Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблемы формирования структуры комплексной механизации горных работ на карьерах 15
1.1. Анализ тенденций формирования парка карьерой техники в мире
1.2. Анализ особенностей структуры парка карьерной техники в России 29
1.2.1. Особенности структуры парка карьерных экскаваторов ... 39
1.2.2. Структура российского рынка карьерных самосвалов 45
1.2.3 Анализ особенностей принятия решений по формированию парков карьерной техники на российских горнодобывающих предприятиях
1.3. Анализ систем обеспечения надежности работы парков карьерной техники 54
1.3.1. Анализ мирового опыта обеспечения конструктивной надежности карьерной техники 54
1.3.2. Обеспечение надежности техники применением современных информационных систем 55
1.3.3. Анализ организации технического сервиса на горнодобывающих предприятиях мира 71
1.3.4. Анализ особенностей организации технического сервиса на горнодобывающих предприятиях России 75
1.4. Анализ научно-технической литературы по теории проектирования карьеров и вопросам формирования структуры комплексной механизации горных работ на карьерах 87
1.5. Цель, идея, задачи исследования
Глава 2. Исследование влияния параметров открытых горных работ на структуру комплектов оборудования технологических потоков и ее динамику в изменяющихся природно-технологических условиях 120
2.1. Основные понятия и определения теории открытых горных работ по проблеме формирования комплексной механизации горных работ на карьерах 120
2.2. Исследование влияния параметров технологических потоков на эксплуатационную производительность карьерной техники 135
2.3. Исследование влияния параметров технологических потоков при изменении природно-технологических условий на структуру комплектов оборудования
Глава 3. Исследование влияния надежности машин на структуру парков карьерной техники 160
3.1. Основные понятия теории надежности парков карьерной техники 1 0
3.2. Исследование закономерностей изменения показателей работы карьерной техники от сроков эксплуатации 170
3.2.1. Анализ научно-технической литературы о закономерностях изменения показателей работы карьерной техники от срока эксплуатации 170
3.2.2. Исследование динамики показателей работы карьерной техники в течение срока эксплуатации 179
3.3. Исследование влияния уровня организации технического сервиса на структуру парков карьерной техники 191
3.3.1. Анализ способов управления техническим состоянием карьерной техники 191
3.3.2. Исследование структуры простоев парков карьерной техники 198
3.3.3. Классификация организационных формы управления техническим состоянием парков карьерной техники 202
Глава 4. Разработка метода формирования структуры комплексной механизации горных работ на карьерах 212
4.1. Формулировка методологических принципов формирования структуры комплексной механизации горных работ на карьерах 212
4.2. Формирование структуры комплексной механизации горных работ при проектировании и реконструкции карьеров 224
4.3. Разработка метода определения оптимального срока службы карьерной техники 234
4.3.1. Анализ существующих подходов к определению сроков службы карьерной техники 234
4.3.2. Метод определения срока службы техники с учетом жизненных циклов машин 237
4.4. Экономико-математическая модель структуры комплексной механизации горных работ на карьерах 253
Заключение
Список литературы
- Особенности структуры парка карьерных экскаваторов
- Исследование влияния параметров технологических потоков на эксплуатационную производительность карьерной техники
- Анализ научно-технической литературы о закономерностях изменения показателей работы карьерной техники от срока эксплуатации
- Формирование структуры комплексной механизации горных работ при проектировании и реконструкции карьеров
Введение к работе
Анализ мирового потребления основных видов твёрдых полезных ископаемых свидетельствует о его непрекращающемся росте. Открытым способом добывается более 50 % твердых полезных ископаемых. При этом вовлекаются в разработку запасы на все больших глубинах, что приводит к усложнению природно-технологических условий разработки месторождений открытым способом. Мировые достижения машиностроения позволяют обеспечить высшую степень механизации горных работ на карьерах на всех этапах разработки месторождения.
Мировой уровень конструктивной надежности и технического сервиса основного технологического оборудования карьеров обеспечивает годовую наработку машин на линии в среднем за период эксплуатации 7000-7500 часов, что при календарном фонде времени 8760 часов соответствует коэффициенту использования оборудования во времени – 80-85%. Срок службы карьерной техники мировых производителей карьерных самосвалов достигает 15 лет - 120000 часов, гидравлических экскаваторов до 10 лет - 60000 часов, электрических канатных экскаваторов 30 лет – 175000 часов.
