книги из ГПНТБ / Совершенствование горных работ на карьерах Алмалыкского горно-металлургического комбината

Определенные расчетами возможные протяженности отвальных тупиков не противоречат рекомендациям П. Э. Зуркова [56]. Прием­ ная емкость отвальных тупиков на шаг переукладки отвального железнодорожного пути при существующей протяженности рабочей части и при увеличении ее длины в допустимых местными условиями пределах приведены в табл. 75.

Т а б л и ц а 75

Увеличение длины отвальных тупиков повысит приемную ем­ кость отвалов на шаг переукладки в среднем свыше чем в 2 раза. Это позволит уменьшить число переукладок ж.-д. путей с 2—3 раз до 1 — 2 раз в год, что улучшит их состояние.

Возможная годовая производительность отвальных экскаваторов определяется по формуле

Эо. год = NЭ0. ЭА:Т, м3/год,

где кт— коэффициент, учитывающий неравномерность работы транс­ порта (для существующего развития ж.-д. путей принят 0 ,8 ).

Определенная расчетом возможная производительность экска­ ваторов на отвалах приведена в табл. 76.

Увеличение полезной массы поезда. Увеличением полезной массы поездов можно повысить их производительность. Перевозка руды

191

из карьера на ОФ производится поездами, которые комплектуются из 12 думпкаров 2ВС-95 или 2ВС-105 и электровоза 21Е со сцепной массой 150 т. С нижних горизонтов карьера до ближайшей станции составы вывозятся двумя электровозами. От ст. Кальмакыр до обога­ тительной фабрики груженые поезда движутся под уклон, а порож­ ние возвращаются по второму пути, преодолевая подъем. Профиль пути на всем участке труден в равной степени. Расчетный руководя­ щий подъем принят 0,031. Масса поезда определена из условия рав­ номерного движения по руководящему подъему с полным использо­ ванием силы тяги локомотива [127, 101, 60] и равна: для локомо­ тива EL-1 — 836 тс, для локомотива 21Е — 838 тс. Так как масса поезда определяется в порожняковом направлении, число думпка­ ров в составе определится по формуле

где Gc — масса состава, т; q0 — масса порожнего думпкара, т. Дополнительное число думпкаров в составе для обоих электровозов равно 17. Выполненная проверка по длине приемно-отправочных путей позволила установить возможность применения поездов из 15 думпкаров. На станциях Северная и Южная из четырех путей по два имеют достаточную полезную длину для приема и отправки поездов из 15 думпкаров.

Расчеты проверки массы поезда из 15 думпкаров в составе по условиям трогания с места, по тормозным средствам, нагреву тяговых двигателей локомотивов [127] показали, что применение составов увеличенной массы возможно.

Определенные расчетами необходимое количество поездов, время их оборота и эксплуатационная производительность показывают, что при увеличении массы поезда на перевозке руды по участку ст. Кальмакыр — обогатительная фабрика производительность поез­ дов возрастает не менее чем на 15%.

При увеличении объемов перевозок возникает необходимость уве­ личения числа путей и их полезной длины на станциях Кальмакыр, Северная и Южная. Аналогичные расчеты по выявлению возмож­ ности увеличения массы вскрышных поездов показали, что увеличить массу поезда до 1 0 думпкаров в составе возможно при вывозке пу­ стых пород и бедных руд на отвалы № 8 , А3, А5. Увеличить поезд до 1 0 думпкаров при вывозке на отвалы А 2 и А4 не позволяет существующий уклон передвижных путей. Руководящий уклон постоянных путей отвала № 1 2 и полезная длина вытяжных тупиков ст. Карьерная не позволяет увеличить массы поезда. Переход на транс­ портирование горной массы на эти отвалы десятидумпкарными по­ ездами потребует выполнения ряда дополнительных работ и опреде­ ленных затрат, которые окупятся повышением производительности поездов и снижением стоимости перевозок.

