Исследование зависимости производительности экскаватора от емкости ковша, длины рабочего фронта и ширины рабочей площадки на уступе

© К.В. Аникин, 2014

УДК 622.012.3 К.В. Аникин

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЭКСКАВАТОРА ОТ ЕМКОСТИ КОВША, ДЛИНЫ РАБОЧЕГО ФРОНТА И ШИРИНЫ РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ НА УСТУПЕ

Представлен анализ влияния длины фронта работ и ширины рабочей площадки на уступе на производительность карьерных экскаваторов с емкостью ковша от 5 до 40 м3. Создана математическая модель для оценки производительности различных экскаваторно-автомобильных комплексов с учетом организации работ на уступе, в которой рассматривались четыре модели экскаваторов: ЭКГ-5, ЭКГ-10, Р&Н 2300 (25 м3) и Р&Н 4100 (40 м3), а также буровой станок СБШ-250МН. Для каждого из указанных экскаваторов смоделированы двенадцать вариантов условий работы путем рассмотрения различных комбинаций ширины рабочей площадки и длины рабочего уступа.

Ключевые слова: производительность экскаватора, длина фронта работ, ширина рабочей площадки, организация горных работ, уступ, экскаваторно-автомобиль-ный комплекс.

Степень изношенности экскаваторного парка оборудования на горных предприятиях России в настоящее время превысила 80%. Значительное часть этих машин эксплуатируются на карьерах и разрезах уже более 15-20 лет и практически полностью выработали свой ресурс. Так, только в Кузбассе более 40% машин имеют сверхнормативные сроки службы. Производительность таких физически и морально изношенных экскаваторов на 40-50%) ниже, чем у их современных аналогов с той же вместимостью ковша.

В связи с этим многие горные предприятия России, не смотря на разразившийся мировой финансовый кризис, сейчас делают ставку на современную карьерную технику, в том числе импортного производства. Все больше приобретается техника большой единичной мощности, на смену 10-15 кубовым экскаватором пришли новые машины с емкостями ковша 25, 35 и даже 45 м [1]. Поэтому в такой «новой» обстановке нельзя не учиты-

вать определенные особенности применения современных экскаваторно-автомобильных комплексов большой единичной мощности; более детально необходимо изучить вопросы их эффективного применения.

Как известно, эффективность работы экскаватора во многом определяется его производительностью. На производительность экскаватора влияют: трудность разработки горной массы, состояние и надежность экскаватора, квалификация машиниста, качество забоя, условия подхода транспорта к месту погрузки, освещенностью. Но не меньшее влияние на производительность оказывает организация работ на уступе, которая определяется параметрами уступа, последовательностью отработки блоков на уступе, видами работ и процессов, количеством автосамосвалов, состоянием дорог, снабжением топливом, энергией, запасными частями и т.п.

Для оценки производительности различных экскаваторно-автомобиль-

2 Ca

» Si

ГО H X S Ж О

Ц

i-iv oa

§1 " s

a

СП в

oo

-°S

^ s о g О S

2 0

Производительность сут., м3 Производительность сут., м3

Ю --J ю

СЛ СЛ Ol

о S S

о о о

IO ю M

СЛ СЛ

о О

О О

M fe О 00

СЛ СЛ СП СЛ

О О о О

о о о о

О ГО fe СЛ СЛ СЛ ООО ООО

О CD

s _

о о

Ю M

О К>

сл сл en

9 8 §

л

!

0

H

1

g*

s¡<

Ol

Производительность сут., м3 Производительность сут., м3

(О -VI to

сл сл сл

о о о

о о о

СЛ

о о

Ю

сл сл

о о

о о

••«J Сл

Ю ю to

сл сл

8 8

0) а\ и

J4

I

а "Ö s

о\

X

го

TS

s

OV

о д

го

V о

X

H

ai о О О

ных комплексов с учетом организации работ на уступе, была создана математическая модель, в которой рассматривались четыре модели экскаваторов: ЭКГ-5, ЭКГ-10, Р&Н 2300 (25 м3) и Р&Н 4100 (40 м3), а также буровой станок СБШ-250МН. Для каждого из указанных экскаваторов были смоделированы двенадцать вариантов условий работы путем рассмотрения различных комбинаций ширины рабочей площадки и длины рабочего уступа. Ширина площадки принималась - 40, 60 и 80 м. Для каждой из площадок длина фронта работ принималась равной 500, 1000, 1500 и 2000 м. Коэффициент использования экскаватора принимался неизменным и равным 0,65.

Моделирование вышеуказанных процессов производилось в программе Microsoft Office Project 2003 [2]. Учитывались следующие виды работ: подготовительно-заключительные и вспомогательные операции, зарядка скважин, проветривание, установка экскаватора, нарезка съездов, а также другие виды работ. Время, полагающееся на каждую из перечисленных операций, было взято из существующих нормативных документов [3, 4]. Затем информация об этих процессах, их продолжительности и совместности была занесена в программу.

