Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние безопасности производства и условий труда на угледобывающих предприятиях Южной Якутии 12
1.1. Состояние производственного травматизма и профессиональной заболеваемости 12
1.1.1.Анализ производственного травматизма 14
1.1.2. Анализ профессиональной заболеваемости 21
1.2. Анализ показателей технического состояния горно транспортного оборудования и состояния безопасности экскаваторно-автомобильного комплекса 28
1.2.1. Анализ показателей технического состояния и использования горно-транспортного оборудования 28
1.2.2. Анализ состояния безопасности горно-транспортного оборудования и рабочих мест обслуживающего персонала 45
1.3. Обоснование направлений повышения безопасности экскаваторно-автомобильного комплекса и улучшения условий труда обслуживающего персонала 55
Выводы 66
Глава 2. Математическое моделирование обеспечения безопасности труда при обслуживании экскаваторно-автомобильного комплекса 68
2.1. Моделирование производственного травматизма 68
2.1.1. Моделирование травматизма по видам и причинам происшествий 68
2.1.2. Количественные оценки и прогноз уровня травматизма 73
2.2. Прогнозирование профессиональной заболеваемости 93
2.3. Исследование влияния технического состояния горнотранспортного оборудования на безопасность труда обслуживающего персонала 108
2.4. Исследование влияния горно-геологических, погодно- климатических условий и квалификации обслуживающего персонала на безопасность экскаваторно-автомобильного комплекса 117
Выводы 130
Глава 3. Оптимизация технологических процессов, обеспечивающих безопасное и эффективное функционирование экскаваторно-автомобильного комплекса 133
3.1. Оптимизация параметров взрывных работ 133
3.1.1. Расчет предельного эффективного времени выброса горной породы 133
3.1.2. Расчет размеров и формы воронок выброса и рыхления 138
3.1.3. Расчет дальности разлета взорванных кусков породы 141
3.1.4. Расчет среднего размера взорванных кусков горной породы 144
3.2. Оптимизация погрузочно-транспортных работ 147
3.2.1. Моделирование взаимодействия карьерных экскаваторов и автосамосвалов 152
3.2.2. Моделирование замены большегрузных автосамосвалов 158
Выводы 160
Глава 4. Методология управления безопасным и эффективным функционированием экскаваторно-автомобильного комплекса ... 162
4.1. Современные подходы к организации управления горным производством 162
4.2. Методология обеспечения безопасного и эффективного функционирования экскаваторно-автомобильного комплекса... 179
4.3. Концепция автоматизированного управления экскаваторно-автомобильным комплексом 191
4.3.1. Вопросы совершенствования и структуризации управления производством и формирования автоматизированных систем управления 192
4.3.2. Создание систем автоматизированного управления горно-транспортным оборудованием 194
4.3.3. Автоматизированное управление технологическими процессами 195
4.3.4. Автоматизированное управление объектами, общими для различных технологий 198
Выводы 200
Глава 5. Организационные решения обеспечения безопасности и эффективности экскаваторно-автомобильного комплекса 201
5.1. Реализация управления взаимодействием экскаваторов и автосамосвалов 203
5.2. Реализация управления охраной труда работников, обслуживающих горно-транспортное оборудование 216
5.3. Совершенствование организации управления персоналом 221
5.4. Оценка эффективности организационных решений, направленных на повышение безопасности экскаваторно-автомобильного комплекса 235
Выводы 237
Заключение 238
Список использованных источников
- Анализ показателей технического состояния горно транспортного оборудования и состояния безопасности экскаваторно-автомобильного комплекса
- Количественные оценки и прогноз уровня травматизма
- Расчет размеров и формы воронок выброса и рыхления
- Концепция автоматизированного управления экскаваторно-автомобильным комплексом
Введение к работе
В последние годы российский угольный рынок динамично развивается. Рост производительности труда, интенсивности производства достигается в основном путем внедрения в производство передовой техники и прогрессивной технологии. Несмотря на насыщение угольных разрезов высокопроизводительным горнотранспортным оборудованием, количество аварийных отказов, а также неплановые простои не сокращаются. Продолжительные простои техники нарушают ритмичность работы угольных разрезов, затрудняют своевременное выполнение организационных мероприятий. Все это обусловливает увеличение нагрузки на работников, обслуживающих горнотранспортное оборудование, отрицательно сказывается на результатах труда, приводит к возрастанию тяжести производственных травм и уровня профессиональных заболеваний.
Возросшая интенсивность производственных процессов, динамика условий функционирования производственных систем существенно изменили требования к обеспечению устойчивости их функционирования. Потребовались не однократно устанавливаемые оптимальная структура и параметры системы, а оптимальное сопровождение этих систем, которое обеспечивало бы высокую степень адаптивности к динамично меняющимся внутренним и внешним условиям функционирования производственных систем.
