Обоснование способов адаптации комплексов оборудования автомобильно-конвейерно-железнодорожного транспорта к динамике производственных процессов на карьерах

Одна из главных проблем горнорудной промышленности во второй половине 20 века связана с перемещением горных пород на глубоких карьерах. По видимому, она сохранится и в начале следующего столетия. Негативные тенденции развития системы перемещения горных пород: удорожание доставки горных пород из карьера на обогатительную фабрику и отвал, выбросы пыли и токсичных компонентов отработанных газов в окружающую среду — вызваны увеличением глубины карьеров и объемов выемки вскрышных пород [20].

Преодоление этих негативных тенденций связано с применением циклично-поточной технологии (ЦПТ) и комбинированных видов транспорта. Сравнительный анализ опыта их применения на зарубежных и отечественных карьерах в 1970;1990 годах выявил две прогрессивные тенденции развития. За рубежом такой тенденцией является адаптация технических средств автомобильно-конвейерного транспорта к динамике горного производства. Она характеризуется созданием и применением мобильных конструкций дробильных, перегрузочных и конвейерных комплексов оборудования, обладающих способностью к передвижению в карьерном пространстве.

В теории карьерного транспорта развитие связано со стратегией формирования транспортных систем, а также применением более мощного и совершенного оборудования. Стратегия формирования транспортных систем заключается в адаптации технических средств, их приспособлению к внешним воздействиям. Наибольшей способностью адаптироваться к условиям глубоких карьеров обладают комбинированные транспортные системы [98, 101].

Правильность этих научных положений подтверждается распространением на глубоких железорудных карьерах СНГ комбинированного автомобильно-конвейерно-железнодорожного (АКЖ) транспорта. Благодаря использованию различных видов транспортных средств: автосамосвалов, конвейеров, железнодорожных составов — он обладает свойствами обслуживания рабочих уступов сложной конфигурации, доставки горных пород на поверхность по кратчайшему расстоянию, поочередного перемещения руды и вскрышных пород. 5.

Суть проблемной ситуации заключается в том, что на глубоких карьерах СНГ применяются стационарные конструкции дробильных, перегрузочных и конвейерных комплексов оборудования, не обладающих способностью к передвижению в карьерном пространстве. Объединив прогрессивные тенденции развития ЦПТ и карьерного транспорта на отечественных и зарубежных карьерах, мы установили объект познания и предмет изучения.

В качестве объекта познания принимается система автомобильно — кон-вейерножелезнодорожного (АКЖ) транспорта. В системном анализе для изучения объекта выделяется «единица анализа». Она представляет собой часть объекта познания, которая обладает свойствами, необходимыми для проведения исследования. Такой частью, предметом изучения, в данном случае является комплекс оборудования.

Цель работы — обоснование способов адаптации комплекса оборудования к динамике производственных процессов на карьерах. Проблемная ситуация в изучении объекта познания и достижении поставленной цели порождается преобладанием в познавательной деятельности субъективных эвристических методов и методологии функционального подхода [102].

Основная идея работы заключается в проведении комплексного исследования, включающего процессы познания, относящиеся к теоретической и эмпирической формам исследования. Идея является актуальной и своевременной по следующим причинам. В методологическом плане она способствует ускорению процесса научного познания, а в практическом — позволяет вплотную подойти к разработке новых технических средств, обеспечивающих достижение высоких экономических показателей [35].

Теоретическая и эмпирическая формы имеют принципиальные различия в содержании исследования. Это нашло отражение в интерпретации предмета изучения и цели работы, формулировке научных положений, постановке задач и выборе методов их решения.

