Разработка комплекса решений по формированию угольного разреза нового технико-технологического уровня

Кулецкий, Валерий Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка комплекса решений по формированию угольного разреза нового технико-технологического уровня
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Разработка комплекса решений по формированию угольного разреза нового технико-технологического уровня"

На правах рукописи

» х

КУЛЕЦКИЙ Валерий Николаевич

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА РЕШЕНИЙ ПО ФОРМИРОВАНИЮ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА НОВОГО ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ

Специальности: 25.00.22 —Геотехнология (подземная, открытая

и строительная); 25.00.21 — Теоретические основы проектирования горнотехнических систем

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О ОКГ 20/3

005534353

Магнитогорск — 2013

005534353

Работа выполнена в ООО «Научно-исследовательский институт эффективности и безопасности горного производства» (ООО «НИИОГР»),

Научный руководитель Артемьев Владимир Борисович —

доктор технических наук, заместитель генерального директора -директор по производственным операциям ОАО «СУЭК»

Официальные оппоненты Лель Юрий Иванович -

доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Разработка месторождений открытым способом»

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», г. Екатеринбург

Агафонов Валерий Владимирович доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет», г. Москва

Ведущая организация Институт горного дела Уральского отделения

Российской академии наук (ИГД УрО РАН), г. Екатеринбург

Защита диссертации состоится 29 октября 2013 г. в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.111.02 при ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан 28 сентября 2013 г. Ученый секретарь /

диссертационного совета С.Н. Корнилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Существующий научно-технический уровень развития горной промышленности и машиностроения, ужесточение требований государства в отношении обеспечения безопасности труда приводят к увеличению доли затрат на оборудование в себестоимости продукции. С учетом этого, а также принимая во внимание усиление конкуренции на рынках энергоносителей, капитала и труда, для обеспечения конкурентоспособности угольного разреза необходимо постоянно повышать эффективность и безопасность производства. Это требует изменения параметров разреза как горнотехнической системы, чему должна предшествовать разработка соответствующих проектных и технико-технологических решений.

Существующие нормы проектирования производственных процессов основаны на «Единых нормах выработки на открытых горных работах» и ориентированы на среднеотраслевые показатели производительности оборудования. Между тем практика работы разрезов показывает, что их высокая конкурентоспособность и инвестиционная привлекательность обеспечиваются при уровне производительности оборудования и труда персонала, в 2-2,5 раза превышающем среднеотраслевые показатели.

В связи с этим возникает необходимость разрабатывать проекты как вновь создаваемых, так и действующих разрезов на основе таких параметров горных работ, технологических схем и стандартов производственных процессов, которые обеспечат достижение заданного уровня производительности и безопасности труда, а также возможность его дальнейшего повышения.

Разработка комплекса решений по формированию разреза нового технико-технологического уровня как на стадии проектирования, так и при его эксплуатации является актуальной научно-практической задачей, решение которой имеет существенное значение для угольной промышленности России. Это обусловило цель и задачи диссертационного исследования.

Цель работы — разработка комплекса решений по формированию угольного разреза нового технико-технологического уровня, обеспечивающего высокий уровень эффективности и безопасности производства и возможность его дальнейшего повышения.

Идея — параметры угольного разреза нового технико-технологического уровня определяются исходя из технологически возможного функционального времени работы горно-транспортного оборудования.

Объект исследования - угольный разрез с карьерным автомобильным транспортом.

Предмет исследования - связь технико-технологических параметров угольного разреза с эффективностью и безопасностью его деятельности.

Основные задачи исследования:

1. Обосновать необходимость формирования угольного разреза нового технико-технологического уровня и раскрыть содержание этого понятия.

2. Обосновать параметры угольного разреза нового технико-технологического уровня.

3. Выявить влияние параметров угольного разреза на эффективность и безопасность его деятельности.

4. Сформировать комплекс решений, обеспечивающий создание угольного разреза нового технико-технологического уровня.

5. Опробовать комплекс решений в практической деятельности угольных разрезов и оценить социально-экономические результаты.

Положения, выносимые на защиту:

1. Разрез нового технико-технологического уровня характеризуется высокой концентрацией и технологичностью горных работ, оборудованием большой единичной мощности, эксплуатируемым с показателем функционального времени работы более 500 ч в месяц по типовым технологическим схемам и стандартам в рабочих зонах рациональной конструкции (п. 3 Паспорта специальности 25.00.21 «Теоретические основы проектирования горнотехнических систем»).

2. Требуемая концентрация и технологичность горных работ обеспечивается при следующих параметрах рабочих зон разреза: для ведения вскрышных работ экскаваторами-мехлопатами при погрузке в автотранспорт удельная площадь рабочей зоны на каждый кубометр емкости ковша должна составлять в месяц 3,0-3,5 тыс. м2/м3; экскаваторами-драглайнами — 0,7-1,0 тыс. м2/м3; для ведения добычных работ гидравлическими экскаваторами с обратной лопатой - 5,5-8,5 тыс. м2/м3 (п. 9 Паспорта специальности 25.00.22 «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»).

3. При обеспечении соответствующих параметров рабочих зон среднечасовое количество рабочих циклов для электрических экскаваторов-мехлопат на вскрышных работах должно составлять 80-85 циклов/ч, экскаваторов-драглайнов - 45-55 циклов/ч, карьерных автосамосвалов - 2,0-2,2 цикла/ч, колесной бульдозерной техники на зачистке забоев и гусеничной на отвале -25-30 циклов/ч, гидравлических экскаваторов на добыче угля - 95-100 циклов/ч (п. 9 Паспорта специальности 25.00.22 «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»).

обеспечивающими работу соответствующего комплекта основного и вспомогательного оборудования на требуемом уровне функционального времени (п. 2 Паспорта специальности 25.00.21 «Теоретические основы проектирования горнотехнических систем», п. 9 Паспорта специальности 25.00.22 «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»).

Научная новизна работы:

1. Предложены критерии для определения технико-технологических параметров угольного разреза нового уровня: технологический максимум функционального времени работы горного и транспортного оборудования, максимум функционального соответствия основного и вспомогательного оборудования, минимум транспортной работы.

2. Обоснованы показатели угольного разреза нового уровня, обеспечивающие не менее 500 ч функциональной работы оборудования в месяц: единичная мощность горно-транспортного оборудования, соотношение вскрышных и добычных забоев, удельная площадь рабочей зоны и удельный объем бурения на каждый кубометр емкости ковша, - которые необходимо учитывать на стадии проектирования и достигать их запланированных значений при эксплуатации разреза.

3. Выявлена зависимость безопасности выполняемых в рабочей зоне работ от уровня стандартизации производственного процесса, характеризуемого долей функционального времени работы в календарном фонде времени.

4. Установлена зависимость себестоимости вскрышных и добычных работ от технико-технологических параметров рабочей зоны угольного разреза.

Личный вклад автора состоит в обосновании критериев, определении показателей и разработке методики расчета параметров угольного разреза нового технико-технологического уровня; выявлении влияния параметров на эффективность и безопасность функционирования разреза.

Практическое значение работы состоит в том, что результаты исследования могут быть использованы при проектировании угольных разрезов нового уровня, главным образом, при планировании их технико-технологических параметров, а разработанные типовые технологические схемы и стандарты -при совершенствовании функционирования действующих угольных разрезов.

