XIX.5. Проектирование организации труда в очистных забоях

Комплексная механизация очистных работ требует хорошей органи­зации труда, предусматривающей четкую взаимную увязку всех работ. Выбрать оптимальную организацию работ в очистном забое возможно лишь с помощью экономико-математического моделирова­ния. Рассмотрим математическую модель организации работ, пред­ложенную А. С. Астаховым и Э. И. Гойзманом.

Для решения задачи общая длительность производственного цикла в лаве T11 разделяется на п последовательных отрезков вре­мени I1, t2, . . ., tn, являющихся периодами движения или простоя комбайна по случайным либо технологическим причинам. Обозначим периоды через tk (k = 1, 2, . . ., п). Известный объем работ по каж­дому процессу на цикл, выраженный в метрах лавы, обозначим через wI, где г — номер процесса, соответствующий планограмме. Пусть V1 будет скорость возможного выполнения г'-го процесса одним рабочим за 1 мин времени чистой работы (т. е. производи­тельность труда рабочего на данном процессе за 1 мин времени чистой работы, выраженная в метрах длины лавы), определяемая по данным нормировочника или по материалам хронометражных наблюдений.

Каждой технологической схеме очистных работ присуща опре­деленная последовательность выполнения и степень возможного совмещения процессов и операций. Зная сроки возможного начала и окончания всех процессов и увязав их ме'жду собой и с работой комбайна, составляют планограмму крайних сроков, принимая при этом время работы комбайна равным математическому ожиданию суммы времени его чистой работы и случайных простоев.

Реальную длительность производственного цикла в лаве можно представить в виде

(XIX.77)

где TJ- — добавочные^периоды времени на ликвидацию отставания того или иного процесса, требующие остановки выемки угля комбайном.

Обозначим сменную численность бригады рабочих в лаве через z и положим, что за время всего цикла z = const.

Численность рабочих, занятых на выполнении г-го процесса в k-м периоде цикла обозначим через xik. Величины xlk для разных периодов k могут быть неодинаковы и возможен перевод рабочих с выполнения одного процесса на другой. Такой перевод целесообра­зен, если имеется возможность достаточно длительного (не менее

15—30 мин) использования рабочих на этом процессе. На ликвида­цию отставания какого-либо г-го процесса может быть направлена почти вся бригада z, за исключением того минимально необходимого звена из bt рабочих, остающихся для профилактического осмотра машин.

Математическая модель, представляющая собой описание орга­низации работ в лаве, может быть выражена в виде уравнения объ­емов работ и уравнения численности бригады в лаве.

Уравнения объемов работ составляются раздельно по каждому из рассматриваемых рабочих процессов цикла в виде

(XIX.78)

Каждое из них выражает следующее условие: суммарные затраты труда в человеко-минутах на выполнение данного процесса в тече­ние цикла при известной производительности труда рабочего V1 м/(чел.-мин) должны обеспечивать выполнение за время T^ полного объема работ W1 по данному процессу.

Для любого периода цикла tk может быть составлено уравнение численности бригады в лаве

(XIX.79)

где хпk — число рабочих, простаивающих в Ани периоде цикла из-за отсутствия фронта работ, достаточного для полной за­грузки всех членов бригады в данном периоде; ак — численность комбайнового звена на отдельных операциях с комбайном, принимаемая по существующим нормам для каждого tk в количестве, необходимом для того, чтобы комбайн работал с заданной скоростью V1. Технологическая взаимная увязка процессов осуществляется на­ложением ограничений по допустимому взаимному опережению или отставанию отдельных рабочих процессов в лаве:

(XIX.80)

Неравенства-строятся отдельно для каждой пары процессов i= a и i = р, для которых существует требование, чтобы в любой момент времени k процесс P отставал по фронту лавы от процесса а не более чем на /газ, м. Первые два слагаемых характеризуют объем работ, выполняемый к концу &-го периода по а-му процессу. Вычитаемое означает аналогичный объем работ по (3-му процессу.

Вводятся также ограничения по наибольшей или наименьшей численности отдельных звеньев:

где R ik ^ и R Ik к — соответственно верхнее и нижнее предельно до­пустимое значение числа рабочих на i-м процессе.