Современная структура парка карьерной техники России на 90% состоит из машин, изготовленных отечественными производителями. При этом 80% всего парка экскаваторов - это мехлопаты с ковшом 5-10 м3, выпущенные еще в 80- е годы прошлого века. Парк технологического автотранспорта на 95% состоит из самосвалов БелАЗ. Доля карьерной техники зарубежного производства по состоянию на 2012 г. не превышает 5% (по количеству). Несмотря на наметившуюся тенденцию внедрения мировых уровней стандартов к управлению производства, основанной на применении современной техники и технологии, на 90% российских горнодобывающих предприятиях уровень организации эксплуатации и технического сервиса оборудования не соответствует мировому, что и определяет более низкие показатели наработки техники на линии, более интенсивный ее износ и старение, большие затраты на содержание техники.
Основные принципы формирования структур комплексной механизации открытых горных работ были заложены в работах советских ученых в 60-х годах прошлого века, они не учитывают всего многообразия современной карьерной техники, представленной на рынке в настоящее время. Применяемые методы проектирования определяют структуру механизации укрупненно по этапам разработки без учета динамики технико-экономических показателей работы машин в связи с изменением надежности в течение срока их эксплуатации и природно-технологических условий разработки.
Проблема разработки методического подхода к формированию структуры комплексной механизации и ее динамики для стадий проектирования и технического перевооружения карьеров, учитывающего расходы на создание систем управления техническим состоянием структуры карьерной техники, обеспечивающей необходимую её надежность и заданную производительность актуальна для российской горнодобывающей промышленности.
Цель работы заключается в разработке метода формирования структуры комплексной механизации карьера для обеспечения эффективности функционирования горного производства в изменяющихся природно-технологических условиях разработки месторождений открытым способом.
Идея работы состоит в обосновании структуры комплексной механизации карьера на основе учёта динамики её развития в изменяющихся природно-технологических условиях разработки месторождения и показателей надежности работы каждой единицы техники в составе парков на протяжении срока ее службы.
Основные защищаемые положения
-
Структура комплексной механизации горных работ на карьере в его эксплуатационном пространстве определяется динамичной совокупностью комплектов оборудования технологических потоков, формируемых в соответствии с изменением параметров потоков в выделенных природно-технологических зонах и календарным планом, при моделировании развития горных работ в течение заданного периода времени.
-
Динамика структуры комплексной механизации горных работ на карьере определяется характером изменения времени работы на линии и сроком службы каждой единицы техники в составе парков горного оборудования.
-
Оптимальный срок службы карьерной техники определяется в процессе исследования зависимости удельных накопленных затрат на владение, эксплуатацию и управление техническим состоянием карьерной техники в течение срока ее эксплуатации путем нахождения глобального минимума этой функции.
-
Экономико-математическая модель комплексной механизации горных работ на карьерах основана на совокупности моделей динамики затрат на владение, эксплуатацию, технический сервис каждой единицы оборудования и материально-техническое снабжение парков карьерной техники, что позволяет с высокой точностью подбирать комплекты техники для отдельных технологических потоков, формируя единую эффективную структуру комплексной механизации с учетом прогноза значений показателей работы каждой единицы техники в зависимости от изменения природно-технологических условий разработки и надежности оборудования в течение периода планирования по критерию минимума приведенных затрат.
Методы исследования: анализ теории и практики разработки месторождений открытым способом, анализ надежности горного и транспортного оборудования и систем их обслуживания, системный анализ методов выбора, формирования и обоснования комплексной механизации горных работ, аналитические методы, экспериментальные исследования в производственных условиях, технико-экономический анализ, экономико-математическое моделирование, компьютерное моделирование, обработка результатов методами математической статистики.
Обоснованность и достоверность защищаемых научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена представительным объемом статистических исследований, высокой сходимостью результатов, полученных различными методами исследований, между собой и с данными производственной деятельности предприятий, апробацией результатов исследований на карьерах.
Новые научные результаты, полученные лично соискателем.
-
Разработан и реализован научный метод формирования структуры комплексной механизации горных работ на карьерах с учётом особенностей функционирования каждой единицы техники парков горного оборудования в изменяющихся природно-технологических условиях разработки месторождений открытым способом.
-
Разработан метод моделирования месторождений, основанный на принципах разделения карьерного пространства на природно-технологические зоны, в пределах которых основные производственные процессы горных работы объединены в технологические потоки.
-
Обоснован динамичный, измеряемый показатель надежности карьерной техники – время работы на линии, используемый при формировании структуры комплексной механизации карьеров и ее динамики в течение периода планирования.
-
Установлены зависимости показателей надежности различных типов карьерной техники от сроков их эксплуатации, характер которых отражает безотказность, долговечность, ремонтопригодность машин, а также эффективность эксплуатации оборудования и системы управления его техническим состоянием.
