Обоснование способов и показателей концентрации горных работ на угольных разрезах с большегрузным автомобильным транспортом

© А.И. Каинов, 2015

УДК 622.271 А.И. Каинов

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ГОРНЫХ РАБОТ НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ С БОЛЬШЕГРУЗНЫМ АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ

В статье обоснована возможность повышения эффективности производства на основе концентрации горных работ. Актуальность работы обусловлена тем, что для обеспечения конкурентоспособности на рынке предприятиям необходимо устойчивое снижение себестоимости продукции и повышение ее качества. В качестве показателей концентрации горных работ целесообразно использовать удельный грузооборот, производительность фронта горных работ, функциональное время работы, ритмичность процессов. Выявлены зависимости себестоимости тонны угля и удельных затрат от предложенных показателей концентрации горных работ. Разработана методика концентрации горных работ, включающая горно-технический и организационно-технологический способы. Ее применение позволяет повысить эффективность и безопасность производства угольного разреза с большегрузным автомобильным транспортом.

Ключевые слова: угольный разрез, горные работы, концентрация, большегрузный автомобильный транспорт, способы и показатели, эффективность.

силение конкуренции между углепроизводителями и

ухудшение горно-геологических условий разработки угольных месторождений неизбежно приводит к необходимости непрерывного повышения эффективности горных работ с обеспечением требуемого уровня безопасности.

Неблагоприятные факторы для угледобывающей промышленности РФ:

- высокие расходы на транспортировку сырья;

- удорожание оборудования;

- падение спроса и цен на уголь на мировых рынках. Открытый способ угледобычи как наиболее экономичный и

безопасный является наиболее приоритетным. Согласно энерге-

260

тической стратегии к 2035 году объемы добычи угля необходимо увеличить до 430 млн т (в 1,2 раза) (рис. 1).

Современные тенденции на угольных разрезах характеризуются не только усложнением горно-геологических условий, но и увеличением коэффициента вскрыши. Так, на предприятиях компаний АО «СУЭК», в состав которой входит 17 разрезов, средний коэффициент вскрыши в целом увеличился за период 2005-2013 г. в 1,6 раза с 2,1 до 3,4 т/м3. На разрезе «Тугнуйский» коэффициент вскрыши также растет (рис. 2).

Для преодоления негативного влияния рассмотренных факторов, предприятия вынуждены повышать производительность труда и оборудования.

Одним из эффективных путей является концентрация горных работ. Она позволяет уменьшить количество вовлекаемых в

400 350 т

1.2 раза

300 250 №2 250,3 25 236 . -- ггэ

195,1 20 1ЛЗ I 1&2 7 _ 1$ ш Г, Ы 22 ¡¿И

200 150 100 50 0 167 " 166,8.

2000г. 20011. 2001 г. 2003г. 2004г. 2005г. 2006г. 2007г. 2003г. 2009г. 2010г. 2011г. 2012г. 2013г. 20Ш. 20Ш 2020г 2025г 2030г 2035г

Рис. 1. Динамика объемов добычи открытым способом в РФ

Рис. 2. Динамика текущего коэффициента вскрыши на разрезах АО «СУЭК»

261

работу площадей, снизить нетехнологические потери времени, обусловленные перегонами экскаваторов, сократить протяженность инженерных и транспортных коммуникаций, повысить скорость подвигания фронта работ и интенсивность разработки месторождения.

Мы придерживаемся классических понятий концентрации.

Концентрация горных работ в пространстве — это сосредоточение заданных объемов добычи полезного ископаемого на меньшем числе горизонтов и забоев.

Концентрация горных работ во времени — это выполнение заданных объемов добычи в течение меньшего числа рабочих смен.

Концентрацию горных работ в пространстве можно рассматривать как горно-технический способ концентрации. Он позволяет на основе обеспечения рациональной ширины рабочих площадок и длины экскаваторных блоков уменьшать длину добычного и вскрышного фронтов.