Для обеспечения добычи не менее запланированной или норматив­ной вводят требование

(XIX.81)

где T1PJ6 — длительность рабочего времени суток, мин; А ц, Апл — добыча угля за один цикл и плановая или норматив­ная суточная добыча угля из лавы, т.

Для выбора оптимальных вариантов организации работ в лаве выбирают критерий эффективности. В качестве критерия эффектив­ности могут быть приняты трудовые или денежные затраты.

Экономический критерий затрат труда может быть записан в виде

(XIX.82)

где псы — число рабочих смен в сутках;

с -— постоянный штат рабочих в лаве и на смежных с нею тех­нологических звеньях, чел.-смен. Для приведенных денежных затрат целевая функция запишется:

где (J, — величина сменного заработка одного рабочего, руб; v — условно постоянные издержки в рублях.

Уравнения (XIX.78)—(XIX.80) и критерий оптимальности яв­ляются математической моделью организации труда в очистном забое. Искомыми величинами служат: численность бригады в лаве z, длительность производственного цикла T4, распределение рабочих бригады по отдельным процессам в отдельные периоды цикла xlk, число рабочих, вынужденных простаивать в эти же периоды, Xn k и су­точная нагрузка -4сут. Наличие нескольких взаимосвязанных не­известных делает модель нелинейной.

Однако нахождение оптимального сочетания величин z, xlk, xn k, ti в этой нелинейной модели может быть сведено к последователь­ному решению нескольких задач линейного программирования.

Исходным моментом для перехода от нелинейной модели к ли­нейной является установление верхней и нижней границ области предполагаемых решений по величине z. Затем осуществляется последовательное приближение от любой из этих границ к оптималь­ному варианту. Верхняя граница численности рабочих в лаве ZB определяется из условия, что т = О, а нижняя будет при ZH = ak. Оптимум находится в области, где Z11 < z < ZB.

Фиксируя значения численности рабочих в бригаде, можно на каждой итерации находить соответствующую этой численности дли­тельность цикла, для каждого значения z определять значения критерия Я и из этих значений выбрать Я с наименьшей величиной.

Это и есть оптимальное решение, которому соответствуют найден­ные в ходе вычислений значения z, xik, xnk, т/, Tn, ACyr.

XX. Проектирование процессов проветривания выработок и дегазации пластов

XX. 1. Проектирование проветривания очистных забоев

Процесс проектирования проветривания очистного забоя заклю­чается в выборе схемы и способа вентиляции и расчете необходимого количества воздуха.

Расчет количества воздуха для проветривания очистного забоя Qоч производится по выделению метана, углекислого газа, газов, образующихся при взрывных работах, по числу работающих людей.

Расчет по метану или углекислому газу в зависимости от способа определения газообильности выработок (статистический или по газоносности пласта) производится по одной из формул

(ХХ.1) или

(ХХ.2)

где утах — максимально допустимая скорость движения воздуха

в лаве, м/с;

5ОЧ — площадь сечения очистной выработки, м2; /оч — абсолютная газообильность призабойного пространства лавы, определяемая по газоносности угольных пластов, м3/мин; с — максимально допустимое содержание газа в исходящей

из лавы вентиляционной струе, %; C0 — содержание газа в поступающей на выемочный участок

вентиляционной струе, %.

Определение количества воздуха по числу работающих людей производится по формуле

(хх;з)

где' G — норма воздуха на одного человека, м3/мин;

пч — наибольшее число людей, одновременно находящихся в за­бое.

Расчет количества воздуха по газам, выделяющимся при взрыв­ных работах, производится по газовости BB и его общему расходу. Эмпирически получены следующие расчетные формулы для определе­ния количества воздуха по образующимся при взрывных работах газам:

для протяженных очистных забоев

(ХХ.4)

для камерообразных очистних забоев

(XX.5)

где T — время проветривания выработки, мин; < В — расход BB, кг;

V — проветриваемый объем очистной выработки, м3;

&т = 0,4 — коэффициент турбулентной диффузии свободной

струи.

В случае последовательного проветривания лав в соответствии с Правилами безопасности должны соблюдаться следующие условия: общая длина лав не должна превышать 400 м; расстояние между лавами должно быть меньше 300 м; содержание метана в воздухе, поступающем в вышерасположенную лаву, не должно превышать 0,5%; в вышерасположенную лаву должно подаваться дополнитель­ное количество воздуха по промежуточному штреку.

