Конвейерный транспорт – наиболее производительный вид непрерывного транспорта, характеризующийся централизованным автоматическим управлением, простотой обслуживания и малыми затратами на эксплуатацию. Конвейерное хозяйство современных горнорудных предприятий включает в себя десятки различных ленточных конвейеров, общая протяженность которых достигает нескольких километров. Конвейерный транспорт на угольных шахтах широко применяют для доставки угля и породы по горизонтальным и наклонным выработкам. При выполнении специальных требований конвейеры используют для перевозки людей. Наиболее распространенными средствами конвейерного транспорта на угольных шахтах являются ленточные конвейеры.
Все более широкое применение находят конвейерные линии для транспортирования грузов на значительные расстояния при открытых способах добычи полезных ископаемых. Растет глубина, на которой ведутся горные работы. В связи с этим к ленточным конвейерам предъявляются новые повышенные требования – увеличение длины транспортирования, угла наклона, скорости, производительности, повышение надежности. Решение вопроса повышения надежности и определение оптимальных периодов профилактических работ приведет к обеспечению требуемой технической производительности ленточных конвейеров на длительное время.
В соответствии со ст. 7 Закона Украины «Об охране труда» [1] на предприятиях должны быть созданы безопасные и безвредные условия труда. Статья 4 Горного Закона Украины [2] регламентирует создание таких условий применительно к предприятиям угольной промышленности.
Согласно п.8.1.4. Правил безопасности в угольных шахтах на действующих и строящихся шахтах обязательна перевозка людей при расстоянии до места работы 1км и более по горизонтальным, а по вертикальным и наклонным выработкам – если разность между отметками конечных пунктов выработки превышает 25м. Основными средствами механизированной доставки работающих являются оборудованные для перевозки людей ленточные конвейеры, пассажирские вагонетки, перемещаемые локомотивным транспортом по горизонтальным и канатной откаткой по наклонным выработкам, а также монорельсовые, напочвенные и канатно-кресельные дороги.
Все большее значение приобретают прогрессивные технологии добычи и доставки горного сырья из карьеров. Широкое применение имеет циклично-поточная технология добычи ископаемых, которая включает в себя добычу и доставку полезного ископаемого автомобильным транспортом к месту предварительного дробления в карьере и последующее транспортирование конвейерным транспортом, например, к обогатительной фабрике.
Особую роль конвейерный транспорт приобретает в условиях внедрения прогрессивной технологии добычи и обогащения горного сырья, при которой используются средства разделения потока полезных ископаемых по отдельным компонентам с выделением пустой породы в начале технологической цепи, что способствует увеличению эффективности процесса получения полезных ископаемых. Технико-экономические показатели работы предприятий горнорудных отраслей промышленности в значительной мере зависят от работоспособности ленточных конвейеров и их экономических показателей.
Своевременное обнаружение повреждений в лентах позволяет повысить срок их эксплуатации при минимальных затратах на ремонт. Поэтому разработка устройства защиты ленточных конвейеров является актуальной.
При проектировании транспорта людей по горным выработкам шахт встречаются ситуации, когда существует два и более альтернативных маршрута и средств доставки рабочих. В таких случаях возникает необходимость выбора оптимальных маршрутов и транспортных средств.
Обзор Основных положений по проектированию подземного транспорта и доступных источников установил, что основным критерием выбора транспортных средств для перевозки людей служит время. В то же время, как показывает практика, данный критерий не является единственным показателем эффективности. В связи с изложенным, разработка методики комплексной оценки транспорта людей в угольных шахтах актуальна.
Цель работы - усовершенствовать методику выбора и разработать меры по повышению надежности средств перевозки людей в угольных шахтах. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) выполнить анализ существующей методики выбора транспорта людей в угольных шахтах и выявить основные недостатки;
2) разработать усовершенствованную методику выбора транспорта людей;
3) разработать меры по повышению надежности транспортных средств для перевозки людей.
Владелец (руководитель) горного предприятия обеспечивает проведение горных работ и охрану труда соответственно с требованиями законов Украины, других нормативно-правовых актов, а также Правил безопасности, Правил технической эксплуатации [2].
