книги / Повышение эффективности бурения шпуров при проведении горизонтальных горных выработок. Ч. 2
.pdfданным с увеличением |
р д ен и я'ьлатого |
воздуха |
с. 4 |
до 6 95агт? ско |
рость увеличивается в |
2 раза, а с 5 до |
6,5 a m |
- в |
1,43 раза. |
Скорость бурения |
увеличивается и при-дальнейшем повышении |
А^вленио сютиго воздуха до 7-8 от . По данным исследований сте пень увеличения скорости бурения для ручного перфоратора и корон ки диаметром ЪЪмм характеризуется следующими коэффициентами:
|
давление сзатого |
воздуха |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
у заооя, о т . |
• . . |
|
5 |
|
6 |
7 |
$ ’ |
|
Ю |
ц |
|
|
относительный коэффициент |
|
|
^ |
|
|
|
|
|
|||
|
скорости бурения • |
. |
1,0 |
1,27 1,46 1,59 1,64 1,67 1,7 |
||||||||
|
скорость бурения колонковыми перфораторами с повышением дав |
|||||||||||
ления |
сжатого воздуха |
о 5, до l a m |
также |
увеличивается |
в ' |
сред |
||||||
нем в |
1,5 раза. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Повышение производительности бурильщика с увеличением давле |
|||||||||||
ния сжатого воздуха в соответствии |
с •техническими |
нормами [ з ] ха |
||||||||||
рактеризуется следующими коэффициентами: |
|
|
|
|
|
|||||||
давление сжатого воздуха в забое,а/* 5,5 |
6 |
6,5 |
7 , |
|||||||||
поправочный-коэффициент '-К" |
|
|
X,1 / 1 ,2 |
1,3 |
1 ,4 |
|||||||
Помимо увеличения скорости бурения с повышением давления сжа |
||||||||||||
того воздуха |
улучшаются условия работы буровой коронки. По данным |
|||||||||||
Э.О.Шшдели, |
износостойкость |
коронки |
при давлении сжатого воздуха |
|||||||||
' в а т больше, |
чем при 4 am примерно в |
1 ,5-1,7 раза [^2]. С |
увеяич:: |
|||||||||
нием давления сжатого воздуха в |
этих |
же пределах повышается круп |
||||||||||
ность |
буровой муки, что уменьшает содержание в |
рудничном воздухе |
||||||||||
Ъиликозоопасной мелкодисперсной |
пыли. |
|
у забоя свыше Ъат |
|||||||||
Однако повышение давления сжатого воздуха |
имеет и отрицательные стороны. По данным исследований, существую щее буровое оборудование (перфораторы, шланги, буры) н е выдержи вают длительной работы при давлении сжатого воздуха свыше Ъат. Перфораторы быстро перегреваются; шланги лопаются, а буры ломаются,
'Увеличение шума и вибраций, отрицательно влияющих на организм человека, препятствуют дальнейшему повышению давления сжатого воз духа. Поэтому в настоящее время экономически оправдано, повышение давления сжатого воздуха у забоя до Ъ£>ат.
- 13 - Количество одновременно работающих в забое
бурильных машин
Одним из способов повышения скорости бурения комплекта шпу ров является установка в забое нескольких бурильных машин» Коли чествих определяется многими факторами: сечением выработки, типом*бурильной машины, способом ее установки, мощностью компрес сорной станции,. диаметром трубопровода и др*
При определении количества'машин в забое необходимо иметь в виду, что снижение продолжительности одной из операций при нерав номерном распределении времени цикла по процессам существенно не
увеличивает производительности труда проходчика* |
|
П| едварительный выбор количества |
бурильных машин должен пред- |
. .твовать'расчету цикла и организации |
работ в забое* |
К выбору количества бурильных машин в забое следует подходить |
с двух позиций: получения высокой производительности труда по опе рации бурения* и получения наибольшей скорости проходки Г достаточ но высокой производительности труда проходчика*
При бурении ручными бурильными машинами от их количества за висит число бурильщиков, а следовательно, число членов проходчес кой бригады и производительность труда проходчиков.
При применении буровых кареток численность звена бурильщиков
и в целом проходческого звена |
зависит в меныпей ^степени от |
коли |
чества бурильных машин. Применяя буровые каретки и агрегаты, мож |
||
но повысить производительность |
бурения, не .увеличивая числа |
бу |
рильщиков и, следовательно, расходов на зарплату под операции бу* рения.
