Промисловість в Україні отримала великий розвиток через присутності в надрах величезної кількості корисних копалин. Економіка країни безпосередньо залежить від промислового потенціалу країни, тому саме промисловість відіграє величезну роль у розвитку України.
Вугілля в Україну є основним енергоносієм, тому від роботи вугільної промисловості залежить стан економіки держави.
У технологічному процесі видобутку корисних копалин в шахті підземний транспорт [1] є одним з найважливіших ланок. Призначенням його є транспортування гірської маси по гірських виробках від вибою до стовбура шахти, перевезення обладнання та матеріалів від стовбура до місця виробництва робіт, а також перевезення людей по підземних гірничих виробках до місця їх роботи.
Різноманітність експлуатаційних та технологічних умов на гірничодобувних підприємствах висуває специфічні вимоги до транспортної системи та коригування нормативів надійності транспортного комплексу. Зростання вартості вантажно-розвантажувального і транспортного обладнання потребує істотного збільшення ефективності їх експлуатації, встановлення раціонального рівня експлуатаційної надійності транспортних машин і в цілому транспортного комплексу вугільних шахт.
Аварії, які, на жаль, дуже часто відбуваються на шахтах, мають великий вплив на весь процес: роботу транспортного комплексу, видобуток вугілля і т.д. Скорочення кількості аварій призведе до збільшення видобутку, зниження травматизму та зменшення кількості простоїв транспортного устаткування шахти. Для того щоб скоротити кількість аварій потрібно виконати великий обсяг роботи, проаналізувати величезну кількість даних, що в свою чергу дозволить здійснювати прогноз працездатності транспортної системи вугільної шахти з певним ступенем надійності.
Цьому питанню і присвячена дана робота.
В даний час більшість дослідницьких організацій займаються удосконаленням схем транспорту та розробки заходів щодо підвищення надійності транспортного обладнання та комплексу в цілому. Важливу роль у розробці цих питань зіграли роботи наступних вчених і дослідників: Бережного В.І., Воскресенська Т.П., Некрасова А.Г., Зайцева Є.І. та інші.
В Україні науково-дослідними та навчальними закладами, в числі яких ДонВУГІ, МакНДІ, ДонНТУ, проводяться роботи по розробці нових прогресивних методик вибору і визначення надійності систем транспорту та впровадження їх у життя [1], [2]. Дуже цікавою на цьому тлі виглядає запропонована методика. Роботи, спрямовані на обгрунтування заходів щодо підвищення надійності транспортного комплексу шахти технічно і економічно виправдані. Для отримання найбільшого економічного ефекту потрібно враховувати не тільки гірничо-геологічні та гірничо-технічні умови, ступінь і режим навантаження транспортних засобів, а також своєчасно застосовувати заходи щодо запобігання виникненню аварійних ситуацій. Тому тема роботи є актуальною.
Мета роботи — обгрунтування заходів підвищення надійності роботи транспортного комплексу шахти на основі прогнозування відмов обладнання, яке забезпечить підвищення ефективності роботи шахти в цілому.
Для досягнення зазначеної мети були поставлені наступні завдання:
1) провести аналіз вантажів та вантажопотоків;
2) проаналізувати тривалість роботи виїмкового устаткування;
3) проаналізувати аварійність і побудувати розподіл аварій;
4) обгрунтування заходів підвищення надійності транспортного комплексу шахти;
5) зробити висновки за результатами дослідження.
На підставі даних отриманих з диспетчерського журналу 4-й південної лави блоку 10 були проаналізовані зміни вантажопотоків, тривалість роботи комбайна і аварійність. При цьому були досліджені причини зниження вантажопотоків, збільшення простоїв і аварійності, що дало можливість зробити аналіз варіації вантажопотоків 4-й південної лави за часом (змінах і добі).
На рис. 1 представлена діаграма добової, а на рис. 2 змінної видобутку 4-й південної лави на, яких різними кольорами показана видобуток, яка обчислюється різними способами. Червоним кольором відображена видобуток, яка визначається за засувках лавного конвеєра, зеленим — з проходження комбайна конкретних секцій механізованого кріплення, а жовтим — по пікетах на початок I-ої зміни.
Рис. 1. Добовий видобуток.
