CC BY
40
НАР 18
КЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯК
РНЯКА-
МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000 года
^ Ф.И. Ягодкин, И.Н. Вершинина,
2000
УДК 622.258.4
Ф.И. Ягодкин, И.Н. Вершинина
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ НА СКОРОСТЬ ПРОХОДКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТРУДА
од технологией строительства вертикального ствола понимают совокупность производственных процессов, протекающих во времени и пространстве с определенной последовательностью с использованием заданных материалов и оборудования с целью создания объекта в установленные сроки с проектными техническими решениями.
Основными параметрами технологии, влияющими на ее эффективность, является коэффициент интенсивности Кин - отношение полезного времени в цикле к сумме полезного времени и времени простоев, связанных с технологией ведения работ, техническая оснащенность (энерго-вооружен-ность), подъемовооружен-ность, грейферовооруженность, пневмовооруженность.
Анализируя конечные результаты процессов сооружения вертикальных стволов в обычных условиях с различными параметрами, назначением и технической оснащенностью с 1952 по 1990 год, можно проследить основные тенденции и закономерности развития технологий. За рассматриваемый период совершенствовались оснащение поверхности и забоев стволов, технологические схемы проходки, уровень технической оснащенности. По этим признакам можно выделить три качественно различных периода работ по сооружению вертикальных стволов: с 1952 по 1958 г., с 1959 по 1964 г. и с 1965 по 1990 г.
Для периода 1952-1958 гг. наиболее характерными признаками явля-
поверхности для оснащения стволов к проходке. В качестве забойных машин применялись грейферные грузчики с ручным вождением (БЧ-1у), бурильные молотки ОМ-506 для шпуров глубиной 2-2,5 м, бадьи БПН вместимостью - 1,5; 2 м3, временная крепь в зоне забоя и постоянная крепь из штучных материалов, а также параллельная схема проходки, которая заменила последовательную с временной крепью. Работы по проведению выработок, сопрягающихся со стволами, и армированию велись по последовательной технологии и после окончания проходки ствола до проектных отметок.
Из-за совмещения основных процессов и операций при параллельной технологической схеме проходки значительно снизились затраты времени, приходящиеся на 1 м подвигания забоя ствола, повысилась производительность труда проходчиков (несмотря на высокую трудоемкость работ), что способствовало высокому росту технических скоростей проходки.
Во втором периоде (1959-1964 гг.) при оснащении предусматривалось максимальное использование постоянных зданий и сооружений, в первую очередь, постоянных копров и подъемных машин. Для проходки стволов начали применять новую технологическую схему (совмещенную), стволовые комплексы (КС-3, КС-2у, 2КС-2у, КС-1м), тюбинговую крепь и монолитный бетон. Бурение шпуров велось перфораторами с ручным управлени-
ем ПР-24лс, ПР-30лс. Увеличилась энерговооруженность, возросли и другие параметры механовооруженности (подъем-, грейферо- и пневмовооруженность). Снизилась трудоемкость работ по выемке породы и возведению постоянной крепи за счет применения новых видов крепей, бадей БПС, грейферных пневматических грузчиков с более высокой производительностью (КС-3) и механическим вождением (КС-2У/40).
Несмотря на увеличение технической оснащенности в 2 раза, среднегодовой прирост технических скоростей проходки снизился до 3,2 м (вместо 6 м в первом периоде). Наблюдалась тенденция, когда показатели технической оснащенности и затраты на оснащение стволов значительно возрастали, а прирост параметров производственного процесса проходки снизился.
При широко применявшейся совмещенной технологической схеме проходки процессы проходческого цикла велись последовательно прерывно, из-за этого уменьшилась доля полезного времени цикла до 0,53 (или на 40 %) по сравнению с параллельной, а доля времени технологических потерь возросла с 0,24 до 0,47. Все это снизило использование высокопроизводительного общешахтного и технологического оборудования.