Вслед за изменениями горного производства обновляются и проблемы охраны труда и промышленной безопасности. Решая эти проблемы, рассматривать их следует не «вообще», а применительно к конкретной ситуации, к сложившемуся состоянию горного производства. Это обусловливает необходимость дальнейшего совершенствования технологических процессов и управления ими с учетом конкретных производственно-технических, горно-геологических, природно-климатических и социально-экономических условий, повышает актуальность разработки методологии прогнозирования и средств обеспечения безопасного и эффективного функционирования экскаваторно-автомобильного комплекса как основного объекта, определяющего уровень аварийности, производственного травматизма и профессиональной заболеваемости на угольных разрезах.
Целью работы является теоретическое обоснование и разработка средств, обеспечивающих безопасное функционирование экскаваторно-автомобильного комплекса угледобывающего предприятия.
Задачи исследования:
выявить наиболее опасные технологические процессы угольных разрезов;
изучить условия эксплуатации горнотранспортного оборудования с позиций безопасности и эффективности экскаваторно-автомобильных комплексов;,
исследовать влияние собственно-производственных и внешних условий на показатели производственного травматизма и профессиональной заболеваемости среди работников, обслуживающих экскаваторно-автомобильный комплекс;
разработать способы оптимизации технологических процессов, влияющих на безопасное и эффективное функционирование экскаваторно-автомобильных комплексов;
разработать методологию управления безопасным и эффективным функционированием экскаваторно-автомобильного комплекса;
разработать программное обеспечение для организации управления безопасным и эффективным функционированием экскаваторно-автомобильного комплекса.
Методы исследований. Системный анализ и научное обобщение результатов теоретических исследований; обработка статистических данных, прогнозирование показателей производственного травматизма и профессиональной заболеваемости методами теории вероятностей, математической статистики и математического программирования; математическое моделирование процессов взрыва; статистическое моделирование взаимодействия горнотранспортного оборудования; программирование; производственный эксперимент.
Научные положения, защищаемые в диссертации:
1. Наиболее опасными являются технологические процессы угольных
разрезов, связанные с эксплуатацией и ремонтом карьерных экскаваторов и ав
тосамосвалов, на которые приходится 89,5% опасных и 65,5% вредных произ
водственных факторов. Уровень производственного травматизма находится в
прямолинейной зависимости от продолжительности аварийных простоев карь
ерных экскаваторов и автосамосвалов; причины аварийных простоев машин,
существенно влияющих на безопасное и эффективное функционирование экс
каваторно-автомобильного комплекса, в 60% случаев являются организацион
ными.
2. Интенсивность производственного травматизма, обусловленная в
75,2% случаев влиянием контролируемых факторов производства и характери-
зующаяся суточной и сезонной периодичностью, представляет собой пуассо-новский нестационарный поток событий; максимальные относительные отклонения суточной и сезонной волн, достигающие 20,4% и 16,6% соответственно, наблюдаются в начале смены и осенью, при этом вероятность наступления того или иного числа несчастных случаев-за определенный промежуток времени зависит не только от длины этого промежутка, но и от момента его начала.
Воздействие вредных факторов- производства на организм работника, обслуживающего экскаваторно-автомобильный комплекс, на 52,8% неустранимо в силу сочетания особенностей технологического процесса и климата; при' этом определяющим фактором является вибрация; далее — шум и охлаждающий микроклимат. Доля специфических и неспецифических нарушений здоровья под сочетанным воздействием вредных факторов находится в-прямолинейной зависимости от стажа работников и от величины- превышения предельно допустимого уровня фактора, причем увеличение значений причинных факторов на 1% приводит к увеличению частоты нарушений в среднем на 5,3% и 9,1% соответственно.
Снижению уровня производственного травматизма среди работников, обслуживающих экскаваторно-автомобильный комплекс, способствуют:
высокие показатели коэффициентов технического использования и технической готовности горнотранспортного оборудования;
увеличение контингента машинистов экскаваторов и ремонтных рабочих с высокими квалификационными разрядами и со стажем не менее 5 лет;
уменьшение глубины разрабатываемого участка карьера, среднего расстояния транспортирования горной породы, а также количества неблагоприятных дней.
Снижению уровня профессиональной заболеваемости способствуют:
увеличение ресурса горно-транспортного оборудования;
уменьшение глубины разрабатываемого участка карьера, среднего расстояния транспортирования горной породы, а также контингента работников; со стажем не менее 5 лет.
5. Повышение уровня безопасности и экономической эффективности экс-
каваторно-автомобильного комплекса обеспечивается уменьшением количест
ва, увеличением грузоподъемности и доли большегрузных автосамосвалов,
оперативным распределением последних по экскаваторам путем моделирова
ния взаимодействия погрузочного оборудования и автотранспорта как замкну-
той многоканальной системы массового обслуживания с ожиданием при ограниченной длине очереди.