Методы исследования. В работе использованы методы системного, структурно-функционального и факторного анализа, научного обобщения, математической статистики, экспертных оценок, графического моделирования.

Обоснованность и достоверность научных выводов и рекомендаций подтверждаются их соответствием данным практики и положительными результатами внедрения разработанного комплекса решений; достаточным объемом экспериментальных исследований и оценкой результатов по критериям

математической статистики; широкой промышленной апробацией результатов исследований.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанный комплекс решений используется при совершенствовании организации производственных процессов в ОАО «Разрез Тугнуйский» и на предприятиях ОАО «СУЭК».

Апробация работы. Результаты исследований и основные научные положения работы докладывались на научных семинарах и научно-технических советах предприятий ОАО «СУЭК» (г. Москва, 2009-2013 гг.), ООО «НИИОГР» (г.Челябинск, 2010-2013 гг.), ИГД УрО РАН (г. Екатеринбург, 2013 г.), ФГБОУ «МГТУ» (г. Магнитогорск, 2013 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 9 научных публикациях общим объемом 3,6 пл., все - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и содержит 146 страниц машинописного текста, 52 рисунка, 29 таблиц, список использованных источников из 145 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлены цель и задачи исследования, сформулированы научные положения, отмечены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе на основе анализа состояния и перспектив развития угледобычи обоснована актуальность формирования разреза нового уровня. Проанализирована научно-методическая база по направлению исследования.

Во второй главе приведены результаты исследования влияния параметров угольного разреза на его эффективность и безопасность. Обоснованы технико-технологические параметры разреза нового уровня.

В третьей главе обоснованы методические принципы формирования угольного разреза нового уровня. Разработан комплекс решений, позволяющий целенаправленно формировать разрез нового уровня.

В четвертой главе представлены результаты апробации разработанного комплекса решений в ОАО «Разрез Тугнуйский», оценена экономическая эффективность реализованных решений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Разрез нового технико-технологического уровня характеризуется высокой концентрацией и технологичностью горных работ, оборудованием большой единичной мощности, эксплуатируемым с показателем функционального времени работы более 500 ч в месяц по типовым технологическим схемам и стандартам в рабочих зонах рациональной конструкции.

Научные подходы к проектированию карьеров были заложены в трудах горных инженеров B.C. Бондаря, М.И. Гобермана, И.А. Кузнецова, С.И. Пиляв-ского, А.И. Стешенко. Основы теории проектирования горных предприятий с

применением аналитических методов сформированы и развиты в трудах академиков Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, A.A. Скочинского, КН. Трубецкого, Л.Д. Шевякова, профессоров А.И. Арсентьева, Б.П. Боголюбова, Б.И. Бокия, П.И. Городецкого, П.Э. Зуркова, М.М. Протодьяконова, AM. Терпигорева, B.C. Хохрякова, Е.Ф. Шешко.

Определению параметров карьера и способов обеспечения надежности его работы в изменяющихся условиях функционирования посвящены труды члена-корреспондента РАН A.A. Пешкова, докторов наук В.М. Аленичева, Б.М. Воробьева, С.Е. Гавришева, В.И. Ганицкого, C.B. Корнилкова, Ю.И. Леля, MB. Рыльниковой и др.

Обоснование и развитие основных подходов к повышению эффективности производственных процессов, технологических комплексов горнодобывающих предприятий содержатся в работах В.В. Агафонова, A.C. Астахова, Э.И. Богуславского, В.А. Галкина, В.И. Ганицкого, В.Н. Калмыкова, Д.Р. Каплунова, В.Т. Коваля, Н.Я. Лобанова, А.М. Макарова, Е.В. Петренко, A.A. Петросова, М.А. Ревазова, С.С. Резниченко, В.Л. Яковлева и др.

Анализ результатов функционирования и развития угледобывающих предприятий и объединений в период их реструктуризации представлен в работах Н.К. Гринько, В.Е. Зайденварга, С.Л. Климова, Г.И. Козового, ГЛ. Краснянского, В.И. Кузнецова, Ю.Н. Малышева, А.Г. Нецветаева и др.

Проблемы разработки и освоения инноваций в отношении развития технологических, организационных и управленческих основ обеспечения конкурентоспособности горнодобывающего предприятия в условиях рыночной экономики рассматриваются В.Б. Артемьевым, Н.В. Галкиной, A.C. Довженком, Д.Г. Даянц, Е.М. Козаковым, Л.В. Лабунским, В.А. Пикаловым, В.П. Пономаревым и др.

Благодаря усилиям исследователей и практиков создана научно-методическая база, сформированы современная концепция организации отечественного горного производства и представления о ее влиянии на эффективность производства, позволяющие решать широкий круг задач. Вместе с тем в нормах проектирования сохраняются подходы, присущие стабильным условиям функционирования, характерным для плановой экономики.

Общемировой тенденцией на угольных разрезах в последние десятилетия стал постоянный прирост единичной мощности применяемой техники, в результате чего доля стоимости горно-транспортного оборудования в общих затратах на осуществление процессов возрастает.

Для достижения приемлемой себестоимости, обеспечивающей высокую конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность, необходима производительность экскаваторов на уровне 30-35 тыс. м3/м3 емкости ковша и карьерных автосамосвалов — 1,6-2,0 тыс. т на автотонну грузоподъемности в месяц при расстоянии транспортирования 1,8-2,2 км.

Как показал анализ проекта одного из передовых и интенсивно развивающихся угольных разрезов, продукция которого пользуется повышенным спросом, в нем предусмотрена удельная производительность экскаваторов в месяц 11-20 м3/м3, что в 1,5-3,2 раза меньше производительности, обеспечивающей стабильные конкурентные позиции.

Для определения уровня использования возможностей оборудования был применен критерий «функциональное время», обоснованный А.Л. Жуковым*. Под функциональным временем работы понимается время осуществления основной функции оборудования с рациональными параметрами рабочего цикла.

Было определено, что проектной производительности оборудования соответствуют 149-336 ч функционального времени его работы из 720-744 ч календарного месячного фонда времени. Анализ отчетных данных о работе представительного количества горнодобывающих предприятий показал, что средний уровень функционального времени работы бурового станка составляет 200-300 ч, экскаватора-мехлопаты - 150-250 ч, драглайна - 180-280 ч, карьерного автосамосвала-280-360 ч.

На основе анализа деятельности передовых угледобывающих предприятий, расчетов технологических возможностей горно-транспортного оборудования и оценки влияния уровня их реализации на экономику производства установлено, что для достижения значений удельной производительности, обеспечивающих высокую конкурентоспособность, требуется не менее 500 ч функционального времени работы основного горно-транспортного оборудования. Решение этой задачи в рамках существующего проекта невозможно. Необходимы более высокие концентрация и технологичность горных работ, обеспечиваемые соответствующей конструкцией рабочей зоны и достигаемые в результате разработки и освоения соответствующих типовых технологических схем и стандартов осуществления производственных процессов. Рабочая зона рациональной конструкции представляет собой совокупность рабочих вскрышных и добычных уступов и обеспечивает требуемый уровень эффективности и безопасности производства.

В работе технологичность горных работ понимается как их комплексная характеристика, которая отражает наиболее рациональный способ осуществления основных и вспомогательных процессов и операций. Технологичность достигается на основе унификации и стандартизации основных технологических процессов и операций.

Концентрация горных работ - сосредоточение горно-транспортного оборудования и рабочей силы, обеспечивающее повышение технологичности и позволяющее вследствие этого увеличить производительность оборудования.