Третий период 1965-1990 гг. характеризуется строительством и реконструкцией крупных шахт производственной мощностью 1,5-4 млн т в год со стволами глубиной от 900 до 1400 м. Для ускорения работ по сооружению вертикальных стволов максимально использовались постоянные здания и сооружения, в том числе башенные копры, проходческие передвижные, временные и стационарные постоянные подъемные машины; осуществлялось предварительное тампонирование водоносных пород по всему стволу; применялись совмещенная и последовательная технологические схемы проходки ствола; использовались погрузочные машины грейферного типа с механическим вождением, а для выдачи породы -бадьи вместимостью до 5,5 м3, бурильные установки для бурения шпуров 4-4,5 м. В качестве ВВ в стволах применялся скальный аммонит, прессованный в патронах диаметром 45
мм. Работы велись по цикличному и многоцикличному графику.
Средние технические скорости проходки при совмещенной схеме на многих стволах в отдельные месяцы превышали 70-90 м/мес. Параллельная технологическая схема применялась лишь на нескольких стволах. При этой схеме увеличилась доля полезного времени цикла до 0,88, снизились удельные затраты времени на
1 м подвигания забоя, повысилась средняя и максимальная производительность труда на выход одного проходчика до 7-8 м3 готового ствола.
С увеличением глубины стволов абсолютные средние значения продолжительности отдельных этапов работ возрастают, при этом средние скорости сооружения стволов изменяются незначительно. Затраты времени, отнесенные к 100 м сооружения различных глубин, сохраняются почти постоянными. С ростом глубины стволов увеличилась продолжительность работ отдельных этапов, при этом наблюдается тенденция снижения затрат времени на проходку основной части ствола с зумпфом.
Сохранение совмещенной технологии с последовательным и прерывным выполнением производственных циклов и процессов приводит к потерям общего времени работ до 50 % и оказывает негативное влияние на интенсивность работ и использование основных ресурсов производства, невысокому коэффициенту интенсивности.
Анализ технологии и организации сооружения вертикальных стволов в период с 1952 по 1990 годы позволяет сделать следующие выводы:
1. Проведение производственных и технологических процессов сохранилось последовательным и прерывным. При этой технологии подготовительно-переходные периоды и техно-
Рис. 1. Изменение основных показателей сооружения вертикальных стволов: 1 - энерговооруженность, кВт/м2;
2 - производительность труда на выход од-
ного проходчика готового ствола, м3; 3 -
подъемовооруженность, м3/м2; 4 - средние
технические скорости проходки м/мес; 5 -
среднегодовой прирост энерговооруженности, кВт/м2; 6 - средняя глубина шпуров, м;
7 - средняя глубина стволов, м; 8 - средний прирост технической скорости проходки, м в год; 9 - параметр интенсивности производственного процесса Кин.
логические потери составляют до 50 % общего времени выполнения работ, что оказывает негативное влияние на интенсивность процессов и эффективность использования производственных ресурсов.
2. Прослеживается тенденция постоянного роста показателей затрат на оснащение и несоответствие их результатам процесса. Диспропорция этих показателей постоянно возрастает (рис. 1).
6. С 1964 года, когда совмещенная технологическая схема проходки стала основной, сохранился уровень достигнутых технических скоростей проходки, хотя техническая оснащенность возросла в 4-5 раз и широкое применение получили высокопроизводительные комплексы, бурильные установки, бадьи БПС и БПСД вместимостью 3 м3 и более.
7. Скорости армирования и проведения выработок, сопрягающихся со стволами, возросли лишь на 65-90%.
8. Коэффициент использования общешахтного и технологического оборудования не превышал 0,3-0,4 времени цикла работ. С помощью этих же машин при параллельной технологической схеме еще в 19551970 гг. достигались скорости проходки - 202,1, 209,5, 264, 390,1 и 401 м/мес, производительность труда на выход одного проходчика до 5-8 м3 готового ствола в свету, а затраты времени на 1 м проходки снизились до 1ч 40 мин (в то время, когда на проходку 1м затрачивалось в среднем 13-14 часов).
9. Средние скорости сооружения вертикальных стволов различных глубин не превышали 13-16 м/мес.