З графіків видно, що дані з видобутку певні різними способами значно відрізняються один від одного і великі значення видобутку отримані шляхом використання розрахунків за місцем розташування комбайна. Однак при визначенні видобутку таким методом за основу приймається гіпотеза [3], що при роботі виїмкової комбайна виконавчий орган впроваджується у вугільний масив на всю ширину захвату. Однак оперативні дані по декількох гірничодобувним підприємствам показує, що фактична величина використовуваної ширини захоплення виїмкової комбайна має випадкові відхилення від стандартної в меншу сторону, передбаченої технологією, а середня величина фактичної ширини захоплення складає 0,3-0,6 від стандартної.
Відхилення в меншу сторону фактичної величини заходки обумовлено низкою факторів, таких як вирівнювання лінії вибою, переходи зон порушень, маневрування окремими секціями і т.д.
Рис. 2. Змінний видобуток.
Враховуючи вищесказане можна констатувати, що видобуток по 4-й південній лаві становить:
• по пересування конвеєра — 53753 т / міс.;
• по положенню комбайна — 43917 т / міс.;
• по пікетах — 38624 т / міс.
Величина видобутку, розрахована за засувках конвеєра і положенню виїмкової комбайна, не відображає реальну здобич, оскільки розрахунки цих величин безпосередньо залежать від ширини захвату комбайна. Слід також зазначити, що дані видобутку розрахованої за місцем розташування комбайна в диспетчерському журналі відзначені не скрізь, отже, величина місячної видобутку при такому методі розрахунку буде значно перевищувати всі інші значення [4]. Найбільш наближеною до реальної видобутку є величина, розрахована по пікетах. Дані зібрані за диспетчерським журналу підтверджуються даними маркшейдерської зйомки на кінець місяця.
Розрахована за паспортом відпрацювання виїмкової дільниці величина максимально допустимого навантаження на очисний забій дорівнює 5851 т / добу. Отже, місячна видобуток виїмкової дільниці повинна становити 181381 т / міс. Зіставивши дані отримані в результаті обробки диспетчерського журналу з плановою величиною можна сказати, що реальні показники видобутку менше розрахункових в 4,7 рази.
Однак навіть це співвідношення не є абсолютно достовірним, оскільки допустиме навантаження визначається на підставі гіпотези сталості газоносності в межах виїмкової дільниці. Насправді ця газоносність є випадковою величиною має значний розкид (± 50% і більше) який обумовлений природної варіацією геологічних чинників. Це означає, що розрахункова допустима навантаження на лаву не є величиною постійною, а її величина має розкид порядку ± 50%. До жаль заздалегідь не відома величина допустимої нормативної навантаження в конкретній області виїмкової дільниці. У зв'язку з цим методологія розрахунку навантаження на лаву повинна бути змінена, а результати проектування повинні носити імовірнісний характер, що на сьогодні поки не прийнято в експлуатаційників.
Аналогічні дослідження величини посування очисного вибою були [4] проведені за даними німецьких вугільних шахт. На рис. 3 представлено графік посування очисного вибою за 275 днів роботи виїмкової дільниці.
Рис. 3. Розподіл посування очисного вибою.
Проаналізувавши рис. 3 можна зробити висновок, що при роботі даного очисного [5] забою на діаграмі явно простежуються як режими стабільної так і не стабільною роботи. При цьому на графіку чітко виділені два режими роботи очисного забою, при якому нормативне навантаження мінялася, з більшою на меншу починаючи з 238 діб. На рис 4 представлено розподіл посування очисного вибою, на якому виділено дві моди, одна з яких відповідає простоїв за досліджуваний період часу, а друга максимальному посування. З гістограми видно, що мода відповідна посування збігається з нормативним навантаженням, при цьому навантаження виконується в 30%.
Рис. 4. Розподіл 4-й південної лави блоку 10.
Побудувавши розподіл вантажопотоків 4-й південної лави блок 10 (рис. 4), можна проаналізувати режим роботи ділянки. З рис. 4. видно, що розподіл має приблизно симетричний вид, причому мода розташована в районі 0,3-0,5 від нормативного навантаження. При цьому фактичне виконання нормативного навантаження здійснюється лише у 13% випадків.
Варто також відзначити, що на діаграмі розподілу посування очисного вибою американських шахт відсоток простою складає 15% від усього періоду роботи, а відсоток простоїв 4-й південної лави блоку 10 становить 10%. Також слід зазначити, що відсоток роботи в межах нормативного навантаження за даними американських шахт складає 30%, а за даними 4-ї південної лави — 13%. Це свідчить про те, що при роботі 4-й південної лави ширина захвату виконавчого органу виїмкової комбайна менше стандартної. І тому при меншому відсотку простоїв не спостерігається більший відсоток роботи очисного вибою з нормативним навантаженням.