* Жуков, АЛ. Оптимизация параметров рабочих площадок разрезов при подготовке запасов угля к выемке: Дисс.... канд. техн. наук. - Екатеринбург, 2008. — 140 с.

Следовательно, для обеспечения высокой конкурентоспособности и инвестиционной привлекательности необходимо формирование разреза нового технико-технологического уровня, проект которого основан на параметрах, обеспечивающих не только текущую деятельность на требуемом уровне конкурентоспособности и инвестиционной привлекательности, но и возможности его повышения для достижения более высоких значений эффективности и безопасности производства.

Повышение эффективности и безопасности производства должно обеспечиваться на основе формирования и поддержания параметров горных работ, позволяющих увеличивать время функциональной работы посредством упорядочения производственных процессов. Установлено, что увеличение функционального времени работы оборудования повышает его среднемесячную производительность и снижает риск травмирования персонала.

Автором установлена связь коэффициента использования времени, рассчитываемого как соотношение функционального времени работы и календарного фонда времени, и частоты травмирования трудящихся (рис. 1). При увеличении доли функционального времени работы с наиболее характерных значений 200250 до 500 ч в месяц коэффициент частоты общего травмирования на 1 млн. т снижается в 7-9 раз, коэффициент частоты общего травмирования на 1000 трудящихся - в 2,5-3,5 раза.

Ж - Коэффициент частоты на 1 млн. т — - Тренд коэффициента частоты на 1 млн. т Щ — Коэффициент частоты на 1000 чел. • • • Тренд коэффициента частоты на 1000 чел.

Рисунок 1 - Связь коэффициента использования времени работы оборудования (Кив) и коэффициента частоты травмирования (Кч)

(по данным автора, Сывороткина А.Н., Килина А.Б., Баскакова В.П, Галкина A.B.)

Таким образом, новый технико-технологический уровень — это более высокая ступень развития угольного разреза как горнотехнической системы, характеризуемая ее функционированием с технико-технологическими параметрами, соответствующими возросшим требованиям к эффективности и безопасности производства.

2. Требуемая концентрация и технологичность горных работ обеспечивается при следующих параметрах рабочих зон разреза: для ведения вскрышных работ экскаваторами-мехлопатами при погрузке в автотранспорт удельная площадь рабочей зоны на каждый кубометр емкости ковша должна составлять в месяц 3,0-3,5 тыс.м2/м3; экскаваторами-драглайнами - 0,7-1,0 тыс.м2/м3; для ведения добычных работ гидравлическими экскаваторами с обратной лопатой - 5,5-8,5 тыс.м2/м3.

При проектировании технико-технологических параметров угольного разреза целесообразно использовать критерий технологического максимума функционального времени работы горного и транспортного оборудования. Анализ деятельности угледобывающих предприятий, а также технологических возможностей нового оборудования показывает, что современный уровень развития техники, технологии и организации горного производства позволяет обеспечивать 600-650 ч функционального времени работы оборудования из 720-744 ч календарного времени в месяц. Оставшееся время необходимо для:

• поддержания работоспособности оборудования посредством профилактического обслуживания и ремонта —12-24 ч;

• выполнения вспомогательных работ и перерывов, обусловленных технологией производства -12-24 ч;

• приема-передачи смены и подготовки оборудования к работе - 30-36 ч;

• обеда и личных надобностей оператора — 40-48 ч.

При определении параметров горных работ для обеспечения требуемой их технологичности и концентрации предлагается использовать критерий максимума функционального соответствия основного и вспомогательного оборудования. Применение этого критерия позволяет выбирать рациональную комбинацию оборудования и обеспечивать минимизацию потерь рабочего времени в основных и вспомогательных рабочих процессах.

На угледобывающих предприятиях с карьерным автомобильным транспортом, где его доля в себестоимости продукции достигает 50%, следует применять критерий минимума транспортной работы. Организация работы автосамосвалов и экскаваторов-драглайнов должна обеспечивать минимальные затраты ресурсов на транспортирование горной массы.

Предложенные критерии позволяют определять технико-технологические параметры рабочей зоны угольного разреза, обеспечивающие его функционирование с требуемым уровнем эффективности и безопасности производства, а также обоснованно подбирать комплект горно-транспортного и вспомогательного оборудования, технологические схемы его работы.

Так, для достижения функционального времени работы экскаваторов Висугав 495 НО в ОАО «Разрез Тугнуйский» на уровне 500-550 ч в месяц в комплект к ним были приобретены колесные бульдозеры, обеспечивающие подчистку одного из двух подъездов одновременно с погрузкой горной массы в автосамосвал, мощный гусеничный бульдозер для работы на отвале с произ-

водительностью 80-90% от производительности экскаватора, а также два буровых станка Pit Viper с производительностью более 40 тыс. пог. м в месяц. Принцип функционального соответствия реализован посредством подбора основного и вспомогательного оборудования с учетом их мощности и динамических характеристик.

Для минимизации объемов транспортирования вскрышных пород карьерными автосамосвалами, себестоимость которого в 2-3 раза выше, чем при бестранспортной вскрыше, отработка надугольной толщи вскрыши с одновременной зачисткой пласта осуществляется экскаваторами-драглайнами ЭШ 2090 и ЭШ 40-85 с перевалкой горной массы в выработанное пространство. Высота отрабатываемого уступа устанавливается максимально возможной с учетом достижения рациональных параметров рабочего цикла экскаватора.

Приведенные примеры показывают, что повышение технологичности процессов позволяет минимизировать потери рабочего времени экскаваторов Bucyrus 495 HD и драглайнов ЭШ 20-90 и ЭШ 40-85.

Технологичность предлагается оценивать с помощью коэффициента технологичности, рассчитываемого по следующей формуле:

^т Тфунхц. / Тфакт , (1)

где Тфущ - функциональное время работы оборудования;

Тфакт. ~ фактическое время в работе (по отчету).

Расчетами определено и подтверждено на практике, что для обеспечения 500 ч функционального времени работы вскрышных экскаваторов-мехлопат с погрузкой в автотранспорт целесообразная удельная площадь рабочей зоны на каждый кубометр емкости ковша должна составлять в месяц 3,0-3,5 тыс. м2/м3; экскаваторов-драглайнов - 0,7-1,0 тыс. м2/м3; добычных гидравлических экскаваторов с обратной лопатой — 5,5-8,5 тыс. м2/м3; удельный объем бурения наиболее типичных пород 9 и 10 категорий при диаметре скважин 250-280 мм - 830-850 пог. м/м3 для экскаваторов-мехлопат и 350-550 пог. м/м3 для экскаваторов-драглайнов (табл. 2).

Коэффициент технологичности в рабочих зонах с такими параметрами при соответствующей организации работы составляет не менее 0,7. Целенаправленная работа на разрезе «Тугнуйский» по повышению технологичности производственных процессов уже позволила повысить k„ с 0,48 в 2009 г. до 0,64 в 2012 г.

Обеспечению требуемой концентрации и технологичности горных работ способствует рациональное соотношение добычных и вскрышных забоев. Анализ этого соотношения и фактического функционального времени работы экскаваторов в ОАО «Разрез Тугнуйский» позволил установить, что целесообразное соотношение забоев составляет 1 1,5-2,5. Единичная мощность экскаваторов подбирается исходя из задачи обеспечения необходимого объема вскрыши и добычи.