Создание оптимальных режимов труда и отдыха в течение рабочего времени осуществляется в соответствии со спецификой труда, в первую очередь, для работников с тяжелыми и вредными условиями труда.
Рассмотрим требования нормативных документов по вопросу безопасного передвижения людей по горным выработкам шахт.
Горнорабочий (рабочий) следует на работу и с работы по указанному маршруту. Осуществляет проезд только на транспортных средствах, предназначенных для перевозки людей (грузолюдских в режиме перевозки людей) [3].
Перевозка людей ленточными конвейерами допускается в выработках с углами наклона до 18° при номинальной скорости движения ленты не более 3,15 м/с. Для перевозки людей могут использоваться так верхняя, так и нижняя ветви ленты конвейера. Разрешается перевозка людей одновременно с транспортированием горной массы, если размеры кусков угля или породы в местах посадки на ленту не превышает 150 мм. При необходимости должны быть предусмотрены технические средства для дробления крупных кусков. Не допускается проезд людей на грузовой ветви под загрузочными устройствами (питателями, печами и т.п.). Свободное пространство для проезда людей на конвейере должно быть не менее 0,8 м по ширине и высоте. В местах установки ловителей ширину свободного пространства допускается уменьшать до 0,7 м. Во время перевозки людей выработка должна освещаться стационарными светильниками, обеспечивающими на уровне почвы освещенность не менее 2 лк. Перевозка людей ленточными конвейерами должна осуществляться по типовым или индивидуальным проектам, согласованным с МакНИИ или ВостНИИ.
Станции посадки и схода должны обеспечивать удобную и безопасную посадку и сход пассажиров без остановки конвейера. Промежуточные станции посадки и схода должны обеспечивать безопасный проезд транзитных пассажиров. Станции посадки должны располагаться не ближе 5 м от загрузочных устройств и ограждающих устройств барабана. Станции схода должны быть удалены от загрузочных устройств и концевых барабанов на расстояние не менее 20 м.
Для оповещения пассажиров о подъезде к станции схода за 10-15 м перед ней должно быть установлено устройство осязательной сигнализации в виде одного ряда эластичных полос шириной 30-50 мм , подвешенных над лентой через 100 - 150мм по всей ее ширине с зазором не более 200 мм от незагруженной ленты [4].
При проектировании транспорта людей по горным выработкам шахт встречаются ситуации, когда существует два и более альтернативных маршрута и средств доставки рабочих. В таких случаях возникает необходимость выбора оптимальных маршрутов и транспортных средств.
Обзор Основных положений по проектированию подземного транспорта и доступных авторам литературных источников установил, что основным критерием выбора транспортных средств для перевозки людей служит время. В то же время, как показывает практика, данный критерий не является единственным показателем эффективности. В связи с изложенным, разработка методики комплексной оценки транспорта людей в угольных шахтах актуальна.
Предлагаемая методика базируется на следующих положениях. Наилучший вид транспорта должен обладать максимальной эффективностью. Всестороннее описание транспортной системы возможно только с помощью набора параметров. Для сравнения транспортных систем этот набор параметров должен быть выражен одним значением. Это число является функцией параметров системы [5]:
(1)
где Е – эффективность системы;
x1, x2,…, xn – частные параметры эффективности системы;
n – число параметров, характеризующих систему.
По влиянию на эффективность системы параметры бывают повышающие (их увеличение повышает эффективность системы) и понижающие (их увеличение снижает эффективность системы).
Для условий решаемой задачи допустимо выразить эффективность транспортной системы в виде уравнения:
(2) где ai – вес і-го параметра.
Проведенный анализ транспортного оборудования, используемого для перевозки людей в угольных шахтах, позволил установить следующие основные частные критерии его эффективности:
• повышающие – удобство посадки (высадки) и передвижения, готовность к внутрисменной перевозке людей, надежность;
• понижающие – время доставки людей, безопасность.
Вес критериев для уравнения (2) определяется методом экспертных оценок.
С помощью данного метода также вычисляются значения частный критериев оценки при отсутствии необходимой статистической информации.
