Об учете влияния аварийных ситуаций при оценке остаточного ресурса шахтных подъемных установок

Заключение. Подводя итог исследованию причин оставления запасов за контуром карьера, авторами отмечается следующее:

1. Законтурные запасы полезных ископаемых имеют место на многих карьерах.

2. Установлены основные факторы формирования законтурных запасов: сложность геологического строения месторождения, системы детальной геологической и эксплуатационной разведки (в т.ч. опробование), установленные кондиции, методы подсчета запасов, проектные технологические решения, горнотехническая ситуация при эксплуатации карьера.

3. При рассмотрении и анализе горногеологических условий отработки месторождения «Т»

в качестве примера установлены значительные запасы ценных руд, не вовлеченные в добычу открытыми работами, на формирование которых повлияли сложное геологическое строение и незакономерное залегание залежей, а также проектные решения и их корректировка при изменении горнотехнических условий в процессе разработки карьера.

4. В соответствии с законом РФ «О недрах» недропользователь обязан наиболее полно и эффективно использовать предоставленные для разработки полезного ископаемого недра и обеспечить отработку всех имеющихся полезных компонентов месторождения.

Библиографический список

1. А.с. 101280 СССР, Кл. Е 21 С 41/00. Способ разработки полезных ископаемых. М.Н. Цыгалов, В.В. Васильев, В.Н. Калмыков и др. Опубл. 30.10.1983. Бюл. № 10.

2. Альбов М.Н., Быбочкин А.М. Рудничная геология. М.: Недра, 1973. С.432.

3. Будько А.В. Отработка прибортовых запасов в условиях открыто-подземного способа разработки// Основные направления развития открыто-подземного способа разработки месторождений. М.: ИПКОН АН СССР, 1987. С.112-116.

4. Вахромеев С.А., Антипин В.Н., Васильева В.П. и др. Краткий курс месторождений полезных ископаемых. М.: Высшая школа, 1967. 471 с.

5. Волохов А.В. Способы выемки законтурных запасов, залегающих выше дна карьера, при разработке сложноструктур-ных месторождений: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. 144 с.

6. Гайсинский М.С., Рябов А.К., Красовский В.Г. Открытая разработка мощных железорудных месторождений Урала //

Основные направления развития открыто-подземного способа разработки месторождений. М.: ИПКОН АН СССР, 1987. С.102-112.

7. Каждан А.Б. Разведка месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1977. 327 с.

8. Классификация запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. М.: Мин. природ. ресурсов РФ. ГКЗ, 1997. 16 с.

9. Малахов Г.М., Лубенец В.А. Совместная открыто-подземная разработка на рудниках Кривбасса // Основные направления развития открыто-подземного способа разработки месторождений. М.: ИПКОН АН СССР, 1987. С.44-56.

10. Цыгалов М.Н., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Геомеханические и технологические особенности отработки руд в охранных целиках бортов карьера // Горный журнал. 1980. № 5. С.49-51.

11. Шальтыкова Р.М., Куанышбайулы С., Шеметова Н.В. Вовлечение в отработку законтурных запасов карьеров подземным способом // Горный журнал. 2002. № 5. С.44-46.

УДК 622.7

ОБ УЧЕТЕ ВЛИЯНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ ОЦЕНКЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК

© М.В. Корняков1, С.Ю. Красноштанов2

Иркутский государственный технический университет, 6640074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Приведен анализ причин и требований к оценке технического состояния элементов шахтных подъемных установок (ШПУ), сделано обоснование необходимости учета аварийных ситуаций при оценке остаточного ресурса ШПУ, предложены способы мониторинга расходования эксплуатационных ресурсов ШПУ и диагностики её технического состояния. Ил. 3. Табл. 1. Библиогр. 7 назв.

Ключевые слова: шахтные подъемные установки; остаточный ресурс; динамические нагрузки.