Параметр Формула Мехлопаты Д раглайпы

РС-1250 экг- 15* В-495* эш 10/70 ЭШ 20/90 ЭШ 40/85

Часовая производительность оборудования при работе с рациональными параметрами рабочего цикла (2„), м /ч, т/ч, nor. м/ч Л 3600 п т где Трч - время рабочего цикла оборудования с рациопальными параметрами, с; Ррч - результат за рабочий цикл, м3, т, пог. м 736 1249 3440 596 1073 2 388

Объем горной массы, требуемый для обеспечения функционального времени работы экскаватора (Vm), тыс м3 Т •О У — функц .3 Bi 1000 ' (3) где Тфущ, — функциональное время работы экскаватора, маш.-ч Для 500 ч функционального времени работы в месяц

398 625 1720 298 537 1194

Удельная площадь (Syd) на 1 м3 емкости ковша, тыс. м2/м3 ~ У" ХГ, (4) где h - высота уступа, м; К„ - коэффициент переэкскавации {К„ = VnqHOK. / Е„ — геометрическая емкость ковша экскаватора, м3; К, - коэффициент запаса. К,= 1,1; Упереж. - объем переэкскавирусмой горной массы, м3; Увскр. - объем вскрыши, м3 Для 500 ч функционального времени работы в месяц**

5,5-8,5 3,0-3,5 3,0-3,5 0,8-1.0 0,7-0,9 0,8-1,0

Удельный объем бурения на 1 м3 емкости ковша (Ууд.б), ПОГ. м/м3 К„-1000 V^>K=---ХК , (5) Для 500 ч функционального времени работы в месяц

где у - выход горной массы с 1 пог. м, м3/пог. м - 833 833 458-518 412-466 357*** 459-519

* - при использовании технологической схемы с 2-мя подъездами;

** - при различной высоте уступа;

*** - при работе двух экскаваторов на одном уступе.

3. При обеспечении соответствующих параметров рабочих зон среднечасовое количество рабочих циклов для электрических экскаваторов-мехлопат на вскрышных работах должно составлять 80-85 циклов/ч, экскаваторов-драглайнов - 45-55 циклов/ч, карьерных автосамосвалов - 2,0-2,2 цикла/ч, колесной бульдозерной техники на зачистке забоев и гусеничной на отвале - 25-30 циклов/ч, гидравлических экскаваторов на добыче угля - 95-100 циклов/ч.

Из общих принципов организации производства следует, что для эффективного функционирования угольного разреза необходима его ритмичная работа, обеспечивающая равномерную загрузку оборудования и персонала в планируемом производственном цикле.

Требуемый уровень использования технических возможностей эксплуатируемой высокопроизводительной техники обеспечивается, с одной стороны, применением типовых технологических схем, с другой - наличием системы учета и контроля, которая позволяет своевременно фиксировать отклонения от заданных параметров технологического процесса в течение часа, смены и суток и вносить соответствующие коррективы в деятельность. Для формирования такой системы учета необходимо рассчитать рациональное количество рабочих циклов в часе для основных видов горно-транспортного оборудования.

Расчеты среднечасового количества рабочих циклов целесообразно осуществлять по следующей формуле:

_3600 Т^

- т т (6) 1 рц 1 КФВ

где Ткфв — календарный фонд времени за период.

Исходя из необходимости обеспечения не менее 500 ч в месяц функционального времени работы основного горно-транспортного оборудования, на основе расчетов было установлено, что рациональное среднее количество рабочих циклов в часе для электрических экскаваторов-мехлопат на вскрышных работах составляет 80-85 циклов/ч, экскаваторов-драглайнов — 45-55 циклов/ч, карьерных автосамосвалов — 2,0-2,2 цикла/ч, колесной бульдозерной техники на зачистке забоев и гусеничной на отвале -25-30 циклов/ч, гидравлических экскаваторов на добыче угля — 95-100 циклов/ч.

Учет количества циклов позволяет контролировать параметры технологического процесса. Чем больше отклонение от заданных параметров, тем выше риск недостижения запланированного количества часов функционального времени работы оборудования. В результате анализа значений сменного и месячного функционального времени работы оборудования была установлена зависимость функционального времени работы от величины его дисперсии. Вы-

явлено, что обеспечение 500 ч функционального времени работы оборудования в месяц возможно только при отклонениях не более 10 %.

Как показывает опыт работы ряда отечественных горнодобывающих предприятий, а также горных предприятий экономически развитых стран, достижение функционального времени работы оборудования на уровне 500 ч возможно при упорядочении технологического процесса посредством надлежащих подготовки и планирования работ, оснащения необходимым основным и вспомогательным оборудованием, учета и контроля проводимых операций. Если эти условия не выполнены, то трудовая деятельность персонала сопровождается повышенными рисками травмирования, а также значительными потерями рабочего времени.

Освоение необходимого количества рабочих циклов является результатом отбора, адаптации, формирования и реализации соответствующих технологических схем (рис. 2), учитывающих рациональные значения удельной площади рабочей зоны для каждого вида экскаватора, а также применения стандартов производства работ, обеспечивающих взаимосогласованное функционирование всех единиц оборудования.

Для надежного осуществления порядка выполнения производственного процесса, обеспечивающего высокую эффективность и приемлемый уровень риска травмирования персонала, должен быть разработан и освоен персоналом стандарт по каждому технологическому процессу, который регламентирует рациональное расположение оборудования и операционного персонала при выполнении работ, последовательность основных и вспомогательных рабочих циклов, правила взаимодействия персонала при их осуществлении, продолжительность и количество рабочих циклов.

В качестве базовых элементов стандарта предложены следующие:

• паспорт забоя;

• количество основного и вспомогательного оборудования и требования к нему;

• количество исполнителей и их квалификация;

• правила взаимодействия;

• требования к средствам индивидуальной защиты;

• карты рисков травмирования персонала, характерных для выполняемых работ;

• количество рабочих циклов в часе, смене, сутках.

Результаты применения разработанных и опробованных стандартов показали, что нефункциональное время в смене при условии выполнения стандарта сокращается в 2-5 раз, а риски травмирования персонала снижаются в 3-5 раз.

Экскаваторы-мехлопаты:

с двумя подъездами и использованием в каждом таком забое колесного бульдозера, что обеспечивает исключение потерь времени на обмен автосамосвалов и зачистку забоев

Экскаваторы-драглайны:

работа двух экскаваторов на одном уступе, что обеспечивает увеличение высоты вскрышного уступа, расстояния перемещения горной массы и скорости подготовки угольного пласта к выемке, уменьшение объемов автотранспортной вскрыши и се-бестоимости работ

Гидравлические экскаваторы с обратпой лопатой:

на добычных работах - с высотой отрабатываемого слоя, равной высоте самосвала, и погрузкой, осуществляемой ниже уровня стояния

-.....ІйЬ

/\f-.A- у

Л а ^

„„„...............і. .....т— " ........м г

Рисуиок 2 - Типовые технологические схемы для обеспечения не менее 500 ч функционального времени работы оборудования в месяц

Применение соответствующих типовых технологических схем, а также разработка и практическое освоение стандартов осуществления технологических процессов позволяют упорядочить производственные процессы, сделать их более эффективными, прогнозируемыми и безопасными. 4. Формирование угольного разреза нового технико-технологического уровня, соответствующего возрастающим требованиям к эффективности и безопасности производства, достигается в результате разработки и реализации комплекса решений на основе изменения норм проектирования. Комплекс решений предусматривает высокий уровень функционального времени работы оборудования и формирование горнотехнической системы с параметрами, обеспечивающими работу соответствующего комплекта основного и вспомогательного оборудования на требуемом уровне функционального времени.

