комплекса, т.е. перерывы в работе выемочной машины, имеют место также отказы, устранение которых совмещается с работой основного оборудования (совместные отказы). Надежность крепи, как составной части комплекса, определяется по отказам, которые вызывают простои комплекса. Надежность же крепи в целом определяется с учетом и отказов крепи, вызывающих и не вызывающих простои комплекса, зафиксированные в рабочие и ремонтно-подготовительные смены.

Время безотказной работы механизированной крепи в целом, как показали исследования МГИ, ДонУГИ, ИГД им. А.А.Скочинского, ДПИ и др. подчиняется экспоненциальному закону распределения, а показатели надежности крепи зависят от числа секций, установленных в забое.

Надежность и долговечность скребкового конвейера в значительной мере зависят от прямолинейности става в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Неизгибающиеся конвейеры должны быть строго прямолинейными в плоскости пласта, изгибающиеся — иметь симметричный изгиб в обе стороны. Изогнутый по дуге став для конвейеров недопустим. Наименьшую наработку на отказ имеют скребковые цепи. В 65–70% случаев отказы случаются из-за обрывов цепи. Далее следуют такие факторы как заклинивание, выход скребков из направляющих, выход из строя турбомуфт.

Существенное влияние на производительность конвейера оказывают угол падения пласта и направление доставки (вверх или вниз по лаве). При углах падения более 10производить выдачу угля из лавы вверх не рекомендуется ввиду резкого уменьшения производительности конвейера.

Надо особо отметить, что успешная работа механизированных комплексов зависит не только от надежности их оборудования, но и от надежности выемочного поля. Понятия надежности, как механизмов, так и выемочных полей существенным образом связано с понятием об их благонадежности. Под благонадежностью выемочного поля понимается совокупность свойств, определяющих степень его пригодности для успешной отработки механизированным комплексом при нестабильных горно-геологических условиях эксплуатации (видоизменение свойств выемочного участка — нарушенность, выдержанность по мощности, состояние боковых пород, водо- и газообильность и др.). В связи с этим в работе надежных комплексов могут быть перерывы по выемке или значительное снижение ее интенсивности. При встрече с непереходимыми нарушениями работы прекращаются, оборудование демонтируется (полный отказ). При переходимых нарушениях — требуется время на ремонтно-подготовительные работы, происходит потеря добычи, ее удорожание.

Надежность комплексов зависит также от горнотехнических факторов, в частности от длины лавы. С изменением длины лавы меняется длина тяговых цепей и электрических кабелей комбайнов, тяговых цепей конвейеров, число линейных секций рештачного става конвейеров, число секций механизированных крепей. С учетом вышеизложенного исследованиями установлены зависимости коэффициентов готовности от длины лавы с усреднением горно-геологических условий и дифференциацией по мощности пласта.

В целом максимальный коэффициент готовности достигается при длине лав 170–190 м, что близко к длине комплексов в поставке.

Зависимость коэффициента готовности очистных забоев, оборудованных узкозахватными комбайнами с индивидуальной крепью, имеет параболический характер для всего диапазона мощностей от 0,6 до 2,0 м. При этом коэффициент готовности очистных забоев имеет максимальное значение при длине лавы от 170 до 230 м.

Важнейшей задачей повышения надежности и эффективности работы технологических звеньев вообще и очистного забоя, прежде всего, является организация ремонтно-профилактической работы. При этом надо иметь в виду, что решение этой задачи не однозначно. С увеличением времени ремонтно-профилактических работ уменьшается время на непосредственную выемку угля в забое, но увеличивается надежность работы комплекса машин, механизмов и наоборот. Очевидно, что существует такая длительность времени ремонта, при которой обеспечивается максимально ожидаемая суточная нагрузка на лаву.

Исследования показали, что наиболее низкая надежность системы «очистной забой» наблюдается при отсутствии времени на проведение ремонтно-профилактических работ. С увеличением времени до 180 мин надежность работы забоя резко возрастает, но при дальнейшем увеличении длительности ремонта она увеличивается в значительно меньшей степени.

Длительность проведения ремонтно-профилактических работ обуславливается, прежде всего, скоростью подачи выемочной машины, длиной лавы, мощностью пласта, состоянием боковых пород, степенью износа комплекса машин. Эксплуатация комбайна на высоких скоростях подачи приводит к снижению надежности очистного забоя. Так при скорости комбайна 0,5 м/мин максимально ожидаемая суточная добыча обеспечивается 120 мин ремонта, а при скорости 2,5 м/мин — 240 мин.