В результате расчетов по перечисленным факторам принимается максимальное количество воздуха для проветривания очистного забоя из найденных значений.

ХХ.2. Определение длины лавы и нагрузки по фактору вентиляции

Приближенный расчет длины лавы, допустимой по условиям про­ветривания, производится по формуле

(ХХ.6)

где г;тах — максимальная скорость движения воздуха в лаве по ПБ, м/с;

~Ъ — минимальная ширина рабочего пространства лавы, м;

т — общая мощность пласта, м;

Ф — коэффициент, учитывающий уменьшение поперечного сечения рабочего пространства находящимися в нем оборудованием и крепью; для индивидуальной крепи Ф = 0,9 -^- 0,95, для механизированных крепей опреде­ляется техническим паспортом, ориентировочно ф= 0,8;

п — число циклов в сутки;

гк — ширина захвата комбайна, м; .

дм — норма подаваемого в шахту воздуха на 1 т добычи лавы, м3/мин;

дш — относительная газообильность шахты по метану, м3/т; kB — коэффициент извлечения полезного ископаемого, учи­тывающий его потерю при погрузке и транспортирова­нии; &и = 0,95 -f- 0,98; Y — объемная масса угля, т/м3; топ — полезная мощность пласта, м;

^n. п — коэффициент, характеризующий удельный вес метано-выделения в призабойном пространстве в общем дебите участка; &п п = 0,4 -г- 0,6.

Для более точного определения длины лавы используется зави­симость, учитывающая, кроме перечисленных показателей, неравно­мерность выделения метана в течение смены и утечки воздуха через выработанное пространство:

(ХХ.7) где /см — коэффициент машинного времени;

Тм — время работы выемочной машины в течение суток, мин; ncw — число добычных смен в сутки;

/сг — коэффициент надежности работы комбайна; kr = 0,7-^-0,8; k2 — коэффициент, учитывающий простои комбайна по органи­зационно-техническим причинам; /C2 = 0,85; Тсм — продолжительность добычной смены, мин; ^о.з -"- коэффициент, учитывающий движение воздуха по приле­гающему к лаве выработанному пространству; Чоч ~~~ относительная газообильность лавы, м3/т; ^дег е — коэффициент естественной дегазации источников метана в отсутствие очистных работ;

• /C1 — коэффициент, характеризующий отношение постоянного уровня газовыделения в лаве в период отсутствия добыч­ных работ к максимально возможному по ПБ в момент работы машины. Так, для системы разработки длинными столбами по простиранию при доч<С 15 м3/т /C1 = 0,3-^-0,4, при доч > 15 м3/т /C1 = 0,4 -f-0,6.

Если в результате проверки окажется, что длина лавы по фактору вентиляции меньше, чем по горнотехническим условиям, то необхо­димо принять ее меньшее значение. В этом случае не будут пол­ностью использованы производительность выемочной машины и тран­спортных средств, ухудшатся технико-экономические показатели работы лавы.

Нагрузка на очистной забой на шахтах III категории и сверх-категорных должна проверяться по газовому фактору. Допустимая нагрузка на лаву рассчитывается по методике Центрогипрошахта. Производительность комбайна по газовому фактору

(ХХ.8)

где S04 — площадь сечения рабочего пространства лавы, м2; &дег. е — коэффициент, учитывающий естественную дегазацию

пласта в зоне выемки; дпл — относительное газовыделение из разрабатываемого пласта

мэ/т; &дег. пл — коэффициент, учитывающий эффективность дегазации

разрабатываемого пласта;

^B. п — коэффициент, учитывающий метановыделение из выра­ботанного пространства в призабойное;

<7в. т — относительное газовыделение из выработанных про­странств, м3/т; &дег. с. п — коэффициент, учитывающий эффективность дегазации

сближенных пластов.

Увеличения нагрузки на очистной забой при ограничении длины лавы по фактору вентиляции можно достигнуть, применяя дегаза­цию угольных пластов и выработанных пространств или увеличив площадь сечения рабочего пространства лавы.