Основными аспектами горно-технической концентрации являются:

- параметры рабочих площадок и оборудования;

- параметры транспортной инфраструктуры;

- разработка проектно-планировочных решений;

Работа по концентрации горных работ на разрезе «Тугнуй-

ский» с 2008 по 2015 г. осуществляется с учетом возрастания параметров мощного горно-транспортного оборудования (ГТО) (табл. 1). Для обеспечения эффективности его использования, потребовалось увеличение в 1,6 раза ширины рабочих площадок в добычных забоях и в 1,6-3,3 — во вскрышных.

Для повышения качества и оценки уровня концентрации горных работ, в рамках горно-технического способа, необходимо дополнительно рассматривать:

- реестр опасных производственных ситуаций;

- долю площадок с рациональными параметрами;

- годовую производительность фронтов добычных и вскрышных работ;

- удельный грузооборот.

Горно-техническая концентрация позволяет создать условия для высокопроизводительной работы ГТО. Вместе с тем, концентрация мощного горно-транспортного оборудования даже

262

Таблица 1

Параметры горных работ в ОАО «Разрез Тугнуйский»

Показатель Пласт Год Изм., 2015/2008 разы

2008 2013 2015

Длина добычного фронта горных работ, м Пласт 6-8 3500 1900 1100 1 3,18

Пласт 18 участок 1 2650 2100 2500 1 1,06

Пласт 18 участок 2 1400 1700 1900 Т 1,36

Итого 7550 5700 5500 1 1,37

Длина вскрышного фронта горных работ, м Пласт 6-8 3600 2100 1500 1 2,4

Пласт 18 участок 1 2700 2200 2600 1 1,04

Пласт 18 участок 2 1900 1900 2300 Т1,21

Итого 8200 6200 6400 1 1,28

Ширина рабочих площадок (добыча), м Средневзвешенная 50 80 80 Т 1,6

Ширина рабочих площадок (вскрыша), м Пласт 6-8 25 160 120 Т 4,8

Пласт 18 участок 1 100 220 160 Т 1,6

Пласт 18 участок 2 180 480 150 Т 1,2

Средневзвешенная 85 280 140 Т 1,64

при наличии рабочих площадок с рациональными параметрами является фактором, приводящим к росту риска травм и аварий с тяжелыми последствиями.

Необходим переход к работе с опасностями предшествующими нарушению, то есть с причинами нарушений. Таковыми являются опасные производственные ситуации.

Целесообразно использовать алгоритм действий персонала в опасной производственной ситуации, который представлен на рис. 3. Особенностью алгоритма является то, что если уровень риска высокий и его невозможно понизить путем исключения опасных производственных факторов, то незамедлительно должна следовать остановка работ. На критическом уровне остановка работ обязательна.

Поскольку эффективность производства — это цель, а безопасность — это условие, то рациональное формирование рабочих зон проводится в первую очередь из условия обеспечения безопасности ведения горных работ. В связи с этим, на разрезе «Тугнуйский» проводится работа по снижению количества зон с вероятной реализацией ОПС. Как видно на рис. 4 и 5 количество зон снизилось почти в 2 раза. Это позволило также повысить и

263

Рис. 3. Алгоритм действий в опасной производственной ситуации [2]

эффективность производства, поскольку снизилось количество горных выработок на разрезе, которые требуют высоких затрат на их создание и поддержание.

Целенаправленное повышение уровня горно-технической концентрации, как на стадии планирования, так и на стадии ведения горных работ, на разрезе «Тугнуйский», позволило за 5 лет увеличить в 7 раз количество площадок с рациональными параметрами, с 7% в 2009 г. до 46% в 2013 г. (табл. 2).

Рис. 4. План горных работ в ОАО «Разрез Тугнуйский» в 2008 г.

264

ф Зоны вероятной реализации ОПС

Рис. 5. План горных работ в ОАО «Разрез Тугнуйский» в 2013 г.

Таблица 2

Динамика коэффициента подготовленности рабочих площадок в ОАО «Разрез Тугнуйский» за период 2009-2013 гг.