6. Снижение аварий, несчастных случаев и профессиональных заболеваний, а также потерь от простоев погрузочно-транспортного оборудования достигается путем перехода от однократных организационно-технических решений, принятых на основе анализа информации о производственно-технических, горно-геологических, горнотехнических, природно-климатических и социально-экономических условиях производства, к системе непрерывного контроля над меняющейся ситуацией и обеспечением системы управления производством, в том числе охраной труда и промышленной безопасностью, управляющим сопровождением.
Научная новизна работы:
Выявлено, что наиболее опасными и вредными для здоровья работников угольных разрезов Южной Якутии являются технологические процессы, связанные с эксплуатацией и ремонтом карьерных экскаваторов и автосамосвалов, что определило основным объектом исследования экскаваторно-автомо-бильные комплексы.
Установлена зависимость между уровнем производственного травматизма и продолжительностью аварийных простоев карьерных экскаваторов и автосамосвалов, обусловленных причинами организационного характера, низкой эффективностью системы управления технологическими комплексами.
С использованием многофакторного дисперсионного анализа обоснована значимость влияния времени суток и времени года на интенсивность производственных травм, что объясняет нестационарность пуассоновского потока опасных событий, приводящих к несчастным случаям, и позволяет строить тренд-циклические модели интенсивности производственного травматизма; при этом вероятности наступления того или иного числа несчастных случаев за какой-нибудь промежуток времени, рассчитанные на основе тренд-циклических моделей интенсивности травматизма, зависят не только от длины этого промежутка, но и от момента его начала.
Определены прогностические вероятности частоты и тяжести неблагоприятных реакций организма человека на воздействие вредных факторов технологического процесса и климата, учитывающие нозологическую форму заболевания, профессию, возраст и стаж работника, обслуживающего экскаваторно-автомобильный комплекс; установлены зависимости доли специфических и не-
специфических нарушений здоровья работников под воздействием единичных, сочетанных действий двух и более вредных производственных факторов, которые позволили определить темпы прироста, оценить вклад вибрационного и шумового компонентов в развитие этих нарушений.
Установленные зависимости между уровнями производственного травматизма, профессиональной заболеваемости и показателями, характеризующими техническое состояние горнотранспортного оборудования, горнотехнические, погодно-климатические и социальные условия производства, позволяют управлять безопасным функционированием экскаваторно-автомобильного комплекса путем оперативного реагирования на изменения окружающей обстановки.
Разработан способ обеспечения безопасности и экономической эффективности экскаваторно-автомобильного комплекса, позволяющий оперативно управлять количественным и качественным составом используемой техники, минимизировать неплановые простои погрузочного оборудования и автотранспорта, вредное воздействие факторов технологического процесса на организм работника, обслуживающего экскаваторно-автомобильный комплекс.
Разработан алгоритм мониторинга информации о меняющихся внутренних и внешних условиях функционирования экскаваторно-автомобильного комплекса, позволяющий выбрать индикаторы мониторинга, получить качественные и количественные модели показателей производственного травматизма и профессиональной заболеваемости, прогнозировать значения исследуемых показателей, проводить сравнительный анализ фактических и прогнозных значений, оценить эффективность управления охраной труда и промышленной безопасностью.
Разработана модель автоматизированной системы управления экскава-торно-автомобильным комплексом, позволяющая комплексно решать вопросы надежности, безопасности, экономической эффективности погрузочного оборудования и автотранспорта, улучшения условий труда обслуживающего персонала.
Личный вклад автора состоит в научном обосновании и развитии перспективного направления по созданию автоматизированных систем управления горным производством, что включает: анализ факторов производственного травматизма и профессиональной заболеваемости в климатических условиях угольных разрезов Южной Якутии; прогнозирование показателей производственного травматизма и профессиональной заболеваемости; установление сте-
пени влияния факторов производства на уровень безопасности производства;
разработку моделей оптимизации параметров технологических процессов, ме
тодологии организации управления производством, в том числе охраной труда
і и промышленной безопасностью, алгоритма мониторинга экскаваторно-автомо-
бильного комплекса, пакетов программ по управлению взаимодействием экскаваторов и автосамосвалов, по управлению персоналом, по управлению охраной труда и промышленной безопасностью.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом исходной статистической информации; применением эффективных теоретически обоснованных методов исследования; адекватностью и высокой степенью точности полученных математических моделей; согласованностью полученных теоретических результатов и результатов компьютерного моделирования с практическими наблюдениями.