Интерпретация предмета изучения при теоретическом исследовании осуществляется с помощью исходной гипотезы о наличии у понятия комплек6 са оборудования качественных свойств статичных и динамичных систем, мобильности и стационарности, которые принадлежат ему как целому и отсутствуют у его частей. Исходная гипотеза не имеет теоретической базы в горных науках и требует доказательств. Для этого защищаются научные положения:

1) комплекс оборудования приобретает и теряет свойства мобильности и стационарности в результате изменения конструктивных параметров;

2) свойство мобильности характеризуется коэффициентом мобильности и продолжительностью передвижения комплекса оборудования.

Цель теоретического исследования — получение новых знаний, позволяющих объяснить строение и предсказать поведение комплекса оборудования. Она достигается в результате решения фундаментально-прикладных задач, включающих разработку типологии комплекса оборудования, установление тенденций развития, определение основных количественных показателей (параметров), характеризующих качественное свойство мобильности.

При постановке задач диссертационной работы мы руководствовались основными принципами, изложенными в трудах члена-корр. РАН В. Л. Яковлева, посвященных теории и практике формирования транспортных систем на глубоких карьерах. Методологической основой исследований является применение системного подхода при решении фундаментально-прикладных задач, поэтапная оптимизация параметров и установление зависимостей между технико-экономическими показателями комплексов оборудования и динамическими показателями производственных процессов при решении прикладных задач.

Системный подход не существует в виде строгой методологической концепции. Он только ориентирует исследователя на выявление многообразия связей в структуре объекта познания и сведения их в единую теоретическую картину. Выбор принципов и способов организации познавательной деятельности остается за исследователем.

При решении фундаментально-прикладных задач диссертационной работы применяется разработанный автором метод системного подхода. В его основе лежит мысленный эксперимент с идеализированным объектом теории, ко7 торый имеет вид первичной объяснительной схемы структуры (ПОСС) качественных свойств комплекса оборудования. Отношения и связи между ними основаны на интерпретации в горном деле философских категорий, общих принципов и законов логики, диалектики, теории развитияметодов системного, исторического и лингвистического анализа.

Комплекс оборудования не может передвигаться если он не обладает способностью к передвижению. Однако наличие такой способности само по себе еще не означает, что он обязательно будет передвигаться. Для этого необходимо воздействие субъекта управления. Предпосылкой управляющего воздействия является установление оптимального соотношения между параметрами мобильности и динамики производственных процессов для эффективного функционирования системы.

При проведении эмпирического исследования интерпретация предмета изучения осуществляется с помощью опытных данных о конструкции комплекса оборудования. Характер зависимости между параметрами мобильности и динамики производственных процессов защищается научными положениями:

3) продолжительность передвижения комплекса оборудования является функцией коэффициента мобильности;

4) коэффициент мобильности является функцией продолжительности цикла производственных процессов.

Цель эмпирического исследования — применение полученных знаний для описания способов адаптации комплекса оборудования к динамике производственных процессов на карьерах. Она достигается в результате решения прикладных задач, включающих определение критериев оптимизации технико-экономических показателей и способов их реализации, оптимизацию параметров мобильности.

При решении прикладных задач применяется функциональный подход. Он заключается в установлении зависимостей между конструктивными параметрами комплексов оборудования и динамическими параметрами производст8 венных процессов. Для этого используются различные методы: аналитический, графический, графоаналитический, метод вариантов, вероятно-статистическая обработка материалов, экономико-математическое моделирование и др.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами исследований, теоретическая база которых включает общие законы диалектики и логики, основные принципы комплексной механизации открытых горных работ, принципы и положения стратегии формирования транспортных систем. Эмпирическая база исследований включает массив опытных данных НИР, ПКР, изготовления, строительства, опытнопромышленных испытаний и промышленной эксплуатации комплексов оборудования ЦПТ на отечественных и зарубежных карьерах за последние 30 лет.

Научные результаты работы подразделяются на теоретические и эмпирические. К новому теоретическому знанию относятся типология комплекса оборудования, понятия коэффициентов мобильности и стационарности, тенденция развития комплекса оборудования, принцип приоритета цели технологического процесса над целями нетехнологических процессов. К новому эмпирическому знанию относятся критерии оптимизации технико-экономических показателей, функция мобильности и адаптационная зависимость, методики оптимизации показателей функции мобильности.