Ожидаемые результаты внедрения рекомендаций. По производи­ тельности забойных экскаваторов Кальмакырский карьер является

192

одним из передовых горных предприятий цветной металлургии [64]. В 1971 г. годовая выработка экскаваторов на погрузке горной массы составила в среднем на 1 м3 емкости ковша 203 тыс. м3. Произ­ водительность экскаваторов в 1972 г. оказалась значительно ниже достигнутой в 1971 г. и для условий карьера не является показа­ тельной. Высокому использованию оборудования и получению высоких технико-экономических показателей способствуют благо­ приятные климатические условия. Создание условий для работы экскаваторов при рекомендуемых рациональных значениях длины забойного тупика и ширины экскаваторной заходки по развалу взорванной горной массы обеспечит возможность дальнейшего улучшения технико-экономических показателей работы экскаватор­ ного парка. Вполне возможным является повышение производитель­ ности экскаваторов на 13—15%, что составит 230—240 тыс. м3 на 1 м3 емкости ковша. Подтверждением возможности осуществления такой производительности являются показатели работы лучших машинистов экскаваторов. Эти результаты делают очевидными тот факт, что парк экскаваторов карьера может дополнительно погру­ зить 4—5 млн. м3 горной массы.

В последние годы улучшено соотношение отвальных и забойных экскаваторов. Это позволило несколько улучшить их использование на приеме и складировании горной массы в отвалы (см. табл. 6 8 ). Однако простои экскаваторов на отвалах из-за отсутствия горной массы еще велики и производительность в 250—260 тыс. м3 на 1 м3 емкости ковша в год не является высокой. Увеличение приемной емкости отвалов, их концентрации и доведение числа забойных и отвальных экскаваторов до рекомендуемого соотношения (см. § 3 гл. VI) позволят повысить годовую производительность отвальных экскаваторов до 350 тыс. м3 на 1 м3 емкости ковша и принять допол­ нительно имеющимися экскаваторами 3—4 млн. м3 горной массы.

Увеличение полезной массы поезда позволит дополнительно перевезти наличным парком поездов около 1 млн. м3 горной массы в год.

§ 3. Методика определения рационального соотношения погрузочно-транспортного оборудования

Приведенный выше анализ работы погрузочного и транспортного оборудования показывает, что значительная часть простоев связана с неудовлетворительной организацией ведения горных работ.

Повышение производительности технологического оборудования путем улучшения организации работы погрузочных и транспортных средств возможно на основе установления характера и степени влия­ ния на процессы экскавации и транспорта параметров применяемой системы разработки, конкретных горногеологических условий и со­ четания погрузочного, транспортного и отвального оборудования.

Технологические процессы на горных предприятиях характери­ зуются сложным и многообразным взаимодействием всего комплекса применяемого оборудования. Поэтому расчет технологического

комплекса должен достаточно полно и объективно отражать взаимо­ связь экскаваторной погрузки, транспортирования и отвалообразования, от которой в значительной степени зависит эффективность производства. Для эффективного совместного использования применя­ емого технологического оборудования большое значение имеет уста­ новление его рационального количества [94]. Технологический про­ цесс на открытых работах представляет сплошную стохастическую си­ стему, параметры которой определяются совокупным влиянием боль­ шого числа изменяющихся горно-геологических, организационных и экономических факторов. Поэтому для установления закономерно­ стей, описывающих технологию горных работ все большее примене­ ние находят вероятностные методы. При определении рационального соотношения горного и транспортного оборудования моделируемые процессы представлены как многоканальные системы массового обслуживания с ограниченным ожиданием, с пуассоновским потоком поступающих локомотивосоставов и экспоненциальным временем их обслуживания.

Построение математической модели любого звена производствен­ ного процесса сводится к получению соотношений, описывающих зависимость характеристик процесса от соответствующих парамет­ ров. Длительности погрузки, транспортирования, разгрузки, оста­ новки в пути в рассматриваемом случае являются величинами случайными. Это приводит к нарушению синхронности отдельных элементов процесса, следствием чего оказываются простои локомо­ тивосоставов или экскаваторов. Для математического описания от­ дельных явлений рассматриваемого процесса использованы данные хронометражных наблюдений, экспериментов, статистические дан­ ные отчетной и плановой документации. Для выявления статистиче­ ских закономерностей при экскавации и транспортировании руды на фабрику и вскрышных пород на отвалы требуется учесть все факторы случаев простоев, случайных возмущений, провести коли­ чественно-качественный анализ характера и ритма процесса добычи.