Научное значение работы заключается в развитии теории управления производством. Установлены новые связи, уточнены и развиты ранее известные подходы к исследованию показателей безопасности производства и оптимизации погрузочно-транспортных работ, что позволило дать научное обоснование и разработать методологию управления экскаваторно-автомобильным комплексом, средства обеспечения безопасного и эффективного функционирования комплекса как основного объекта, определяющего уровень аварийности, производственного травматизма и профессиональной заболеваемости на угольных разрезах Южной Якутии.
Практическое значение работы:
оптимизированы параметры взрывных работ, влияющих на безопасность и эффективность экскаваторно-автомобильного комплекса;
разработана и реализована модель взаимодействия подразделений угледобывающего предприятия в области охраны труда и промышленной безопасности;
разработана концепция автоматизации управления экскаваторно-автомобильным комплексом;
разработана модель организации автоматизированного управления экскаваторно-автомобильным комплексом;
решена задача оперативного управления взаимодействием карьерных экскаваторов и автосамосвалов, формирования автотранспортного парка для безопасного и эффективного функционирования экскаваторно-автомобильного
комплекса;
- разработаны и внедрены: информационно-программный комплекс «Управление взаимодействием экскаваторов и автосамосвалов», информационная система «Автоматизированное рабочее место специалиста по охране труда и промышленной безопасности», информационный программно-методический комплекс «Управление персоналом».
Реализация результатов работы. Научные и практические результаты работы, направленные на повышение безопасности и эффективности открытых горных работ, нашли применение на угольных разрезах «Нерюнгринский», «Кангаласский» и автобазе технологического автотранспорта ХК «Якутуголь».
Основные результаты анализа и моделирования показателей производственного травматизма, профессиональной заболеваемости, технико-эксплуатационных показателей горно-транспортного оборудования, оптимизационные модели технологических процессов составляют базу учебных курсов «Безопасность горного производства», «Математические методы и моделирование в горной промышленности» специальности «Открытые горные работы» и «Теория вероятностей и математическая статистика», «Введение в математическое моделирование» и «Математические методы и моделирование в горной промышленности» специальностей «Математика» и «Прикладная математика и информатика» в Техническом институте (филиале) Якутского государственного университета им. М.К. Аммосова в г. Нерюнгри.
Апробация работы. Основные положения и практические результаты исследования докладывались на II Сибирском Конгрессе по Прикладной и Индустриальной математике (Новосибирск, 1996), II Международной конференции по математическому моделированию (Якутск, 1997), республиканской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы освоения и развития Южно-Якутского региона» (Якутск, 1998), II республиканской научно-практической конференции «Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых Южной Якутии» (Нерюнгри, 2004), X Международной научно-практической конференции «Сибресурс-2004» (Кемерово, 2004), V-VII межрегиональных научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов (Нерюнгри, 2004-2006), на Техническом совете разреза «Нерюнгринский» (Нерюнгри, 2005), VII Международной научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (Пенза, 2006), XI Междуна-
родной научно-практической конференции «Сибресурс-2006» (Кемерово, 2006), Первом международном экологическом конгрессе «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов «ELPIT 2007» (Тольятти, 2007), Международной научно-практической конференции «Южная Якутия - новый этап индустриального развития» (Нерюнгри, 2007), научно-технических советах ОАО ХК «Якутуголь» (Нерюнгри, 2005-2007), научном семинаре Технического института (ф) ГОУ ВПО «ЯГУ» (Нерюнгри, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 56 печатных работ, в том числе 3 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 260 страницах, включая 149 рисунков, 66 таблиц, список использованной литературы из 190 наименований.
Анализ показателей технического состояния горно транспортного оборудования и состояния безопасности экскаваторно-автомобильного комплекса
Экскаваторно-автомобильные комплексы угледобывающих предприятий ХК «Якутуголь» представлены одноковшовыми экскаваторами, используемыми как основное добычное, вскрышное и отвальное оборудование, и большегрузными автосамосвалами. В последние годы получили распространение экскаваторы ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12, ЭКГ-12,5, ЭКГ-15, ЭКГ-20, ЭШ-11/70, ЭШ-13/50, а также экскаваторы зарубежного производства: Marion-201, Marion-301, РС-5500, РС-8000, предназначенные для погрузки горной породы в автосамосвалы грузоподъемностью 180-250т. На угольных разрезах используются отечественные и зарубежные модели большегрузных автосамосвалов: БелАЗ-7519 (110т.), БелАЗ-75211 (180т.), БелАЗ-75213/14/15/16 (170-180т.), БелАЗ-75129, БелАЗ-7515, БелАЗ-75145, БелАЗ-75131 (120-130т.), БелАЗ-75306 (200-220т.), HD-1200 (120т.) фирмы «Комацу», Haulpak-830E AFEM50 (212т.), Коматцу-830Е AFEM50 (220т.), М-200 (180т.) фирмы «Юнит-Риг».