Комплекс логических и математико-статистических структур, направленное на получение информации от специалистов-экспертов называется методом экспертных оценок. На настоящее время существует несколько его модификаций, отличающихся правилами освоения оценок. Основные из них [6]:
1. Метод ранжирования заключается в расположении оцениваемых критериев, в последовательности соответствующей их значимости посредством присвоения им порядковых номеров (рангов).
2. Метод непосредственной оценки предварительно ограничивает диапазон оценок, критериев и задача экспертов заключается в присвоении оценок критериям в этом диапазоне, допускается присвоение одинаковых оценок разным критериям, а получаемая сумма может быть любой.
3. Метод последовательных предпочтений включает такие действия: в начале эксперт присваивает наиболее важному критерию максимальную оценку, а остальным критериям в соответствии с меньшей их важностью от 0 до 100, затем эксперт устанавливает, является ли критерий с максимальной оценкой более важным, чем все остальные, если ответ положительный, то оценка критерия увеличивается до уровня, превышающего сумму оценок всех других критериев, если отрицательным – оценка корректируется в меньшую сторону. Далее та же процедура повторяется для критериев с более низкими оценками.
4. Метод парных сравнений предусматривает оценку критериев на основе их парного сравнения.
Максимальное значение комплексного показателя эффективности (2) покажет оптимальное транспортное оборудование для данных конкретных условий.
Внедрение предложенной методики позволит улучшить организацию и повысить безопасность перевозки людей в угольных шахтах Украины.
С помощью изложенной методики получены значения веса критериев транспорта людей в угольных шахтах. В качестве экспертов выступили 14 рабочих, ИТР и руководителей шахты им.В.И.Ленина объединения «Макеевуголь». Результаты приведены в таблице 1.
Таблица1 – Экспертные оценки веса критериев транспортного оборудования для перевозки людей в шахтах.
| Критерии | Время | Надежность | Удобство высадки (посадки) и передвижения | Безопасность | Готовность к внутрисменной перевозке людей |
| Вес критерия | 0,18 | 0,24 | 0,16 | 0,30 | 0,12 |
Переведем оценки времени транспорта людей по выработкам в относительные единицы, для чего воспользуемся уравнением:
(3)
Результаты вычислений сведены в табл.2.
Таблица 2 – Оценки времени транспорта людей по выработкам в относительных единицах
| № п/п | Выработка | Время доставки по видам транспорта, мин | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ленточный конвейер | Канатная откатка | Канатно-кресельная дорога | Локомотивная откатка | Напочвенная дорога | ||
| 1 | Гл.вент.сбойка пл. l1 / | 0,33 | 1 | 0,23 | 0,14 | 0,23 |
| 2 | Юж.конв. квершлаг | 0,3 | 1 | 0,25 | 0,12 | 0,2 |
| 3 | Перемещ. рабочих по коренному конв. штреку | 0,29 | 1 | 0,2 | 0,14 | 0,22 |
| 4 | Перемещ. по конв.магистрали | 0,33 | 1 | 0,22 | 0,15 | 0,25 |
| 5 | Накл.вост.вент.кв-г пл.l2 / | 0,36 | 1 | 0,29 | 0,17 | 0,27 |
| 6 | Накл.кв-г №1 | 0,33 | 1 | 0,2 | 0,2 | 0,33 |
| 7 | Передв. по вост. парному штреку и по накл. вост. вент-му квершлагу. | 0,36 | 1 | 0,29 | 0,17 | 0,27 |
| 8 | Передв. по ВПОП накл. вост. вент. кв-га | 0,5 | 1 | ,033 | 0,29 | 0,5 |
| 9 | ВПОП накл.кв-га №1 | 0,33 | 1 | 0,17 | 0,17 | 0,25 |
| 10 | Перемещ. рабочих по конв.маг.до накл.кв-га №3 | 0,4 | 1 | 0,25 | 0,2 | 0,33 |
| 11 | Перемещ.покоренному конв.бремсбергу. | 0,33 | 1 | 0,22 | 0,15 | 0,25 |
Значения остальных критериев получены методом экспертных оценок и приведены в табл.3
Таблица 3 – Экспертные оценки видов транспорта
| № п/п | Критерии | Оценки транспорта по данным критериям | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ленточный конвейер | Канатная откатка | Канатно-кресельная дорога | Локомотивная откатка | Напочвенная дорога | ||
| 1 | Надежность | 0,34 | 0,24 | 0,31 | 0,30 | 0,21 |
| 2 | Удобство высадки (посадки) и передвижения | 0,29 | 0,28 | 0,28 | 0,28 | 0,31 |
| 3 | Безопасность | 0,72 | 0,71 | 0,67 | 0,69 | 0,74 |
| 4 | Готовность к внутрисменной перевозке людей | 0,9 | 0,19 | 0,8 | 0,11 | 0,22 |
На основе полученных результатов вычисляем комплексный критерий оценки эффективности каждого вида транспорта (табл.4).