Для определения экономически целесообразных параметров горных работ и направления их изменений методом математического моделирования и аналитических расчетов установлена зависимость между параметрами рабочей зоны и себестоимостью производства горных работ (рис. 3).

Себестоимость, руб/м3 70

О 1 2 3 4 5 6

Удельная площадь, тыс.м2/м3 ковша

—Висуги5 495Н0 О ЭКГ-20 —Лг-ЭКГ-15

рациональная удельная площадь рабочей зоны Рисунок 3 - Зависимость себестоимости работ, выполняемых экскаваторами-мехлопатами, от удельной площади рабочей зоны

(по данным разрезов «Тугнуйский», «Междуреченский», «Сибиргинский»)

Минимальная себестоимость работ экскаваторов-мехлопат достигается при удельной площади рабочей зоны 3,0-3,5 тыс. м2. При большей площади себестоимость возрастает из-за увеличения постоянных затрат на ее содержание и эксплуатацию.

С учетом проведенных исследований, расчетов, а также установленной зависимости определены параметры (табл. 3) и разработан комплекс решений для формирования угольного разреза нового технико-технологического уров-

ня, соответствующего возрастающим требованиям к эффективности и без-

опасности производства, включающий:

Таблица 3 - Сравнительная характеристика типичного угольного разреза и разреза нового уровня__

Показатель Уровень

Типичный Новый

1. Мощность вскрышного оборудования: - экскаваторы-мехлопаты с емкостью ковша, м3 - экскаваторы-драглайны с емкостью ковша, м - автосамосвалы грузоподъемностью, т - бульдозеры массой, т - автогрейдеры массой, т 8-20 10-40 110-180 20-45 до 20 >30 >20 а 220 >45 >45

2. Удельная годовая производительность, тыс. mVm3 емкости ковша: - экскаваторы-мехлопаты — экскаваторы-драглайны 180-250 250-350 >350 >400

3. Функциональное время работы основного горнотранспортного оборудования в месяц, ч: - буровые станки - экскаваторы-мехлопаты - экскаваторы-драглайны - автосамосвалы 200-300 150-250 180-280 280-360 >500 >500 >500 >500

4. Удельная площадь рабочей зоны на 1 м3 емкости ковша, тыс, м1 /м3 в месяц: - экскаваторы-мехлопаты - экскаваторы-драглайны - экскаваторы гидравлические с обратной лопатой Не нормируется 3,0-3,5 0,7-1,0 5,5-8,5

5. Удельный объем бурения на 1 mj емкости ковша, тыс. пог. м/ м3 — экскаваторы-мехлопаты - экскаваторы-драглайны Не нормируется >800 350-520

6. Количество вскрышных забоев на 1 добычной >4 <2,5

7. Коэффициенты частоты травмирования: - на 1 млн. т -на 1000 чел. 4,0-8,0 4,5-6,5 <0,8 <2,0

8. Технологические схемы Типовые, ориентированные на среднеотраслевые показатели работы оборудования Типовые, ориентированные на максимальное функциональное время работы оборудования

9. Организация работ На основе среднеотраслевых норм На основе взаимосогласованных стандартов производственных процессов

10. Отклонения от требуемых параметров производственного процесса 10-250% < 10 %

• подбор горного и транспортного оборудования большой единичной

мощности;

• технологические схемы, обеспечивающие работу оборудования с требуемым количеством рабочих циклов в час, смену, сутки, месяц;

• планирование развития горных работ с учетом необходимости обури-вания и взрывания больших блоков (длиной до 1300 м, шириной до 150 м);

• стандарты, обеспечивающие взаимосогласованное функционирование оборудования со сменным отклонением значений производительности не более 10 %.

Предложенные решения целесообразно применять как на стадии проектирования, так и в процессе планирования и организации работы оборудования, что создает единую методическую базу и повышает надежность реализации проектных решений.

Комплекс решений реализуется поэтапно. Это можно проиллюстрировать на примере освоения экскаватора Bucyrus 495HD с емкостью ковша 41 м3 в ОАО «Разрез Тугнуйский». Спустя четыре месяца после ввода в эксплуатацию производительность экскаватора составляла 25,6 тыс. м3 в расчете на 1 м3 емкости ковша, что существенно ниже требуемой удельной производительности.

На этапе постановки задачи, после проведения и анализа серии хрономегражных наблюдений было установлено, что при обеспечении среднего времени цикла 30 с, удельная месячная производительность может достигать 50 тыс. м3/м3 емкости ковша.

Для обеспечения этого уровня производительности оборудования должны быть реализованы следующие основные принципы:

- планирование и достижение наивысших показателей производительности оборудования на основе расчета его технико-технологических возможностей;

- планирование и подготовка необходимого и достаточного ресурсного обеспечения;

- почасовой мониторинг работы комплекса;

- жесткий и непрерывный контроль сменно-суточных планов и результатов работы экскаваторно-автомобильного комплекса по всем уровням управления;

- выполнение ППР в полном объеме на основе сетевого планирования;

- обусловленность уровня оплаты труда персонала уровнем достигнутых результатов;

- персональная ответственность за техническое состояние узлов оборудования.

Были подготовлены и реализованы следующие технико-технологические и организационные решения:

• внедрены схемы высокопроизводительного бурения скважин станками Pit Viper;

• увеличен объем взрываемого блока для сокращения простоев из-за производства взрывных работ;

• введены паспорта производства БВР, способствующие качественной подготовке горной массы к выемке;

• применены технологические схемы погрузки с двусторонней установкой автосамосвалов БелАЗ-75306;

• использован колесный бульдозер большой мощности (WD-600) для сокращения времени подчистки рабочей площадки;

• применен тяжелый грейдер САТ-24 М для поддержания качественного состояния автодорог;

• использован тяжелый бульдозер Liebherr PR-764 на приемке горной массы в отвал;

• оптимизирована продолжительность регламентированных перерывов посредством их рационального совмещения с технологическими операциями.

В результате осуществления этих принципов и решений, а также непрерывного контроля за работой комплекса «экскаватор - автосамосвалы — вспомогательная техника» месячная удельная производительность составила 48,4 тыс. м3/м3 емкости ковша, что в 1,38 раза превышает требуемую (35 тыс. м3/м3). Следует отметить, что достигнутая производительность является наивысшей в отрасли, при этом максимальным был и уровень функционального времени - более 580 ч/мес.

Осмысление и анализ опыта эксплуатации мощного оборудования, и особенно достижения его рекордной производительности, позволяет персоналу приобрести уверенность в возможности работать на уровне производительности передовых угледобывающих предприятий мира.

В ОАО «Разрез Тугнуйский» в результате поэтапной реализации мероприятий среднемесячное функциональное время работы экскаваторов увеличилось с 200-300 до 400 ч (рис. 4). В 2014-2015 гг. планируется достижение уровня 500-550 ч функционального времени работы в месяц.

Функциональное время, ч/мес.