Разумеется, что продолжительность ремонтных работ определяется и числом «ремонтников». Практика работы комплексно-механизированных очистных забоев на шахтах Донбасса свидетельствует о том, что в ремонтно-подготовительную смену для проведения ремонтно-профилактических работ наряду с электрослесарями выходят и рабочих очистного забоя. Очевидно, что содержание большого числа ремонтных рабочих, с одной стороны, сократит время ремонта, с другой — приводит к их простою, так как ремонты и осмотры ряда узлов и систем выполняются не одновременно, а в определенной последовательности и трудоемкость их выполнения различна. Если ремонтных рабочих недостаточно, длительность ремонта увеличивается, в связи, с чем будет потеряно определенное количество добычи. Значит, в принципе можно решить задачу о количестве ремонтных рабочих, когда убытки по забою будут минимальными. А это зависит от регламентированного времени ремонта.

Проведенные для КМ87 расчеты показывают, что при регламентированном времени ремонта, равном 120 мин, необходимо иметь ремонтную бригаду в составе 21 чел, в т.ч. 13 электрослесарей и 8 рабочих очистного забоя. При регламентированном времени ремонта — 240 мин оптимальное число ремонтных рабочих — 12 чел, в т.ч. 8 электрослесарей и при регламентированном времени 360 мин оптимальное число рабочих — 9 чел. Таким образом, уменьшение регламентированного времени ремонта в 2 раза (с 360 до 180 мин) приводит к увеличению рабочих по ремонту с 9 до 21 чел (в 2,3 раза). Аналогичны результаты и для комплекса КМ88. В принципе же зная объем ремонтно-профилактических работ в конкретной лаве (определяется по числу заявок на замену и ремонт узлов, видами и объемами других работ) и нормативы (нормы) можно установить длительность ремонта, количество и квалификацию рабочих, производящих ремонт.

Оптимальная численность ремонтно-профилактического персонала имеет место при минимальной величине убытков U

,

где U₁— убытки от простоя лавы в ожидании окончания ремонтно-профилактических работ, грн.;

U₂— убытки от простоев рабочих, занятых ремонтно-профилактическими и связанными с ними работами, грн.

Всякое уменьшение длительности ремонтов требует увеличения штата рабочих-ремонтников. В противном случае образуется «ремонтная запущенность», существенно снижающая коэффициент готовности лавы как системы, а, следовательно, и нагрузку на очистной забой. В качестве критерия для оценки длительности ремонтно-подготовительных работ принят именно коэффициент готовности лавы, поскольку отношение времени наработки на отказ к сумме этого времени и времени ремонтов и восстановления и есть суть коэффициента готовности.

В ремонтном деле, как средстве повышения коэффициента готовности лавы, важно уметь оптимизировать резерв запасных частей для очистного забоя. Для расчета резервов запасных частей пользуются, также как и для расчета численности рабочих-ремонтников, количеством отказов узлов машин (в данном случае, ожидаемом в заданный период времени). В качестве заданного периода времени обычно принимается длительность отработки выемочного поля без демонтажа оборудования.

Нагрузка на очистной забой во многом зависит от форм организации производства, которые в свою очередь определяются режимом работы, т.е. общим числом смен, их продолжительностью, порядком чередования добычных и ремонтно-подготовительных смен.

На выбор рациональных режимов производства влияют технологические, экономические, социальные и организационные факторы.

Основным технологическим требованием к режиму производства является обеспечение необходимого времени для ежесуточного и еженедельного проведения работ по профилактике и ремонту добычного и транспортного оборудования. Режим работы должен в равной мере предусматривать и время на ремонт выработок и путевого хозяйства. С экономической точки зрения целесообразным является режим, обеспечивающий наиболее полное использование оборудования. Основными организационными требованиями к режиму работы является совпадение режимов различных производственных участков и цехов (например, ремонта оборудования и работа мехцеха), отсутствие перерывов между сменами, закрепление графика выходов рабочих, постоянство бригад рабочих и отсутствие необходимости в их подмене.

В большинстве случаев при режиме работы шахты 4 смены по 6 часов принимается три смены по добыче и одна ремонтно-подготовительная. В соответствии с §166 ПБ на шахтах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа, при отработке выбросоопасных пластов, не имеющих защиты, выделяется специальная смена для выполнения локальных способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа и сотрясательного взрывания. На основании хронометражных наблюдений по согласованию с органами Госнадзорохрантруда время на выполнение указанных работ может быть менее или более смены, что отражается в паспорте выемочного участка, проведения и крепления выработок.

Важное место в процессе определения нагрузки на лаву занимает выбор рациональной схемы работы выемочной машины. Челноковая схема увеличивает время работы комбайна по выемке, зато при односторонней схеме исключается нахождение людей между забоем и конвейером, что снижает травматизм; значительно (в несколько раз) снижается трудоемкость работ по зачистке почвы; повышается эффективность естественной дегазации пласта; большинство горнорабочих находится на свежей струе, не в запыленном пространстве и в лучших температурных условиях.

На пологонаклонных пластах крепление лавы снизу вверх характеризуется более высокой устойчивостью секций. В результате число обрушений с засыпанием оснований намеченных к передвижке секций уменьшается, что, как показывает опыт эксплуатации комплексов КМ88, снижает продолжительность простоев на 12% и время восстановления забоя на 30%.

