Опыт применения системы «Highwall» для добычи угля в Кузбассе

Б.Л. Герике, Д.В. Копытин

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ «HIGHWALL» ДЛЯ ДОБЫЧИ УГЛЯ В КУЗБАССЕ

^рассмотрены некоторые результаты промышленной экс-

Р плуатации комплекса горного типа SHM. Полученные данные убедительно свидетельствуют о целесообразности и перспективности применения вибродиагностического обследования для данных комплексов. Приведена сравнительная характеристика опыта эксплуатации комплексов работающих в условиях ЗАО Разрез «Распадский» (Россия) и Разрез «Arch» (США).

С принятием Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [1] большое значение уделяется техническим устройствам, применяемых на опасных производственных объектах, в том числе на шахтах, разрезах, карьерах. Все технические устройства, применяемые на опасном производственном объекте в процессе эксплуатации, подлежат экспертизе промышленной безопасности. Важным звеном при проведении экспертизы является определение износа оборудования путем диагностирования его технического состояния.

От технического состояния оборудования зависят не только экономические показатели, но и безопасность работы обслуживающего персонала. Одними из таких технических устройств являются комплексы горные типа SHM (комплексы глубокой разработки пластов КГРП).

Определять их техническое состояние (проводить техническое диагностирование) в условиях эксплуатации позволяет «Методика вибродиагностики главных приводов комплексов горных типа SHM (комплексов глубокой разработки пластов КГРП)».

«Методика» устанавливает порядок определения технического состояния главных приводов SHM (КГРП) виброакустическим методом; позволяет определить техническое состояние, выявить причины отказов и поломок главных приводов SHM (КГРП).

Оценка технического состояния главных приводов SHM (КГРП) осуществляется анализом среднеквадратического значения виброскорости амплитудно-частотной характеристики виброаку-

169

стического сигнала в диапазоне частот 2-5000 Гц. Частота виброакустического сигнала зависит от формы дефекта, а амплитуда - от его размеров.

Для оценки уровня технического состояния главных приводов SHM (КГРП) по ГОСТ ISO 10816-1-97 «Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях» и ГОСТ 12.1.012-94. принимается четырехуровневая система оценки состояния: «хорошо», «удовлетворительно», «допустимо» или «недопустимо».

Уровень виброакустического сигнала с оценкой «хорошо» означает, что сборка узлов машинного агрегата оптимальна, вероятность появления дефектов на протяжении длительной эксплуатации минимальна.

Уровень «удовлетворительно» означает, что сборка узлов обеспечивает минимальную вероятность появления эксплуатационных дефектов на протяжении межремонтного пробега.

Уровень «допустимо» означает, что появляется повышенная вероятность преждевременного выхода узла из строя, машинный агрегат требует ремонта, повышенный уровень механических колебаний должен быть устранен.

Уровень «недопустимо» означает, что дальнейшая эксплуатация может привести к аварийному отказу машинного агрегата. Области оценки технического состояния приведены в табл. 1.

Современный комплекс средств для проведения работ по вибродиагностике состоит из следующих частей: аппаратные

Таблица 1

Оценка уровня технического состояния главных приводов SHM

Уровень техническо-го состояния Хорошо Удовлетво рительно Допустимо Недопустимо

Среднеквадратиче-ское значение виброскорости УСКЗ (мм/с) 1.8 1.8 - 4.5 4.5 - 11.2 Более 11.2

средства измерений (приборы для измерения и анализа вибрации), вспомогательные устройства и каналы связи, программное обеспечение для обработки измерительной информации и ЭВМ. Для измерения, контроля и анализа вибрации непосредственно в условиях эксплуатации пригодна переносная аппаратура, представленная виброанализаторами и сборщиками данных.

170

Для диагностирования могут быть использованы виброанализаторы и сборщики данных, регистрирующие виброакустические сигналы (в т.ч. в виде амплитудно-частотной характеристики) в полосе частот 0,01-10,0 кГц, с двойным интегрированием, с заданием границ частотного диапазона, с чувствительностью по виброскорости не ниже 1,0-10-5 мм/с, с энергонезависимой памятью и возможностью вывода данных на дисплей и персональный компьютер.

Вибродиагностика главных приводов SHM (КГРП) производится в соответствии с маршрутом диагностирования в следующей последовательности: установка датчика (на магнитной основе) виброанализатора на отмеченный участок привода; подача предупреждающего сигнал о запуске одного из приводов SHM (КГРП); запуск привода; регистрация амплитудно-частотной характеристики в задаваемой полосе частот 0,002 кГц; перемещение датчика на другую точку измерения и повторение измерения; определение уровня технического состояния («хорошо», «удовлетворительно», «допустимо» или «недопустимо»).