Организация скоростной проходки выработок обычно предполага ет максимальное насыщение-забоя- машинами, даже в известной степе ни в ущерб производительности труда проходчика. В Чехословакии, например, при проходке квершлага на руднике "Север” для сокраще ния времени бурения в забое сечением 9 м 2 одновременно бурили девятью-двенадцатью перфораторами, так что на одну машину прихо дилось меньше I м 2 площади забоя.
С.Ф.Воротников и М.А.Мельниченко рекомендуют при организации скоростных проходок рпределять количество бурильных машин исходя из следующих норм: при бурении ручными электросверлами 1,5л/^площади забоя на одну машину, колонковыми электрОсвврламц. 3-4/*- и перфораторами 1,5-*2л72 на одну машину.
Экономическая целесообразность подобного насыщения забоя бу рильными машинами определяется степенью увеличения скорости про ходки выработки; перерасход средств на заработную плату, энергию, капитальные затраты компенсируется частично снижением на I м вы работки так называемых постоянных расходов (накладные и общешахт ные расходы) и в основном за счет выигрыша по фактору времени (досрочного вскрытия новых запасов полезного ископаемого, вводй в действие шахты и т .д .) .
Количество машин, устанавливаемых на автоматизированной ка ретке, должно приниматься из несколько других соображений. Если при бурении с пневмоподдержек увеличение количества перфораторов вызывает рост расходов на заработную плату, то при использовании кареток и при многомашинном обслуживании расходы увеличиваются только на энергию и амортизационные отчисления; однако перерасход по этим статьям перекрывается -экономией средств за счет увеличе ния скорости проходки.
Рациональность многомашинного бурения растет с увеличением
крепости |
пород. Если на |
каждый шпур длиной 3-^4 м тратится на бу |
рение в |
крепких породах |
около 3 мин, а затраты времени на переход |
от шпура к шпуру могут быть снижены до 30 сек (автоматизированные каретки),' то один бурильщик может обслужить до пяти машин, а при смене бура - до трех-четырех машин.
Таким образом, теоретически при скоростных проходках число бурильных машин на автоматизированных кареткайс может быть очень большим. Однакоидля современных кареток со стреловидными манипу ляторами увеличение числа ярусов стрел более двух значительно ус ложняет их конструкцию и уменьшает возможности автоматизации бу рения.
Обычно для выработок сечением до 12 Mz применяют каретки со стреловидными манипуляторами на четыре-пять перфораторов. Большее число машин можно устанавливать на каретках рамной конструкции.
Число машин на каретке тесно связано также с численностью эвена рабочих, обслуживающих каретку» Для обеспечения наибольшей производительности бурильщика.численность звена стремятся прини мать по возможности меньшим: 2-3 человека для выработок сечением 9-12 мх и 4^6 человек при площади сечения выработки больше 12 м 2*
Исходя до особенностей конструкции стреловидных кареток и наименьшей численности звена, число бурильных машин на каретке следует принимать Три-четыре для выработок сечением до 9 A/z«
С увеличением сечения выработки растет число и глубина шпу ров и соответственно будет расти объем бурения* Волг, при сечении
выработки 9л72 |
объем бурения принять за |
единицу, |
то при |
увеличе |
|
нии сечения |
до |
12 м 2 он возрастет в 1,3 |
раза, а |
далее - |
при 16л,2 |
в 1,7 и при |
20м 2 в 2 раза* Поэтому с увеличением сечения выра |
ботки необходимо пропорционально объему работ увеличивать коли чество бурильных машин*
Учитывая данное обстоятельство, число бурильных машин на стреловидных каретках для выработок сечением 12 м 2 следует при нимать четыре-пять, а для выработок сечением 16 и 20м2 соответ ственно в пределах пяти-семи, шести-восьми машин* Для рамных ка реток число бурильных машин может приниматься при необходимости большим в соответствии с количеством машин, обслуживаемых одним
бурильщиком* |
|
|
|
При использовании вращательно-ударных машин, |
обеспечивающих |
||
высокую скорость бурения (0,5-.Зл*/а7^//), |
число их с |
учетом |
большой |
энергоемкости этих машин ограничивается |
двумя на забой для |
сече |
|
ния выработок до 12 л/2 , а при большем сечении может быть |
увели |
||
чено до четырех. |
|
|
|
2. ВЫБОР БУРИЛЬНОЙ МАШИНЫ
Основные критерии при выборе машин - это себестоимость, про изводительность и связанная с ними скорость бурения комплекта шпу ров, а также возможность облегчения условий труда и автоматизации процесса бурения.