На основании статистического анализа исполнительной документации проходок и проектной документации установлено, что:
• при одинаковой технической оснащенности, показателях буровзрывных работ и прочих равных условиях, но при различной (т.е. при различных значениях основного параметра Кин) технологии интенсивность процесса и результаты проходки неодинаковы. Достигнуты высокие и рекордные скорости проходки и производительность труда там, где основной параметр технологии более 0,74-0,9;
• при параллельной технологической схеме (по сравнению с совмещенной) удельные затраты времени ниже на 30-50 %, технические скорости выше в 1,5-2 раза, а производительность труда - в 1,3-1,4 раза. Это обусловлено тем, что вследствие совмещения основных технологических процессов доля полезного времени цикла увеличилась до 0,74-0,88, затраты времени на технологические потери снизились до 26-12 %;
• при совмещенной схеме основные технологические процессы ведутся последовательно, удельные затраты времени (по сравнению с последовательной) снизились на 19 %, а стоимость 1 м ствола - на 9 %, технические скорости проходки и производительность труда - соответственно возросли на 23 и 25 %. При этой схеме технологические потери времени
Таблица
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ
ИЧЕСКИХ СХЕ
500
иоо
300
200
1952 1958
последовательной схемой за 100 циклов
равны 47 %, параметр интенсивности процесса равен 0,53, использование технологического оборудования составляет 45 % времени цикла. При последовательной и совмещенной схемах проходки основной параметр технологии Кин равен 0,43-0,53;
• при достигнутом уровне технической оснащенности и буровзрывном способе разрушения пород увеличение скоростей проходки в 1,5-2 раза, производительности труда в 1,3-1,5 раза и снижение стоимости 1 м ствола на 20-25 % могут быть получены за счет повышения доли полезного времени (т.е. применения параллельной технологической схемы проходки);
• фактические техническая скорость, производительность, продолжительность и стоимость выполнения отдельных работ и всего процесса в целом вследствие многофакторности условий проходки отличаются от проектных в 1,5-2 раза.
Структура рабочего времени наиболее распространенной совмещенной схемы характеризуется следующими данными (табл.): полезное время цикла - 43, 2 %, технологические потери - 56,8 % (по организационным причинам - 5,9 %, технологическим причинам - 34,5 и конструктивным - 16,7 %)
Оценивая динамику развития технико-экономических показателей сооружения стволов, следует отметить,
что в течение предшествующих 1990 году 20 лет, существенного улучшения основных технико-экономических показателей не наблюдалось (1968 год - средняя скорость проходки 49,6 м/мес, производительность проходчиков - 1,55 м3/чел.-смену; 1990 год -соответственно 46,2 м/мес и 1,4 м3/ чел.-смену), несмотря на возросший уровень механизации бурения шпуров до 89 % и погрузки породы до 99 %. Аналогичная ситуация сложилась со средними скоростями сооружения стволов, которые в 1990 году не превышали для клетевых стволов - 8,9 м /мес., скиповых - 7,9 м/мес, вентиляционных и воздухоподающих - 10 м/ мес.
В горнодобывающей промышленности в последние 25-30 лет вертикальные стволы в большинстве случаев проходились буровзрывным способом по одной совмещенной схеме, с одними унифицированными техническими решениями и комплексом оборудования независимо от большого разнообразия условий строительства. Следствием этого является длительное отсутствие прогресса в области строительства вертикальных стволов, несмотря на отдельные бесспорные научно-технические и проектные достижения.
Таким образом, одной из основных причин сложившихся отрицательных тенденций в строительстве
вертикальных стволов в горнодобывающей промышленности следует считать исключительное применение совмещенной технологической схемы проходки и последовательной схемы армирования, независимо от горногеологических условий, технических решений проекта и стратегии строительства предприятия, а также морально устаревшее оборудование, созданное более 25-30 лет назад, наблюдается застой в динамике развития технико-экономи-ческих показателей сооружения вертикальных стволов, длительное время не наблюдается развитие технологических схем ведения работ, господствует монотехнология, не происходит модернизация и смена поколений оборудования, что противоречит тенденции развития шахтного строительства в мировых горнодобывающих странах.
Из сказанного вытекает настоятельная необходимость выполнения системного анализа развития стволо-строения за последние 40-59 лет, исследования структуры применяемых технологий, их основных параметров, закономерностей, влияния их на конечные результаты с целью определения основных направлений совершенствования техники и технологии сооружения вертикальных стволов в отечественном шахтном строительстве в условиях развивающихся рыночных отношений.
./■
Ягодкин Ф.П., Вершинина П.П. университет, і. Шахты.
Южно-Российский государственный технический