В последние годы, наряду с уменьшением количества техники, отмечается тенденция к увеличению объема работ, производительности горно-транспортного оборудования, что связано, главным образом, с увеличением доли высоко производительных машин (рис. 1.26-1.27).
Так, при уменьшении средней емкости ковша экскаватора на 5,3%, объем работ на 1 ср. списочный экскаватор увеличился на 29%, производительность экскаватора в расчете на 1м ковша - на 6,8%. В то же время установлено снижение численности работников, занятых обслуживанием и ремонтом горнотранспортного оборудования в среднем на 0,51% в год; увеличение производительности рабочего по добыче угля (тн/мес) в среднем на 4,31% в год и снижение выработки товарной продукции на 1 работника 111111 (тыс.руб/мес) в среднем на 3,88% в год. Все это обусловливает увеличение нагрузки на эксплуатируемую технику и работников, обслуживающих экскаваторно-автомобильные комплексы. —И объем перевозок, тыс.т.км
Увеличивающаяся единичная мощность и стоимость карьерных экскаваторов и автосамосвалов предъявляют все более высокие требования к безопасному и эффективному функционированию, как отдельных единиц оборудования, так и комплексов машин. Как показал анализ, наличие высоко производительной техники не обеспечивает экономическую стабильность угледобывающего производства. Например, если за последние 2 года объем грузоперевозок технологическим автотранспортом увеличился на 6,2%, то за этот же период удельный расход топлива возрос на 8,9%; если объем горной массы вырос на 15,2%, то затраты на 1т. горной массы выросли на 19,9%. В течение ряда лет транспортные расходы на перевозку вскрышных пород в себестоимости добычи угля составляют более 30%, значение этого показателя продолжает расти.
С целью выявления внутренних резервов предприятий, позволяющих достичь высокого уровня безопасности экскаваторно-автомобильных комплексов, задаваемого уровня работоспособности горно-транспортного оборудования, а, следовательно, экономически целесообразного уровня организации производства, требуется детальный анализ эксплуатационных и технико-экономических показателей работы карьерных экскаваторов и большегрузных автосамосвалов.
Применительно к экскаваторно-автомобильному комплексу безопасность можно определить «как состояние работы горно-транспортного оборудования, при котором жизни и здоровью людей, обслуживающих их, ничего не угрожает» [8]. Безопасность экскаваторно-автомобильного комплекса во многом определяется надежностью технических средств. Для оценки надежности машин используют комплексные показатели. Наиболее распространенными показателями являются коэффициент технической готовности [127, 152], который ха рактеризует две основные составляющие - безотказность и ремонтопригодность [156, 157, 159, 160]; коэффициент технического использования, учитывающий простои машин в аварийных и плановых ремонтах за период наработки [128]; часовая производительность, оценивающая технические возможности машин [127]; коэффициент использования парка [3], зависящий от технического состояния машин, а также от состояния автодорог, климатических условий, организации работы комплекса, укомплектованности водителями, машинистами и т.д.
Коэффициент техни- «2 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 га вскрышные экскаваторы добычные экскаваторы ческой готовности экскаваторов имеет тенденцию к росту, причем по вскрышным экскаваторам этот показатель ниже, чем по добычным (рис. 1.28).
Состояние парка вскрышных экскаваторов, укомплектованного на 51 % отечественными и на 49% зарубежными экскаваторами, вызывает тревогу. Среднее значение коэффициента технической готовности экскаваторов зарубежного производства в основном ниже, чем среднее значение аналогичного показателя отечественных экс- 07 каваторов (рис. 1.29). Это
Динамика коэффициента технической готовности вскрышных экскаваторов ком запасных частей, нехваткой специализированного оборудования для ремонта и отсутствием квалифицированного обслуживающего персонала [40, 52, 55, 61, 71, 96].
Количественные оценки и прогноз уровня травматизма
Как показал анализ, на производственный травматизм оказывает воздействие ряд факторов, связанных с местом работы пострадавшего, профессией, стажем и возрастом работника, временем происшествия и т.д. Для определения степени влияния каждого из факторов на интенсивность несчастных случаев проведен корреляционный анализ. Установлено, что при доверительной вероятности 95% на интенсивность несчастных случаев в условиях угольных разрезов ХК «Якутуголь» существенное влияние оказывают время года, стаж работника, профессия, день недели, участок работ и время суток. Между большинством из этих факторов присутствует мультиколлинеарная зависимость, что усложняет процедуру выбора главных факторов [97]. Среди перечисленных факторов и факторов, не попавших в разряд существенных, имеются «управляемые» и «неуправляемые» на уровне предприятий. Для действующих угледобывающих предприятий, имеющих круглосуточный и круглогодичный режим работы, к управляемым факторам можно отнести стаж и возраст работников, а если учесть, что можно с двухсменного режима перейти на трехсменный режим работы, то «время суток» также является управляемым фактором.
