Оценка эффективности работы высокопроизводительных очистных забоев угольных шахт

УДК 622.272

А.А. Сидоренко, С.А. Сидоренко

ОЦЕНКА

ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Рассмотрены проблемные вопросы обеспечения эффективной работы высокопроизводительных длинных очистных забоев угольных шахт России. Показана значимость ритмичности производства продукции и рассмотрены возможные последствия неритмичной работы очистных забоев. Обоснована необходимость количественной оценки показателей ритмичности очистных забоев для проведения сопоставительного анализ их работы в различные периоды времени и оценки эффективности управляющего воздействия, направленного на снижение негативного влияния горно-геологических, горнотехнических и организационных факторов с целью обеспечения высокой экономической эффективности работы угледобывающего предприятия. Для осуществления количественной оценки предложено использовать следующие показатели: коэффициент ритмичности, коэффициент аритмичности, коэффициент вариации. Выполнена количественная оценка показателей ритмичности работы высокопроизводительных очистных забоев ведущих угольных шахт Кузнецкого угольного бассейна. Сделан вывод о том, что выявленная аритмичность в большинстве случаев связана с несоответствием принимаемых технических и пространственно-планировочных решений текущим горно-геологическим и горнотехнических условиям ведения горных работ. Рассмотрены современные концепции организации производства и управления качеством, реализуемые в программах развития ведущих угледобывающих мировых компаний и корпораций. Ключевые слова: подземная разработка, угольные пласты, высокопроизводительное оборудование, ритмичность производства, длинный очистной забой, организация работ, управление качеством.

Введение

Широкое внедрение надежного высокопроизводительного очистного оборудования на ведущих угледобывающих шахтах позволило существенно повысить технико-экономические показатели работы очистных забоев, однако высокая интенсивность и динамика современного производства, а также

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 5. С. 337-345. © 2016. А.А. Сидоренко, С.А. Сидоренко.

рост параметров выемочных участков (длин лав и выемочных столбов) привели к возрастанию изменчивости горно-геологических и горнотехнических условий работы высокопроизводительного очистного оборудования [5, 11, 15]. Следствием чего явилась неритмичная и неустойчивая работа очистного забоя, сопровождаемая значительным снижением технико-экономических показателей угледобычи [1—3].

Следует отметить, что ритмичность производства и реализации продукции являются необходимыми условиями высокой экономической эффективности хозяйственной деятельности угледобывающего предприятия, приобретая все большее значение с увеличением его производственной мощности. Неритмичность угледобычи характеризуется высокими ущербами, связанными с простоями высокопроизводительного оборудования, рабочей силы, нарушениями договорных обязательств, а также ростом аварийности и травматизма при ведении подземных горных работ. Особенно остро проблема простоев высокопроизводительного очистного оборудования стоит перед шахтами, работающими по прогрессивной схеме «шахта-лава», доля которых в России в настоящее время ежегодно возрастает [5—7].

Следует отметить, что вопросу обеспечения ритмичной работы очистных забоев просвещены работы Н.Н. Федорова, А.В. Ремезова, В.Г. Климова [8—10], в которых предприняты попытки качественной оценки ритмичности. Так в качестве одной из причин низкой ритмичности Н.Н. Федоров [10] приводит практику чрезмерного административного и экономического принуждения к напряженной работе и сверхплановой добыче, использование которой приводит к противоположному эффекту: возникновению неустойчивых режимов, проведению работ с отступлениями от принятой технологии и с нарушениями правил безопасности и технической эксплуатации. Вместе с тем автор не рассматривает количественную оценку ритмичности работы и сопоставительную оценку работы забоев в различных условиях.

Цель работы

Повышение эффективности работы высокопроизводительных очистных забоев угольных шахт за счет внедрения прогрессивных организационных и пространственно-планировочных решений, выбор которых основан на количественной оценке и сопоставительном анализе показателей ритмичности производства.

Необходимость количественной оценки показателей ритмичности производства, по нашему мнению, обусловлена требованиями обеспечения реализации потенциала высокопроизводительного оборудования и высокой экономической эффективности функционирования угледобывающего предприятия. Количественная оценка показателей ритмичности позволяет проводить сопоставительный анализ работы очистного забоя в различные периоды, а также оценивать изменения его работы при управляющем воздействии, направленном на снижение негативного влияния горно-геологических, горнотехнических и организационных факторов с целью повышения эффективности очистных работ.

Методика проведения анализа

Количественная оценка показателей ритмичности может быть выполнена по предлагаемой нами методике, предусматривающей расчет и сопоставительный анализ следующих показателей: коэффициента ритмичности, коэффициента аритмичности, коэффициента вариации.