Узагальнюючи вище викладене [6], оцінка роботи шахти, посування якій описується графіком на рис.4 можна розглядати як частково стійкий режим, так як мода розподілу розташована в правій частині графіка і відповідає нормативного навантаження на очисний забій, а роботу 4-ї південної лави блоку 10 як нестійкий режим роботи, так як мода розташовується по центру графіка і відповідає приблизно 0,3-0,5 від нормативної навантаження [7] на очисний забій. Однак для більш повної картини роботи 4-ї південної лави блоку 10 необхідно набрати більшу кількість даних і тільки в цьому випадку можна робити остаточні висновки щодо стабільності роботи виїмкової дільниці.
Надалі планується вибрати раціональний метод прогнозування, обгрунтувати параметри прогнозування та здійснити безпосередньо прогноз відмови транспортного обладнанням.
Рис. 5. Принцип дії кріплення. (обсяг – 49,9 КБ; кількість кадрів – 5; тривалість – 7 с.)
1. Головною причиною невиконання планової видобутку є несприятлива геологічна ситуація [8], [9], зокрема малоамплітудні розривні порушення та заміщення пласта міцним пісковиком. Тому для розробки прогнозної моделі для підвищення надійності транспортного комплексу необхідна достовірна інформація про порушення. Достовірність сучасних методів геофізичної розвідки не перевищує 55%-60%, тому перспективною методологією дозволяє підвищити достовірність прогнозу геологічних умов є штучні нейронні мережі. Однак в якості вхідної інформації для тренування нейронних мереж необхідні дані геофізичної томографії вугільного пласта.
2. Середня тривалість роботи виїмкового комбайна за місяць склала 3,9 години або 65,3%. Середня тривалість роботи виїмкового комбайна по змінах приблизно рівна. Найбільша кількість часу комбайн працює в діапазоні від 4 до 6 годин і при цьому реальний видобуток в кілька разів (2-4,5 разів) менше розрахункової величини, можна стверджувати, що велику роль у цьому відіграє неповна ширина захвату виконавчого органу виїмкової комбайна. Робота виїмкової обладнання в такому режимі призводить до збільшення елементів собівартості вугілля по електроенергії, матеріалів і заробітної плати [10].
3. Найбільша кількість аварій більше 80% відноситься до аварій, що виникли безпосередньо на виїмковому ділянці і аварії пов'язані з транспортуванням корисної копалини. Розподіл аварій за тривалістю показує, що найбільша кількість аварійних ситуацій виникли за місяць знаходиться в межах від 0 до 131 хвилини.
1. Сафонов Г.Н., Мотин П.А. Машинист шахтных локомотивов. М.: Недра, 1985. — 276с.
2. Степанов А.В. Факторы, влияющие на надежность грузового автомобиля при работе на породных отвалах // Автомобильный транспорт: сб. научн. тр. — Харьков: ХНАДУ. — 2003. — Вып. 13 — С. 140 – 142.
3. Степанов А.В., Полянский А.С. Сезонное рассеивание показателей надежности автомобилей, работающих на породных отвалах // Автомобильный транспорт: сб. научн. тр. — Харьков: ХНАДУ. — 2004. – Вып. 15 — С. 96 — 99.
4. Степанов А.В. Надежность транспортных систем породных отвалов // Автомобильный транспорт: сб. научн. тр. — Харьков: ХНАДУ. — 2006. — Вып. 19 — С. 113 — 116.
5. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. — М.: Наука, 1965. — 524 с.
6. Барлоу Р., Прошан Ф. Статистическая теория надежности и испытания на безотказность. — М.: Наука, 1984. — 328 с.
7. Дедков В.К., Северцев Н.А. Основные вопросы эксплуатации сложных систем. — М.: Высшая школа, 1976. — 406 с.
8. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. — М.: Высшая школа, 1982. — 231 с.
9. Дмитрюк Г.Н., Пясик И.Б. Надежность механических систем. — М.: Машиностроение, 1966. — 184 с.
10. Гихман И. И., Скороход А. В. Введение в теорию случайных процессов. М. — Наука, 1969 — 326 с.