Несмотря на теоретическую обоснованность, корреляционный анализ не может разрешить вопрос о том, закономерный или случайный характер носят обнаруженные в ходе исследования связи. Корреляционные связи между перечисленными факторами и интенсивностью несчастных случаев проявляются в массовом материале. Массовость на основе действия закона больших чисел подавляет проявление случайных отклонений, и начинает отчетливо проявляться закономерная зависимость.
Применение дисперсионного анализа при исследовании интенсивности несчастных случаев позволяет вскрыть факторы, существенно влияющие на условия труда работников угледобывающих предприятий, и наметить конкретные меры по повышению уровня безопасности производства.
Установлено, что при вероятности принятия гипотезы, равной 95%, степень влияния контролируемых факторов значительна и составляет 75,2%. При Fm6.i FKp нулевая гипотеза о равенстве средних по уровням исследуемого фактора отвергается, т.е. можно утверждать, что групповые средние по всем факторам «в целом» различаются значимо. Факторами, существенно влияющими на интенсивность производственного травматизма в условиях разрезов ХК «Якутуголь», являются «профессия» работника (59,7%), «время суток» (35,1%) и «время года» (25,2%) (табл.2.5) [49].
Факторы «профессия» и «время суток», воздействующие на количественный, нормально распределенный, результативный признак, имеют шесть постоянных уровней, фактор «время года» - четыре уровня. Найденные выборочные средние и исправленные дисперсии сведены в табл. 2.6. Так как исправленные дисперсии по каждому фактору различны, требуется проверка гипотезы о равенстве генеральных.дисперсий. В случаях, когда разница между дисперсиями незначительная, приняв в-качестве-конкурирующей гипотезы «D(x) D(y)» с критической двусторонней областью, находится F . При F„a6, F допущение о равенстве генеральных дисперсий принимается. Данные случаи присутствуют в следующих факторах (FKp(0,05/2;9;9)=4,03): - «профессия»: уровни 3-4, 4-5, 4-6, 5-6; - «время суток»: уровни 1-2, 1-6, 3-4, 3-5, 3-6, 4-5, 4-6, 5-6; - «время года»: уровни 1-2, 1-3, 1-4, 2-3, 3-4.
Вычисленные наблюдаемые значения критерия Стыодента для перечисленных уровней являются следующими: - фактор «профессия»: Г3_4=0,95, 7V5=3,30, 7 .6=2,61, Г5-6=0,55; - фактор «время суток»: 7V2=1,70, 7V6=1,61, Г3_4=1,32, Г3_5=1,38, Г3.б=2,42, 74-5=0,27, Г4.б=1,21, Г5_б=0,66; - фактор «время года»: 7 .2=0,16, Гі.3=0,36, Гм=0,62, Г2.3=0,28, 7"3.4=0,92. Конкурирующая гипотеза имеет вид «М(Х)фМ(Т)у , поэтому критическая область - двусторонняя. Так как Тнавл tKp наблюдается для следующих уровней факторов: - фактор «профессия»: 3-4, 5-6; - фактор «время суток»: 1-2, 1-6, 3-4, 3-5, 4-5, 4-6, 5-6; - фактор «время года»: 1-2, 1-3, 1-4, 2-3, 3-4, то для них нет оснований отвергнуть гипотезу о равенстве средних, т.е. средние значения по перечисленным уровням факторов существенно не различаются.
Для остальных уровней (уровни 4-5 и 4-6 фактора «профессия», уровень 3-6 фактора «время суток») выполняется условие T„a6jl tKp, что означает значимость различия между их средними значениями.
В случаях, когда разница между дисперсиями значительная, приняв в качестве конкурирующей гипотезы «D(x) D(y) , для правосторонней критической области находится FK/7(0,05;9;9)=3,18. Для оставшихся уровней факторов выполняется условие F„a6:i FKp, поэтому допущение о равенстве генеральных дисперсий отвергается. Следовательно, среднее число несчастных случаев как среди водителей автосамосвалов, так и машинистов экскаваторов существенно отличается от средних значений этого показателя по другим профессиям. Аналогичные выводы получаются по времени суток - с 00 час до 04 час и с 08 час до 12 час; значимо различаются выборочные средние уровней «осень» и «лето» фактора «время года».
Расчет размеров и формы воронок выброса и рыхления
Инженерные расчеты действия взрыва сводятся в основном к получению геометрических характеристик взрыва: размеров и формы воронки или зоны взрыва, длины линии наименьшего сопротивления заряда и т.д. Поскольку в основе классических функций горного инженера лежит процесс оптимизации, при определении геометрических характеристик неизбежно обращение к вариационному исчислению, посвященному отысканию экстремальных значений функционалов [56].
