CC BY
18
© В.М. Забабурин, 2014
УДК 622. 367 В.М. Забабурин
ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ ПАВЫ КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ДОБЫЧИ УГЛЯ
Предложен способ повышения функциональности очистных забоев угольных шахт. Установлена корреляционная связь между рабочими параметрами комплексно-механизированных лав и показателями их безопасности и экономической эффективности. Определены зоны оптимума основных влияющих факторов. Ключевые слова: безопасность, риск, функциональность, экономическая эффективность, очистной забой, зона оптимума, корреляция, эрготическая система, рабочие параметры.
На современных угольных шахтах проблема снижения производственной опасности и уровня экономических потерь весьма актуальна. Одним из наиболее перспективных путей ее решения, на наш взгляд, является комплексная оптимизация организационно-технологических параметров горного объекта по факторам безопасности и экономической эффективности. В качестве объекта исследования целесообразно принять комплексно-механизированные лавы, т.к. доля травм и затрат в них составляет 40-50 % от аналогичных показателей по шахте.
Функционирование лавы как элемента производственной системы зависит от трех факторов-аргументов: производительность, безопасность и экономическая эффективность. Поэтому очевидным является наличие рационального предела использования, или зоны оптимума, этих показателей. В частности функциональность очистного забоя обусловлена компромиссом между объемами добычи угля, уровнем производственной опасности и экономическими затратами. Комплексно-механизированный
очистной забой считается высоко функциональным, если обеспечивается высокая нагрузка на лаву при минимальных значениях травматизма и затрат. Наши исследования сводятся к поиску зоны оптимума основных влияющих организационно-технологических факторов. В качестве таковых приняты рабочие параметры лав: ее длина и скорость подвигания забоя, т.к. они, во-первых, управляемы, а во-вторых, имеют объективную функциональную и корреляционную связь со всеми тремя составляющими функциональности исследуемой системы.
За критерий оценки безопасности труда в исследуемых лавах принимаем вероятностный показатель - риск травмирования шахтеров. В качестве критерия экономической эффективности используем эксплуатационные затраты на добычу угля по лаве. Выбранный критерий позволяет достаточно корректно оценить параметры очистного забоя с экономической точки зрения.
Исследование влияния основных факторов на безопасность труда и эксплуатационные затраты проводи-
Таблица 1
Модели взаимосвязи рабочих параметров лав с уровнем риска травмирования
Технология добычи угля Уравнения парной корреляции по фактору
Длина лавы Ь, м Скорость подвигания очистного забоя V, м/см
Узкозахватный комбайн ЯЬ = 1017,1 - 8,83Ь + 0,02 Ь2 п , 128 Я, = 46,5 +- Г у
Струговая установка ЯЬ = 1214,25 -11,72Ь + 0,03Ь2 и ЛИ 189 Яу = 13,5 +- у у
Таблица 2
Модели взаимосвязи рабочих параметров лав с эксплуатационными расходами
Технология добычи угля Уравнения парной корреляции по фактору
Длина лавы Ь, м Скорость подвигания очистного забоя V, м/см
Узкозахватный комбайн СЬ = 175,1 - 0,7 Ь + 0,001Ь2 Су = 95 - 10
Струговая установка СЬ = 142,2 - 0,36Ь + 0,0003Ь2 Су = 142 - 40 у у
лось методом корреляционного анализа по данным работы 24 комплексно-механизированных очистных забоев. Целевой функцией при этом являются риск травмирования (К, балл) и эксплуатационные затраты на очистную добычу (С, руб/т), а в качестве факторов-аргументов приняты длина лавы (Ь, м) и скорость подвигания очистного забоя (V, м/смену). Модели парной корреляции разработаны с учетом двух видов добычной техники: узкозахватных комбайнов и струговых установок - и представлены в табл. 1 и 2.
Длина лавы, при которой риск травмирования принимает минимальные значения для комплексов с узкозахватной техникой равна 220 м, для лав со стругами - 205 м (рис. 1).
До этих значений увеличение длины лавы способствует снижению риска травмирования из-за уменьшения влияния на его величину ниш и сопряжений, в которых по статистике
почти в 2 раза больше травм, чем в остальной части лавы.