Фронт горных работ Год Рост, разница

2009 2013

2 РП РПрп К Лпрп 2 РП РПрп к прп

Вскрышной План 120 2 0,02 119 89 0,75 38

Факт 120 11 0,09 110 51 0,46 5

Добычной План 42 3 0,07 24 11 0,46 7

Факт 48 1 0,02 24 10 0,42 21

ИТОГО План 162 5 0,03 143 100 0,70 23

Факт 168 12 0,07 134 61 0,46 7

Коэффициенты подготовленности рабочих площадок

г _ X рРП т

А прп _ х РП '

где X РРП — суммарное количество рабочих площадок с рациональными параметрами за анализируемый период; X РП — суммарное количество рабочих площадок за анализируемый период.

Для возможности сравнения разных марок оборудования и обоснованного выбора параметров концентрации горных работ

265

УЗ, руб/м3/ы13

2,5

0,5

♦

<к> ф

♦V ♦

♦ ♦ у = 0,05х-"9

♦ * - Л* И2 = 0,58

УПвф/ лл5/м2на 1 м3 емкости ковша в мес.

Рис. 6. Связь удельных затрат на экскавацию на 1 м3 емкости ковша и удельной производительности фронта вскрышных работ

была рассчитана удельная производительность фронта работ на 1 м3 емкости ковша экскаватора и удельные затраты (рис. 6). Между этими показателями существует связь, использование которой позволяет намечать уровень затрат и обеспечивать соответствующую ему удельную производительность фронта горных работ.

Производительность вскрышного фронта (ПВФ, м3/м2) за определенный период (месяц, год) рассчитывается по формуле (2) [2]:

Пвф _ ТМ'

где Ув — объем вскрыши за период, м3/мес., м3/год; Ьфв — длина вскрышного фронта работ над обнажаемым пластом, м; Мв — мощность вскрыши, м.

Затраты на транспортные работы достигают 40% в себестоимости добычи угля. В связи с этим в качестве одного из основных показателей горно-технической концентрации целесообразно использовать показатель удельного грузооборота (УГ, ткм/т), который рассчитывается по формуле (3):

V

уг _ г т

_ Vд '

где Ут — грузооборот (объем перевозок на определенное расстояние) за период, ткм.

266

Установлена зависимость удельных затрат на добычу угля от удельного грузооборота при различных уровнях использования потенциала автосамосвалов, измеряемого с помощью коэффициента использования функционального времени (рис. 7). Функциональное время — это время работы оборудования с рациональными параметрами. Знание этих связей позволяет определять рациональные направления концентрации горных работ, порядок их ведения.

Проводя на разрезе горно-техническую концентрацию, мы увидели, что не только начала нарастать опасность производства, но и не в полной мере обеспечивается реализация технико-технологических возможностей оборудования. В связи с этим, появилась необходимость развития и освоения организационно-технического способа концентрации.

На рис. 8 показана связь производительности фронта горных работ с концентрацией горных работ.

Горно-технический способ концентрации позволяет на основе обеспечения рациональной ширины рабочих площадок и длины экскаваторных блоков уменьшить длину добычного и вскрышного фронтов. Концентрация горных работ во времени — организационно-технологический способ концентрации, позволяет на основе рациональных технологических схем повышать уровень использования потенциальных возможностей оборудования и безопасность производства.

Су, руб/т

О 5 10 15 20 25 30 35 40

УГ, ткм/т

♦ Фактические данные

Рис. 7. Зависимость удельных затрат на добычу угля от удельного грузооборота (ОАО «Разрез Тугнуйский, 2009-2012 гг.) [1]; КФИВ — коэффициент функционального использования времени

267

Рис. 8. Связь производительности фронта горных работ с концентрацией горных работ

Параметрами концентрации горных работ, осуществляемого организационно-технологическим способом являются:

- параметры технологических схем;

- параметры работы оборудования.

Для повышения качества и оценки уровня концентрации горных работ, в рамках организационно-технологического способа, необходимо дополнительно рассматривать:

- технологичность процессов;

- ритмичность процессов;

- функциональное время работы;

- комплексную программу по обеспечению безопасности производства.

Хронометражные наблюдения, расчеты, промышленные эксперименты в условиях разреза «Тугнуйский» позволили установить рациональную ширину рабочих площадок для вскрышных и добычных работ, осуществляемых мощными экскаваторами-мехлопатами с вместимостью ковша 20 и 40 м3 и драглайнами с вместимостью ковша 20 и 40 м3, а также гидравлическими экскаваторами — 10 и 12 м3. Примеры таких схем представлены на рис. 9, 10.