Таким образом, задача сводится к исследованию на экстремум функционала (3.8). Эта задача является вариационной задачей с подвижными границами, поэтому ее решение ищется среди решений уравнения Эйлера.
Аналогичные зависимости получены Боресковым М.М. и Ивановым Б.А.: R ш1/3; Кузнецовым В.М.: R т419; Гаффней Е.С.: R тиз 6; Холсэппл и Шмидт: R т1 3,56. Преимущество выведенного соотношения (3.10) перед другими в том, что оно учитывает мощность заряда ВВ. Условие взрыва на выброс имеет вид Д+1 Н ед,я(я-і) pg Дополнительные исследования позволяют определить угол развала воронки выброса. Дифференциальное уравнение движения куска породы с единичным объемом, расположенного на границе воронки, запишется в виде F = pa, (3.11) где а - ускорение куска породы, F- сила, действующая на элемент dl. Записывая уравнение (3.11) для горизонтальной и вертикальной составляющих силы F с учетом (3.7), имеем откуда при допущении, что время т действия заряда ВВ является бесконечно малой величиной по сравнению с единицей, результат интегрирования принимает вид 2R x - . 2R y - - „ , p(x2+y2)i р(х2+у2)
Вычисляя время полета куска породы с момента взрыва до падения на свободную поверхность и требуя, чтобы кусок породы оказался вне воронки взрыва, можно получить условие (Xl-x)x2 2ка ., g(l + 2y+I где a = 2R P01р, к=у/х, откуда 2а2Н Л+1 , . -Я2 . (1-о " Наибольшее значение х\ достигается при а = 2Л/(1 + 2Л), откуда угол раз вала в воронки выброса определяется по формуле в = 2агсщ4 2-Л +1. Значения угла в, рассчитанные в зависимости от значений параметра Л, оп 140 ределяющего мощность заряда ВВ, приведены в табл.3.1.
Основной объем горной породы (95-98%), перемещаемой при взрывах на выброс, распределяется в непосредственной близости от взорванной выемки, образуя ее бортовые навалы. Однако отдельные куски могут разлетаться на значительные расстояния, представляя опасность для людей и наземных объектов.
Результаты исследований показывают, что максимальная дальность разлета отдельных кусков породы зависит от массы заряда ВВ, глубины заложения заряда, характера взрываемой среды, аэродинамических качеств отдельных фрагментов в снопе выброса [109].
Мосинец В.Н. и Абрамов А.В. [134] считают, что при значительной мощности взрываемого массива сопротивление воздуха практически не сказывается на дальности метания пород, поскольку оторванный массив движется в воздухе весьма компактной массой при сравнительно небольшой начальной скорости разлета, что позволяет определить дальность разлета взорванной массы по формулам элементарной баллистики. Такого же мнения придерживаются Суханов А.Ф. [171], Ходинов А.С, Тимченко А.И. и Сандт Ф.Ф. [177]. Кроме того, Мосинец В.Н. и Абрамов А.В. [134] утверждают, что начальная скорость разлета кусков породы даже при взрывании сосредоточенным зарядом ВВ не превышает 40-45м/с, поэтому при таких скоростях сопротивлением воздуха можно пренебречь.
Как показывает практика взрывания, на угольных месторождениях Южной Якутии на дальность разлета взорванных кусков породы влияют не только конструкция заряда и топография земной поверхности, но и скорость и направление ветра. Действительно, угольные разрезы Южной Якутии расположены на высоте 940 м над уровнем моря, где воздушные массы более активны, количество ветреных дней в месяце колеблется от 8 до 23, при этом средняя скорость ветра может достигать 17м/с и более. Поэтому для расчета максимальной дальности разлета взорванных кусков горной породы, в зависимости от формы и размера последних, воспользуемся дифференциальным уравнением, применяемым в теории внешней баллистики [153]:
Концепция автоматизированного управления экскаваторно-автомобильным комплексом
Известно, что горнотранспортное оборудование со временем изнашивается, стареет физически и морально. Как показывает анализ, в процессе эксплуатации падает его производительность, растут эксплуатационные расходы на текущий ремонт, ухудшаются эргономические показатели. Со временем возникает необходимость замены оборудования, так как его дальнейшая эксплуатация обходится дороже, чем ремонт или замена. Другими словами, возникает необходимость определения оптимальной стратегии замен в плановом периоде с тем, чтобы суммарная прибыль за этот период была максимальной.
Установлено, что разрабатываемые угледобывающими предприятиями стратегии замен не всегда являются оптимальными, и учитывают только ряд экономических показателей, зависящих от возраста оборудования - это ежегодная прибыль от эксплуатации оборудования, эксплуатационные затраты и остаточная стоимость. Статьи расходов на капитальный ремонт машин, рассматриваемый как один из вариантов сохранения оборудования, не учитывают затрат на приобретение материалов и средств, обеспечивающих выполнение санитарно-гигиенических требований к горнотранспортному оборудованию.