Поток локомотивосоставов с параметром р подчиняется пуассо­ новскому закону и вероятность поступления Рк локомотивосоставов за время t определяется по формуле

** (О

где р — математическое ожидание числа локомотивосоставов, по­ ступающих к экскаваторам в единицу времени; к — число локомо­ тивосоставов, одновременно находящихся под нагрузкой и в ожида­ нии, к = 0 , 1 , 2 , . ..

Поток локомотивосоставов обладает свойствами простейшего потока, так как процесс поступления их относится к стационарному потоку (вероятность поступления локомотивосоставов в течение определенного промежутка времени зависит только от длины проме­ жутка), поток поступления стационарный без последствий (не за­

194

висит от числа ранее поступивших локомотивосоставов) и ординар­ ный (в любой момент времени к экскаваторам поступает только один локомотивосостав).

Системы обслуживания в схеме взаимосвязей горнотранспорт­ ного оборудования в карьере являются показательными системами — потоки локомотивосоставов из системы погрузки в систему разгрузки являются пуассоновскими и обслуживание их подчиняется экспо­ ненциальному закону. Это предположение о показательном законе распределения случайных величин при рассмотрении работы горно­ транспортного оборудования доказано в работах Н. А. Шмелева, М. Г. Мильграма и др. [74].

Условия, влияющие на производительность горнотранспортного оборудования, не остаются постоянными. Перемещение забоя и по­ нижение работ, изменение расстояния откатки, различная крепость руд и вмещающих пород, возможные неполадки оборудования но позволяют с достаточной точностью средствами элементарной мате­ матики определить оптимальные соотношения между горным и транс­ портным оборудованием. Решение этой задачи на основе теории веро­ ятности позволяет правильно планировать производственные мощ­ ности в карьере и тем самым более оперативно влиять на технико­ экономические показатели предприятия.

В качестве теоретической основы исследования зависимостей между характером подачи локомотивосоставов, производительностью экскаваторов в забое, приемной способностью отвалов и эффектив­ ностью обслуживания экскаваторами локомотивосоставов принята теория массового обслуживания, а за основную характеристику описания эффективности существующей организации горных работ с ж.-д. транспортом взято среднее время простоя экскаваторов, локо­ мотивосоставов и комплекса в целом.

Сделанное предположение о том, что распределение продолжи­ тельности обслуживания и отрезки времени поступления локомоти­ восоставов могут быть аппроксимированы показательным законом и рассматриваемый комплекс представляет собой замкнутую систему массового обслуживания, позволяет произвести математическое опи­ сание всего комплекса.

Вначале проводится дифференциация комплекса на составляющие элементы, устанавливается функциональная зависимость, описыва­ ющая работу системы забойных экскаваторов в установившемся режиме в зависимости от потока локомотивосоставов. Затем, исходя из производственных мощностей системы забойных экскаваторов, определяются математические зависимости, характеризующие при­ емную способность отвалов. В качестве характеристики описания работы комплекса выбрано время.

Так как зависимость между значениями случайной величины и вероятностями этих значений показательная, функция распреде­ ления выразится уравнением

F(t) = P (t< tJ = 1 - e - w ,

где К — величина, обратная среднему времени погрузки одного локомотивосостава.

Если в какой-то момент времени t идет погрузка состава, то вероятность того, что длительность погрузки будет не меньше, чем t, определится как сумма частот наблюдений за длительностью погрузки на интервале от t и до окончания:

гSet

Для определения вероятности ведения погрузочных работ в не­ который момент времени t необходимо воспользоваться этой форму­ лой. Противоположное выраженному этой формулой событие будет окончание погрузки до наступления времени t и вероятность его, исходя из условия, что сумма вероятностей противоположных собы­ тий равна единице, выразится функцией

F(t) = P « t ) = 1 — е-м.