ХХ.З. Проектирование процессов дегазации угленосной толщи

Проектирование процессов дегазации угленосной толщи включает в себя выбор способа дегазации для получения заданного уровня снижения газообильности горных выработок и расчет параметров принятого способа дегазации.

Общим для всех способов дегазации является определение коэф­фициента ее эффективности, сроков дегазации и расстояний между скважинами.

Определение параметров дегазации скважинами, пробуренными из подготовительных выработок. Требуемый коэффициент эффектив­ности дегазации очистного забоя (участка) рассчитывается по формуле

(ХХ.9)

где q — газовыделение из разрабатываемого пласта до дегазации,

м3/мин;

<?! — газовыделение из разрабатываемого пласта после дегаза­ции, мэ/мин.

Величина снижения газообильности находится с учетом требуе­мого коэффициента эффективности дегазации

(ХХ.Ю)

где H1— коэффициент, характеризующий метановыделение из пласта. Время дегазации, как правило, определяется сроками подго­товки и отработки выемочных участков и бурения скважин. Поэтому в проектных расчетах в соответствии с календарными планами учитывается прежде всего время подготовки и отработки участков и период активного функционирования скважин.

Продолжительность дегазации отдельного блока определяется по формуле

(ХХЛ1)

где T0 — время дегазации от начала очистных работ, сут;

I6 — порядковый номер блока; L6n — длина блока, м; L6 = 100 -^- 150 м; V04 — скорость подвигания лавы, м/сут;

V6 — скорость подготовки блока по условиям бурения сква­жин, м/сут.

Знак минус в формуле (XX.11) принимается в том случае/если направления движения участка и бурения дегазационных скважин совпадают, знак плюс — когда эти направления противоположны. Расстояние между скважинами в блоке, не подверженном влия­нию очистных работ, определяется по формуле

(XX.12)

где 2 — коэффициент, характеризующий неравномерн&вть газовы­деления из пласта в отдельные скважины; z = 0,75; lc — длина рабочей части скважины, м;

q0 — начальное удельное газовыделение в скважину, м3/(м3-сут); а — коэффициент, характеризующий газоотдачу из пласта в сква­жину;

t — продолжительность дегазации пласта скважинами, сут; H1 — высота дегазируемого этажа (подэтажа), м; т — суммарная мощность всех угольных пачек пласта, м; •у — объемная масса угля, т/м3..

При ориентировочных расчетах, если неизвестны а и <?„, расстоя­ние между скважинами может быть рассчитано по эмпирическим формулам:

для условий Донецкого ,бассейна

(ХХ.13)

для условий Кузнецкого и Карагандинского бассейнов при вы­емке пляста на всю мощность

(ХХ.14)

где </0 — начальное удельное метановыделение в скважину, м3/(м2-сут);

bt — коэффициент, учитывающий изменение метановыделения из скважины во времени;

/св — коэффициент, учитывающий влияние разрежения в сква­жинах на метановыделение; /ев = 1 -т-1,5.

Число дегазационных скважин в блоке определяется по формулам: при бурении скважин в плоскости пласта

(ХХ.15)

при бурении скважин через породную толщу вкрест простира­ния пласта

(ХХ.16)

где 1Vf) — коэффициент, учитывающий соотношение проницаемости пласта по простиранию и вкрест простирания; т|з = 10 -J- 20 для пластов тонких и средней мощности.

Определение параметров дегазационных скважин при гидрораз­рыве пласта из подземных выработок. Коэффициент эффективности дегазации при этом способе воздействия на пласт определится из выражения

(ХХ.17)

где Q1 — среднее газовыделение из скважины в течение первого

месяца извлечения газа, м3/сут; ЬГ — коэффициент, учитывающий изменение газовыделения из

скважин от времени дегазации;

RT — расстояние между скважинами гидроразрыва, м; Hi1 — мощность угольных пачек первого слоя, м. Значения Q1 и ЪТ устанавливаются экспериментально для кон­кретных горнотехнических условий.