На угольных разрезах постепенно заменяется экскаваторное и буровое обо рудоваїше, автотранспорт. С учетом исследований Истомина В.В. и Щадова В.М. [85], предлагается, в первую очередь, разработать стратегию перевооружения технологического автотранспорта, являющегося основным фактором, позволяющим обеспечить необходимую производительность разрезов. Разработка оптимальной стратегии перевооружения.технологического автотранспорта осуществляется на основе теории динамического программирования.
Для количественной формулировки задачи введены следующие обозначения: r(t\, t2) - стоимость работ, производимых за определенный период автотранспортом возраста t\, прошедшим ремонт после U лет службы; u(t\, t2) -расходы, связанные с эксплуатацией автотранспорта (в том числе расходы, связанные с обеспечением благоприятного микроклимата, шумо- и вибробезопасности); v(t\, t2) - стоимость ремонта машины; s(t\, t2) - остаточная стоимость автосамосвала; р - стоимость нового автосамосвала; Т - продолжительность планового периода.
Для решения задачи применяется принцип оптимальности Р. Беллмана [161]. Полагая, что возраст автотранспорта и этапы, на которые разбивается процесс, отсчитываются в прямом направлении, вводится функция условно-оптимальных значений функции цели F t\, t2). Эта функция показывает максимальную прибыль, получаемую на iV-ом этапе, при условии, что вначале имелся автотранспорт возраста t\, прошедший ремонт после U лет службы.
В этой задаче систему составляет автотранспорт, его состояние характеризуется возрастом и годом ремонта, вектор управления - это решение в момент i=0, 1, ..., Го сохранении, замене или капитальном ремонте автосамосвала. Общее функциональное уравнение имеет вид: гы ( 1Л) - UN ((i A) + FN+\ ( 1 + Ui) сохранение, FN(А h) = m,ax SN(fi г)-Ры+гы(. )-UN( ) + v+i(] ) замена, (3.23) [rN ( 1 Л ) - UN (А Л ) - VN Ol 2 ) + FN+\ if I + U2 = \) РеМОНт, где верхняя строка определяет прибыль при сохранении автосамосвала, средняя - при замене его новым автосамосвалом, нижняя — при его ремонте.
Здесь rN(t{, t2) - стоимость работ, выполненных за год автосамосвалом на N-м этапе; uN{t\, t2) — расходы, связанные с эксплуатацией автосамосвала на JV-м этапе; FN+\(t\+l, t2) - прибыль, полученная на N+l-м этапе, считая от конца процесса, при работе на автосамосвале, возраст которого t\+l лет; rw(0; 0) - стоимость работ, выполненных за год новым автосамосвалом, возраст которого лет; Sh{t\, t2) - остаточная стоимость автосамосвала на JV-м этапе; v i, h) стоимость ремонта автосамосвала на TV-м этапе. При известных значениях функций r(t\, t2), u(t\, t2), s(ti, t2), v{t\, t2), p с помощью функциональных уравнений можно решить не только задачу сохранения, замены, ремонта автосамосвалов, но и найти оптимальную стратегию сохранения, замены, ремонта автосамосвалов с любым начальным состоянием на любой плановый период, учитывая возраст покупаемого автосамосвала и ограниченность суммы на приобретение техники.
Выводы
1. Для эффективного управления разрушающей энергией взрыва необходимо знать время начала прорыва газов из зарядной камеры. Определение предельного эффективного времени выброса горной породы, по истечении которого взрывные газы будут не способны производить метание горной породы, возможно путем моделирования процесса действия взрыва в массиве горной породы на основе упруго-хрупкой модели действия взрыва. Расчеты, выполненные для воронок нормального выброса, позволили установить, что с ростом глубины заложения заряда ВВ предельное эффективное время выброса горной породы увеличивается. При малых глубинах заложения заряда ВВ на предельное эффективное время форма заряда влияет незначительно, с увеличением глубины - расхождение во времени растет.
2. Разработанная математическая модель определения параметров воронки взрыва позволяет установить зависимости между радиусом, глубиной, углом развала воронки взрыва и мощностью взрывчатого вещества, что является преимуществом перед известными формулами других авторов.
3. Выведенное параметрическое решение уравнения внешней баллистики, учитывающее сопротивление воздуха, позволяет определить радиус безопасной зоны при взрывных работах. Точность расчета радиуса обеспечивается определением минимальной скорости вылета кусков горной породы, начиная с которой необходимо учитывать сопротивление воздуха, зависящей от угла вылета кусков и отклонения между скоростью полета куска породы с учетом сопротивления и без учета сопротивления воздуха.
