Методика определения количества резервного выемочно-погрузочного оборудования для карьеров, применяющих железнодорожный транспорт

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР

МЕТОДИКА

ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА РЕЗЕРВНОГО ВЫЕМОЧНОПОГРУЗОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ КАРЬЕРОВ, ПРИМЕНЯЮЩИХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Москва 1985

АКАДЕМИЯ НАУК СССР Институт проблем комплексного освоения недр

УТВЕРЖДАЮ

Директор Института чЛд-корр. АН СССР s?

Бронников л 1985 г.

МЕТОДИКА определения количества резервного выемочно-погрузочного оборудования для карьеров, применяющих железнодорожный транспорт

Москва 1985

3. Определение необходимого количества резервного выемочно-погрузочного оборудования

Исследования проблем надежности в горном деле развиваются по нескольким направлениям, основыми из которых являются: I. исследование конструктивной надежности горного оборудования; 2. исследование эксплуатационной надежности технологических схем, а также карьера как единой технологической системы.

Анализ выполненных исследований в области надежности горного оборудования и систем показывает, что при достаточном количестве работ, теоретически обосновывающих повышение надежности технологических схем карьеров резервированием горного оборудования, следует отметить отсутствие научных разработок по технологии эксплуатации этого резерва. Вопросу взаимоувязки работы основного и резервного оборудования не уделено должного внимания, и до настоящего времени отсутствуют научно обоснованные решения и рекомендации по рациональной эксплуатации резервного оборудования.

Анализ отечественного и зарубежного опыта, исследований по применению карьерных колесных погрузчиков показывает, что наряду с опытом эксплуатации погрузчиков в качестве основного выемочнопогрузочно -транспортного оборудования, опыт использования его в качестве резервного ограничивается применением в экскаваторно-автомобильных комплексах.

Учитывая это положено, что количество резервного выемочнопогрузочного оборудования определяется из условия погашения вероятного объема текущего отставания горных работ п.ри соответствии производительностей основного и резервного оборудования. При этом разработанный на оснсзе характеристик надежности экскаваторов метод определения текущего отставания горных работ может быть использован для определения количества резервного оборудования 10

где L_r, L_n, ЛГ_г, V _п - соответственно расстояние и скорость

перемещения погрузчиков в груженом и порожнем направлениях, м; км/ч»

Время наполнения (черпания) и время разгрузки определяется в соответствии с / 9 / по формулам

t_H - 19,91 - 2,78 iiLlikslI ₊ о,14(!к5ы1±)², _e. (14) ^Кр.п    S-n

t_p - 0,366    +    1,9    ,    с    ,    (15)

где _п - грузоподъемность погрузчика, т.

Коэффициент наполнения ковша погрузчика рассчитывается согласно / 9 / по формулам

для погрузчиков с Е_к - 4,6 м³ :

- 2,5655 - 0,9793    _{{    (1б)}

для погрузчиков с Е_к> 7,65 к³ :

К_НвП - 2,0091 - 0,5565 К_р<п »    (17)

Годовал производительность резервного погрузчика Q

Q г.п - & п ' ^см • м³/год.    (18)

Необходимое количество резервных погрузчиков ft _{д а} для погашения вероятных годовых объемов текущего отставания горных работ    W

Ни.,»-----п"---    <¹⁹>

^W Г*П

Для обеспечения безопасной работы погрузчика в экскаваторных забоях следует предусматривать его эксплуатацию в комплексе с бульдозером. Оптимальное сочетание оборудования в комплексах "бульдозер-погрузчик* приведено в приложении 2, и заключается в соответствии производительностей погрузчика и бульдозера. Количество резервных бульдозеров *t_g принимается равным расчетное количест-

13

ву резервных погрузчиков.

4. Выбор экономически эффективного вида резервного оборудования

В общем виде задача выбора рационального вида резервного оборудования для экскаваторно-железнодорожных комплексов заключается в технико-экономическом сравнении расчетных вариантов по принятому критерию. В соответствии с рекомендациями отраслевой инструкции по определению эффективности капвложений в цветную металлургию / 7 / в качестве основного критерия оптимизации приняты приведенные затраты.

