Введение к работе
Актуальность. Строительство рудников и шахт и их эксплуатация связаны с проведением большого объема горных выработок. В горнодобывающей промышленности России ежегодно проходятся 2-3 млн. метров горных выработок. Из них более 80% составляют горизонтальные подземные сооружения. Сечение горизонтальных выработок обычно 3-25 м2.
В угледобывающих шахтах около 50 горных выработок проходятся с использованием взрывчатых материалов. В горнорудной промышленности буровзрывной способ проходки является доминирующим среди других (87-99% выработок). Он характеризуется сложностью проходческого, цикла и значительными затратами труда и времени на буровзрывные работы. Трудоемкость бурения и взрывания составляет от 30% (некрепкие породы) до 60% (очень крепкие породы) от общей трудоемкости работ проходческого цикла.
Актуальность проблемы интенсификации проходческих работ в крепких породах определяется не только трудоемкостью процесса и высокими затратами на проведение выработок. Специфика проблемы в том, что она в ближайшие десятилетия может решаться только в рамках технологии буровзрывных работ, не претерпевшей существенных изменений в течение длительного периода. По этой причине возникло противоречие между общей динамикой развития научно-технического прогресса, ростом производительности труда, обеспечиваемым применением в ряде отраслей промышленности принципиально новых технологий, и крайне замедленным изменением традиционных способов работ, производительности труда и стоимости единицы продукции.
Трудность решения проблемы в том, что неизвестны рациональные пути совершенствования и параметры технических средств и организации работ, которые обеспечат значительный рост производительности труда проходчиков.
Рациональные направления совершенствования конструкции забойных машин и их параметры могут быть определены на основании данных прогноза. Для уверенного прогноза необходимо наличие теории . интенсификации проходки выработок буровзрывным способом. Теория технологии проведения выработок буровзрывным способом для использования ее при прогнозировании разработана недостаточно полно.
Целью исследований является разработка теоретических основ интенсификации проведения горизонтальных горных выработок сечением
- 4 -от 5 до 24 м2 буровзрывным способом и среднесрочного прогноза технологических параметров забойных машин и организации работ, обеспечивающих значительное повышение производительности труда проходчиков в условиях рудников и шахт.
Основная идея работы заключается в прогнозировании, специальном научном исследовании перспектив интенсификации проведения выработок буровзрывным способом и прогнозе технологических параметров забойных машн, которые обеспечат в перспективе значительное снижение трудоемкости проходческих работ.
Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий методы: исследований с использованием пассивного и целенаправленного опытов в производственных условиях и' лабораториях, математической статистики, анализа и обобщения данных литературных источников, математического моделирования с использованием ЭВМ, оперативного, срочного и среднесрочного прогноза.
На защиту выносятся:
1. Методы увеличения подвиганім забоя выработки за цикл, в ос
нове которых лежит научное положение:
В устойчивых породах при выбранном сечении выработки (в пределах от 4,4 до 24 м2) с увеличением глубины 1х шпуров (до 6 м) оптимальный к.и.ш. достигается за счет роста удельного расхода шпуро-метров пх и времени бурения.
Зависимость пх от 1х в указанных пределах аппроксимируется прямой.
2. Метод оценки эффективности цикличных процессов и определе
ния оптимальных соотношений их параметров. В основе метода лежит
универсальная функция показателя эффективности (а) цикличного про
цесса, аргументами которой являются производительность (с) машины и
относительные затраты времени (d) на операции, прерывающие в цикле
работу забойных машин числом (Ь):
а - bCc^+d)"1.
3. Теоретические основы среднесрочного прогноза технологичес
ких параметров проведения горных выработок буровзрывным способом,
включающие: теорию проходческого процесса как сложной системы взаи
мосвязи его элементов, операций, параметров, и ее научные положе
ния; систем"; математического моделирования изменения показателей
эффективности проведения выработок; результаты моделирования совер
шенствования технологии до ее технических и организационных преде
лов; данные прогноза тенденций развития технологии, полученные ме-
тодом экстраполяции изменения параметров и технологии за период с 1925 г.; характер ритмичности проходческих циклов, исследованный на моделях многозабойной организации работ.
Обоснованность и достоверность научных положений выводов и рекомендаций базируются на результатах целенаправленных экспериментов в забоях шахт и рудников, в лабораториях, результатах пассивного опыта, математического моделирования и проверки модели проходческого процесса на практике.
Число целенаправленных экспериментов в забоях рудников и шахт составляет более 1300, в лабораториях - более 700. Коэффициент корреляции зависимости удельного расхода пшурометров от глубины шпуров - 0,88. Законы распределения времени операций проходческого цикла выведены по данным пассивного опыта более чем 350 смен проходки выработок с суммарным числом выборок более 8 000. Верификация прогноза экстраполяции определяется временной шкалой 8-20 в зависимости от типа кривой экстраполяции.
Научная новизна работы. Результатом теоретических исследований явились:
Теория технологии проведения горных выработок буровзрывным способом, представленная как система знаний, включающая содержательное и количественное описание основных научных положений (частных законов) функционирования проходческого процесса.