Практическое значение исследований. Внедрение дробильных, конвейерных и перегрузочных комплексов оборудования мобильно-стационарного типа позволит расширить область применения системы АКЖ транспорта на глубоких железорудных карьерах России, увеличить глубину карьеров, уменьшить объем горно-капитальных работ, сократить продолжительность реконструкции транспортных систем, ускорить освоение производственной мощности, улучшить условия труда в карьерах, сократить эксплуатационные расходы по сравнению с автомобильным транспортом в 2 раза.

Реализация результатов работы. Выполнен цикл НИР, в которых рассмотрены способы адаптации комплекса оборудования к динамике производственных процессов на карьерах (приложение 1). Рекомендации использованы 9 институтом Южгипроруда при проектировании транспортных систем на Первомайском карьере Северного ГОКа и карьере Полтавского ГОКа (приложения 5−7). Разработаны исходные требования на изготовление передвижной дро-бильно-перегрузочной установки ДПУ-2000, которые были учтены при разработке технического задания. Получено авторское свидетельство на конвейерную установку для доставки груза из карьера [13].

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы опубликованы в технических периодических изданиях, методических рекомендациях, докладывались на международной конференции «Проблемы геотехнологии и недроведения» (Екатеринбург, 1998 г.), Всесоюзном научно-практическом совещании (Караганда, 1990 г.), Всесоюзной научно-технической конференции (Москва, 1990 г), Всесоюзном научно-техническом семинаре (Губкин, 1984 г.), Научной конференции молодых ученых (Свердловск, 1983 г.), Научной конференции молодых ученых (Кривой Рог, 1982).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она изложена на 181 странице и включает список использованных источников из 103 наименований, 7 приложений, 23 таблицы и 27 иллюстраций.

4.3. Выводы.

В результате проведенных исследований было установлено:

1. Связь между качественными свойствами быстроты передвижения и способности к передвижению комплекса оборудования устанавливается при помощи функции мобильности Тдт п (к м), которая представляет собой зависимость продолжительности передвижения от коэффициента мобильности.

2. Анализ функции мобильности позволяет сделать вывод, что увеличение коэффициента мобильности целесообразно только до определенной величины. Конструкции, у которых высокое значение коэффициента мобильности получено за счет преобладания самоходного оборудования неэффективны, так как возрастание капитальных затрат на его приобретение не сопровождается уменьшением продолжительности передвижения.

В результате проведенных исследований установлено, что способы адаптации комплексов оборудования системы автомобильно-конвейерножелезнодорожного транспорта к динамике производственных процессов на карьерах включают:

1) уменьшение продолжительности холостых пробегов колесных транспортных средств, а также простоев в ожидании погрузки и разгрузки;

2) расположение дробильных, конвейерных и перегрузочных комплексов оборудования на временном борту карьера, где продолжительность цикла производственных процессов ограничена временем консервации рабочего борта по условию оптимизации режима горных работ;

3) переход от конструкций стационарного типа при проектировании дробильных, конвейерных и перегрузочных комплексов оборудования к конструкциям мобильно-стационарного типа;

4) укрупнение сборочных единиц и создание технологических модулей, при передвижении которых применяется вспомогательное оборудование универсального назначения;

5) применение временных строительных сооружений, срок службы которых не превышает продолжительность цикла производственных процессов;

6) замену монолитных строительных сооружений сборно-разборными конструкциями повторного использования;

7) организацию и проведение работ при реконструкции транспортной системы по графику сетевого планирования и управления (СПУ);

8) предпочтительное использование физического способа передвижения по сравнению с функциональным. Допускается резервирование строительных сооружений «нулевого уровня», стоимость которых несопоставима со стоимостью комплексов оборудования;