-
Сформулированы методологические принципы формирования структуры комплексной механизации горных работ на карьерах, соответствующих современному конструктивному уровню горной техники и широкому ассортименту ее предложений на рынке, основным тенденциям технологии развития открытых горных работ и систем управления техническим состоянием горного оборудования.
-
Установленные зависимости изменения удельных накопленных приведенных затрат на владение, эксплуатацию и управление техническим состоянием различных типов карьерой техники от срока ее эксплуатации, глобальный минимум которых соответствует оптимальному сроку службы оборудования.
Практическое значение работы.
-
Разработана методика обоснования стратегии технического перевооружения при реконструкции карьеров.
-
Разработана методика и программные средства определения оптимальных сроков службы карьерных экскаваторов, самосвалов, погрузчиков, бульдозеров, основанная на расчете периода времени, при котором достигается минимум накопленных суммарных удельных затрат на владение, эксплуатацию, технический сервис и материально-техническое снабжение.
-
Определены экономически целесообразные сроки службы карьерных гидравлических и канатных электрических экскаваторов, карьерных самосвалов различных типов и моделей.
-
Разработан метод определения норм выработки карьерных самосвалов, учитывающий динамику изменения природно-технологических и организационно-технологических условий работы оборудования в эксплуатационном пространстве карьера.
-
Разработана база данных производственных, технических и экономических показателей работы различных типов единицы карьерной техники для различных условий и сроков эксплуатации.
Реализация результатов работы. Основные положения диссертационной работы использованы: при разработке стратегии технического перевооружения угольных разрезов ОАО «СУЭК»: Черногорский, Бородинский, Тугнуйский, Харанорский; карьеров «Юбилейный», «Комсомольский» и подземного рудника «Айхал» Айхальского ГОКа АК «АЛРОСА»; при реализации комплексной автоматизированной системы управления техническим состоянием парка карьерных самосвалов на разрезе Тугнуйский ОАО «СУЭК» на базе использования программного решения «ИС Жизнь Машины»; применение комплексного подхода к формированию парка карьерной техники ООО «АНВ Горная Компания»; методики определения оптимальных сроков службы горного оборудования на предприятиях АК «АЛРОСА».
Экономический эффект от внедрения результатов работы определяется повышением эффективности использования основных фондов, снижением затрат на эксплуатацию парков техники на карьерах АК «АЛРОСА», при работе ООО «АНВ Горная Компания» на разрезах Тугнуйский ОАО «СУЭК», Виноградовский ОАО «Кузбасская топливная компания», Караканский Западный ЗАО «Шахта Беловская», Краснобродский Южный ОАО «Краснобродский Южный» и составил 36,5 млн. рублей.
Апробация результатов работы.
Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на конференциях, симпозиумах и конгрессах:
Международный симпозиум “Mining in the Arctic” (Файрбенкс, США, 1992); Международный научный симпозиум «Неделя горняка» в рамках научно-практической конференции «Техническое перевооружение карьеров» (МГГУ, Москва, 2010, 2011, 2012, 2013); «Проблемы карьерного транспорта» IX международная научно-практическая конференция (Екатеринбург, 2007); 18 International symposium on mine planning and equipment selection MPES 2009 (Banff, Канада); Aachen International Mining Symposia (Aachen, 2009); Международная научно-практическая конференция «Открытые горные работы в 21 веке» (Красноярск, 2011); 22 World Mining Congress, 11-16 September (Istanbul , 2011); II Международная научно-техническая конференция «Геомеханичнi аспекти та екологiчнi наслiдки вiдпрацювання рудних покладiв», (Кривой Рог, 2012), Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Глубокие карьеры» (Апатиты, 2012).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 78 работ, в том числе 27 работ в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 4 учебных пособия, 1 справочник, 29 изобретений.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 352 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 233 наименований, содержит 145 рисунков и 36 таблиц, 6 приложений.
Особенности структуры парка карьерных экскаваторов
Экономико-математическая модель комплексной механизации горных работ на карьерах основана на совокупности моделей динамики затрат на владение, эксплуатацию, технический сервис каждой единицы оборудования и материально-техническое снабжение парков карьерной техники, что позволяет с высокой точностью подбирать комплекты техники для отдельных технологических потоков, формируя единую эффективную структуру комплексной механизации с учетом прогноза значений показателей работы каждой единицы техники в зависимости от изменения природно-технологических условий разработки и надежности оборудования в течение периода планирования по критерию минимума приведенных затрат.
Методы исследования: анализ теории и практики разработки
месторождений открытым способом, анализ надежности горного и транспортного оборудования и систем их обслуживания, системный анализ методов выбора, формирования и обоснования комплексной механизации горных работ, аналитические методы, экспериментальные исследования в производственных условиях, технико-экономический анализ, экономикоматематическое моделирование, компьютерное моделирование, обработка результатов методами математической статистики.