Дальнейшее возрастание длины комбайновых лав до 300 м и струговых до 260 м вызывает увеличение уровня травматизма, что обусловлено падением эксплуатационной надежности забойного оборудования и проблемами, связанными с его техни-
Рис. 1. График зависимости риска травмирования от длины лавы: 1 - для
узкозахватных комбайнов; 2 - струговых комплексов
Рис. 2. График зависимости эксплуатационных расходов от длины лавы: 1
- для узкозахватных комбайно^; 2 -.струговых комплексов ""
Рис. 3. График зависимости риска травмирования от скорости Подвига -ния: 1 - для узкозахватных комбайнов;. 2 -струговых комплексов
ческим обслуживанием.
Длина лавы, при которой эксплуатационные расходы по лаве принимают минимальные значения для комплексов с узкозахватной техникой равна 235 м, для лав со стругами -200 м (рис. 2).
При увеличении длины лавы до определенного значения наблюдается снижение эксплуатационных затрат на очистную добычур Еапыщйшее увеличение длины лавъг > приводит к росту эксплуатационных расходов из-за возрастания стоимости ^Эбойного оборудования и ущерба, связанного с простоями добычной техники. Совершенно очевидно нали2^0рпреде-
150
100
ленного предела рационального увеличения длины лавы, после которого при незначительном приросте объемов добычи угля происходит увеличение себестоимости добычи 1 т угля.
Таким образом, оптимальная область применения механизированных комплексов по длине лавы, с точки зрения безопасных условий труда, будет одновременно и экономически эффективной.
Для установления влияния скорости подвигания очистного забоя на риск травмирования и эксплуатаци- -\
онные затраты воспользуемся представленными выше корреляциойными моделями.
Из графика (рис. 3) видно, что с увеличением скорости подвигания комплексно-механизированных очистных забоев уровень риска травмирования имеет тенденцию к снижению. Это связано, в первую очередь, с уменьшением опасности обрушения пород непосредственной кровли из-за снижения горного давления на крепь.
180 VBe^yeHHe22gKopogi6i под^ания^ 300 L м забоя (с 1,0 до 2,4 м/см) приводит в комбайновых лавах к снижению риска травмирования в 1,7 раза, в струговых - в 2,0 раза. В дальнейшем кривая выполаживается, однако увеличение скорости подвигания более 2,2 м/смену будет способствовать снижению риска травмирования и росту нагрузки на забой.
В рассматриваемых комплексно-механизированных лавах на всем интервале изменения скоростей подвигания забоя величина эксплуатационных затрат резко убывает (рис. 4).
Увеличение скорости подвигания очистного забоя в 2 раза приводит к снижению эксплуатационных расходов в комбайновых лавах в 2,7 раза,
7
V, м/смену
Рис. 4. График зависимости эксплуатационных расходов от ОкорусзМпод-вигания: 1 - для узкозахватных комбайнов; 2 - струговых комплексов 1 00
в струговых - в 5,0 раз, что 9(&слов" лено ростом производительное»! труда и объемов добычи без существенного увеличения расходов на^^рпла-
ту, материалы и амортизацию оборудования.
Однотипный характер влияния изменения скорости подвигания в рассматриваемых интервалах на риск травмирования и эксплуатационные затраты позволяют рекомендовать увеличение скорости как одно из основных направлений снижения производственной опасности и повышения экономической эффективности при добыче угля на шахте.
Таким образом, коррелирование рабочих параметров лав с показателями безопасности и экономической эффективности позволит корректно обосновать границы интервалов их оптимального использования и повысит эффективность конструирования горного производства по этим факторам. ЕШ
60 на-
коротко ОБ АВТОРЕ
Забабурин Владимир Михайлович^О&нпшш технических наук, доцент, Южно-Российский государственный политехническийуниверситет (НИИ) имени М.И. Пдатова, кафедра «Безопасность жизнедеятельности и охр30 окружающей среды», e-mail: [email protected].
20 2
10
-О-
UDC 622. 367
OPTIMIZATION OF WORKING PARAMETERS OF OF SAFETY AND EFFICIENCY OF COAL MINING
I1 ¿AVA 1S1VIEA1ISQ)F irlc^EASE^ ^1 ^ ^1 ^
Zababurin V.M., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, South-Russian State Technical University (NPI) after MI Platov, e-mail: [email protected]
It is offered method raise functional of the extraction faces of the coal mines. Establishment correlation between working parameters of the complex mechanization faces and indexes heir safety and economic effectual. Define optimal zones of the fundamental influential factors.
Key words: safety, risk, functional, economic effectual, extraction face, optimal zone, correlation, er-hotic system, working parameters.
A