Существенное влияние на эффективность и безопасность производства оказывает ритмичность процессов. Под ней понимается равномерное выполнение производственных операций без отклонений от требуемого уровня производительного времени работы оборудования.

268

Рис. 9. Применение двух экскаваторов ЭШ-20/90 в паре на одном уступе

Рис. 10. Схема работы экскаватора Bucyrus 495 НD с двухсторонней погрузкой автосамосвалов

На наш взгляд, в аспекте повышения концентрации горных работ важными являются частота отклонений фактического функционального времени от рационального (целевого) значения и их амплитуда. Поэтому предлагается оценивать ритмичность (Р) как произведение амплитуды и частоты (формула 3).

Р = АЧ,

где А — амплитуда, Ч — частота отклонений.

На рис. 11 представлена зависимость функционального времени от суточной и сменной ритмичности. Для достижения 6000 ч функционального времени работы оборудования в год, необходим следующий штатный режим: 9-10 часов в смену, 18-20 часов в сутки, не менее 500 часов в месяц. Такие показатели функционального времени работы оборудования возможны при ритмичности — 0,2-0,3.

269

Рис. 11. Связь функционального времени работы экскаваторов и среднесуточной ритмичности процесса

Рис. 12. Схема к определению технологического максимума функционального времени работы экскаватора на примере: а — Bucyrus 495 HD в ОАО «Разрез Тугнуйский»; б — БелАЗ-7530 в ОАО «Разрез Тугнуйский»

Схемы оценки технологического максимума функционального времени работы экскаватора и автосамосвалов приведена на рис. 12. Технологический максимум составляет более 620 ч работы в месяц, то есть более 7000 ч работы в год.

Таблица 3

Динамика коэффициента функционального использования времени оборудования в ОАО «Разрез Тугнуйский» за период 2009-2014 гг.

Наименование Год

2009 2010 2011 2012 2013 2014

Экскаваторы: функциональных маш.-ч/мес кФИВ 259 0,35 251 0,34 389 0,53 368 0,5 342 0,47 327 0,45

Автосамосвалы:

функциональных маш.-ч/мес - - 354 397 399 412

кфив - - 0,48 0,54 0,54 0,56

Таблица 4

Динамика производительных машино-часов карьерных самосвалов ОАО «Разрез Тугнуйский»

№ ИЕХТИОО 161 Январь 428 Февраль 416 Март 439 285 1ШИН°"4 55 492 529 Среднее 421

3 НЕХТШОО 163 385 562 409 572 499 516 409 606 53 89 493 698 537 605 455 607

6 ВЕХТКЮО 481 500 455 03 414 512 456

8 ИЕХТМОО 1( >8 135 429 266 340 417 42 255 381 361

12 вех ттоо ВЕХТИОО ВЕХ ТКЮО > 2 502 487 347 471 437 413 516 488 442 507 509 381 64 95 551 550 437 497 553 484 503 498

! Б елаз-75131 .арке 448 369 274 188 68 441 478 396

4 Белаз-75131 129 432 309 515 451 27 418 469 446

^ Белаз-75131 Белаз-75135 133 134 442 296 45! 37 i 484 502 389 383 25 79 448 282 449 378 442 356

1 Б Б Средняя по ЛАЗ-75306 ЛАЗ-75306 - 201 202 | 480 317 47 30 434 421 183 18 89 545 592 313 450 455 334

4 -- ЛА3 75302- -204--410- -£1 450 351 —- 545 433 " 439

?6 Б Б ЛАЗ-75302 ЛАЗ-75302 206 428 207 396 48 33 499 402 530 429 66 !45 573 538 405 386 483 405

10 БЕЛАЗ-75306 г 46 489 486 370 504 464 464

12 13 БЕЛАЗ-75306 БЕЛАЗ-75306 2 2 2 3 386 416 40 39 420 528 505 377 461 449 482 471 408 473 438

15 16 17 БЕЛАЗ-75306 БЕЛАЗ-75306 БЕЛАЗ-75306 2 2 5 6 7 390 453 473 42 50 43 423 526 499 60 35 90 169 478 487 0 488 174 282 429 383 306 488 405