Таблица 4 – Значения эффективности каждого вида транспорта по каждой выработке
| № п/п | Выработка | Значения эффективности каждого вида транспорта | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ленточный конвейер | Канатная откатка | Канатно-кресельная дорога | Локомотивная откатка | Напочвенная дорога | ||
| 1 | Гл.вент.сбойка пл. l1 / | 0,5114 | 0,728 | 0,458 | 0,402 | 0,389 |
| 2 | Юж.конв. квершлаг | 0,506 | 0,728 | 0,441 | 0,419 | 0,384 |
| 3 | Перемещ. рабочих по коренному конв. штреку | 0,5042 | 0,728 | 0,438 | 0,413 | 0,388 |
| 4 | Перемещ. по конв.магистрали | 0,5114 | 0,728 | 0,456 | 0,404 | 0,393 |
| 5 | Накл.вост.вент.кв-г пл.l2 / | 0,5168 | 0,728 | 0,4684 | 0,4076 | 0,397 |
| 6 | Накл.кв-г №1 | 0,5114 | 0,728 | 0,4462 | 0,425 | 0,407 |
| 7 | Передв. по вост. парному штреку и по накл. вост. вент-му квершлагу. | 0,5168 | 0,728 | 0,452 | 0,437 | 0,397 |
| 8 | Передв. по ВПОП накл. вост. вент. кв-га | 0,542 | 0,728 | 0,475 | 0,429 | 0,438 |
| 9 | ВПОП накл.кв-га №1 | 0,5114 | 0,728 | 0,446 | 0,407 | 0,393 |
| 10 | Перемещ. рабочих по конв.маг.до накл.кв-га №3 | 0,524 | 0,728 | 0,446 | 0,422 | 0,407 |
| 11 | Перемещ.покоренному конв.бремсбергу. | 0,5114 | 0,728 | 0,455 | 0,404 | 0,393 |
Для определения оптимального маршрута для перевозки людей с помощью графо-аналитического метода строим граф транспортных маршрутов (рис.1), каждая дуга которого характеризуется комплексным критерием оценки наилучшего вида транспорта.
Рисунок 1.Граф транспортных маршрутов (параметры анимации - число циклов - 3, число кадров - 10):
а – ствол 3;
м – лава №1 пласта l2 / .
ад – главная вентиляционная сбойка пласта l1 / ;
аг – южный конвейерный квершлаг;
де – коренной конвейерный штрек по пласту l1 + конвейерная магистраль;
ге – НПОП наклонного квершлага №1;
ез – конвейерная магистраль;
дк – наклонный восточный вентиляционный квершлаг пласта l2 / ;
гж – наклонный квершлаг №1;
зи – наклонный квершлаг №3 пласта l2 / ;
жз – ВПОП конвейерной магистрали;
жи – ВПОП наклонного квершлага №1 пласта l2 / ;
км – ВПОП наклонного восточного вентиляционного квершлага;
им – коренной конвейерный бремсберг по пласту l2 / .