Совокупность теоретических положений, правил, приемов прогноза прогрессивного ряда технологических параметров забойных машин, внедрение которых в перспективе обеспечит значительное снижение трудоемкости горнопроходческих работ.
Основные теоретические положения перспектив интенсификации проведения выработок буровзрывным способом, перспективных направлений (на период 10-20 лет) конструирования забойных машин с технологическими параметрами, обеспечивающими значительный рост производительности труда проходчика.
Практическая ценность. Автором устанавливается, что в перспективе трудоемкость проведения выработок буровзрывным способом может быть снижена в 3-5 раз по сравнению со средними достигнутыми показателями. Рекомендуется ряд технологических параметров забойных машин, рассчитанный на непрерывный и значительный рост производительности труда проходчика. Обосновывается целесообразность организации нового направления перспективного конструирования автоматизированных многомашинных бурильных устано-
вок, близких по характеру функционирования к машинам поточного типа. Рекомендуются методы увеличения глубины комплекта шпуров при постоянном сечении выработки и заданном к.и.ж., обеспечивающие минимальные затраты труда и средств.
Для практической реализации цели рекомендуются методики: среднесрочного прогноза технологических параметров технических средств и организации работ в забое, обеспечивающих в перспективе ожидаемый и значительный рост производительности-труда проходчика; формирования прогрессивного ряда технологических параметров забойных машин; выбора оптимального соотношения технологических параметров забойных машин и оптимальных параметров проходческого цикла; исследования многозабойной организации работ с помощью аналитических и аналити-ко-статистических моделей, разработанных на базе теории массового обслуживания; расчета параметров буровзрывных работ на увеличенную глубину шпуров.
Реализация результатов работы в промышленности и в учебном процессе. Практическое внедрение в производство рекомендаций автора нашло свое отражение в документах, составленных под руководством и при непосредственном участии автора: "Технологические схемы механизации и организации проведения горизонтальных и наклонных выработок на строящихся рудных шахтах Урала и Казахстана", МЧМ СССР, Пермь, 1976, 86 печ.л., "Технологические схемы механизации подготовительных работ на угольных шахтах Кизеловского бассейна", ч.I и ч.II, МУП СССР, комбинат "Кизелуголь", Пермь, 1972 и 1973 гг.. 34 печ.л.."Инструкция по безопасному и эффективному ведению взрывных работ в крепких породах для шахт Кизеловского угольного бассейна", МУП СССР, Пермь, 1979, 1,25 печ.л., Проект проведения горизонтальных горных выработок месторождения N99, "Руководство по ведению взрывных работ на калийных рудниках Верхнекамского месторождения", Союзкалий, ВНИИГ УФ, Пермь, 1984, 12,2 печ.л.
Общий экономический эффект от внедрения разработок по шахтам и рудникам составил (по имеющимся актам) более 1,77 млн.руб. (по ценам 1990г.).
Основы теории проведения выработок и разработанные автором расчетные методы проходческого цикла внедрены в учебный процесс и изложены в учебных пособиях общим объемом 81 печ.л.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на: Научной конференции, посвященной 50-летию Свердловского горного института, 1967г., Межвузовской научной конференции. г.Москва.
1967г., Всесоюзной научной конференции вузов, г.Москва, 1969г., Научной конференции "Проблемы разработки месторождений полезных ископаемых Севера", г.Ленинград, 1970г., Первой всесоюзной научной технической конференции по проблемам создания и внедрения ' самоходных бурильных установок, г.Фрунзе, 1974г. Седьмом Всесоюзном совещании по БВР. г.Кривой Рог, 1974 г., Объединенном семинаре кафедр, г.Ленинград, 1984г., Ежегодных научно-технических конференций Пермского государственного технического университета, 1962-1993 гг.
"Технологические схемы механизации и организации проведения горизонтальных выработок на строящихся шахтах Урала и Казахстана" внедрены в производство специальным приказом по тресту "Востокшах-топроходка", "Технологические схемы механизации подготовительных работ на'угольных шахтах Кизеловского бассейна", ч. I и ч.П внедрены в производство специальным приказом по комбинату "Кизелуголь" и использованы при составлении других схем проходки для этого комбината, "Инструкция по безопасному и эффективному ведению взрывных работ в крепких породах для шахт Кизеловского угольного бассейна" согласована с Госгортехнадзором СССР и утверждена МУЛ СССР, "Руководство по ведению взрывных работ на калийных рудниках Верхнекамского месторождения" утверждено Объединением "Союзкалий" для использования на рудниках. На конкурсе публикаций научно-исследовательских работ авторский коллектив "Руководства" завоевал Вторую премию.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 140 работах автора (из них 7 монографий) общим объемом 233 печ.л., 65 работ опубликовано без соавторов, издана производственно-внедренческая литература общим объемом 73 печ.л. Часть вопросов диссертации содержится в рукописных работах (Отчеты НИР) общим объемом 140 печ.л.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии, приложений, в ней 212 с. текста, 84 листа рисунков и таблиц.