Расчет радиуса влияния скважин гидроразрыва производится по формуле

(ХХ.18)

где хк — снижение остаточной газоносности слоев пласта, остав­шихся после выемки первого .слоя, за счет дегазации пласта скважинами, м3/т;

тп — суммарная мощность угольных пачек всего пласта, м. Если Rr <C 50 м, то дегазация осуществляется только при по­мощи скважин гидроразрыва, в случае R1. г> 50 м необходимо пре­дусматривать в проектах бурение пластовых скважин между сква­жинами гидроразрыва. Объем необходимой рабочей жидкости при гидроразрыве пластов определяется по формуле

(ХХ.19)

Определение необходимых параметров при, дегазации угленосной толщи с гидрорасчленением угольного пласта. Эффективность дега­зации с использованием метода гидрорасчленения обусловливается, во-первых, выделением свободного и частично десорбированного газа через скважину и, во-вторых, изоляцией газа в сорбционном

объеме пласта. Удельное газовыделение при сроке дегазации более 40 сут составляет

(ХХ.20)

Расстояние между скважинами определяется исходя из протя­женности трещин, раскрываемых при расчленении:

(ХХ.21)

где L — протяженность трещин расчленения, м;

AL — величина зоны дренирования пласта в естественном состоя­нии, равная приблизительно 20 м.

Протяженность трещин гидрорасчленения при известных темпе нагнетания рабочей жидкости и числе раскрытых естественных тре­щин определяется по формуле

(ХХ.22)

где дн — темп нагнетания, л/с;

[I — вязкость рабочей жидкости, кгс-с/м2; гр — время расчленения, с; k — проницаемость пласта, м2;

Ap — перепад давления от стенки трещины к пласту, кгс/см2; р — плотность рабочей жидкости, кг/м3; т — мощность пласта, м; п — число трещин, протяженностью L, определяемое числом

систем пластовых трещин; р — пористость пласта, %.

При ограниченных размерах обрабатываемых запасов (запасы оконтурены выработками), когда длина трещин известна, необхо­димый темп нагнетания

Общий объем закачки определится из условия максимального использования действия замещения метана в сорбционном объеме и его поршневого оттеснения:

(ХХ.23)

где <?дес — объем десорбированного или замещенного газа, опреде­ляемый по газовому балансу как разница между требу­емым снижением газообильности и выделением газа из скважины, м8/т;

kc = 116 — численный коэффициент.

XXI. Экономическая эффективность комплексной механизации производственных процессов

XXI. 1. Уровень механизации и автоматизации производственных процессов

Комплексная механизация и автоматизация производственных про­цессов на шахтах приводит к качественному и количественному изме­нению характера труда горнорабочих. Очевидно, для оценки уровня механизации и автоматизации, под Которым понимается отношение объема работ, выполненных механизированным способом, к общему объему работы, необходимо ввести определенный показатель.

Уровень механизации определяется по следующим производствен­ным процессам:

зарубка угля врубовой машиной;

навалка угля в очистных забоях на пологих и наклонных пластах;

выемка угля комбайном;

доставка угля из очистных забоев;

погрузка угля и породы в забоях подготовительных выработок;

маневровые работы у погрузочных пунктов очистных забоев на приемно-отправительных площадках бремсбергов и уклонов и в око­лоствольных дворах;

откатка угля и породы по подземным горизонтальным и наклон­ным выработкам;

доставка людей к рабочему месту;

откатка угля и породы на поверхности;

погрузка угля в железнодорожные вагоны.

К механизированной выемке относится выемка угля комбайнами, врубовыми машинами, отбойными молотками и взрывная (с предва­рительным бурением шпуров и применением BB).

К механизированной навалке угля в очистных забоях на пологих и наклонных пластах относятся навалка, производимая комбайнами, врубово-погрузочными и навалочными машинами, а также взрыво-навалка.

Погрузка угля и породы при проведении подготовительных выра­боток относится к механизированной, если она производится ком­байнами, породопогрузочными и углепогрузочными машинами..

Доставка угля из очистных забоев, включающая транспортиро­вание его вдоль очистного забоя, по просекам и печам до откаточного или конвейерного штрека, считается механизированной, если она осуществляется конвейерами, скреперами, в вагонетках с помощью лебедок и под действием силы тяжести угля.

Механизированная погрузка угля в железнодорожные вагоны — такая погрузка, которая производится погрузочными машинами,

экскаваторами, скреперами, конвейерами, под действием силы тяжести угля из бункеров, люков, лотков и т. п.