Записанные на виброанализатор или сборщик данных амплитудно-частотные характеристики сигналов исследуемых приводов подлежат обработке. Первичная обработка производится на месте исследований для выявления дефектов главных приводов, могущих повлечь за собой отказ оборудования и требующих срочного ремонта. Полная обработка данных исследований с распечаткой протоколов вибродиагностики проводится после выгрузки полученной информации в компьютер.

Результатом проведенной вибродиагностики является протокол, содержащий значения виброскорости в контролируемых точках, а также заключение о техническом состоянии исследуемого оборудования. Протокол подписывается специалистами по вибродиагностике, проводившими диагностирование и утверждается руководителем организации.

При интенсивности виброакустических сигналов на главных приводах SHM (КГРП) в классе оценки «Удовлетворительно», периодичность оценки рекомендуется устанавливать один раз в квартал, а в классе оценки «Допустимо» один раз в месяц. Схемы измерения вибрации представлены на рисунке.

На основании данной методики было произведено вибродиагностическое обследование. Измерение уровня вибрации проводилось на холостом ходу всех исполнительных механизмов. Анализ

171

зарегистрированных временных разверток вибрационных сигналов и их спектральных представлений позволил сделать следующие выводы. Проведенные экспериментальные исследования вибрации позволяют заключить, что в целом состояние основных приводов комплекса находится в удовлетворительном состоянии, однако обозначился и ряд проблем. По общему уровню интенсивности вибрации техническое состояние привода скребкового конвейера оценивается как недопустимое. Максимальная величина интенсивности вибрации была зафиксирована на заднем подшипнике двигателя.

Спектральный анализ механических колебаний указывал на недопустимый дисбаланс ротора электродвигателя. Техническое состояние редуктора - допустимое. В качестве рекомендаций был сделан вывод о необходимости двухплоскостной балансировки ротора электродвигателя и ревизии редуктора.

По общему уровню интенсивности вибрации техническое состояние привода ленточного перегружателя также оценивался как недопустимое. Максимальная величина интенсивности вибрации зафиксирована на переднем подшипнике выходного вала редуктора. Спектральный анализ механических колебаний указывал на недопустимый дисбаланс выходного вала редуктора (а, следовательно, приводного барабана перегружателя), причем амплитуды спектральных компонент на частоте = 5 Гц достигала недопустимых величин. Кроме того, в спектре отмечаются зубцовые частоты (вторичные признаки проявления недопустимого дисбаланса). Проведенный анализ позволяет утверждать о необходимости балансировки выходного вала редуктора и приводного барабана.

Вышеуказанные требования были выполнены и недостатки устранены, что в конечном счете положительным образом сказалось на производительности комплекса в целом и позволило минимизировать издержки, связанные с внезапными отказами.

172

I— I

1П1

м- -Мч.

/ \

Привод режущей части

Схемы измерения вибрации

Привод ленточного перегружателя

Привод шнекового конвейера

7 Таблица 2

Сравнительная характеристика

№ Показатель Разрез "Агс^1 Разрез "Распадский"

1. Количество выработок, взятых для анализа 46 21

1.1. Учетный период с 15.01 .2005 по 25.02.2005 с 27.03.2005 по 10.04.2005

1.2. Количество смен за учетный период 84 30

2. Выработки:

2.1. Среднее количество выработок за смену 0,55 0,70

2.2. Средняя длина выработки, м 180,76 96,38

2.3. Средняя мощность угольного пласта, м 1 ,52 2,16

2.4. Наиболее распространенная причина прекращения бурения давление вруба нарушение сплошности пласта

2.5. Среднее время проходки одной выработки (с вытягиванием ставов), ч 15,0 9,0

2.6. Средняя скорость проходки одной выработки (с вытягиванием ставов), м/ час 12,1 10,7

2.7. Среднее время проведения ТО и перегона к следующей выработке, ч 1,0 5,0

3 Смены:

3.1. Средняя длина проходки выработки за смену, м 98,99 67,47

3.2. Средняя добыча угля за смену, м3 528,00 509,81

3.3. Внутрисменные простои, связанные с устранением внезапных отказов оборудования, ч 3,24 2,20

4. Рассчетная производительность

4.1. Смена 976,23 1 179,85

4.2. Месяц 59387,37 71774,23

4.3. Год 712648,42 861290,73

Для наглядности далее приводится сравнение производительности комплексов горных типа SHM. Один из комплексов работал на разрезе «Arch» (США) второй работал на ЗАО Разрез «Распад-ский» (Россия).