Для описания работы системы забойных экскаваторов, соеди­ ненных ж.-д. тупиками с постами, применяется теория массового обслуживания смешанного типа с ограничением по длине очереди, так как по техническим и горно-геологическим условиям на постах может ожидать погрузки ограниченное число локомотивосоставов.

Для общности вопроса предполагается, что от поста идут ж.-д. тупики к п экскаваторам и на посту одновременно могут стоять в ожидании /га локомотивосоставов. Тогда рассматриваемая система n-канальная и с ней одновременно могут быть связаны п + т ло­ комотивосоставов (п — под погрузкой и т — в ожидании).

Такая система в какой-то момент времени может занимать одно

Процесс, протекающий в системе, можно отнести к марковским случайным процессам [83], который описывается с помощью обыкно­ венных дифференциальных уравнений, где за неизвестные функции

Вероятность нахождения в системе обслуживания к требований, не превосходящих числа обслуживаемых аппаратов системы п, опре­ деляются по формуле (для 1 s£ к ^ 77)

196

Вероятность того, что все обслуживающие аппараты заняты, s требований находится в очереди и все другие требования получат

П = РП

Вероятность Р 0 определяется из условия

тт

к ! n ! (л — a)

ft- 0

197

Окончательно Рк и Pnfs через р и X получаются в следующем виде:

2a к ! re ! (re — a)

h = 0

По приведенным формулам можно определить вероятность любого состояния системы и основные характеристики, обеспечивающие существующую организацию работ в карьере.

Степень загруженности экскаваторов при соответствующей по­ даче локомотивосоставов и коэффициент использования каждого экскаватора определяются следующим образом.

Система показывает, что, начиная от состояния А 0 до Ап=1г наблюдаются простои соответственно от п до одного экскаватора. Среднее число простаивающих экскаваторов равно математическому ожиданию этих состояний

Л'пр.э ^ П£ ( п - к ) Р к.

h=0

Окончательно после подстановок формула определения среднего числа простаивающих в течение рассматриваемого периода экска­ ваторов примет вид

<п~ к)тт

Потребное число экскаваторов на данный период по одному из участков при заданном числе локомотивосоставов определяется по

Коэффициент простоя каждого из п экскаваторов определится как отношение среднего числа простаивающих экскаваторов к об­ щему их числу _

Коэффициент использования экскаваторов во времени равен

ТЬ = 1 - Т 1 п р . э -

198

Вероятности состояния системы дают возможность подсчитать среднее число составов, простаивающих во время выполнения цикла работ при данной организации. В системе возможны простои локомотивосоставов от 1 до т. Тогда среднее число простаивающих в ожидании погрузки составов равно сумме произведений числа

Коэффициент простоя локомотивосоставов определяется из от­

к

где2 # ,п р .л — сумма средних простоев локомотивосоставов, ожи- i=i

Дающих погрузки и разгрузки на всех участках; М — число локо­ мотивосоставов, обслуживающих экскаваторы.

199

Для окончательного подсчета простоя оборудования и уравнцреншвания их мощностей необходимо знать [х и К. Их значения могут быть определены хронометражным путем или по плановой произво­ дительности горнотранспортного оборудования. Расчет ц и А, по про­ изводительности оборудования производится по следующим фор­ мулам.

Число составов, поступающих в единицу времени на пост,

<?л

дпТц.

где Q„ — производительность локомотивосостава за данный период,

м3; М — число составов, работающих в данный период; q — емкость думпкара, м3; п — число думпкаров; Т — продолжительность ра­ боты, ч; т]л — плановый коэффициент использования локомотиво-

qnTf] э

Ч.

Среднее число занятых экскаваторов

ц<?лРзм

А. “ С'эРл '

Пренебрегая небольшой погрешностью, можно записать

^пр.э = п —а.

Простой (в часах) каждого состава, поступающего на пост, окон­ чательно выразится формулой

Время простоя локомотивосоставов на отвале или фабрике опре­ деляется с применением теории массового обслуживания без огра­ ничения очереди

200