После завершения обработки введенных данных, программа Microsoft Office Project 2003 рассчитывает критический путь (7) - минимальное время, необходимое для отработки уступа для каждого из рассматриваемых вариантов.

Оценка производительности комплекса производилась по следующей формуле

Vr

Q = , м3/сут.

где Vr - объем горных работ, м3; Т -минимальное время на отработку уступа, сутки.

Причем время на отработку уступа определялось исходя из длительности основных и вспомогательных процессов на уступе.

Результаты расчетов в виде зависимости производительности комплекса от длины уступа и ширины рабочей площадки для различных типоразмеров экскаваторного оборудования представлены на рисунке.

Необходимо отметить, что в настоящей компьютерной модели использовались несколько укрупненные значения при описании времени основных и вспомогательных операций, в результате чего в ряде графиков присутствует скачкообразное изменение производительности машин, тем не менее, из полученных графиков видно, что с ростом ширины рабочей площадки и длины фронта горных работ, наблюдается рост производительности комплекса оборудования на уступе, причем величина прироста производительности уменьшается с ростом длины фронта горных работ и ширины рабочей площадки уступа. Это связано, прежде всего, с упрощением организации работ на уступе, поскольку на небольших площадках и коротком фронте работ не представляется возможным объединение нескольких отдельных технологических операций и их параллельное выполнение, например нельзя даже совмещать формирование съездов при помощи бульдозера и экскавацию взорванных вскрышных пород, поскольку нет возможности размещения па одном уступе двух съездов. При увеличении ширины рабочей площадки становится возможно более рационально организовать выполнение всех процессов, повысить эффективность работы экскаваторного оборудования, например, за счет применения схем работы с двухсторонней установкой самосвалов под погрузку.

Вместе с тем для определения оптимальных параметров длины фронта и ширины рабочей площади на уступе необходимо учитывать также и эконо-

мические показатели предприятия в целом, поскольку увеличение ширины площадки ведет к увеличению текущих объемов вскрышных работ.

1. Аникин К.В. Перспективы применения экскаваторов с объемом ковша 20 м и более // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. - № 12. - С. 365-369.

2. Чатфилд Карл, Джонсон Тимоти. Microsoft Office Project 2003. Русская версия. Серия «Шаг за шагом». Пер. с англ. - М.: ЭКОМ Паблишерз, 2008.

_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Единые нормы выработки (времени) на открытые горные работы для предприятий горнодобывающей промышленности. - М.: НИИтруда, 1989.

4. Единые правила безопасности при взрывных работах: ПБ 13-407-01: Утв. Гос-гортехнадзором России от 30.01.01 № 3: Введ. 01.03.02. - Спб.: Деан, 2002. [¡233

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ_

Аникин К.В. - аспирант, e-mail: kanikin@bk.ru, МГИ НИТУ «МИСиС».

UDC 622.012.3

A STUDY OF CORRELATION SHOVELS PRODUCTIVITY, DIPPER CAPACITY, WORK FRONT LENGTH, AND BENCH WIDTH

Anikin K.V., Graduate Student, e-mail: kanikin@bk.ru,

Moscow Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS».

This article provides an analysis of influence of work front length and bench width on the productivity of mining shovels with dipper capacities from 5 to 40 m3.

The mathematical model to evaluate the performance of different excavator-automobile complexes taking into account the organization of works on the ledge that addresses four models of excavators: EKG-5, EKG-10, P&H 2300 (25 m3) and P&H 4100 (40 m3), as well as drill-rig TRD-250MN. For each of these excavators modeled twelve variants of working conditions by considering various combinations of the width of the working area and the length of working ledge.

Key words: shovel productivity, work front length, bench width, bench organization of mining operations, bench, truck and shovel operations.

REFERENCES

1. Anikin K.V. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten', 2009, no 12, pp. 365-369.

2. Chatfild Karl, Dzhonson Timoti. Microsoft Office Project 2003. Russkaya versiya. Seriya «Shag za shagom». Per. s angl. (Microsoft Office Project 2003. Russian version. Series «Step by Step». English-Russian translation), Moscow, EKOM Pablisherz, 2008.

3. Edinye normy vyrabotki (vremeni) na otkrytye gornye raboty dlya predpriyatii gornodobyvayushchei promyshlennosti (Uniform production standards (time) in open pit mining for mineral resource industry), Moscow, Nlltruda, 1989.

4. Edinye pravila bezopasnosti pri vzryvnykh rabotakh: PB 13-407-01: Utv. Gosgortekhnadzorom Rossii ot 30.01.01 № 3: Vved. 01.03.02 (Uniform safety rules for blasting: PB 13-407-01, Approved by Federal Mining and Industrial Supervision of Russia on January 30, 20113. Effective March 1, 20013.), Saint-Petersburg, Dean, 2002.