Технические науки,

подсекция №10-горное дело

Салли С.В.

Национальный горный университет

Оценка надежности отработки запасов антрацита у границ шахтных полей и в целиках

Проблема поддержания мощности шахт с длительными сроками службы в известно степени сводится к двум аспектам: степени надежности технологических схем доработки оставшихся запасов и экономической целесообразности выемки запасов у границ шахтных полей. Надежность работы современных угольных шахт (даже относительно благополучных) еще недостаточна, и это выражается в простоях и потерях добычи. К проблеме надежности можно подойти на различных уровнях. К низшему уровню относится исследование надежности шахтного оборудования. Однако исследование надежности оборудования не решает проблему надежности шахты как технологической системы.

Под надежностью системы в широком смысле принято понимать ее способность выполнять возложенные на нее функции в определенных условиях эксплуатации. Для сложных многофункциональных подсистем неприменимы, как правило, общепринятые показатели надежности, связанные с понятием отказа. На ход технологических процессов в шахте оказывают влияние случайные факторы, поэтому технико-экономические показатели подсистемы за определенный промежуток времени являются случайными, т. е. определяются законами распределения. Показатели надежности — числовые характеристики этих распределений (математическое ожидание, дисперсия и др.).

Вопрос выбора критерия оценки надежности технологической схемы отработки оставшихся запасов сводится к взаимоувязке объективных возможностей конкретных технологических схем с заданными технико-экономическими показателями. В критерий надежности входят, как правило, усредненные характеристики работы шахты (математическое ожидание объема добычи, затрат). Этого достаточно для обеспечения необходимой степени стабильности, устойчивости доработки запасов с уровнем показателей, приемлемых для инвестора.

В данной работе рассмотрены особенности оценки надежность технологических схем очистных работ при отработке антрацита в сложных условиях, обусловленных наличием участков некондиционных по мощности и зольности запасов, а также запасов в охранных целиках.

Как правило, очистной забой представляется в виде простой схемы последовательно-параллельных соединений элементов. На основании хронометражных наблюдений определяют наработки на отказ, продолжительность простоев и надежность горной техники. Затем определяют вероятности возможных событий в лаве - главным образом вероятность работоспособного состояния всех элементов. Результаты представляются в виде расчетного коэффициента готовности и нагрузки на очистной забой с учетом показателей надежности. Учитывая изложенное, следует отметить, что надежность работы подсистемы “очистной забой” в условиях шахт небольшой мощности и шахт с ограниченными запасами в условиях отсутствия какого-либо резервирования имеет первостепенное значение. Если добыча угля на шахтах указанных типов сосредоточена в одной, максимум двух лавах, это может в известной степени гарантировать хотя бы средний уровень надежности заданных объемов добычи.

Как известно, процесс угледобычи моделируется соотношением элементов “пласт-комбайн”, жестко связанных между собой. При этом в термине “пласт” заложены не только геологические, но и экономические аспекты проблемы, т.е. термин “пласт” не может расцениваться как неизбежная объективная реальность. Пласт не может и не должен рассматриваться в отрыве от техники, технологии его отработки. С другой стороны, существуют некоторые возможности обеспечения соответствия выемочной техники условиям добычи. В условиях высоконагруженных лав некоторые сбои, связанные с изменением структуры пласта, могут компенсироваться повышением скорости подачи при благоприятных условиях залегания. В лавах же с невысокими нагрузками выемочная техника работает практически на пределе своей надежности, обусловленном общим неблагоприятным состоянием горного хозяйства шахт со значительным сроком службы.

Именно поэтому, в условиях отработки запасов в сложных горно-геологических условиях необходим учет комплексного влияния элемента “пласт”. Этот элемент оказывает, по нашему мнению, решающее воздействие на работоспособность всей технологической подсистемы лавы. Это соображение подтверждается тем обстоятельством, что большинство лав, например в Торезско-Снежнянском регионе, оборудовано машинами, возможности которых значительно выше фактических, даже с учетом известного износа комбайнов, крепей и конвейеров.

Система “очистной забой”, состоящая из трех элементов “пласт-комбайн-конвейер”, представляется как декомпозиция различных состояний. Если представить указанную вероятностную систему, как систему массового обслуживания, то будет иметь место предельный режим, при котором все вероятности Р_i(t) стремятся к постоянным пределам Р₀, Р₁, …, Р_n , а все их производные - к нулю. Получая, таким образом, систему алгебраических уравнений, можно решить ее относительно неизвестных Р_i .