700

Время,

! И 7 9цЦ 3 Ь! М 9 11 1 3 5 7 9 U 3 S 7 9 li 1 з; 5 .7 9, 1 Iii з| js 7j 9 u Ii 3 5 7 9 1 i! b! 5 7 i{ Ii! j! ¡s! Ы И i< i з! N V У q год

2008 ! 2009 2010 2011 2012 j 2013 2014 201S 2016 2017 1

Рисунок 4 - Динамика функционального времени работы экскаваторов в ОАО «Разрез Тугнуйский»

Результаты исследования были успешно применены в ходе совершенствования организации производства на ряде угледобывающих предприятий ОАО «СУЭК». Фактический экономический эффект в ОАО «Разрез Тугнуйский» за 2010-2012 гг. составил более 700 млн. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленное диссертационное исследование является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи разработки научно обоснованного комплекса решений по формированию разреза нового технико-технологического уровня, имеющей существенное значение для угольной промышленности России.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований:

1. Установлено, что для обеспечения высокой конкурентоспособности и инвестиционной привлекательности угольных разрезов с карьерным автомобильным транспортом необходимо достижение удельной производительности экскаваторов не менее 30-35 тыс. м3/м3 емкости ковша и карьерных автосамосвалов не менее 1,6-2,0 тыс. т на автотонну грузоподъемности в месяц при расстоянии транспортирования 1,8-2,2 км. Это возможно при работе каждой единицы горно-транспортного оборудования в режиме не менее 500 ч функционального времени в месяц. Вместе с тем проекты разрезов, как правило, основаны на технико-технологических параметрах, не позволяющих решить эту задачу.

2. Обосновано, что критерии эффективности и безопасности производства, используемые на всех стадиях проектирования, необходимо дополнить следующими: технологический максимум функционального времени работы горного и транспортного оборудования, максимум функционального соответствия основного и вспомогательного оборудования, минимум транспортной работы. Применение указанных критериев позволяет определять технико-технологические параметры угольного разреза, а также комплекс решений по их достижению, реализация которого обеспечивает функционирование разреза с требуемым уровнем эффективности и безопасности производства.

3. Установлено, что режим горных работ целесообразно определять с учетом технико-технологических параметров, рассчитанных исходя из рационального рабочего цикла каждой единицы оборудования, количества таких циклов в часе и количества функциональных часов в месяце. Расчетами определено и подтверждено на практике, что для ведения вскрышных работ экска-ваторами-мехлопатами с погрузкой в автотранспорт целесообразная удельная площадь рабочей зоны на каждый кубометр емкости ковша должна составлять в месяц 3,0-3,5 тыс. м2/м3; экскаваторами-драглайнами — 0,7-1,0 тыс. м2/м3; для ведения добычных работ гидравлическими экскаваторами с обратной лопатой

- 5,5-8,5 тыс. м2/м3; удельный объем бурения наиболее типичных пород 9 и 10 категорий при диаметре скважин 250-280 мм - 830-850 пог. м/м3 для экскава-торов-мехлопат и 350-550 пог. м/м3 для экскаваторов-драглайнов.

4. Расчетами установлено, что рациональное среднее количество рабочих циклов в час для электрических экскаваторов-мехлопат на вскрышных работах составляет 80-85 циклов/ч, экскаваторов-драглайнов - 45-55 циклов/ч, карьерных автосамосвалов - 2,0-2,2 цикла/ч, колесной бульдозерной техники на зачистке забоев и гусеничной на отвале - 25-30 циклов/ч, гидравлических экскаваторов на добыче угля - 95-100 циклов/ч. Для реализации такого количества рабочих циклов должны быть отобраны, адаптированы и сформированы соответствующие технологические схемы, учитывающие рациональные значения удельной площади рабочей зоны для каждого вида экскаватора и стандарты производства работ, обеспечивающие взаимосогласованное функционирование всех единиц оборудования. Отсутствие стандартов не позволяет достигать требуемого количества рабочих циклов в час, смену, сутки и месяц.

5. Обосновано, что для реализации рационального количества циклов должны быть освоены как типовые следующие технологические схемы: на вскрышных работах экскаваторами-мехлопатами — с двумя подъездами и использованием в каждом таком забое колесного бульдозера, что обеспечивает исключение потерь времени на обмен автосамосвалов и зачистку забоев; экскаваторами-драглайнами — работа двух экскаваторов на одном уступе, что обеспечивает увеличение высоты вскрышного уступа, расстояния перемещения горной массы и скорости подготовки угольного пласта к выемке, снижение объемов автотранспортной вскрыши и себестоимости работ; на добычных работах гидравлическими экскаваторами с обратной лопатой - с высотой отрабатываемого слоя, равной высоте самосвала, и погрузкой, осуществляемой ниже уровня стояния.

6. Установлено, что для обеспечения определенного порядка осуществления производственного процесса необходима разработка и применение стандарта. В нем должно регламентироваться требуемое расположение оборудования и операционного персонала при выполнении работ, последовательность осуществления основных и вспомогательных рабочих циклов, правила взаимодействия персонала при осуществлении рабочих циклов, продолжительность и количество циклов. Отсутствие такого стандарта приводит к частому нарушению ритма работы всего разреза, и целевая функция повышения эффективности и безопасности производства не достигается.

7. Обосновано, что повышение доли функционального времени работы в календарном фонде времени при увеличении единичной мощности оборудования существенно повышает безопасность производств. С увеличением функци-

оналыюго времени работы от наиболее характерных значений 200-250 до 500 ч в месяц коэффициент частоты травмирования на 1 млн. т снижается в 7-9 раз, коэффициент частоты травмирования на 1000 трудящихся — в 2,5-3,5 раз. Это обусловлено тем, что уменьшается численность персонала и упорядочивается его деятельность. Более высокий уровень порядка в деятельности персонала достигается посредством формирования рабочих зон с высокой концентрацией и технологичностью горных работ, освоения соответствующих типовых технологических схем и стандартов осуществления процессов в производственной деятельности.

8. Обосновано, что для формирования угольного разреза нового технико-технологического уровня, соответствующего возрастающим требованиям к эффективности и безопасности производства, целесообразна реализация следующего комплекса решений:

• обоснованный подбор горного и транспортного оборудования большой единичной мощности с учетом его функционального соответствия и обеспечения необходимого режима горных работ;

• разработка и применение технологических схем, обеспечивающих работу оборудования с требуемым количеством рабочих циклов в час, смену, сутки, месяц;

• разработка и освоение стандартов, обеспечивающих взаимосогласованное функционирование оборудования со сменным отклонением значений производительности не более 10 %.

9. Подтверждены опытом применения комплекса решений по формированию разреза нового технико-технологического уровня возможности повышения производительности оборудования на 40-50 % и обеспечения требуемой эффективности и безопасности добычи угля. Фактический экономический эффект за 2010-2012 гг. от реализации разработанных технико-технологических и организационных мер в ОАО «Разрез Тугнуйский» составил более 700 млн. руб.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России:

1. Кулецкий, В.Н. и др. Система стимулирования инженерно-технических работников горных участков: Отдельная статья Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала) / A.B. Федоров, C.B. Самарин, О.В. Молодцова, В.Н. Кулецкий, С.Н., Каширина, А.Г. Жилкин, A.C. Довженок, Н.В. Яблонских, В.А. Хажиев, В.А. Макарова. - М.: Изд-во «Горная книга», 2011. — 28 с. — (Сер. «Б-ка горного инженера-руководителя». Вып. 12).