Обоснованность и достоверность защищаемых научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена представительным объемом статистических исследований, высокой сходимостью результатов, полученных различными методами исследований, между собой и с данными производственной деятельности предприятий, апробацией результатов исследований на карьерах.
Новые научные результаты, полученные лично соискателем.
1. Разработан и реализован научный метод формирования структуры комплексной механизации горных работ на карьерах с учётом особенностей функционирования каждой единицы техники парков горного оборудования в изменяющихся природно-технологических условиях разработки месторождений открытым способом.
2. Разработан метод моделирования месторождений, основанный на принципах разделения карьерного пространства на природнотехнологические зоны, в пределах которых основные производственные процессы горных работ объединены в технологические потоки.
3. Обоснован динамичный, измеряемый показатель надежности карьерной техники — время работы на линии, используемый при формировании структуры комплексной механизации карьеров и ее динамики в течение периода планирования.
4. Установлены зависимости показателей надежности различных типов карьерной техники от сроков их эксплуатации, характер которых отражает безотказность, долговечность, ремонтопригодность машин, а также эффективность эксплуатации оборудования и системы управления его техническим состоянием.
5. Сформулированы методологические принципы формирования структуры комплексной механизации горных работ на карьерах, соответствующие современному конструктивному уровню горной техники и широкому ассортименту ее предложений на рынке, основным тенденциям развития технологии открытых горных работ и систем управления техническим состоянием горного оборудования.
6. Установленные зависимости изменения удельных накопленных затрат на владение, эксплуатацию, технический сервис и материальнотехническое снабжение различных типов карьерой техники от срока ее эксплуатации, глобальный минимум которых соответствует оптимальному сроку службы оборудования.
Практическое значение работы.
1. Разработана методика обоснования стратегии технического перевооружения при реконструкции карьеров.
2. Разработаны методика и программные средства определения оптимальных сроков службы карьерных экскаваторов, самосвалов, погрузчиков, бульдозеров, основанные на расчете периода времени, при котором достигается минимум накопленных суммарных удельных затрат на владение, эксплуатацию, технический сервис и материально-техническое снабжение.
3. Определены экономически целесообразные сроки службы карьерных гидравлических и канатных электрических экскаваторов, карьерных самосвалов различных типов и моделей.
4. Разработан метод определения норм выработки карьерных самосвалов, учитывающий динамику изменения природно-технологических и организационно-технологических условий работы оборудования в эксплуатационном пространстве карьера.
5. Разработана база данных производственных, технических и экономических показателей работы различных типов единицы карьерной техники для различных условий и сроков эксплуатации.
Реализация результатов работы. Основные положения диссертационной работы использованы: ООО «АНВ Горная Компания» при разработке стратегии технического перевооружения угольных разрезов ОАО «СУЭК»: Черногорский, Бородинский, Тугнуйский, Харанорский; карьеров «Юбилейный», «Комсомольский» и подземного рудника «Айхал» Айхальского ГОКа АК «АЛРОСА»; при реализации комплексной автоматизированной системы управления техническим состоянием парка карьерных самосвалов на разрезе Тугнуйский ОАО «СУЭК» на базе использования программного решения «ИС Жизнь Машины».
Экономический эффект от внедрения результатов работы определяется повышением эффективности использования основных фондов, снижением затрат на эксплуатацию парков техники на карьерах АК «АЛРОСА», при работе ООО «АНВ Горная Компания» на разрезах Тугнуйский ОАО «СУЭК», Виноградове кий ОАО «Кузбасская топливная компания», Караканский Западный ЗАО «Шахта Беловская», Краснобродский Южный ОАО «Краснобродский Южный» и составил 36,5 млн. рублей.
Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на конференциях, симпозиумах и конгрессах: Международный симпозиум “Mining in the Arctic” (Файрбенкс, США, 1992); Международный научный симпозиум «Неделя горняка» в рамках научно-практической конференции «Техническое перевооружение карьеров» (МГГУ, Москва, 2010, 2011, 2012, 2013); «Проблемы карьерного транспорта» (Екатеринбург, 2007); 18 International symposium on mine planning and equipment selection MPES 2009 (Banff, Канада); Aachen International Mining Symposia (Aachen, 2009); Международная научнопрактическая конференция «Открытые горные работы в 21 веке» (Красноярск, 2011); 22 World Mining Congress, 11-16 September (Istanbul , 2011); II Международная научно-техническая конференция «Геомеханичш аспекти та еколопчш наслщки вщпрацювання рудних поклад1в», (Кривой Рог, 2012), Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Глубокие карьеры» (Апатиты, 2012). Публикации. По результатам исследований опубликовано 69 работ, в том числе 24 работы в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 24 изобретения. Структура и объем работы. Диссертация изложена на 348 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 238 наименований, содержит 156 рисунков и 41 таблиц, 7 приложений. Анализ проблемы формирования структуры комплексной механизации горных работ на карьерах
Анализ мирового потребления основных видов твёрдых полезных ископаемых свидетельствует о практически непрекращающемся росте. В различные периоды развития мировой промышленности, с характерными экономическими прогрессом и регрессом в отдельных регионах мира, наблюдались колебания спроса на минеральное сырьё. Однако общий тренд суммарных объёмов его потребления в разрезе последних 40 лет характеризуется положительной динамикой, обусловленной увеличением численности населения планеты и неуклонным промышленным ростом.