Краткая характеристика условий работы на Разрез «Arch». Отвесный борт из твердых пород высотой 23-27 метров, горизонтальная площадка из твердой подошвы пласта с минимальной обводненностью шириной 60-70 метров для перемещения комплекса. Средняя мощность угольного пласта 60 дюймов (1,52 метра). Средний угол отклонения от горизонтали угольного пласта по длине выработки -3°; нарушения, ограничивающие длину выработки, отсутствуют. Средняя температура за Исследуемый период составила -10°С.

ЗАО Разрез «Распадский». Борт из слабой обводненной породы с наносами глины, угол откоса естественный, площадка для перемещения комплекса из насыпного насыщенного дренажными водами грунта шириной 40-45 м. Средняя мощность угольного пласта 85 дюймов (2.15 м). Средний угол отклонения от горизонтали угольного пласта по длине выработки от -9° до +3°; нарушение, ограничивающее длину выработки, на расстоянии 80-140 м; местные сужения пласта вплоть до ограничивающих проходку по условиям габаритов рабочего органа. Средняя температура за исследуемый период составила - 28 °С.

Сравнительная характеристика работы приведена в табл. 2.

Из анализа затрат времени на ремонт оборудования и производительности (табл. 2) комплексов, работающих в различных горногеологических условиях следует вывод, что применение вибродиагностического метода обследования значительно снижает время внутрисменных простоев комплекса вызванных внезапными отказами, при работе в сложных горногеологических условиях, повышает надежность работы оборудования и уровень безопасности труда.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 № 116-93 (Собрание законодательства Российской Федерации, 1997, № 30, ст. 3588).

175

2. Постановление Правительства Российской Федерации от 28.03.01 г. № 241 «О мерах по обеспечению промышленной безопасности опасных производственных объектов на территории Российской Федерации».

3. Правила проведения экспертизы промышленной безопасности. Утверждены Постановлением Госгортехнадзора России № 64 от 6.11.98 г. Зарегистрированы в Минюсте России 08.12.98 г. Регистрационный № 1656.

4. Требования к экспертным организациям системы экспертизы промышленной безопасности. Приняты Наблюдательным Советом СЭПБ 11.02.99 г. Сборник документов по аккредитации. Вып. 1, 2001 г.

5. Правила аттестации и основные требования к лабораториям неразру-шающего контроля. Утверждены Постановлением Госгортехнадзора России от 02.04.00 г. № 29.

6. Герике Б.Л. Мониторинг и диагностика технического состояния машин и агрегатов. Кемерово. КузГТУ.1999.

7. ГОСТ 27518-87. Диагностирование изделий. Общие требования.

8. ИСО 2373. Механическая вибрация вращающихся электрических машин с высотой вала 80-400 мм. Измерение и оценка интенсивности вибрации.

9. ГОСТ 20815-93 (МЭК 34-14-82). Машины электрические вращающиеся. Механическая вибрация некоторых видов машин с высотой оси вращения 56 мм и более. Измерение, оценка и допустимые значения.

10. ГОСТ 30296-95. Аппаратура общего назначения для определения основных параметров вибрационных процессов. Общие технические требования.

11. ГОСТ ИСО 2954-97. Вибрация машин с возвратно-поступательным и вращательным движением. Требования к средствам измерений.

12. ГОСТ 12739-85. Машины электрические вращающиеся. Методы оценки вибрации.

13. ГОСТ 25275-82. Система стандартов по вибрации. Приборы для измерения вибрации вращательных машин. Общие технические требования.

14. ГОСТ ИСО 10816-1-97. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях.

15. ГОСТ ИСО 10817-1-99. Вибрация. Системы измерений вращающихся валов.

16. РД 03-444-02. Положение о порядке подготовки и аттестации работников организаций, осуществляющих деятельность в области промышленной безопасности опасных производственных объектов, подконтрольных Госгортехнадзору России.

17. ПБ 03-440-02. Правила аттестации персонала в области неразрушающего контроля. Утверждены Постановлением Госгортехнадзора России от 23.01.02 г. № 3.

18. РД 03-484-02. Положение о порядке продления срока безопасности эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах. ЕШ

— Коротко об авторах

Герике Б.Л. - д октор технических наук, профессор, Копытин Д.В. - аспирант,

Институт угля и углехимии СО РАН, г. Кемерово.