Вид и тип принимаемого для конкретных условий резервного выемочно-погрузочного оборудования определяется наименьшими затратами на его приобретение и эксплуатацию, рассчитываемыми по формулам / 8 /

для экскаваторов :

^Пэ -£< ^Спост ^{+ сЭ}м-ч^Т> + V О • ^а э.рез’    <²⁰>

для погрузчиков :

" 1-^пост ^{+ С}м-ч^Т>^{+ Е}н ^прив^ ^п.рез* для бульдозеров :

^пв ^я С^_пост ⁺ <W^{T) + Е}н *0 '^Б.рез *    >    (22)

где П_э, П_п, - приведенные затраты на приобретение и эксплуатацию соответственно резервных экскаваторов, погрузчиков, бульдозеров, руб; к_э, К_п, к_б - балансовая стоимость соответственно экскаватора, погрузчика, бульдозера, руб;

Е_д - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений;

-    постоянные годовые расходы (в т.ч. амортизация) соответственно на один экскаватор, погрузчик, бульдозер, руб/год;

-    расходы на 1 машино-час работы (затраты на зарплату бригаде -по обслуживанию и бригаде по текущим ремонтам, запчасти; смазочные и обтирочные материалы, электроэнергию и т.д.) соответственно на один экскаватор, погрузчик, бульдозер, руб/год;

■ коэффициент, учитывающий разницу в сроках службы погрузчиков и экскаваторов / 9 /

Т

« I + -2    —    ,    (23)

< I + v^п

Т_эк, Т_п - сроки службы экскаватора и погрузчика, лет;

Т - продолжительность работы резервного оборудования в течение года, ч♦

Оптимальный вид резервного оборудования выбирается по минимуму приведенных затрат / 7 / ;

3 = С + Е • К min.    (24)

л

где С - годовые эксплуатационные расходы на резервное оборудование, руб/год;

К - капитальные затраты на резервное оборудование, руб. Необходимые для расчетов приведенных затрат на резервное оборудование значения стоимостных показателей (для условий Южной части Восточно-Сибирского экономического района) приведены в приложении 3.

Приложение I

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПШИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЭКСКАВАТОРОВ

I, В соответствии с / 10 / продолжительность подготовительнозаключительных операций принимается равным 25 мин в смену. Продолжительность регламентированных перерывов определяется по фор^ле

Т + Т ^Ал.н ^т т*л

Т_{л н} - время на личные надобности, Т_{л н} » 10 мин;

Т_{т п} - продолжительность технологических перерывов из-за неравномерности подачи поездов под погрузку, мин.

При эксплуатации экскаваторов ЭКГ-5А, ЭКГ-8И, ЭКГ-12,5, ЭКГ-20 Т_{т п} составляет соответственно 28, 32, 35, 37 мин. в смену /10/.

2. Коэффициент обеспечения забоя порожняком принимается в соответствии с / I / по таблице

Наименование схемы путевого развития на горизонте | Значение ₀

I. Тупиковая схема с обменным пунктом за пределами 0,6 - 0,7 блока

2.    Тупиковая схема с дополнительным обменным пунктом

3.    Тупиковая схема при двухпутном развитии

4.    Сквозная схема

3.    Коэффициент технологической готовности экскаваторов К_{р э}

для карьеров с железнодорожным транспортом при расчетах принимается    К_ГвЭ = 0,84    /    I /.