18 БЕЛАЗ-75306 -1 8 479 47 575 58 471 578 473 501

23 БЕЛАЗ-75306 223 439 48 450 96 357 525 476 461

24 БЕЛАЗ-75306 224 477 466 545 07 479 578 ^35 504

27 28 29 БЕЛАЗ-75306 БЕЛАЗ-75306 БЕЛАЗ-75306 227 228 229 502 445 483 262 541 402 541 98 88 34 507 542 518 540 485 534 493 471 512 475 473

53 Средняя по Средняя по - 426 417 415 472 61 439 445 482 465 442 450 449 443

271

На сегодняшний день функциональное время составляет по экскаваторам более 330 ч, по автосамосвалам более 440 ч, что говорит о возможности дальнейшего повышения производительности ГТО путем освоения организационно-технологической концентрации. Динамика производительного времени работы основного горнотранспортного оборудования представлена в табл. 3.

Учет функционального времени основного горно-транспортного оборудования проводится в форме «Светофор» и освоен для буровых станков, экскаваторов и автосамосвалов. Пример для самосвалов представлен в табл. 4.

Для системной работы по повышению эффективности и безопасности горных работ на основе этих способов концентрации разработана соответствующая методика (рис. 13).

Таким образом, целесообразными способами концентрации являются горно-технический и организационно-технологический, которые в совокупности обеспечивают сосредоточение объемов добычных и вскрышных работ на меньшем числе горизонтов и забоев и выполнение этих объемов с меньшими затратами времени работы оборудования и персонала.

Рис. 13. Схема методики концентрации горных работ для обеспечения конкурентного уровня эффективности и безопасности производства

272

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каинов А.И. Улучшение планирования развития горных работ (на примере ОАО «Разрез Тугнуйский») / А.И. Каинов ГИАБ. — 2014. — № 10. — С. 279-287.

2. Кулецкий В.Н. и др. Совершенствование планирования горных работ с использованием критериев и показателей эффективности и безопасности производства / В.Н. Кулецкий, А.И. Каинов, А.М. Макаров // Уголь. — 2014. — № 3. — С. 73-75.

3. Лисовский В.В. и др. Об оперативном управлении рисками травмирования персонала: удержание опасной производственной ситуации на приемлемом уровне риска / В.В. Лисовский, В.Ю. Гришин, И.Л. Кравчук, А.В. Галкин // Уголь. — 2013. — № 11. — С. 46-52.

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Каинов Александр Иванович — технический директор ОАО «Разрез Туг-нуйский»

UDC 622.271

SUBSTANTIATION OF METHODS AND CHARACTERISTICS OF MINING CONCENTRATION IN OPEN PIT COAL MINES USING HEAVY HAULERS

Kainov Aleksandr I., Technical Director, Tugnuisky Open Pit Mine

The article proves feasibility of enhancing production efficiency based on concentration of mining operations. The relevance of the research is conditioned by the demand for steady decrease in the cost of product with the simultaneous increase in the product quality in order that a mine is competitive on the market. As characteristics of mining concentration, it is expedient to use specific freight turn-over, mining front productivity, functional operation time, balance of processes. Relations of cost per ton of coal, cost per unit and the proposed mining concentration characteristics are determined. A procedure is developed for mining concentration implementation, including mine-technical and organizational-technological methods. The procedure enables enhancing efficiency and safety of open pit coal mining using heavy haulers.

273

Key words, open pit coal mining, mining, concentration, heavy haulers, motor transport, methods and characteristics, efficiency.

References

1. Kainov A.I. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2014, no. 10, pp. 279-287.

2. Kuletsky V.N., Kainov A.I., Makarov A.M. Coal, 2014, no. 3, pp. 73-75.

3. Lisovsky V.V., Grishin V. Yu., Kravchuk I.L., Galkin A.V. Coal, 2013, no. 11, pp. 46-52.

274