ON CONSIDERING EMERGENCY EFFECT WHEN ASSESSING HOISTING PLANT RESIDUAL LIFE M.V. Kornyakov, S.Yu. Krasnoshtanov

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

1 Корняков Михаил Викторович, доктор технических наук, профессор кафедры горного оборудования и электромеханических систем, тел.: 89149017895, e-mail: kornikov@istu.edu

Kornyakov Mikhail, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Mining Equipment and Electromechanical Systems, tel.: 89149017895, e-mail: kornikov@istu.edu

2Красноштанов Сергей Юрьевич, кандидат технических наук, заведующий кафедрой горного оборудования и электромеханических систем, тел.: 89149260709, e-mail: skr@istu.edu

Krasnoshtanov Sergey, Candidate of technical sciences, Head of the Department of Mining Equipment and Electromechanical Systems, tel.: 89149260709, e-mail: skr@istu.edu

The article analyzes the reasons and requirements for assessing the technical condition of mine hoisting installation elements. It justifies the need for taking into consideration emergencies when estimating the residual operation life of mine hoisting installations (MHI), and proposes monitoring methods of spending MHI operational life as well as the diagnosis of its technical condition. 3 figures. 1 table. 7 sources.

Key words: mine hoisting installations (MHI); residual life; dynamic loads.

Дальнейшая интенсификация работ в горной промышленности требует применения высокопроизводительной техники, механизации и автоматизации производственных процессов, совершенствования средств защиты, связи, сигнализации и повышения безопасности работ.

Одним из ответственных технологических объектов угольных и рудных шахт являются подъемные установки. Шахтные подъемные установки (ШПУ) строятся на весь срок службы шахты (30-50 лет) [1].

На рудниках России находятся в эксплуатации тысячи ШПУ. К настоящему времени значительная их часть отработала свой нормативный срок эксплуатации, в результате наблюдается повышенная аварийность.

Согласно данным Ростехнадзора, ежегодно на предприятиях, эксплуатирующих опасные производственные объекты, происходят тысячи инцидентов (отказов или повреждений технических устройств), которые ведут к простоям производства и потерям продукции и являются по существу предвестниками возможных аварий. Шахтные подъемные установки, зачастую являющиеся единственным видом транспорта по стволу, относятся к опасным производственным объектам, их выход из строя приводит к значительным материальным потерям [2].

Для оценки технического состояния и заключения о пригодности к дальнейшей эксплуатации ШПУ, отработавших нормативный срок, Ростехнадзор требует проведения технической экспертизы с выдачей заключения о возможности дальнейшей эксплуатации.

Для проведения обследования и оценки технического состояния металлоконструкций шахтных копров привлекают экспертные организации.

Нормативные сроки эксплуатации шахтных подъемных машин (ШПМ) приняты в зависимости от диаметра барабана и числа канатов. За нормативный срок службы ШПМ следует принимать:

15 лет - ШПМ с диаметром барабана до 2,0 м включительно;

20 лет - ШПМ с диаметром барабана от 2,0 до 3,0 м включительно;

25 лет - ШПМ с диаметром барабана более 3,0 м;

25 лет - ШПМ многоканатные [1].

Обследование копров необходимо производить:

• при длительном сроке эксплуатации (свыше 25 лет);

• в последующий период в соответствии со сроками, устанавливаемыми ЭТК, но не реже одного раза в 5 лет;

• при увеличении нагрузок от подъема;

• при выявлении во время текущих осмотров дефектов и повреждений, оценку которых не может дать служба технической эксплуатации шахты;

• при установлении, что фактическое качество стали несущих конструкций ниже проектного;

• при значительном физическом износе конструкций (трещины в основном металле или сварных швах, значительная коррозия, отклонение копра от вертикали свыше 0,006 высоты копра).

Обследование механического оборудования ШПУ - комплекс работ по определению реального состояния их несущих элементов при длительных воздействиях постоянных и временных нагрузок и окружающей среды.

Комплекс работ по обследованию механического оборудования разделяется на следующие этапы:

• визуальный осмотр оборудования;

• ознакомление с технической документацией и историей эксплуатации оборудования;

• контрольные измерения, инструментальные съемки, проведение соответствующих испытаний.

В зависимости от состояния металлоконструкций, оборудования и поставленных при обследовании задач могут выполняться дополнительные виды работ:

• выявление дефектов в металле с помощью НК (УЗД, МП, ВТ и др.);

• изъятие образцов материалов для проверки соответствия примененных материалов установленным требованиям;

• организация длительных инструментальных или органолептических наблюдений;

• аналитические исследования, связанные с проведением прочностных расчетов, и т.д.