4.    Коэффициент организационных простоев K_{Q э}, учитывающий количество экскаваторов в комплексе, принимается в соответствии с

/ I / по таблице

17

экскаватора Т_{ц мин} (оперативное время цикла) принимается в соответствии с / 10/ по таблице

Т

Плотность ! горных I пород, т/м j оперативное время ------т------ ЭКГ-бА ! ЭКГ-8И ! цикла, с Т.....Г • ! ЭКГ-12,5 ! .1 .1 ЭКГ-20 1,6 25,4 29,5 32,1 35,0 1,7 27,6 32,2 34,9 38,1 1,9 29,3 35,0 33,0 41,5 2,4 31,4 37,0 40,1 43,8 3,0 33,0 40,0 43,0 46,0

19

АННОТАЦИЙ

В методике излагается новый подход к выбору вида и типа резервного выемочно-погрузочного оборудования для технологических схем карьеров, применяющих железнодорожный транспорт, заключающийся в расчете необходимого количества резервных экскаваторов-мехлопат и колесных карьерных погрузчиков на основе вероятных объемов текущего отставания горных работ из-за аварийных простоев экскаваторов.

Методика разработана в лаборатории "Теории открытой разработки месторождений при комплексном освоении недр¹’ и является результатом исследований, выполненных инж. А.К. Барановым по теме 3.2Л.5.2 "Развитие теоретических основ технологии применения ка^-рьерных погрузчиков на открытых разработках" под руководством проф., докт.гехн. наук К.Н. Трубецкого.

Методика предназначена для использования в практике проектирования открытых горных работ о применением экскаваторно-железнодорожных комплексов на месторождениях руд черных и цветных металлов, угля.

Приложение 2

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПР0ИЗВОДИТЕЛЫ0СТИ ПОГРУЗЧИКОВ

1.    Коэффициент использования погрузчика в течение смены К_и принимается в соответствии с / 9 /:

для погрузчиков с вместимостью ковша более 10 м^э К_и * 0,9;

для погрузчиков с вместимостью ковша 4,6-9,2 м^э К_и * 0,75 -0,85, при этом меньшие значения К_и соответствуют меньшим значениям вместимости ковша.

2.    Расстояние перемещения погрузчика за один цикл при работе погрузчика в торцевом и фронтальном забоях принимается по таблице (м)

Модель погрузчика | Торцевой забой j Фронтальный забой

пк-ю 75,5 89,0 ПК-15 84,0 101,0 ПК-25 121,0 145,0 ПК-40 145,0 172,0

3. Значения коэффициента разрыхления пород в ковше погрузчика принимается в соответствии с / 9 / по таблице

Средний Т Коэффициент разрыхления К при вместимости основно- r\o п wan    ; rn vnamn п итоп,/лЯи Р*    л

куска, мм |4~6-5~4’ uc* v шcadiitwri | ш |7,5-7*,65j8,41-9,21И 14-16,5|" 18-20 до 100 1,35 - - - - - 100 - 200 1,45 1,36 1,34 1,3 - - 200 - 300 1,63 1,59 1,56 1,5 1,45 1,43 300 - 400 1-4 ^3 1,69 1,65 1,61 1,58 1,56 400 - 500 - 1,74 1,71 1,67 1,65 1,63 500 - 600 - 1,78 1,74 1,71 1,69 1,68 600 - 700 - 1,6 1,76 1,74 1,72 1,71 700 - 800 1,82 1,78 1,76 1,74 1,74 800 - 900 - 1,83 1,79 1,78 1,76 1,75

20

ВВЕДЕНИЕ

Принятые ХХУ1 съездом КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 годы и на период до 1990 года" предусматривают увеличение добычи руд цветных и черных металлов! угля за счет преимущественного развития открытого способа разработки месторождений. Эта задача будет выполнена в основном при совершенствовании техники и технологии основных и вспомогательных процессов! повышении надежности как технологических схем горнодобывающих предприятий, так и их отдельных звеньев. Ведущая роль в технологической цепочке карьера принадлежит выемочно-погрузочному звену, от эффективности работы которого зависят результаты производственной деятельности предприятия.

В настоящее время на многих крупных карьерах страны получили широкое использование экскаваторно-железнодорожные комплексы оборудования, и прежде всего из-за возможности при их применении обеспечить условия для эффективной эксплуатации мощной техники.