Исследование влияния параметров технологических потоков на эксплуатационную производительность карьерной техники
Большой вклад в разработку теории проектирования открытых горных работ, обоснование размеров, главных параметров техники для открытых горных работ, обоснование принципов определения параметров карьерных полей, методов исследования режима горных работ, создание теории вскрытия и систем открытых горных работ, теории формирования структур комплексной механизации карьеров внесли А. И. Арсентьев, Ю. И. Анистратов, В.М. Аленичев, Б. П. Боголюбов, А. В. Бричкин, Ж.В. Бунин, В. Д. Буткин, В. Ф. Бызов, К. Е. Виницкий, М. В. Васильев, В. А. Галкин, Н.Г. Домбровском, П. Э. Зурков, С. А. Ильин, В. В. Истомин, Н. Г. Капустин, С. В. Коваленко, С. В. Корнилков, Б. Н. Кутузов, В. А. Кудряшев, Ю. И. Лель,
Н. В. Мельников, Н.Н. Мельников, Н. Н. Медников, М. Г. Новожилов, Г. П. Никонов, Г. А. Нурок, Р. Ю. Подэрни, М. Г. Потапов, В. Н. Потураев, С.П. Решетняк, В. В. Ржевский, И. И. Русский, Г. В. Секисов, В.П. Смирнов, Б. А. Симкин, Ю. П. Самородов, Б. П. Тартаковский, П. И. Томаков, К. Н. Трубецкой, Г.А. Холодняков, В. С. Хохряков, Ю. А. Чернегов, А. Г. Шапарь, Е. Ф. Шешко, А. И. Шилин, А. Н. Шухов, М. И. Шадо, Б. П. Юматов, В. Л. Яковлев и др.
Анализ трудов классиков горной науки, заложивших основы проектирования карьеров и, в частности, научные основы механизации горных работ, показал на трансформацию понятий в изложении теории комплексной механизации карьеров [39, 40, 41, 42, 43, 44, 77, 78, 93, 113, 114, 115, 128, 129, 130, 149, 150, 151, 152, 154, 160, 172, 174, 176, 178, 183, 184, 185,186, 187, 191,195].
Понятие комплектности основного и вспомогательного оборудования введено акад. Н.В. Мельниковым в 1957 г. во взаимоувязке с комплексностью. «Под комплектной механизацией понимают такую механизацию, при которой количество машин и механизмов, соответствующей данной операции производственного процесса, гармонично отвечает количеству машин и механизмов для предыдущей и последующей операции [113].
Дорабатывая понятие комплексной механизации как одно из основных направлений технического прогресса на открытых разработках, акад. Н.В. Мельников в 1961 г. [113] и 1973 г. [114] уточняет формулировки трех принципов комплексной механизации: поточности, совмещения процессов и независимости процессов, и само понятие: « Комплексная механизация карьера предусматривает применение рационального набора машин на основных производственных процессах и вспомогательных работах, в частности, гармоничное сочетание моделей и числа машин, используемых в каждой технологической цепи открытых работ (комплектность механизации)».
Акад. В. В. Ржевский последовательно расширяет и углубляет как сами понятия, связанные с комплексной механизацией, так и принципы формирования структуры комплексной механизации [150, 154], формулируя двенадцать основных принципов, отражающих уровень науки, горной техники и технологии периода разработки этих научных положений - 70-80-е года прошлого века. Разработанные классификации комплектов оборудования, применяемых при открытой разработке, охватывают практически весь диапазон технологий ведения горных работ и типов карьерной техники [149]. Однако в последних редакциях трудов В.В. Ржевского идея комплектности механизации, определяющая в итоге комплексность подхода к формированию общей структуры механизации из структур комплектов, несколько трансформировалась [151].
В последнем издании учебника «Проектирование карьеров» авторы, продолжают развитие теории проектирования, заложенной в трудах ее основателей, с учётом современных тенденций развития горной промышленности, глубоко рассматривая вопросы экономики при принятии проектных решений [176].