При определении показателей трудоемкости работ и уровня ме­ханизации и автоматизации труда необходимо учитывать техниче­скую характеристику и возможности применяемого оборудования, тяжесть труда рабочего, занятого на выполнении тех или иных процессов.

В связи с этим труд рабочих по добыче угля следует подразде­лить на шесть групп:

первая группа — автоматизированный труд, заключающийся в управлении автоматами и автоматизированными и дистанционно управляемыми установками и контроле за их работой;

вторая группа — механизированный труд по управлению маши­нами и механизмами, приводимыми в действие механическими, элек­трическими, пневматическими и другими приводами;

третья группа — механизированный труд с помощью механизиро­ванного инструмента, приводимого в действие механической, элек­трической, гидравлической или пневматической энергией (труд на отбойных и бурильных молотках и электросверлах);

четвертая группа — ручной труд по ремонту машин, механизмов и механизированного инструмента, автоматов и автоматизированных установок;

пятая группа — ручной труд на вспомогательных и менее тяже­лых работах (чистка путей, оборка забоя после взрывных работ и т. п.);

шестая группа — ручной труд на тяжелых основных работах, например навалоотбойка угля, выкладка бутовых полос и т. д. (эти работы выполняются простейшим инструментом без применения машин).

Трудоемкость работ определяется расходами труда на единицу продукции. При сложных производственных процессах и по шахте в целом затраты труда относят на 1000 т добытого угля.

Уровень механизации и автоматизации труда выражается в про­центах и определяется по формулам:

доля автоматизированного труда (первая группа)

(XXI.1)

доля механизированного труда (вторая группа)

(XXI.2)

доля труда с помощью механизированного инструмента (третья группа)

(XXI.3)

доля ручного труда по ремонту машин и механизмов (четвертая группа)

(XXI.4)

доля ручного труда на вспомогательных работах (пятая группа)

(XXI.5)

доля ручного труда на тяжелых основных работах (шестая группа)

(XXI.6)

где ta, tM, tM „ — трудоемкость соответственно отдельных автома­тизированных, механизированных операции на машине и механизированном инструменте, чел.-мин;

^P. м> *р. BI tp. т — трудоемкость соответственно ручных операций на ремонте машин и механизмов, на вспомога­тельных и тяжелых физических работах, чел-мин; Та, Тм, Т„ к — суммарная трудоемкость соответственно авто­матизированного труда, механизированного труда, механизированного труда с помощью механизированного инструмента, чел .-мин;

Tp. м> Тр DI Tp. т — суммарная трудоемкость соответственно руч­ного труда по ремонту машин, ручного труда на^вспомогательных работах, ручного труда на тяжелых основных работах, чел.-мин; T0 — суммарная трудоемкость производственного процесса, чел.-мин;

Кроме простых производственных процессов, на шахтах выделяют следующие комплексные производственные процессы: на подземных работах: очистные работы; подготовительные работы; подземный транспорт; содержание и ремонт выработок; вентиляция и борьба с угольной пылью; водоотлив и обслуживание подземных подстанций; обслуживание и ремонт общешахтных механизмов; доставка и хранение BB; подъем (подземная часть);

обогащение и контроль за качеством (подземная часть); на поверхности: подъем; откатка на поверхности;

обогащение и контроль за качеством;

вентиляция и освещение;

ремонт шахтных ^механизмов и оборудования;

обслуживание оборудования и стационарных установок;

складские работы и производственно-хозяйственное обслужива­ние шахты.

Перечисленные комплексные производственные процессы являются непосредственными объектами для осуществления комплексной меха­низации и автоматизации при подземной добыче угля.

Задача технического прогресса при подземной добыче угля за­ключается в том, чтобы полностью устранить ручной труд на тяже­лых основных работах, значительно сократить долю ручного труда на вспомогательных работах и при ремонте машин и механизмов, всемерно расширить долю механизированного и в особенности авто­матизированного труда. Для решения данной задачи необходимо развивать механизацию в ее наиболее прогрессивной форме — комплексной механизации в сочетании с комплексной автоматизацией и учитывать при этом экономическую эффективность разрабаты­ваемых технологических схем.