Коэффициент ритмичности работы очистного забоя — отношение фактической добычи в пределах плана к плановой добыче. При расчете коэффициента ритмичности учитываются количество дней, в которые обеспечивалось выполнение плана, перевыполнение плана при этом не учитывается.

Коэффициент (число) аритмичности работы очистного забоя — сумма положительных и отрицательных отклонений в нагрузке на очистной забой от плановой за каждый день (неделю, декаду).

Коэффициент вариации нагрузки на очистной забой — отношение среднеквадратического отклонения от плановой добычи за сутки (месяц) к среднесуточной (среднедекадному, среднемесячному, среднеквартальному) плановой добыче.

Представленные выше показатели являются классическими показателями, используемыми для оценки ритмичности любого производства, однако сами определения даны в авторском варианте с учетом специфики подземной угледобычи.

Обсуждение результатов

На рис. 1 и 2 в качестве примера анализируемых данных приведены показатели работы очистных забоев на одной из ведущих угледобывающих шахт Кузбасса с указанием плановых и фактических нагрузок за период 108 рабочих дней.

- " " о ¡ч я к ^ ^ » * а к га 8 с = а а 5 ^^ \

Рис. 1. Динамика нагрузки на лаву 2594

Для количественной оценки работы высокопроизводительных очистных забоев шахт выполнен расчет показателей ритмичности очистных забоев (табл. 1) и нагрузок на очистной забой (табл. 2). По итогам расчета выполнена группировка забоев по уровню ритмичности. Выделено 3 группы забоев (табл. 1, сверху-вниз): первые два очистных забоя, имеющие наивысшие показатели ритмичности и низкие показатели аритмичности, работа которых признана условно ритмичной; следующие три очистных забоя, имеющие средние показатели ритмичности и аритмичности, — удовлетворительная ритмичность; и последние три очистных забоя с низкими показателями ритмичности, высокими показателями аритмичности и максимальным коэффициентом вариации нагрузок — работа которых является не ритмичной.

^ а 4. з Б з э

1414 Г»*

Рис. 2. Динамика нагрузки на лаву 2456 340

Таблица 1

Результаты сопоставительного анализа показателей ритмичности работы очистных забоев

Очистной забой Коэффициент вариации Коэффициент ритмичности Коэффициент аритмичности

1380 0,49 0,80 27,80

5207 0,62 0,75 42,60

24-56 0,50 0,56 36,85

1729-бис 0,43 0,45 26,83

5209 0,69 0,85 54,78

2594 0,79 0,20 49,55

1732 0,81 0,39 69,56

6710 0,84 0,23 72,68

Таблица 2

Результаты сопоставительного анализа нагрузок на очистные забои

Очистной забой Средняя плановая нагрузка, т/сут Средняя фактическая нагрузка, т/сут Отклонение средней фактической от средней плановой,% Максимальная нагрузка на очистной забой, т/сут

1380 10336 12559 22% 19200

5207 8302 9355 13% 15320

24-56 6588 5561 -16% 12603

1729-бис 6331 5015 -21% 8471

5209 8210 11263 37% 19410

2594 3895 2270 -42% 7010

1732 3277 2753 -16% 7600

6710 11273 4412 -61% 13300

Следует отметить, что низкие показатели использования потенциальных возможностей современной высокопроизводительной техники, применяемой для ведения очистных работ, в России обычно оправдывают разного рода обстоятельствами: ошибками проектирования, изменчивостью условий, низкой квалификацией и мотивацией персонала, несовершенством производственной инфраструктуры шахты в целом [9].

По нашему мнению, количественные показатели ритмичности связаны, в первую очередь, с условиями работы очистных забоев. Так, например, показатели забоев 24—56 и 2594 относятся к одной шахте, но значительное снижение показателей (примерно в 2 раза) ритмичности работы очистного забоя 2594 по отношению к забою 24—56 вызвано ведением работ в зоне повышенного горного давления (ПГД) от ранее отработанного пласта и целым рядом проблем с поддержанием выработок, связанных с не учетом влияния надработки и зон ПГД от межлав-ных угольных целиков. Учет параметров зон ПГД обеспечивает снижение негативного влияния надработки [4].

Следующий пример — работа очистного забоя 5209 в условиях отработки свиты газоносных пластов. В данном случае причиной неритмичности является низкая эффективность применяемых решений по управлению газовыделением, а именно отказ от применения предварительной пластовой дегазации мощного пласта, применение которой при отработке запасов столба 5207 обеспечивало стабильную работу лавы с нагрузками на очистной забой в 1,3—1,5 раза превышающими представленные в табл. 1 и 2. Таким образом, выявленная аритмичность в большинстве случаев связана с несоответствием принимаемых технических решений текущим горно-геологическим и горнотехнических условиям ведения горных работ.