Механизация горных работ [176] рассматривается в части проектирования технологических процессов, что несколько принижает важность комплексной механизации горных работ как одного из основных этапов проектирования карьеров.
Поэтому важной задачей на современном этапе развития горной науки является уточнение понятий и определений теории проектирования карьеров в части тематики комплексной механизации карьеров, а также систематизации отдельных понятий в теории работоспособности карьерной техники.
Горному производству присущи все системные свойства сложного производственного комплекса [44]. При этом особым свойством функционирования карьера как системы является ее динамичность. Динамичность системы проявляется в двух основных направлениях:
1. Динамичность развития горных работ в карьерном пространстве в соответствии с изменениями природно-технологических условий разработки и законами формирования рабочей зоны.
2. Динамичность структуры комплексной механизации в соответствии с изменениями объемов горных работ, природнотехнологических условий разработки и жизненными циклами техники.
В.В. Истомин в работе «О принципе системности в теории открытой разработки» [78] отмечает статичность в понимании технологических схем, считая, что на современном этапе развития горной науки понятие «технологической схемы» не достаточно развито.
С целью достижения динамичности технологических схем предлагается выделять геолого-эксплуатационные участки ГЭУ карьера, представленные одним или несколькими геологическими участками месторождения, объединяемыми технологически (комплексы оборудования, транспортная схема и схема вскрытия), и использовать организационнотехнологические схемы открытых горных работ (ОТС ОГР), объединяющие элементы системы разработки и применяемое карьерное оборудование, их расстановку и взаимодействие, при текущем и среднесрочном планировании горных работ.
Разработанные методические положения заложены в алгоритм, позволивший на компьютерной основе реализовать динамический подход к формированию и пространственно-временному позиционированию организационно-технологических схем открытых горных работ при имитационном моделировании порядка ее функционирования при среднесрочном планировании горных работ [54].
Однако реализованный подход не дает представления о поведении комплектов оборудования в так называемых ОТС ОГР, не говоря конкретных единицах техники, а также не предусматривает моделирование изменение экономических показателей работы карьера в зависимости от изменяющихся параметров горных работ и показателей надежности работы техники.
Анализ научно-технической литературы о закономерностях изменения показателей работы карьерной техники от срока эксплуатации
Безотказность карьерной техники характеризуется временем технической готовности Т Тг (время, в течение которого возможно использование технического потенциала машины в заданном календарном интервале времени t) и временем работы на линии Т рл (время фактического нахождения машины в эксплуатационном пространстве карьера),
Конструкция машины определяет ее безотказность и долговечность, которая характеризуется сроком службы Тсс, измеряемой в годах и суммарной наработкой времени работы на линии: Для карьерных самосвалов долговечность в отечественной практике также характеризуется пробегом, измеряемой в километрах [83].
Ремонтопригодность характеризуется временем простоев на техническое обслуживание, плановые ремонты и устранение технических отказов. Конструкция машины и уровень организации технического сервиса определяет время простоев на техническое обслуживание и устранение возникающих отказов, тем самым обусловливая техническую готовность машины, время работы на ее линии и долговечность, рис. 3.1.
Горнодобывающее предприятие при формировании структуры комплексной механизации выбирает технику, технические характеристики которой должны максимально соответствовать природно-технологическим условиям с учетом их прогнозируемых изменений, для достижения высокой технической производительности QTex в технологическом потоке, с одной стороны, и надежной работы техники, с другой. Минимальное количество отказов, а значит простоев, вследствие корректного выбора типа, модели и модификации оборудования, обеспечивает высокую надежность работы техники в комплекте.
Статистические модели изменения времени работы на линии карьерных самосвалов Bucyrus МТ-3300 грузоподъемностью 136 т (на основе данных их эксплуатации на Олимпиадинском ГОКе), БелАЗ-75131 (на основе данных о работе этих машин на разрезе Тугнуйский), и БелАЗ-7555 (на основе данных о работе этих машин на разрезе Тугнуйский, карьерах ОАО «Евразруда»).
Надежность работы комплекта техники в рабочей зоне карьера определяется техническими, технологическими и организационными условиями, которые формируются технологией ведения горных работ и принятой организацией работ, и характеризуется временем организационнотехнологических простоев, в течение которых техника не выполняет свою основную работу. В схеме на рис.3.1 эффективность эксплуатации горных машин характеризуется коэффициентом использования рабочего времени оборудования Ксм.
В научно технической-литературе под техническим сервисом карьерной техники понимается комплекс технологических процессов и организационных мероприятий по обеспечению заданной работоспособности техники путем воздействий на узлы, агрегаты и элементы ее конструкции (монтаж, демонтаж, техническое обслуживание, диагностика, ремонт) при регламентируемых ресурсах [126].