При выборе типа бурильной машины необходимо учитывать и ряд других факторов: энергию, которой снабжается забой или забои,ее количество (достаточность), стоимость, потребление энергии одной машипой, количество машин, устанавливаемых для работы в Забое, тип инструмента для бурения шпуров (качество стали, коронок, мар ки. твердых сплавов).
Несмотря на большое число факторов, которые приходится учи тывать при выборе типа бурильной машины, основное внимание сле дует обращать на скорость бурения комплекта шпуров, оказывающей решающее влияние на производительность проходчика и себестоимость проведения выработок.
ТЬк, по ряду факторов, электросвёрла имеют явные преимущест ва перед перфораторами: электрическая энергия гораздо дешевле пневматической, подача последней к забою сложнее,коэффициент по лезного действия пневматических машин крайне низок»
Однако стоимость рабочей силы в несколько раз превышает стоимость энергии на 1м проходки и экономия в зарплате, перекры вает перерасход средств на более дорогую энергию. Поэтому основ ным критерием, как указано выше, является скорость бурения шпуров.
Исходя из этих соображений, электросверла рекомендуется при менять в породах с- коэффициентом крепости до 8, при этом, бурение ручными сверлами рационально для пород с коэффициентом не выше 4.
При бурении по более крепким породам рекомендуется применял^*колон ковые электросверла, которые в этих условиях производительнее, чем перфораторы.
Широко применяются при бурении по крепким породам перфорато ры, Ими бурят в породах с коэффициентом крепости от 4-6 и выше. Для бурения шпуров в горизонтальных горных выработках могут найти применение бурильные машины самой различной мощности и веса.
Из имеющихся конструкций существенно отличаются по основным факторам (себестоимость, производительность и средняя скорость бу рения комплекта шпуров) две группы машин: ручные и колонковые.
Наибольшее распространение на шахтах и рудниках получили в настоящее время ручные бурильные машины, устанавливаемые на пнев моподдержках.
Преимущество более легких перфораторов в том, что при их использовании сокращается время на вспомогательные операции. Од нако это преимущество теряется, если учесть потери производитель ности за счет недостаточной мощности”машин этого типа.
Производительность бурения колонковыми перфораторами, уста навливаемыми на каретках, в крепких породах значительно выше, чем перфораторов на пневмоподдержках (см .ч .1). Существенные преиму щества по производительности бурения перфораторами с каретки пе ред ручным бурением обнаруживаются при бурении в пбродах с коэф фициентом крепости более 8, Оце более выгодно применение агре гатного бурения с автоматических кареток буром длинрю 3~4м ; при этом наблюдается резкое снижение времени Вспомогательных опе раций и увеличенйе производительности бурения.
Рост производительности труда происходит не только за счет применения более мощных мамин, но также в результате работы автоподатчиков на оптимальном режиме, сокращения числа бурильщиков в забое, полуавтоматического режима бурения шпуров. Если за счет увеличения мощности машины производительность труда плавно повы шается, то при внедрении каретки наблюдается скачок по этому локазателю.
Скачок наблюдается также в росте капитальных вложений, обус лавливающих значительное увеличение амортизационных отчислений.
Если, например, затраты на приобретение |
трех перфораторов ПР-24л |
|
с пневмоподдзржками составляют 226 руб., |
то капитальные |
затраты |
на перфораторы ПК-3, устанавливаемые на |
каретке СБКН-3, |
выразятся |
в сумме 10600 руб.
Выбор машины или агрегата по производительности бурения дол-
.жен быть проверен экономическим расчетом.
Экономичность внедрения более производительных машин может быть обоснована коэффициентом сравнительной эффективности капи тальных вложений.
Коэффициент'эффективности капитальных вложений определяется как отношение разности эксплуатационных затрат за год для различ ного оборудования к разности капитальных затрат для этих же типов оборудования* Для горной промышленности он должен быть не менее
0,2 |
(для забойного оборудования |
Е |
= 0 ,3 ). |
|
||
Е , |
Сумма капитальных затрат, |
обеспечивающая получение норматива |
||||
может быть определена уравнени м |
|
|||||
|
|
|
|
cr |
cz |
|
где |
Л2~-Л' - рациональные капитальные затрата при внедрении ка |
|||||
|
реток; |
|
|
|
|
|
|
С; ~Сг ш, ожидаемая экономия |
эксплуатационных расходов |
при |
|||
|
внедрении кареток, а экономичность применения карет |
|||||
|
ки выявлена |
неравенством |
|
|||
|
|
Kz -K t 6 |
Л-. |
; |
|
|
где |
•• дополнительные |
капитальные |
затраты, необходимые |
для |
||
|
внедрения кареток. |
|
|
|
|
|
|
Для расчета берутся только те из затрат, по которым наблю |
|||||
дается изменение при внедрении различного ооорудования. |
|
При внедрении буровой каретки прямые эксплуатационные затраты, как правило,снижаются по всем статьям расходов за исключением амор тизационных отчислений-.