Следует отметить, что проблема обеспечения ритмичности и устойчивости производственных процессов занимает центральное место в программах развития ведущих зарубежных компаний и корпораций. Разработаны, осваиваются и совершенствуются современные концепции и системы «Тотального управления качеством» (TQM) [9, 12, 13, 15], «Шесть сигм» (Six Sigma) [9]. Данные системы направлены на обеспечение ритмичной работы в пределах заданного минимального коридора колебаний, установленного вокруг заданного планового уровня нагрузки на очистной забой.

Заключение

Выполненные исследования эффективности работы очистных забоев ведущих угледобывающих шахт Кузбасса выявили низкую эффективностью выполнения плановых показателей: из 8 очистных забоев работа только 2 может быть оценена как условно ритмичная, 3 — удовлетворительно ритмичная; 3 — неритмичная. За рассматриваемый период (3,5 месяца работы) коэффициент аритмичности по очистным забоям составил

от 26 до 72. Для всех забоев характерен значительный разброс технико-экономических показателей — коэффициент вариации составляет от 0,43 до 0,84.

Необходимым условием обеспечения высокой конкурентоспособности угольных шахт является повышение эффективности работы очистных забоев за счет снижения простоев высокопроизводительного очистного оборудования, которое может быть достигнуто путем повышения эффективности обоснования пространственно-планировочных и организационных решений и комплексного управления состоянием массива горных пород и газовыделением в горные выработки.

Направления дальнейших исследований будут связаны с разработкой методики определения рационального планового уровня нагрузок на очистные забои для повышения эффективности оценки ритмичности и с разработкой технических и технологических решений, обеспечивающих повышение показателей в очистных забоях, работа которых по итогам исследований была оценена как неритмичная.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баранов С. Г., Розенбаум А. М., Хапсироков В. Б. Оценка подготовленности выемочных участков для отработки высокопроизводительными забоями // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2002. - № 10. - С. 45-48.

2. Ефимов В.И., Маликов А.А., Рябов Г.Г. Организационно-технологические принципы использования высокопроизводительной технологии добычи угля на шахтах Ерунаковской угольной компании // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. — 2014. - № 3. - С. 90-93.

3. Жетесов С. С., Абдугалиева Г. Б., Джумагазиев Н. Б. Основные направления совершенствования технологии очистных работ // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. - № 7. - С. 123125.

4. Казанин О. И., Сидоренко А. А., Ермаков А. Ю., Ванякин О. В. Обоснование параметров подготовки выемочных участков при отработке свит пластов длинными забоями // Горный информационно-аналитический бюллетень (специальный выпуск). - 2014. - № 10. - 12 с.

5. Никишичев Д. Б. Повышение эффективности очистных работ // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. - № 7. -С. 112-115.

6. Писаренко М. В. Оптимизация основных параметров шахт типа «шахта-лава» // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2011. - № 1. - С. 48-51.

7. Потапов В.П., Федорин В. А., Кассина О.В. Современные геотехнологические структуры угольных шахт Кузбасса // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2006. - № 6. - С. 252-255.

8. Ремезов А. В., Климов В. Г., Лупий С. М. Эффективность работы шахт, созданных по прогрессивной схеме шахта-пласт, шахта-очистной забой // Уголь. - 2007. - № 10. - С. 48-50.

9. Федоров В. Н. Обеспечение ритмичности работы очистных забоев - главное условие роста эффективности // Уголь. - 2009. - № 1. -С. 70-73.

10. Федоров В. Н., Шахматов В. Я. От прогнозирования к анализу рисков и устойчивой добыче: концепция перехода к новой модели управления очистными работами // Уголь. - 2008. - № 6. - С. 33-36.

11. Экгардт В. И., Коршунов Г. И., Зуев В. А. Совершенствование технологии угледобычи в Печорском бассейне // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004. - № 10. - С. 174-176.

12. Emery J. C. Improving coal mining production performance through the application of Total Production Management / Coal 1998: Coal Operators' Conference. 1998. pp. 71-80.

13. Mundry S, Gajetzki M., Hoseinie S. Longwall automation — productivity and coal quality enhancement // International Journal of Mining, Reclamation and Environment. 2015. Volume 29, Issue 5. pp. 357-367.

14. Piscor S. US Longwall Operators Ramp Up Production // CoalAge. The Magazine for Coal Mining and Processing Professionals. 2015. pp.30-38.