Учитывая специфику работы карьерной техники, автор предлагает следующую формулировку этого понятия.
Технический сервис карьерной техники - комплекс целенаправленных воздействий по управлению техническим состоянием каждой единицей техники, направленный на поддержание заданной работоспособности парка горного оборудования в целом.
Управление техническим состоянием карьерной техники - это комплекс технических воздействий на узлы и агрегаты техники, элементы ее конструкции (монтаж, демонтаж, техническое обслуживание, диагностика, ремонт) и организационных мероприятий, включающих финансирование и обеспечение поставок запасных частей, инструмента и оборудования для ведения работ по обслуживанию и ремонту машин, других материальнотехнических ресурсов, обучение сервисного персонала и операторов оборудования.
Время работы на линии Трл характеризует не только конструктивную надежность техники - безотказность, но и эффективность работы горняков (не ломать технику) и эффективность работы службы технического сервиса (обслуживать и ремонтировать технику), организацию материальнотехнического снабжения предприятия, квалификацию персонала, рис. 3.1.
В настоящее время фактическое время работы на линии техники ограничивается временем работы оператора 11 часов в двенадцатичасовую смену Тфрв=8030 часов в год (при годовом фонде календарного времени ТКфВ=8760 часов). Таким образом, объемы работ, выполняемые каждой единицей техники / модели j в течение календарного времени t: Vij= Q “j Т1”, K„, (3-2) Наработка на линии измеряется в часах за период смена, сутки месяц, год. Наработка на линии является общепринятым в мире показателем- availability hours, так же как availability - работоспособность (техническая готовность), определяемая отношением наработки на линии к календарному фонду времени.
Техническое состояние карьерной техники (агрегата, механизма, соединения) определяется совокупностью изменяющихся свойств его элементов, характеризуемых текущим значением конструктивных параметров, составляющих элементов [71]. Текущие значения конструктивных параметров, характеризующих техническое состояние, зависят от степени износа.
Закономерное изменение надежности работы карьерной техники во времени в течение срока их эксплуатации ведет к уменьшению технической готовности машин и, следовательно, увеличению простоев по техническим причинам, уменьшению физического времени нахождения на линии в эксплуатационном пространстве карьера, Трл - временем работы техники на линии, рис. 3.2.
Изменение времени работы техники на линии Трл требует изменения количества единиц в парках карьерной техники, обеспечивающих комплекты технологических потоков, работающих в эксплуатационном пространстве карьера. Срок службы горного предприятия, как правило, больше сроков службы машин и механизмов, составляющих комплексную механизацию карьера. Поэтому развитие структуры комплексной механизации в динамике, рис. 3.3, определяется сроком службы Тсс и динамикой изменения работоспособности, а именно Трл (временем работы на линии) каждой единицы техники в течение срока их эксплуатации, см. рис. 3.2.
Формирование структуры комплексной механизации горных работ при проектировании и реконструкции карьеров
В случае, если суммарные затраты на эксплуатацию, владение и техническое обслуживание и ремонт самосвала превышают доход, который получает транспортное предприятие от его эксплуатации при данном уровне ставок, то самосвал подлежит списанию или продаже предприятию с другим уровнем рентабельности.
Важный фактор при представленным подходе в методике определения оптимального срока службы самосвалов заключается в том, что цена услуги Стр существенно влияет на срок службы техники. Очевидно, что чем выше рентабельность работы предприятия, тем выше соотношение между затратами и доходом и выше прибыль, которую можно направить на модернизацию парка, с одной стороны, и поддержание существующего парка в работоспособном состоянии, с другой.
Проведенные расчеты по этой методике позволили определить предельные сроков службы самосвалов БелАЗ.
Вместе с тем на горных предприятиях парки карьерной техники входят в цеха и их экономика строится на принципах планирования затрат выемку и на транспортирование горной массы. Поэтому применение данного метода для определения предельных сроков самосвалов при формировании структуры комплексной механизации карьеров нецелесообразно.
В научно-технической литературе горного профиля последних лет этому вопросу посвящено ограниченное число работ, анализ которых приведен в пп. 1.4.
Заслуживает внимания метод, который применялся для обоснования сроков службы самосвалов на предприятиях АК «АЛРОСА» [72, 104], где авторами определялась динамика изменения суммарных затрат на владение и технический сервис (ТО и все виды ремонтов), отнесенных к грузообороту. При этом расчеты велись не для конкретного самосвала, а для определенной модели в структуре парка.