Признаками функционирования оборудования ШПУ служат физические величины, называемые параметрами технического состояния. Под контролем параметров технического состояния понимается проверка их соответствия установленным техническим требованиям, отраженным в нормативно-технической документации.

Оценка возможности дальнейшей эксплуатации оборудования подъемной установки осуществляется по совокупности факторов, характеризующих его состояние и степень загрузки. Состояние оборудования считается нормальным, если все его узлы и детали исправны, параметры, по которым определяется их состояние (износ, зазоры, трещины, изменение геометрических размеров и форм, замедление, ускорение, шум, вибрация, температура и т. д.), не приближаются к предельным значениям, а динамика изменения этих параметров в течение определенного срока позволяет прогнозировать достаточно длительный срок эксплуатации.

Канаты, применяемые на подъемно-транспортных установках шахт - основной элемент, от надежности которого зависит бесперебойная и безотказная работа шахтного подъема, поэтому к ним предъявляются вы-

сокие требования при выборе, навивке, испытаниях и надзоре в период эксплуатации.

Канаты шахтных подъемных установок подлежат осмотру ежесуточно, еженедельно и ежемесячно [1].

Визуальный осмотр канатов не дает возможности оценить внутреннее их состояние (обрыв, коррозия внутри каната). По этой причине подъемные, уравновешивающие, тормозные канаты ШПУ подвергаются инструментальному контролю с различной периодичностью, установленной правилами безопасности (таблица) и вопрос продления сроков службы канатов, согласно требованиям этих правил, может быть решен только при наличии результатов инструментального контроля [1].

Применение приборов неразрушающего инструментального контроля подъемных канатов позволяет практически ликвидировать понятие «нормативный срок службы канатов», так как правилами не установлен предельный срок службы для большинства канатов и они теперь могут заменяться по достижении ими допустимого уровня износа (потери сечения и количества обрывов проволок) [1, 2].

При нормальном состоянии всех узлов ШПМ, отсутствии в период эксплуатации аварий на данной ШПУ, приведших к порыву головных канатов, а также при условии, что коэффициенты использования установки по времени (К>) и нагрузке (/Сн) в настоящее время меньше или равны 0,8, комиссией может быть разрешена дальнейшая эксплуатация ШПМ на срок до 5 лет при условии положительных результатов ежегодной ревизии и наладки.

К сожалению, в настоящее время при решении вопроса о дальнейшей эксплуатации ШПУ не учитываются разнопеременные динамические нагрузки на канаты в результате аварий, связанных с напуском каната. Во всех остальных случаях дальнейшая эксплуатация ШПМ может быть разрешена на срок не более 3 лет с обязательным определением особых мер по обеспечению работоспособности и надежности работы ШПУ.

Работы по оценке технического состояния ШПУ, отработавших нормативный срок, стали проводиться сравнительно недавно и сразу же эксплуатационники и контролирующие органы столкнулись с рядом проблем.

Первая проблема - это установление нормативного срока службы ШПМ. Сложность этой проблемы состоит в том, что шахтные подъемные машины рассчитаны на работу в течение нескольких десятков лет и представляют собой восстанавливаемые технические

системы, т.е. в процессе эксплуатации отдельные детали и узлы при ремонте заменяются на новые, а базовые детали и конструкции подлежат восстановительному ремонту. Заниженный нормативный срок службы приводит к преждевременному выводу из эксплуатации капиталоемкого оборудования, а завышенный - к повышению вероятности аварийных ситуаций и снижению производительности [2].

При эксплуатации шахтных подъемных установок до 50% аварий связаны с нарушениями режима движения подъемного сосуда в шахтном стволе, это зависание опускающегося и застревание поднимающегося сосуда, «набегание» сосуда на тяговый канат, переподъем сосуда и т.п. В результате нарушения режима

движения возникают большие динамические нагрузки, которые могут и не вызвать аварию, но не проходят бесследно и приводят к усталостному разрушению элементов ШПУ (рис.1).