Сумма и ( – все элементы исправны, – снижение скорости подачи по условиям залегания пласта) представляет собой коэффициент использования технологической системы и численно равна коэффициенту машинного времени

= . (1)

Здесь γ_п - параметр потоков отказов и μ_п- параметр потоков восстановлений под влиянием элемента «пласт» .

Таким образом, выражение (1) позволяет количественно оценить надежность технологических процессов выемки пласта в сложных условиях ограниченности запасов (присечка пород, участки слабой кровли и так далее). Причем правомерность его использования не зависит от закона распределения времени безотказной работы оборудования и наличия технологических перерывов.

Анализ варьирования К_мв от величины присечек показал существенную зависимость между этими величинами (рис. 1). При этом необходим учет типа применяемого очистного оборудования.

С точки зрения теории надежности, очистной забой является

Рис. 1. Зависимость коэффициента машинного времени от величины

присечек боковых пород

восстанавливаемой системой. Надежность такой системы характеризуется не только средним временем наработки на отказ, но и тем, насколько быстро восстанавливается ее работоспособность после отказа, то есть средним временем простоя, состоящим из средних времен на отыскание и устранение неисправности.

В условиях тонких пластов для комплексов KM-97 и “Дoнбacc”, например, на каждый час машинного времени приходится в среднем столько же времени для устранения отказов. В пересчете на 1 тыс. т добычи угля эта величина составляет 329 ... 487 мин., что вдвое превышает аналогичные показатели по комплексам КМ-87, работающим на более мощных пластах. Причем наиболее продолжительные потери времени происходят при восстановлении отказов органов перемещения и режущей части.

Что касается особенностей отработки запасов, сосредоточенных в целиках шахт, рекомендуемых к закрытию, то необходимо отметить следующее.

Только на трех выведенных их эксплуатации шахтах ГП "Снежноеантрацит" "Миусская", "Снежнянская" и "Восход" оставлено в целиках свыше 1,5 млн. т запасов. Запасы целиков - это только незначительная часть тех запасов пластов шахтного поля, которые ранее отрабатывались в течение десятилетий. Следовательно, те технологические схемы, технические средства, средства механизации, которые успешно использовались ранее, могут не менее успешно использоваться и при отработке целиков, например, скрепероструговая установка УС-3. Установка была применена на шахте "Снежнянская", которая отрабатывала пласт «Гольдштейновский» сложного строения, состоящий из нескольких угольных пачек и породных прослоев. Суммарная мощность его 1,35 - 1,5 м, угол падения 5-7°.

Выемка угля скреперостругом УС-3 с цепным тяговым органом и погрузочными секциями с режущим органом осуществлялась в лаве длиной 70 м, в работе находится пять секций. Скрепероструги к забою прижимаются с помощью приводной станции и обводного устройства, которые передвигаются поочередно через 0,3-0,5 м лебедками 1ЛПК-ЮБ. При движении секций вверх по лаве снимается стружка угля, при движении вниз скрепероструг транспортирует отбитый уголь, перегружая его на конвейер СП-202 сборного ходка.

Выемка угля в лаве ведется до появления признаков обрушения пород непосредственной кровли. При появлении признаков обрушения пород непосредственной кровли скрепероструг демонтируется и переносится в новую лаву. При работе с оставлением целиков шириной 6м на пласте мощностью 0,5 м объем вынимаемого угля из лавы составляет 1550 т, с нагрузкой 100 т/сут, лава отрабатывается за 15 дней. К этому времени проходится новая разрезная печь для перемонтажа струга в течение двух смен.

Показатели работы скреперструговой установки УС-3 приведены в табл. 1. При этом качество антрацита, вынимаемого скрепероструговой установкой, значительно выше, чем при комбайновой выемке.

Таблица 1

Некоторые показатели работы добычного участка

Показатели	Комбайн 1К101	Скрепероструг УС-3
Численность рабочих по добыче, чел.	67	31
Производительность труда рабочего по добыче, т/мес	32,5	61,5
Себестоимость 1т добытого угля по лаве, грн.	30,98	14,86

Таким образом, установлено, что выемочная техника на мало эффективных шахтах, и особенно при доработке оставшихся запасов на границах шахтных полей, работает практически на пределе своей надежности, обусловленном деконцентрацией горных работ и общим неблагоприятным состоянием горного хозяйства. С учетом ограниченности инвестирования этой группы шахт предложенный подход к определению коэффициентов машинного времени в системе “выемочная техника-пласт” под влиянием изменений условий залегания дает возможность использовать расчетную систему “надежность - затраты” при планировании развития горных работ.