С увеличением производительности машины капитальные затраты, как показано выше,прогрессивно увеличиваются, растут амортизацион ные отчисления, но с увеличением скорости проходки сумма амортиза ционных отчислений снижается.
Расходы по статье заработная плата уменьшаются пропорциональ но повышению производительности труда:
|
с= Cj' Кт ^ |
С of К * 7 |
|
|
' |
Кпр |
|
где |
С6 - прямые |
расходы по статье заработная плата для базовой |
|
|
машины, |
отнесенные к |
единице продукции, ру$/м } |
Кт - коэффициент, учитывающий повышение тарифной ставки бу рильщика при переходе на более высокий разряд;
А к о э ф ф и ц и е н т увеличения производительности труда;
V- объем работ, выраженный в единицах продукции,м затраты за год на обслуживание машин, руб;
Ко5~ коэффициент, учитывающий изменение расходов на обслужи вание машин.
Для буровых кареток коэффициент увеличения производительности обычно определяется величиной 1 ,8 -2,2 . Коэффициент к г , учитывающий повышение тарифной ставки рабочего на каретке,.равен 1,14-1,16.
Расходы по статье энергия сжатого воздуха уменьшаются пропор ционально увеличению скорости бурения и обратно пропорционально расходу сжатого гоздуха в течение чистого времени бурения. С повы~ шением мощности машины это изменение обычно незначительно. Так, чистая скорость б^р^ния перфораторам ПК-'4 по сравнению со скоростью бурения перфоратором Г'.Р~24л (ъ поводах с коэффициентом крепости 10) увеличивается в 1,-Р раз; в ^тих пределах повышается расход сжатого
воздуха. |
|
|
|
С увеличением |
скорост |
бурения обычно |
отмечается снижение рас |
хода мат ерналог (к |
ронох., суровой стали). |
Однако расходы на мате |
|
риалы составляют ~сего Ъ% к |
общим расходам |
на бурение,и-изменение |
их может не учитываться.
При примонещеи каретки за счет уменьшения времени бурения оГес почиваетея бсльшя скорость проходки, если количество буриль
ных машин будет одинаковым* При бурении ручными машинами время бурения можно сократить, использовав большее количество машин, но при этом снизится производительность бурения и увеличатся рас ходы на заработную плату.
Подсчеты показывают, что при существующих ценах на оборудо вание и нормах амортизационных отчислений внедрение даже неавто матических кареток с механической подачей стрел вместо ручных мавин на пневмоподдержках рационально в крепких породах при скорости проходки более 60 м в месяц (табл#3).
Таблица 3 Изменение коэффициента Е в зависимости от скорости
проходки
Скорость проходки,
м/месяц
60
100
200
Значение коэффициента Е
н со
0,36
0,86
2,14
при крепости пород
У - I W 5
1,13
2,50
4,70
Если ориентироваться на примеры проходок с более совершенной организацией работ, где относительное повышение производительнос ти труда с применением кареток составляет в среднем не менее 2,
то при скорости проходки выработки 60 м/месяц коэффициент Е |
ра |
вен 0,74 . |
|
О уменьшением сечения выработки до в м 2 коэффициент Е |
нес |
колько меньше, но также выше рекомендуемой для горной промышленно сти величины.
Показательны подсчеты коэффициентаЕ для каретки ОБКН-З, це
на которой довольно высокая (10300 руб .), а производительность |
- |
||
40 шпуромеров в час на одного человека в породах с / |
= 10-12. |
В |
|
ТакИХ УСЛОВИЯХ уже При СКОРОСТИ ПрОХОДЖИ ВЫрабОТКИ 60 м /м е с я ц |
|
||
коэффициент эффективности |
капитальных вложений больше |
0 ,3 . |
|
В конкретных случаях |
коэффициент будет меняться |
и может быть |
подсчитан более точно# Однако рентабельность внедрения кареток до казывается с полной очевидностью.