Анализ причин разрушений и выхода их строя ПМ однозначно свидетельствует об их усталостной природе. Касается это в первую очередь базовых структурных единиц ПМ: коренных валов, оболочек и лобо-вин барабанов подъемных машин, тормозных систем и др.

Характер разрушений этих структурных единиц также подтверждает их усталостную природу. Следовательно, правомерная оценка общего фактического ресурса подъемной машины, а значит, и обоснованное определение нормативного срока ее службы должны осуществляться на основе определения усталостной прочности ее основных базовых структурных единиц.

Так как ни один из конструкционных материалов, применяющихся в машиностроении, не является абсолютно упругим, то даже при незначительных напряжениях всегда имеется остаточная деформация, обусловленная гистерезисом между деформациями при нагружении и разгрузке.

Представляется неправильным длительно бытовавшее допущение о том, что при достижении предела усталости кривая Велера превращается в прямую, параллельную оси абсцисс. Как бы мало ни было нагружение, оно оставляет деформацию, а значит, расходуется какая-то часть энергии связей атомной решетки материала, которая, несомненно, величина конечная. Энергия, необходимая для разрушения единичного объема материала, - величина постоянная, равная работоспособности материала при данной температуре и не зависящая от того, произведено

Периодичность инструментального контроля канатов вертикальных ШПУ

Назначение каната Период времени, месяцев, между проверками при потере

сечения металла, %

До 12% До 15% Свыше

Подъемный оцинкованный 6 1 0,5

Подъемный без покрытия 2 1 0,5

Круглые стальные уравновешивающие 12 6 3

Тормозные парашютов 3 - -

Проводниковые прядевые 6 3

Рис. 1. Изменение характеристик привода подъемной машины при зависании опускающегося скипа: а - скорости вращения барабана ш и б - тока якоря

разрушение однократной нагрузкой или многократным нагружением.

Характер разрушений этих структурных единиц также подтверждает их усталостную природу. Следовательно, правомерная оценка общего фактического ресурса подъемной машины, а значит, и обоснованное определение нормативного срока ее службы должны осуществляться на основе определения усталостной прочности ее основных базовых структурных единиц [5].

Определение остаточного ресурса элементов ШПУ должно основываться на расчетно-экспериментальном методе, для этого необходима достоверная информация об условиях эксплуатации ШПУ. Поэтому существует необходимость в приборах регистрации, сигнализации и количественной оценки динамических нагрузок, воздействующих на канат.

Для оценки остаточного ресурса необходимо вести мониторинг расходования эксплуатационных ресурсов ШПУ и диагностику её технического состоя-

а

б

Рис. 2. Структурная схема комплекса технических средств системы ЗКДР.М

ния с помощью информационно-диагностических систем (ИДС).

Существующие методики оценки остаточного ресурса учитывают факт аварий и не учитывают величину конкретных динамических нагрузок, которые перенесла ШПУ при авариях во время эксплуатации и которые можно посчитать с помощью анализа данных, полученных от ИДС.

Такая информация может быть получена в случае, если ШПУ оборудована регистратором параметров с возможностью накопления долговременной статистики по работе ШПУ, которыми они оборудуются согласно требованиям правил безопасности [1]. Регистратор параметров может быть, например, реализованным как часть системы управления и комплексной защиты шахтной подъемной установки (рис. 2) [6]. Но такая система не предназначена для непосредственного оперативного учета динамических нагрузок, она может регистрировать динамические нагрузки только косвенно - по положению сосуда, скорости его движения и току двигателя.

Между тем, существуют ограничители грузоподъемности, которыми, согласно правилам эксплуатации [7], оборудуются грузоподъемные краны.

Ограничители нагрузок крана ОНК-140 и ОНК-160 предназначены для установки на мостовые и козловые краны и служат для защиты кранов от перегрузок при подъеме груза, а также отображения информации о фактической массе поднимаемого груза, предельной грузоподъемности, степени загрузки кранов. В ограничитель встраивается регистратор параметров крана, который обеспечивает запись и долговременное хранение информации о рабочих параметрах крана, а также о степени нагрузки крана и интенсивности его эксплуатации в течение всего срока службы прибора.