2. Кулецкий, В.Н. и др. Методика расчета операционного рычага и применения управляющей связи «производительное время — удельная производи-

тельность — себестоимость»: Отдельная статья Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала) / A.B. Федоров, A.B. Великосельский, В.Н. Кулецкий, С.Ю. Мироненко, И.Д. Трофимова, Т.А. Коркина, Н.В. Яблонских, М.Н. Полещук, В.А. Макарова, Е.А. Куприна. - М.: Изд-во «Горная книга», 2011. - 24 с. - (Сер. «Б-ка горного инженера-руководителя». Вып. 14).

3. Кулецкий, В.Н. и др. Опыт совершенствования системы учета результатов работы машинистов экскаваторов в ОАО «Разрез Тугнуйский» / А.В Федоров, C.B. Самарин, В.Н. Кулецкий, С.Н. Каширина, A.B. Рыбинский, М.В. Томашевская // Уголь. — 2011. — №3. — С. 55-57.

4. Кулецкий, В.Н. и др. Мотивирующая аттестация как инструмент развития персонала угледобывающего предприятия / A.B. Федоров, C.B. Самарин, В.Н. Кулецкий, А.М. Макаров, Л.В. Лабунский, A.C. Довженок // Уголь. — 2011,-№5.-С. 86-89.

5. Кулецкий, В.Н. и др. Технико-технологические и организационно-управленческие преобразования в ОАО «Разрез Тугнуйский» / В.Н. Кулецкий, А.Б. Рыбинский, A.C. Довженок, И.Л. Кравчук // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. — Отдельный выпуск №11. — С. 411 -418.

6. Кулецкий, В.Н. и др. Опыт совершенствования производства в ОАО «Разрез Тугнуйский» / В.Н. Кулецкий, А.И. Каинов, С.Ю. Мироненко, А.Б. Рыбинский // Уголь. - 2012. - №3. - С. 67-69.

7. Кулецкий, В.Н. и др. Создание организационно-технологических условий для высокопроизводительной работы экскаваторов Bucyrus 495 HD / В.Н. Кулецкий, Д.В. Попов // Уголь. - 2012. - №12. - С. 4-9.

8. Кулецкий, В.Н. и др. Подход к повышению безопасности труда посредством стандартизации процессов и операций ремонта карьерных автосамосвалов: опыт ОАО «Разрез Тугнуйский» / В.Н. Кулецкий, А.И. Каинов, A.B. Горохов, П.П. Яньков, A.B. Галкин // Уголь. - 2013. - №7. - С. 46-49.

9. Кулецкий, В.Н. и др. Рекорды как способ выявления и освоения потенциальных возможностей экскаваторно-автомобильного комплекса / C.B. Ясю-ченя, П.И. Опанасенко, В.Н. Кулецкий, А.И. Каинов, Д.В. Попов // Уголь. -2013.-№8.-С. 19-21.

Подписано в печать 25.09.2013. Формат 60x84 1/16 Печать оперативная. Печл. 1,1. Тираж 100 экз. Отпечатано с оригинал-макета в центре оперативной печати «Полёт» 454080, Челябинск, ул. Сони Кривой 58а, офис 1

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Кулецкий, Валерий Николаевич, Челябинск

ООО «Научно-исследовательский институт эффективности и безопасности горного производства»

(ООО «НИИОГР»)

На правах рукописи

04201365869 - ^

КУЛЕЦКИЙ Валерий Николаевич

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА РЕШЕНИЙ ПО ФОРМИРОВАНИЮ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА НОВОГО ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ

Специальности: 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая

и строительная) 25.00.21 - Теоретические основы проектирования горнотехнических систем

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -д-р техн. наук Артемьев В.Б.

Челябинск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 7

1.1. Актуальность формирования угольного разреза нового технико-технологического уровня..7

1.2. Научно-методическая база повышения технико-технологического уровня угольного разреза.............................................................................................................................................19

1.3. Цель, задачи и структура исследования......................................................................................32

Выводы по 1 главе................................................................................................................................34

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА НОВОГО ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ 35

2.1. Обоснование критериев для определения технико-технологических параметров угольного разреза.............................................................................................................................................35

2.2. Анализ норм проектирования угольных разрезов......................................................................48

2.3. Разработка методики определения техническо-технологических параметров угольного разреза.............................................................................................................................................54

Выводы по 2 главе:...............................................................................................................................65

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКСА РЕШЕНИЙ ПО ФОРМИРОВАНИЮ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА НОВОГО ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ 67

3.1. Разработка методического подхода и принципов формирования разреза..............................67

3.2. Разработка типовых технологических схем ведения горных работ.........................................73

3.3. Разработка стандартов производства работ в рабочих зонах....................................................94

Выводы по главе 3..............................................................................................................................104

ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСА РЕШЕНИЙ ПО ФОРМИРОВАНИЮ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА НОВОГО ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ 106

4.1. Подготовка и реализация технико-технологических решений на угольном разрезе..........106

4.2. Оценка социально-экономических результатов реализации комплекса решений на угольных разрезах.......................................................................................................................117

4.3. Рекомендации по формированию угольного разреза нового уровня.....................................125

Выводы по 4 главе..............................................................................................................................128

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 130

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 134

ПРИЛОЖЕНИЯ 147

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы - разработка комплекса решений по формированию угольного разреза нового технико-технологического уровня, обеспечивающего высокий уровень эффективности и безопасности производства и возможность его дальнейшего повышения.

Идея - параметры угольного разреза нового технико-технологического уровня определяются исходя из технологически возможного функционального времени работы горно-транспортного оборудования.

Объект исследования - угольный разрез с карьерным автомобильным транспортом.

Основные задачи исследования:

2. Обосновать параметры угольного разреза нового технико-технологического уровня.

3. Выявить влияние параметров угольного разреза на эффективность и безопасность его деятельности.

Положения, выносимые на защиту:

2 3 2 3

3,0-3,5 тыс. м /м ; экскаваторами-драглайнами - 0,7-1,0 тыс. м /м ; для ведения добычных работ гидравлическими экскаваторами с обратной лопатой - 5,5-8,5 тыс. м2/м3 (п. 9 Паспорта специальности 25.00.22 «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»).

колесной бульдозерной техники на зачистке забоев и гусеничной на отвале -25-30 циклов/ч, гидравлических экскаваторов на добыче угля - 95-100 циклов/ч (п. 9 Паспорта специальности 25.00.22 «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»).

4. Формирование угольного разреза нового технико-технологического уровня, соответствующего возрастающим требованиям к эффективности и безопасности производства, достигается в результате разработки и реализации комплекса решений на основе изменения норм проектирования. Комплекс решений предусматривает высокий уровень функционального времени работы оборудования и формирование горнотехнической системы с параметрами, обеспечивающими работу соответствующего комплекта основного и вспомогательного оборудования на требуемом уровне функционального времени (п. 2 Паспорта специальности 25.00.21 «Теоретические основы проектирования горнотехнических систем», п. 9 Паспорта специальности 25.00.22 «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»).

Научная новизна работы:

Предложены критерии для определения технико-технологических параметров угольного разреза нового уровня: технологический максимум функционального времени работы горного и транспортного оборудования, максимум функционального соответствия основного и вспомогательного оборудования, минимум транспортной работы.