Подходя с этих позиций, для бурения в породах с f = 6*10 более рационально использовать тяжелые (.Ч0~50кг ) перфораторы ШиЗ и ПК-4, устанавливаемые на автоматизированных каретках с
- ао - длинноходовыми податчиками. В породах с коэффициентом крепости ме
нее 8 следует попользовать колонковые электросверла. Машины более легкие и менее производительные рационально применять Только на вспомогательных и временного характера работах. Бурение с пневмо поддержек, наиболее распространенное в настоящее время, следует постепенно заменять бурением с кареток и с более совершенных, чем применяемые, манипуляторов, учитывая, что энерговооруженность на ших горных предприятий будет неуклонно возрастать.
Выбор машин вращательно-ударного типа должен производиться "на основе тех же принципов, что и других бурильных машин.
По данным проходок горных выработок, на шахтах Донбасса чистая скорость бурения этими установками в породах с коэффициентом кре пости 7-9 в 2,8 раза выше, чем перфораторами ПР-24Л, а производи тельность труда бурильщика увеличивается в 3,3 раза. Рост произвол дительности труда при бурении на таких установках происходит за счет не только увеличения чистой и средней общей скорости бурения, но и
многомашинного бурения и, следовательно, сокращения числа |
бурильщиков. |
|||||
С увеличением производительности бурения установками БУ-1,СБУ-2, |
||||||
БУР-2 уменьшаются эксплуатационные затраты на бурение I " |
шпура. По |
|||||
данным эксплуатации этих установок, на |
шахтах Донбасса общие затраты |
|||||
на бурение |
1м |
шпура установкой БУР-2 уменьшаются почти в |
2 раза |
|||
(табл.4) по сравнению с бурением |
перфораторами |
ПР-24Л. |
|
|||
Сравнительная стоимость бурения различными машинами |
Таблица 4 |
|||||
|
||||||
Элементы |
затрат |
Эксплуатационные затраты |
на бу |
|||
рение 1 м шпура,ру& |
|
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
ПР-24л |
БУ-1 СБУ-2 |
БУР-1 |
|
Заработная |
плата |
0,32 |
0,15 |
0,17 |
0,08 |
|
Расход материалов |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
||
Амортизационные |
отчисления |
0,02 |
0,16 |
0,15 |
0,15 |
|
Расходы на |
сжатый воздух |
0,30 |
0,14 |
0,15 |
0,13 |
|
|
|
Всего: |
0,66 |
0,47 |
0,49 |
0,37 |
Большая энергоемкость и сложность конструкции и, следователь но, высокая стоимость машин препятствуют более широкому внедрению установок с вращательно-ударными машинами. Поэтому в забое можно устанавливать только одну-две машины, ц применять их целесообразно при проведении с большой скоростью выработок значительной протяжен
ности» |
Область рационального применения машин этого типа |
бесспорно |
|
будет |
расширяться. |
* |
|
Таким образом, |
при выборе бурильной машины следует в |
основном |
ориентироваться на следующие положения. Яри бурении в породах с
j- = 4-8 достаточно высокую производительность обеспечивают колон ковые электросверла, а при более крепких породах колонковые перфо раторы, установленные на автоматизированных каретках.
При организации скоростных проходок выработок большой протя женности в породах с коэффициентом крепости более 6 и выше наи большую производительность бурения обеспечивают машины вращательно ударного типа.
Окончательный выбор бурильной машины в каждом конкретном слу чае должен обосновываться экономическим расчетом.
3 СКОРОСТЬ БУРЕНИЯ ШПУРОВ
Для проектирования проходки выработки и выбора рационального цикла необходимо знать среднюю скорость бурения комплекта шпуров в забое.
Средняя скорость бурения изменяется в зависимости от «Аютой скорости бурения и времени вспомогательных операций: перехода от шпура к шпуру, забуривания и смены бура (см. табл.8). Время вспомо гательных операций зависит не только от типа бурильных машин и «ус тановочного приспособления, но и от конструкции инструмента. При определении технической нормы бурения средняя скорость бурения оп ределяется, кроме того, в зависимости от времени подготовительнозаключительных операций, хотя для подсчета рационального цикла.это не вполне удобно.
Средйяя скорость и время бурения комплекта шпуров могут быть определены по технической норме и данным практики„ табличным дан ным (табл.5).
При имеющейся технической норме средняя скорость бурения