Метод заключается в определении предельного срока службы самосвала по критерию минимума удельных затрат с начала эксплуатации на технический сервис и затраты на приобретение самосвалов:
Проведенный анализ показал, что в научно-технической литературе приводятся методические подходы к экономическому обоснованию сроков службы в основном карьерных самосвалов.
Изложение разработанной автором методики определения оптимальных сроков карьерной техники приводится на примере обоснования срока службы карьерных канатных электрической мехлопат.
К настоящему времени порядка 70 % оборудования (карьерные канатные экскаваторы, буровые станки, мельницы, дробилки и в меньшей степени карьерные самосвалы) в горной промышленности России имеют сверхнормативный срок эксплуатации.
Проведенный анализ фактической работоспособности карьерных канатных экскаваторов отечественного производства на предприятиях черной, цветной металлургии и угольной промышленности показал достаточно стабильные показатели этих машин на уровне 6000-7000 часов наработки на линии в год в течение сроков эксплуатации более 25 лет, при сроках амортизации 10 лет.
Работоспособность этих типов карьерной техники определяется конструктивной надежностью машин в целом, узлов и агрегатов, наличием системы созданных в советское время сети ремонтно-механических заводов, обладающих оригинальными чертежами. В дополнение к этому работоспособность поддерживалась и поддерживается за счет «доноров», машин, эксплуатация которых уже прекратилась, но узлы и агрегаты, не выработавшие свой предельный ресурс, используются для ремонта эксплуатируемой техники.
Проведенное моделирование изменения структуры парка карьерных экскаваторов горнодобывающих предприятий России показало, что период интенсивного снижения работоспособности действующего парка карьерных экскаваторов наступит в период 2017-2018 гг., см. рис 1.31. Это определяет сроки массового технического перевооружения отечественных карьеров, как парков выемочно-погрузочной техники, так и технологического транспорта, учитывая общие тенденции развития открытого способа разработки [14,199].
Первый этап технического перевооружения начался в 2005-2009 гг., когда горнодобывающие предприятия России стали интенсивно приобретать импортные гидравлические экскаваторы и канатные мехлопаты большой единичной мощности с полезной весовой нагрузкой более 50 т.
В этой связи наряду с тем, что определение оптимальных сроков службы горного оборудования карьеров является этапом формирования структуры комплексной механизации карьеров, актуальность решения задачи определения сроков службы техники в текущей деятельности при разработке программ технического перевооружения предприятий весьма высока.
Срок службы карьерной техники Тсс - это период с даты ввода техники в работу до момента времени, когда дальнейшая ее эксплуатация экономически нецелесообразна или ее техническое состояние не обеспечивает дальнейшую работу в соответствии правилами безопасности.
Срок службы экскаваторов и другой карьерной техники зависит от конструкции и качества изготовления машины, природно-технологических условий эксплуатации, принятой стратегии технического сервиса, квалификацией операторов, а также от соблюдения правил эксплуатации.
Срок службы экскаваторов характеризуется календарным временем Тсс, измеряемый в годах, и суммарной наработкой часов на линии Трл в течение срока службы.
Природно-технологические условия оказывают существенное влияние на процессы, протекающие в механизмах горной техники, то есть на ресурс наработки узлов и агрегатов до ремонта или замены и на долговечность несущих элементов. Эксплуатация горного оборудования сопровождается разрушением деталей, их взаимным перемещением, трением, нагревом, химическим преобразованием, изменением в процессе работы физических величин и конструктивных параметров (размеров, взаиморасположения и т.д.), что определяет изменение времени работы на линии и соответственно технико-экономических показателей ее работы.
Поддержание высокой технической готовности горного оборудования обеспечивается только при соблюдении норм периодичности и объема работ по техническому обслуживанию и плановым ремонтам, а также применением качественных материалов и запчастей при высокой квалификации специалистов подразделения технического сервиса, оснащенного инструментом и приспособлениями.
Технический сервис отечественных карьерных одноковшовых экскаваторов с электрическим приводом построен по схеме периодического проведения ремонтов: Т1 - ежемесячно, Т2 - один раз в три месяца, ТЗ - один раз в 24 месяца. Кроме периодических ремонтов Tl, Т2, ТЗ, предусмотрены капитальные ремонты, которые должны проводиться один раз в 6-8 лет в зависимости от условий эксплуатации, рис. 4.5.
Надежность работы техники характеризуется временем работы на линии Трл горного оборудования.
Анализ характера изменения времени работы на линии Трл в течение срока эксплуатации экскаватора при выполнении норм периодичности и объемов работ по техническому сервису показывает на то, что время работы на линии в период с первого года эксплуатации до 25 лет изменяется в пределах Трл = 650(К 5000 часов, рис. 4.5.