Обоснованы показатели угольного разреза нового уровня, обеспечивающие не менее 500 ч функциональной работы оборудования в месяц: единичная мощность горно-транспортного оборудования, соотношение вскрышных и добычных забоев, удельная площадь рабочей зоны и удельный объем бурения на каждый кубометр емкости ковша, - которые необходимо учитывать на стадии проектирования и достигать их запланированных значений при эксплуатации разреза.

Выявлена зависимость безопасности выполняемых в рабочей зоне работ от уровня стандартизации производственного процесса, характеризуемого долей функционального времени работы в календарном фонде времени.

Установлена зависимость себестоимости вскрышных и добычных работ от технико-технологических параметров рабочей зоны угольного разреза.

Практическое значение работы состоит в том, что результаты исследования могут быть использованы при проектировании угольных разрезов нового уровня, главным образом, при планировании их технико-технологических параметров, а разработанные типовые технологические схемы и стандарты - при совершенствовании функционирования действующих угольных разрезов.

Методы исследования. В работе использованы методы системного, структурно-функционального и факторного анализа, научного обобщения, математической статистики, графического моделирования, экспертных оценок.

Апробация работы. Результаты исследований и основные научные положения работы докладывались на научных семинарах и научно-технических советах предприятий ОАО «СУЭК» (г. Москва, 2009-2013 гг.), ООО «НИИОГР» (г. Челябинск, 2010-2013 гг.), ИГД УрО РАН (г. Екатеринбург, 2013 г.), ФГБОУ «МГТУ» (г. Магнитогорск, 2013 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 9 научных публикациях общим объемом 3,6 п.л., все - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Актуальность формирования угольного разреза нового технико-технологического уровня

Минерально-сырьевая база страны определяет эффективность функционирования практически всех отраслей промышленности, социальной сферы и, следовательно, место государства в мировой экономике, а угольная отрасль является важнейшей отраслью как мировой так и национальной экономики.

России принадлежит второе место в мире по запасам угля (табл. 1.1). Таблица 1.1 - Доля запасов угля по странам1

Страна Запасы каменного угля и антрацита, млн. т Запасы бурого угля, млн. т Всего %

США 111338 135305 238308 29

Россия 49088 107922 157010 19

Китай 62200 52300 114500 13

Индия 90085 2360 92445 10

Австралия 38600 39900 78500 9

ЮАР 48750 0 48750 5

Украина 16274 17879 34153 4

Казахстан 28151 3128 31279 3

Прочие 34285 71499 114119 8

ВСЕГО: 478771 430293 909064 100%

Важным подтверждением стратегического значения угольной отрасли можно считать инициативу правительства России о переводе электростанций с газа на уголь, намерение ОАО «Газпром» и ОАО «СУЭК» о создании совместного предприятия, которое может стать мощным предприятием на рынке угля и электроэнергии, а также намерение Правительства РФ увеличить долю потребления угля и уменьшить долю потребления газа.

В настоящее время, потенциал роста добычи угля не полностью оценен рынком топливно-энергетических ресурсов. «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года», которая принята Правительством РФ в 2003 г., определяет потребность России в угольной продукции к 2020 г. в объеме до 430 млн. т. Это требует рассмотрения перспективных возможностей развития угольной от-

1 Шматко, С.И. Доклад Министра энергетики РФ С.И. Шматко «О мерах по комплексному развитию угольной отрасли РФ и его законодательному обеспечению» / С.И. Шматко // Уголь. - 2011. - №1. - С. 4-10.; Юксвярав, Р.К., Хабакук, М.Я., Лейманн, Я.А. Управленческое консультирование: теория и практика. М.: Экономика, 1988.; Яковлев, В.Л. и др. Методологические аспекты стратегии освоения минеральных ресурсов / В.Л. Яковлев, A.B. Гальянов. - Екатеринбург: УрО РАН, 2001. - 152 с.

расли России и поиска путей решения проблем . Основные решения касаются потенциальных возможностей добычи угля в рассматриваемых объемах, целесообразности вложения в угольную промышленность значительных инвестиций, а также учета факторов, которые способствуют развитию угольной отрасли. По мнению экспертов, с учетом прогнозируемого повышения внутренних цен на газ, цены на энергетический уголь будут расти.

Коксующийся уголь в будущем не так привлекателен, так как используется в основном в сталелитейной промышленности. Цены на этот сорт угля по сравнению с текущим уровнем не сильно изменятся. В среднесрочной перспективе возможен рост объёмов добычи и повышение цен на энергетический уголь, что должно привести к существенному улучшению финансовых показателей российских угольных компаний.

По итогам 2012 г. в десятку наиболее крупных угледобывающих компаний в России вошли следующие (рис. 1.1).

Кузбассразрезуголь (УГМК) СУЭК-Кузбасс СУЭ К-Красноярск ХК СДС-Уголь Востсибуголь (Иркутскэнерго) Южный Кузбасс (Мечел-Майнинг) р. Тугнуйский (СУЭК) Северсталь Ресурс Южкузбассуголь (ЕВРАЗ) СУЭК (Республика Хакасия)

45416

10000 20000

30000 40000 50000 Объем добычи, тыс. т

Рисунок 1.1 - Наиболее крупные производители угля в России за 2012 г.

К 2020 году в соответствии с «Энергетической стратегией России на период до 2020 года» на одного занятого в отрасли рост производительности труда должен увеличиться в 3-4 раза4.

В настоящее время на многих предприятиях отсутствуют эффективные системы управления, достаточно обоснованные стратегии развития. Это побуж-

: [Электронный ресурс] // http://www.norm-load.ru.

1 Итоги работы угольной промышленности России в 2012 году // Уголь. - 2013. - №3.

4 Азев, В.А. Совершенствование систем организации и планирования в условиях интенсивного развития производства на угольных разреза: Дисс. ... канд. техн. наук / В.А. Азев. - Москва, 2011. - 137 е.; Воробьев, Б.М. Уголь мира / Б.М. Воробьев; под общ. ред. Л.А. Пучкова. - М. : Горн, кн., 2007 - Т. 1 : Глобальный аспект. - 2007. - 309 е.; Трубецкой, К.Н., Краснянский, Г.Л., Хронин, В В. Проектирование карьеров. В 2-х тт. - М.: Изд-во АГН, 2001. - 1054 с.

дает компании искать пути выхода из экономического кризиса и разрабатывать механизмы реструктуризации своих предприятий 5.

На многих угледобывающих предприятиях России проводится активное технико-технологическое перевооружение, но достигнутый уровень производительности оборудования и труда персонала, безопасности производства в разы (3-5 раз) ниже, чем на предприятиях в экономически развитых странах (рис. 1.2).

Производительность, тыс.т/чел.-год

9.0 -г-

Кч. чел/млн.т: Кч. чел/1000 труд.

—г 0.9

I Проюводителкность, ты с rfam гсщ ! Тршопж ol чеп/шш т I Тршотш см чеп/1000 труд

ЕЙ

0.8 0,7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

США

Россия

ОАО МСУЭКМ

Рисунок 1.2. - Средние показатели угольной промышленности за 5 лет

Опыт развития мировой угледобывающей промышленности показывает, что отечественные угольные предприятия для обеспечения необходимого уровня конкурентоспособности должны повысить эффективность использования ресур-

сов в 2-3 раза, а уровень промышленной б

Информация о работе

Кулецкий, Валерий Николаевич
кандидата технических наук
Челябинск, 2013
ВАК 25.00.22

Диссертация

Разработка комплекса решений по формированию угольного разреза нового технико-технологического уровня - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы