Обеспечение безопасного функционирования экскаваторно-автомобильных комплексов угледобывающих предприятий

скаваторной технике и карьерном автотранспорте являются горнотехнические, горно-геологические и погодно-климатические условия карьера. Совокупное влияние производственных, природных и социальных факторов на уровень производственного травматизма и профессиональной заболеваемости работников, обслуживающих ЭАК, установлено путем построения множественных корреляционно-регрессионных моделей:

тэ=35,15-3,66КТГ-23,38КТИ+0,24н-0,099вр-0,05с5,

=0,49, =7,69%, 2 =0,01, R2=0,99;

бэ=24,66-2,9·10-5р+0,13с5,

=0,91, =5,09%, 2 =0,03, R2=0,97;

та=0,75-4,63КТГ-27,69КТИ+0,36l+7,60·10-3h+0,15н+0,05с

=0,91, =6,92%, 2 =0,09, R2=0,91;

ба=-24,48-8,7·10-4р+0,53l+0,097h+0,03с5,

=2,85, =3,14%, 2 =0,06, R2=0,94.

Здесь тэ, та – количество травмированных работников, чел., бэ, ба – количество работников, обслуживающих карьерные экскаваторы и автосамосвалы соответственно, имеющих профессиональные заболевания, чел., КТГ, КТИ – коэффициенты технической готовности и технического использования, р - ресурс горно-транспортного оборудования, %, н - продолжительность неблагоприятной погоды, %, вр - контингент работников, имеющих высокую квалификацию, %, с5, с

Установленные зависимости между уровнями производственного травматизма, профессиональной заболеваемости и показателями, характеризующими техническое состояние горно-транспортного оборудования, горнотехнические, погодно-климатические и социальные условия производства, позволяют управлять безопасным функционированием ЭАК путем оперативного реагирования на изменения окружающей обстановки.

Оптимизация параметров технологических процессов,

обеспечивающих безопасное и эффективное функционирование

экскаваторно-автомобильного комплекса

Безопасное и эффективное функционирование ЭАК взаимосвязаны и взаимодополняют друг друга. Как обеспечение безопасности должно служить средством для повышения эффективности производства, так и поддержание высокого уровня безопасности производства невозможно без эффективной работы, так как экономическая ответственность за безопасность производства возложена на собственника угледобывающего предприятия.

Безопасная и эффективная работа ЭАК зависит, прежде всего, от совершенства применяемых машин и оборудования, технологических процессов, качества и своевременного выполнения ремонтных работ, осуществления ряда организационных мероприятий и отношения к этим вопросам инженерно-тех-нических работников и рабочих. Последовательность реализации технических, технологических и организационных решений зависит от целей собственника и возможностей предприятия.

Оптимизация параметров взрывных работ

Тенденция к увеличению темпов ведения открытых горных работ требует совершенства технологии ведения взрывных работ, так как от них во многом зависит эффективность ЭАК, всего технологического цикла на угольном разрезе. Травматизм и аварийность, связанные с применением взрывчатых веществ (ВВ), подтверждают актуальность вопросов совершенствования технологии и обеспечения безопасности взрывных работ.

Многолетнемерзлые породы разной прочности и трещиноватости, наличие мощных водоносных горизонтов, обмерзание стенок скважин и, вследствие этого, потеря диаметра обусловливают сравнительно низкую эффективность взрывных работ на угольных разрезах Южной Якутии, не позволяют использовать с достаточной точностью известные формулы для расчета параметров взрывания. Удельный расход ВВ - основной параметр взрывания, так как стоимость приобретения материалов является для предприятий одной из главных составляющих эксплуатационных затрат.

При взрывании горных пород вспучивание поверхности сопровождается образованием трещин, по которым происходит прорыв газов и, следовательно, непроизводительный сброс давления из зарядной полости. Чтобы задержать начало прорыва газов, который влияет на разрушающую энергию взрыва, необходимо знать предельное время, по истечении которого взрывные газы будут не способны производить метание породы, т.е. давление продуктов детонации не будет осуществлять выброс породы. На основе упруго-хрупкой модели разрушения горных пород получено решение данной задачи для случаев цилиндрического и сферического заряда взрывчатого вещества.

Инженерные расчеты действия взрыва сводятся, в основном, к получению геометрических характеристик взрыва: размеров и формы воронки или зоны взрыва, длины линии наименьшего сопротивления заряда и т.д.

Для определения радиуса (R) и глубины воронки взрыва выведены формулы, учитывающие радиус заряда ВВ; глубину заложения; плотность и массу (m) ВВ; давление, создаваемое ВВ на поверхности заряда; параметр (), зависящий от мощности заряда ВВ (1

R .

Преимущество данного соотношения перед аналогичными, полученными Боресковым М.М. и Ивановым Б.А. (R); Кузнецовым В.М. (R); Гаф-фней Е.С. (R) ; Холсэппл и Шмидт (R), в том, что оно учитывает мощность заряда ВВ.

Основной объем горной породы (95-98%), перемещаемой при взрывах, распределяется в непосредственной близости от взорванной выемки, образуя ее бортовые навалы. Однако отдельные куски могут разлетаться на значительные расстояния, представляя опасность для людей, техники и наземных объектов.

Как считают Мосинец В.Н., Абрамов А.В., Суханов А.Ф., Ходинов А.С., Тимченко А.И., Сандт Ф.Ф. и др., при значительной мощности взрываемого массива сопротивление воздуха не сказывается на дальности метания пород, оторванный массив движется в воздухе весьма компактной массой при сравнительно небольшой начальной скорости разлета, что позволяет определить дальность разлета взорванной массы по формулам элементарной баллистики, не учитывая сопротивление воздуха. Практика взрывания показывает, что эти выводы не подтверждаются.

Для получения формул, учитывающих сопротивление воздуха при определении радиуса безопасной зоны взрывных работ, можно воспользоваться дифференциальным уравнением теории внешней баллистики:

, (3)

где - скорость полета, - ускорение силы тяжести, t – время полета, b - коэффициент, учитывающий сопротивление воздуха.

Покровским Г.И. и Черниговским А.А. получено приближенное решение урав-нения (3). Точное решение, полученное путем введения угла наклона касательной к траектории полета тела относительно исследуемой поверхности, имеет вид:

, ,

где , постоянная

определена из начальных условий , угол вылета, v0 – начальная скорость куска породы.

Согласно Авдееву Ф.А., Барону В.Л. и Блейману И.Л., минимальная скорость вылета куска породы, начиная с которой необходимо учитывать сопротивление воздуха при расчете радиуса безопасной зоны, определяется по формуле . Это условие Овсиенко А.В. выводит приближенным способом из расчета полета куска породы в вертикальном направлении, при этом допустимую погрешность величин максимальных высот подъема в случаях с учетом и без учета сопротивления воздуха автор принимает равной 10%. Условие, более точно определяющее vmin, имеет вид:

, (4)

где n – погрешность. В частности, при n=10% и b=110-3 условие (4) принимает вид:

. (5)

Значения vmin, рассчитанные по (5) при различных углах 0, сведены в табл. 5.

Данные табл. 5 показывают, что значение скорости, начиная с которого необходимо учитывать сопротивление воздуха при определении радиуса безопасной зоны, при большой погрешности составляет 44,3м/с, что противоречит выводам Мосинец В.Н. и Абрамова А.В., утверждающим, что начальная скорость разлета кусков породы не превышает 45м/с, при таких скоростях сопротивлением воздуха можно пренебречь.

Таблица 5

0, град	10	20	30	40	50	60	70	80
vmin, м/с	81,2	59,3	50,1	46,4	44,3	44,4	44,3	46,2

Взрывом необходимо произвести не только отбойку части горного массива, но и разрушить его до определенной крупности, обеспечивающей максимальную производительность и наименьший износ горно-транспортного оборудования.

Трещиноватость пород оказывает экранирующее действие на волны напря-жения, локализует дробящее действие заряда ВВ в одной или нескольких прилегающих заряду отдельностях, образующих зону регулируемого дробления. Остальной объем подвергается действию не заряда, а разрушенной породы из зоны регулируемого дробления. В этом объеме разрушение носит вероятностный характер. На основе закона Розина-Раммлера выведена формула, устанавливающая зависимость среднего размера взорванного куска породы от масштаба взрываемого блока горной породы:

Здесь R* – радиус образца горной породы, k, m – постоянные, зависящие от свойств ВВ и структуры породы.

Оптимизация погрузочно-транспортных работ

Организация движения автосамосвалов, осуществляемая по замкнутому циклу, приводит к повышенным простоям, как автосамосвалов, так и экскаваторов в условиях угольных разрезов Южной Якутии. Все это сопровождается значительными потерями времени и объемов, обусловленными, в первую очередь, неудовлетворительной организацией работы ЭАК. В связи с большим грузопотоком и использованием средств автотранспорта повышенной грузоподъемности приходится оперативно перераспределять автосамосвалы между экскаваторами, не учитывая при этом сочетание емкости ковша экскаватора и емкости грузовой платформы автосамосвала, что существенно сказывается на сменной производительности машин.

Число рабочих автосамосвалов на один экскаватор – основной фактор, определяющий затраты предприятия. В практике предприятий широко применяется метод, согласно которому число автосамосвалов определяется из условия обеспечения требуемого объема перевозок при непрерывной работе экскаваторов и ритмичной подаче средств транспорта в забой. Известно, что погрузочно-транспортные процессы носят вероятностный характер, поэтому при формировании автопарка необходимо учитывать возможные отказы и простои техники по различным причинам. Не учет этих факторов приводит к недостоверным прогнозам производительности комплекса и не может обеспечить оптимальный по экономическому критерию результат.

Как показал анализ, горно-транспорт-ное оборудование может находиться в одном из следующих дискретных состояний: s1 – тех-ника исправна, простаивает по организационным причинам; s2 – техника исправна, ра-ботает; s3 - техника не работает, причина неисправности устанавливается; s4 - причина не-исправности найдена, техника ремонтируется. Переходы из одного состояния в другое могут

Рис.10. Граф состояний горно-транспортного оборудования

происходить в любые случайные моменты времени, т.е. в системе протекает марковский процесс с непрерывным временем. Все потоки событий - простейшие, значит, интенсивности ij (i, j=1, 2, 3, 4) потоков, порождающих переходы, постоянны и не зависят от времени t.

С целью оптимизации погрузочно-транспортных работ определены вероятности возможных дискретных состояний горно-транспортного оборудования. Размеченный граф состояний системы имеет вид, изображенный на рис.10. Система эргодична, следовательно, существуют предельные вероятности p1, p2, p3, p4, не зависящие от времени и от состояний системы в начальный момент времени:

Далее можно перейти к нахождению оптимального количества автосамосвалов и моделированию взаимодействия технически исправных автосамосвалов и экскаваторов в погрузочно-транспортном процессе с целью сократить время пребывания машин в состоянии s1 и увеличить время пребывания в состоянии s2.

Практика горнодобывающих предприятий показывает, что при формировании ЭАК в условиях больших объемов работ с экономической точки зрения более целесообразным является принцип применения меньшего количества тех-ники большей единичной мощности. Такой подход является целесообразным и с позиции безопасности: увеличение количества автотранспорта на разрезах приводит к увеличению риска аварий и связанных с ними производственных травм (рис.11). В то же время с увеличением доли большегрузных автосамосвалов количество несчастных случаев уменьшается (рис.12).

Рис.11. Зависимость между количеством производственных травм и количеством автосамосвалов	Рис.12. Зависимость между количеством травм и долей большегрузных автосамосвалов
Обратная зависимость наблюдается между грузоподъемностью автосамосва-лов и количеством несчастных случаев, приходящихся на одну единицу техники (рис.13). Таким образом, увеличение гру-зоподъемности автотранспорта является одним из резервов повышения безопасности ЭАК. Следовательно, определение оптимального по количеству и грузоподъ-	Рис.13. Зависимость между грузоподъемностью автосамосвалов и количеством травмированных водителей (в расчете на 1 сп. автосамосвал)