Для определения кратчайшего пути оценим вершины по минимуму:
1) в вершину е входят 2 дуги: де и ге. Для оценки этой вершины вначале вычислим сумму длины дуги де с числом, характеризующим вершину д:
808 + 1010 = 1818 м
Затем найдем сумму длины дуги ге с числом, характеризующим вершину г:
1790 + 65 = 1855 м
2) в вершину к входит 1 дуга:
дк: 808 + 917 = 1725 м
3) в вершину ж входит 1 дуга:
гж: 1790 + 180 = 1970 м
4) в вершину з входят 2 дуги:
ез: 1818 + 380 = 2198 м
жз: 1970 + 42 = 2012 м
5) в вершину и входят 2 дуги:
зи: 2012 + 100 = 2112 м
жи: 1970 + 216 = 2186 м
6) в вершину м входят 2 дуги:
км: 1725 + 250 = 1975 м
им: 2112 + 592 = 2704 м
Оптимальный период профилактики устанавливается на основе зависимости [9]:
(4)
где 
– интенсивность отказов оборудования, т/ч;
т – период времени, ч;
Тп – средняя длительность плановой профилактики, ч.
Средняя длительность плановой профилактики:
(5)где е – основание натуральных логарифмов.
Интенсивность отказов ленточного конвейера определялась из выражения:
(6) где То – средняя наработка до отказа, ч. На основе данных аварийной книги диспетчера шахты им. Ленина То = 100 ч, откуда
т/ч.
График для нахождения оптимальных периодов профилактики показан на рис.1.
Оптимальные периоды профилактики:
При Т0 = 6 ч т0 = 34 ч
Т0= 9 ч т0= 40 ч
Т0 = 18 ч т0 = 55 ч
Наряду с изложенным выше, для обеспечения требуемой технической производительности конвейера, сокращения времени аварийных простоев необходимо использовать технические средства противоаварийной защиты. Как показывает практика, одним из наиболее часто повторяющихся видов аварий на конвейерном транспорте является порыв ленты.
1) Проанализировав данные, сведенные в таблице 4, получаем оптимальные виды транспорта по времени для перемещения рабочих по выработкам шахты им.В.И.Ленина: спуск по конвейерной магистрали происходит при помощи канатной откатки, далее передвижение по конвейерной магистрали осуществляется канатной откаткой, далее пеший переход по наклонному квершлагу №3, перемещение по коренному конвейерному бремсбергу лучше выполнять при помощи канатной откатки и передвижение по конвейерной сбойке №1 осуществляется при помощи канатной откатки, в итоге просуммировав времена доставки по каждому виду транспорта получаем общее время передвижения к лаве №1 – 10 мин.
2) Используя графо-аналитический метод был определен оптимальный маршрут доставки людей к очистному забою, длина которого составляет 1975 м.
3) Определены значения оптимальных периодов профилактических работ на примере данных шахты им.Ленина. Оптимальный период профилактики составляет 55 часов, промежуточный – 40 часов, максимальный – 34 часа.
По результатам проведенных исследований опубликованы 2 печатные работы, составлена и направлена в Киев 1 заявка на полезную модель.
1. Закон Украины «Об охране труда» (утв. 21.11.2002 г. №229 - ..)// Охрана труда, 2003. - №1. – с.3-11.
2. Гірничий Закон України (затв. 30.06.99 №777 - Х..). – К., 34 с.
3. Система управления охраной труда в угольной промышленности Украины (Типовое положение). – К.: Основа.
4. Инструкция по перевозке людей ленточными конвейерами в подземных выработках угольных и сланцевых шахт. – Кемерово: ВостНИИ, 1984.
5. Курицкий Б.Я., Максименко А.Н., Рыльский Г.И. Оценка и оптимизация систем. – Л.:ЛДНТП,1973. – 36с.
6. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. – М.:Статистика, 1980. – 263 с.
7. Полунин В.Т., Гуленко Г.Н. Эксплуатация мощных конвейеров. – М.: Недра, 1986. – 344 с.
8. Будишевский В.А., Сулима А.А. Контроль целостности ленты подземных конвейеров//Известия Донецкого горного института, 1995. - №2. – С. 60-63.
9. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. М., «Советское радио», 1975, 472 с.