15. Ralston J. C., Reid D. C., Dunn M. T., Hainsworth D. W. Longwall automation: Delivering enabling technology to achieve safer and more productive underground mining // International Journal of Mining Science and Technology. - 2015. Volume 25, Issue 6, pp. 865-876. firm

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Сидоренко Андрей Александрович1 - кандидат технических наук, доцент, e-mail: sidorenkoaa@mail.ru,

Сидоренко Сергей Александрович1 - кандидат технических наук, доцент, e-mail: sergeyspmi@mail.ru,

1 Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

UDC 622.272

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 5, pp. 337-345. A.A. Sidorenko, S.A. Sidorenko EFFECTIVITY EVALUATION OF HIGH-PERFORMANCE LONGWALLS IN COAL MINES

Problematic issues of ensuring effective work of high-performance long longwall of coal mines of Russia are considered. The importance of rhythm of production is shown and possible consequences of spasmodic work of longwall are considered. Need of a quantitative assessment of indicators of rhythm of longwall for carrying out comparative the analysis of their work during various periods of time and an assessment of efficiency of the operating influence directed on decrease in negative influence of mining-and-geological, mining and organizational factors for the purpose of ensuring high economic efficiency of work of the coal-mining enterprise is proved. For implementation of a quantitative assessment it is offered to use the following indicators: rhythm coefficient, arrhythmy coefficient, variation coefficient. As an example data of the comparative analysis of the actual and planned indicators

of productivity of a longwall for mines of Kuzbass are submitted. The quantitative assessment of indicators of rhythm of work of high-performance longwall of the leading coal mines of the Kuznetsk coal basin is executed. Results of the analysis of the calculated indicators of rhythm of work of longwall are presented and the group of clearing faces on the level of efficiency of mining during 108 calendar days is executed. The reasons of low rhythm of work of longwall of mines of Kuzbass in various mining-and-geological and mining conditions are considered. The conclusion that the revealed arrhythmy in most cases is connected with discrepancy of the made technical and spatial and planning solutions current mining-and-geological and mining to conditions of conducting mining operations is drawn. The modern concepts of the organization of production and quality management realized in programs of development of the leading coal-mining world companies and corporations are considered. The ways of the further researches necessary for increase of overall performance of high-performance longwall of coal mines are defined.

Key words: underground mining, coal seams, high-performance equipment, rhythm of production, longwall, organization of works, quality management.

AUTHORS

Sidorenko À.À.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: sidorenkoaa@mail.ru,

Sidorenko S.A.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: sergeyspmi@mail.ru,

1 National Mineral Resource University «University of Mines», 199106, Saint-Petersburg, Russia.

REFERENCES

1. Baranov S. G., Rozenbaum A. M., Khapsirokov V. B. Gornyy informatsionno-analit-icheskiy byulleten'. 2002, no 10, pp. 45—48.

2. Efimov V. I., Malikov A. A., Ryabov G. G. Izvestiya Tul'skogogosudarstvennogo uni-versiteta. Nauki o zemle. 2014, no 3, pp. 90—93.

3. Zhetesov S. S., Abdugalieva G. B., Dzhumagaziev N. B. Gornyy informatsionno-ana-liticheskiy byulleten'. 2009, no 7, pp. 123—125.

4. Kazanin O. I., Sidorenko A. A., Ermakov A. Yu., Vanyakin O. V. Gornyy informatsi-onno-analiticheskiy byulleten'. Special issue. 2014, no 10. 12 p.

5. Nikishichev D. B. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2002, no 7, pp. 112-115.

6. Pisarenko M. V. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2011, no 1, pp. 48-51.

7. Potapov V. P., Fedorin V. A., Kassina O. V. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2006, no 6, pp. 252-255.

8. Remezov A. V., Klimov V. G., Lupiy S. M. Ugol'. 2007, no 10, pp. 48-50.

9. Fedorov V. N. Ugol'. 2009, no 1, pp. 70-73.

10. Fedorov V. N., Shakhmatov V. Ya. Ugol'. 2008, no 6, pp. 33-36.

11. Ekgardt V. I., Korshunov G. I., Zuev V. A. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2004, no 10, pp. 174-176.

12. Emery J. C. Improving coal mining production performance through the application of Total Production Management. Coal 1998: Coal Operators' Conference. 1998. pp. 71-80.

13. Mundry S., Gajetzki M., Hoseinie S. Longwall automation — productivity and coal quality enhancement. International Journal of Mining, Reclamation and Environment. 2015. Volume 29, Issue 5. pp. 357-367.

14. Piscor S. US Longwall Operators Ramp Up Production. CoalAge. The Magazine for Coal Mining and Processing Professionals. 2015. pp.30-38.

15. Ralston J. C., Reid D. C., Dunn M. T., Hainsworth D. W. Longwall automation: Delivering enabling technology to achieve safer and more productive underground mining. International Journal of Mining Science and Technology. 2015. Volume 25, Issue 6, pp. 865-876.