Технология работ по выемке угля при челноковой схеме выемки зависит от расположения исполнительного органа относительно корпуса комбайна. При одностороннем расположении исполнительного органа его лучше располагать в сторону транспортного штрека, чтобы избежать пропуска угля под корпусом комбайна. Вынесение исполнительного органа в сторону вентиляционного штрека целесообразно на высокогазоносных пластах, пластах опасных по внезапным выбросам угля и газа, а также при транспортировании угля снизу вверх. На высокогазоносных пластах при челноковой выемке угля в направлении сверху вниз количество остановок комбайна из-за повышенного выделения метана (2% и выше) в 1,5 раза больше, чем при движении в обратном направлении. Это объясняется тем, что при наличии выемочного уступа, вентиляционные струи не так эффективно разжижают скопления метана возле комбайна.

Надо отметить и то обстоятельство, что повышению количества и продолжительности остановок комбайна в связи с появлением опасных концентраций газа способствует скачкообразное увеличение скорости подачи комбайна. Работа на меньших скоростях, но без остановок, во-первых, создает более безопасные условия работы, а во-вторых, способствует росту нагрузки на лаву.

Выбор рациональной схемы выемки угля в лаве зависит не только от особенностей выемочной техники, газоносности, но и от характеристик пласта и боковых пород. При наличии прослойков в зоне действия верхнего шнека комбайна предпочтительнее выемка угля в направлении снизу вверх, так как при выемке сверху вниз скорость подачи на 20–40% меньше. Если породные прослойки находятся в зоне разрушения нижними шнеками, то целесообразна челноковая схема выемки.

На пластах простого строения с крепкими и вязкими углями и при мощности пласта более 1,5 м целесообразна односторонняя схема выемки угля, которая дает возможность увеличить среднюю скорость подачи на 10–15% по сравнению с челноковой.

При интенсивном отжиме предпочтительнее челноковая схема выемки с погрузкой угля статическими погрузчиками (лемешками) конвейера. Однако при слабых пучащих или волнистых почвах, когда применение этих погрузчиков не рекомендуется, лучше односторонняя выемка угля.

Кроме того, следует иметь в виду, что величины обнаженной площади кровли в зоне выемки при работе снизу вверх и сверху вниз у ряда комбайнов разнятся значительно. Так, например, величины обнаженной площади кровли в зоне выемки комбайнами 1К101, 1К101У, 2К52МУ при их работе снизу вверх составляют 2,76; 3,36 и 2,84 м², а при работе сверху вниз 7,80; 7,92 и 5,86 м²соответственно.

Обобщая материалы о влиянии различных факторов на выбор схемы выемки угля, можно сделать вывод о том, что эту задачу нужно решать для каждого конкретного забоя отдельно. Критериями при этом должны быть уровень безопасности работ и максимальная производительность выемочной машины. В общем же случае на основе опыта можно рекомендовать следующее. Челноковая схема выемки целесообразна в лавах на пластах мощностью до 1,5 м, углами падения до 15, при А_р>1,5 кН/см; при наличии в пласте твердых включений, прослойков породы в нижней и средней частях, при вывалообразовании свыше 0,5 м, почве любой прочности, метанообильности до 20 м³/т с.д., при длине лавы свыше 170 м и глубине работ до 600 м. На больших глубинах и в условиях, отличных от вышеназванных, предпочтение следует отдавать односторонней выемке угля.

Согласно §168 ПБ на пластах опасных по внезапным выбросам угля и газа выемку угля узкозахватными комбайнами следует производить по односторонней схеме. Выемка угля по двухсторонней схеме допускается в неопасных зонах, установленных текущим прогнозом, а также в зонах, обработанных способами предотвращения внезапных выбросов с контролем их эффективности.

Полученная в результате расчетов нагрузка на очистной забой должна быть сопоставлена с нормативной и, на этой основе, сделаны соответствующие выводы.

Нормативная нагрузка на очистной забойэто минимально допустимая среднесуточная нагрузка на очистной забой, которая должна достигаться в конкретных условиях за период отработки всего выемочного поля при эффективном использовании применяемого оборудования и прогрессивной организации труда.

Норматив нагрузки на очистной забой является базой (исходной величиной) при определении:

• плановой нагрузки на лаву при месячном и годовом планировании;

• проектной нагрузки на очистной забой при разработке проекта подготовки и отработки выемочного поля;

• производственной мощности шахты по фронту горных работ;

• нагрузки на очистной забой по технологическим схемам очистных работ, при выборе вариантов и их параметров, оценке эффективности.

Планирование нагрузки на очистные забои осуществляется в соответствии с «Методикой расчета нагрузки на очистной забой» [4]. Норматив же нагрузки на очистной забой в дополнение к этому определяет минимально допустимое значение среднесуточной добычи.

Окончательно нагрузка на очистной забой устанавливается с учетом ее возможной величины по газовому фактору, определяемой в соответствии с «Руководством по проектированию вентиляции угольных шахт».