Однако, ухудшение горно-геологических условий эксплуатации, аварии и поломки горного оборудования на карьерах окаэывг^рт отрицательное воздействие на ход производственного процесса, следствием чего является текущее отставание объемов горних работ.

Для сведения к минимуму потерь производства продукции от простоев оборудования наиболее часто используется в практике принцип

3

резервирования. Эксплуатация резервного оборудования, в период простоя основного, создает условия планомерной выдачи горных пород из карьера, что способствует выполнению производственных заданий и повышает эффективность работы карьера. Однако резервирование горного оборудования вызывает значительное увеличение капитальных и эксплуатационных затрат, что отрицательно сказывается на экономической деятельности предприятия.

В Институте проблем комплексного освоения недр разработана настоящая методика, которая предусматривает выбор наиболее экономичного вида и типа резервного выемочно-погрузочного оборудования для экскаваторно-железнодорожных комплексов карьеров. В основу методики положены результаты исследований по определению целесообразности и эффективности применения колесных фронтальных карьерных погрузчиков отечественного перспективного типоразмерного ряда в качестве резервного оборудования.

Целью составления методики являлась разработка порядка расчета количества резервного оборудования (экскаваторов, погрузчиков) и эффективности его применения для экскаваторно-железнодорожных комплексов карьеров на стадиях проектирования открытых горных работ (технико-экономическое обоснование, технический проект).

Порядок расчета основан на последовательном определении вероятного объема текущего отставания горных работ в карьере от плановых, необходимого количества резервного оборудования для выемки и погрузки этого объема, капитальных и эксплуатационных затрат на его приобретение и содержание и выборе эффективного вида резервного оборудования по минимуму приведенных затрат.

Использование положений настоящей методики для установления рационального количества резервного выемочно-погрузочного оборудования в условиях 2-ой очереди Ленского ЭРК позволит получить 4

расчетный годовой экономический эффект в размере 332 тыс. рублей.

I. Краткий анализ использования карьерных мехлопат на открытых горных разработках

Известно * что максимальное использование технических возможностей оборудования, при условии соблюдения требований технологии, техники безопасности, обеспечения качества полезного ископаемого достигается обеспечением соответствующей технологической и организационной связи их работы. / I /. В то же время горнотранспортным комплексам карьеров присуще большинство показателей сложных технических систем. Одним из главных, основных, является надежность работы, а основной задачей при оценке надежности узлов, механизмов, систем является изыскание путей ее повышения.

К числу факторов, оказывающих влияние на снижение производительности одноковшовых экскаваторов в карьере, относится наличие сверхплановых простоев оборудования в период эксплуатации. Эти простои, вызванные организационными, технологическими или техническими причинами, уменьшают планируемое время эксплуатации экскаватора вследствие чего он не выполняет необходимый объем горных работ.

Анализ составных элементов непланируемых простоев экскаваторов позволяет выделить две основные группы этих элементов. К первой относятся собственно аварии выемочно-погрузочной машины, отыскание неисправности и последующий ремонт, а также простои по кли-

5

матическим условиям. Простои по этим причинам носят объективный характер, так как в значительной степени не зависят от организационной и технологической деятельности при разработке месторождения, Аварийное состояние экскаватора хотя и возможно представить как результат производственной деятельности в большей степени является следствием выработки ресурса и износа составных частей экскаватора - электро-механической системы. Влияние аварий собственно экскаватора на ход производственного процесса снижают путем определения экономически и технически целесообразного графика об-служивания,планово-предупредительных и капитальных ремонтов. Однако, как показывает практика, это не приводит к абсолютному устранению аварийных состояний в период эксплуатации. В работе / 2 / показано, что после проведения планового ремонта только в 50-60# случаев наблюдается снижение величины параметра потока отказов.

В остальных случаях плановый ремонт не способствует повышению уровня надежности экскаваторов. При разработке рациональных структур ремонтного цикла экскаваторов ЭКГ-8, ЭКГ-8И использовались оптимальные параметры технического обслуживания и ремонта, что обеспечило более обоснованное планирование техобслуживания и ремонта, снижение продолжительности простоев экскаваторов на 14#.