Аналогично ограничителям нагрузок регистраторы динамических нагрузок подъемных установок могут быть выполнены на основе давно использующихся в промышленности и показавших свою точность и надежность тензометрических датчиков. Тензометри-ческий датчик 1 (рис. 3) может быть размещен под опорой подшипников 2 шкива ШПМ 3. Нагрузка от кон-

Рис. 3. Измерение нагрузки с использованием тензометрического датчика

цевого груза каната 4 передается на датчик и в зависимости от нагрузки преобразуется в цифровой сигнал.

Регистраторы могут быть интегрированы в систему управления и комплексной защиты шахтной подъемной установки для обеспечения защиты шахтной подъемной установки от динамических нагрузок, взвешивания полезного груза в подъемном сосуде и автоматического учета транспортируемой массы.

Внедрение таких приборов на производстве делает возможным:

1) Создание новых измерительных, защитных и сигнальных приборов на базе современных информационных технологий, способных в реальном времени вести учет параметров работы ШПУ и заблаговременно предупреждать аварии.

2) Создание методик оценки износа канатов и других элементов ШПУ более точных, чем существующие на сегодняшний день.

Библиографический список

1. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ 03-553-03).

2. По материалам 5-й Международной конференции, организованной Международной Ассоциацией Исследователей Стальных канатов (МАИСК). «Проблемы шахтного подъема и горной техники с гибкими тягово-несущими элементами», г. Одесса (Украина) 2006 г.

3. Корняков М.В. Защита шахтных подъемных установок от динамических нагрузок при движении подъемного сосуда в стволе: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. 164 с.

4. Корняков М.В. Самонастраивающееся устройство защиты от напуска каната шахтных подъемных установок. Иркутск, 2007.

5. Методика определения остаточной ресурсности элементов и узлов шахтных подъемных машин (ШПМ) / Ю.Попов [и др.] // Технадзор. 2010. №7.

5. Траубе Е.С., Найденко И.С. Тормозные устройства и безопасность шахтных подъемных машин. М.: Недра, 1980. 256 с.

6. Система управления и комплексной защиты шахтной подъемной установки / А. Кащич А. [и др.] // Современные технологии автоматизации. Рубрика «Добывающая промышленность». 2005. №2.

7. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов (ПБ 10-382-00).

УДК 622.232.23.26

ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

© Д.Е. Махно1, В.П. Федорко2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Анализируются технические решения, имеющие место при комплексной механизации очистных работ. Рассматриваются проблемы отработки тонких и мощных пластов, комплексной механизации выемки пластов крутого падения, механизации концевых операций, выбора и обоснования рациональной длины лавы. Рассматривается возможность развития средств комплексной механизации на основе фронтальной технологии выемки угля. Поднятые вопросы, перерастающие в проблемные, требуют обсуждения. Актуальность проблемы подтверждается списком библиографической информации ведущих специалистов отрасли. Библиогр. 17 назв.

Ключевые слова: комплексная механизация очистных работ; анализ и пути решения технических проблем; фронтальная и фланговая схемы выемки.

PROBLEMS OF COMPLEX SECONDARY WORKING MECHANIZATION IN COAL MINES D.E. Makhno, V.P. Fedorko

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The article analyzes technical solutions taken under comprehensive mechanization of secondary working. It treats the problems of mining low-coal seams and high seams, the problems of integrated mechanization of steep seams excavation; mechanization of terminal operations, selection and justification of rational long face length. The possibility to develop the tools of integrated mechanization based on the technology of multi-point attack coal extraction is considered. It is noted that the issues under considerations, which grow into problems, require discussion. The problem topicality is con-

1Махно Дмитрий Евсеевич, доктор технических наук, профессор кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: (3952) 405085, e-mail: 1 .gor@istu.edu

Makhno Dmitry, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Mining Machinery and Electromechanical Systems, tel.: (3952) 405085, e-mail: 1 .gor@istu.edu

Федорко Владимир Павлович, доктор технических наук, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: (3952) 405104, e-mail go-gor@istu.edu

Fedorko Vladimir, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Exploitation of Mineral Deposits, tel.: (3952) 405104, e-mail: go-gor@istu.edu