Ко второй группе неплакируемых простоев экскаваторов относятся те, причиной появления которых послужила неудовлетворительная технологическая и организационная взаимосвязь основных и вспомогательных гроизводственных процессов.

Таким образом, анализ использования экскаваторов-мехлопат на карьерах показывает значительную величину непроизводительных сверхплановых простоев оборудования. Потери производительности экскаваторов по этим причинам достигают в среднем 4-5# от планетой. До 50# общих неплановых простоев составляют простои объективного характера - аварийные и по климатическим причинам. В 6

структуре непланируемых простоев экскаваторов собственно аварийные простои составляют 25-30$. В общем случае время аварийных простоев характеризует техническую надежность машины и является предметом исследований по повышению надежности узлов и механизмов подсистем экскаваторов. Однако влияние аварийных простоев на производственный процесс выемки и погрузки горных пород, а также невозможность полного устранения аварий экскаваторов путем рациональной организации их технического обслуживания обуславливают необходимость учета ненадежной работы этих машин при определении технологии разработки местороадения. При этом важным условием является определение объемов горних работ,не выполненных из-за аварий экскавато-ров.

где ^(t + ai ) - количество отказов к -той машины к моменту

времени \ + &t ;

"t ) - количество отказов К -той машины к моменту времени "Ь ;

N - количество однотипных машин, за которыми велись наблюдения ;

At - достаточно малый промежуток времени, ч.

N    N

Разность ^ 1\( t +At ) -^^(t ) представляет собой количество отказов -машин за промежуток времени At . Среднее время восстановления:    Q    ^

, 2. * г

где - время отыскания и устранения L -го отказа, щ

'Тц “ время обнаружения отказа, ч;

^1_г - время ремонта (ликвидации отказа), ч;

-    время опробования машины после устранения отказа, ч;

'Тц - время ожидания ремонта, ч;

-    количество отказов за время наблюдения.

Количественные показатели надежности, частота и продолжительность аварий экскаваторов ЭКГ-4,6 и ЭКГ-8И, эксплуатируемых с железнодорожным транспортом, определялись для условий карьера Южного ГОКа. Анализ характера составленных статистических рядов, а также результаты ранее проведенных исследований / 2, 4, 5 / позволил получить формулы для количественного определения показателей надежности СО и Т_а в зависимости от вместимости ковша экска-ватора Е_к :

СО з 0,21-КГ³ Е_к ,    ч^-1

Т, » 0,074 F,_K + 7,01    ,    ч

Показатели надежности GJ и Т_Б могут служить для определения недовыработки горных пород из-за аварий выемочно-погрузочного оборудования (объема текущего отставания горных работ) как по кавдому экскаватору, так и по карьеру в целом. Расчет вероятных объемов текущего отставания горных работ в карьере V

производится по формуле

V _т.о. - а э._р:¹¹Э • ^ТВ^,<0 • ^т • ^м3/г°а* ⁽ 3 >

где Q _э р - расчетная часовая производительность экскаватора, м³/ч;

^ ₉    - количество основных экскаваторов в карьере;

Т    - число часов работы экскаватора в году, ч/год.

В основу определения объема текущего отставания горных работ

ПОТЕРЬ

в карьере положен показателР'Ъроизводительности экскаватора из-за ав^ийных простоев. При помощи этого показателя возможно оценивать эффективность использования экскаватора. Количественная оценка этого показателя П _Пр _э будет при этом определяться по формуле

^П пр*э.    ^Тв.э* ^Тэ • ^м3/год*    ⁽    4    )

где Q - средняя часовая эксплуатационная производительность экскаватора, м³/ч; со _э - параметр потока отказов экскаватора за годовой период наблюдения, ч”*;

Т₀ - среднестатистическая продолжительность одного восстановления экскаватора в году, ч;

Т_э - число часов работы экскаватора в году, ч/год.

9