9) использование существующих накопительных емкостей для компенсации простоя производственных мощностей во время реконструкции транспортной системы. Резерв продолжительности разгрузки накопительных емкостей составляет: до 3 суток — в случае перемещения руды и до 1 месяца — в случае перемещения вскрышных пород;

10) расширение области применения системы АКЖ на карьерах за счет увеличения коэффициента мобильности комплексов оборудования в пределах 0,50−0,83.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Исследования диссертационной работы посвящены обоснованию способов адаптации комплексов оборудования системы автомобильно-конвейерно-железнодорожного (АКЖ) транспорта к динамике производственных процессов на карьерах. Поставленная цель включает: объяснение структуры комплексов оборудования, установление тенденций их развития и применение полученных знаний для описания способов адаптации, которые заключаются в оптимизации техникоэкономических показателей с помощью динамических критериев.

Основная идея заключается в использовании теоретической и эмпирической форм исследования в работе. Цель достигается в результате решения комплекса фундаментально-прикладных и прикладных задач, выстроенных в порядке, обусловленном причинно-следственной связью. На первом месте здесь стоит разработка методов системного подхода к решению фундаментально-прикладных задач. В результате были сформулированы следующие основные положения методологии:

1. Решение фундаментально-прикладных задач осуществляется с помощью интерпретации в научно-технической деятельности категориального аппарата, принципов и законов материалистической диалектики. Это позволяет создать модель реальности в виде идеализированного объекта теории (ИОТ).

2. Методологически центральную роль играет построение первичной объяснительной схемы структуры (ПОСС) комплекса оборудования. Она имеет несколько уровней, на которых располагаются системы, подсистемы и элементы, которые представляют собой взаимосвязанные качественные свойства комплекса оборудования. Устойчивый характер связей обеспечивается в результате взаимодействия основных системных принципов (табл. 1.9) и общих законов материалистической диалектики (табл. 1.10).

3. Источником развития ИОТ являются внутренние противоречия, которые зарождаются на различных уровнях структуры под влиянием основного противоречия комплекса оборудования между качественными свойствами динамики и статики. Механизм развития основан на действии общих законов.

153 диалектики. Когда изменение какого-либо количественного показателя превысит границу меры, происходит качественный скачок. Он выражается в том, что в структуре в комплекса оборудования происходит замена одного элемента другим, приобретение им нового или потеря старого качественного свойства.

4. Совокупность утверждений, полученных в результате мысленного эксперимента с идеализированным объектом, представляет собой основной массив теоретического знания. Правила их вывода и доказательства базируются на основных законах и принципах формальной логики (табл. 1.11).

Разработанная методология системного подхода позволила нам приступить к исследованию закономерностей адаптации комплексов оборудования к динамике производственных процессов на карьерах. Для проведения теоретического исследования была выдвинута исходная гипотеза. Она заключается в предположении, что мобильность и стационарность представляют собой противоположные качественные свойства комплекса оборудования, которые отсутствуют у его частей и проявляются в связи с необходимостью передвижения.

Теоретический анализ исходной гипотезы и ее проверка с помощью опытных данных показали справедливость утверждений, в соответствии с которыми комплекс оборудования: относится к техническим системам горного производстваявляется частью транспортной системы карьераобеспечивает полностью механизированный производственный процесс перемещения горных породрасполагается на рабочем, временно нерабочем и нерабочем борту карьерапредставляет собой совокупность взаимосвязанных элементов оборудования и строительных сооруженийобладает качественными свойствами мобильности и стационарности, которые принадлежат ему как целому и отсутствуют у его частейразвивается благодаря изменениям качественных свойств целого в результате качественных и количественных изменений на различных уровнях структуры.

В результате мысленного эксперимента с ИОТ установлено, что прогрессивными тенденциями в развитии АКЖ транспорта на карьерах является при.

154 менение мобильно-стационарных комплексов оборудования (МСК), а также использование при их передвижении временного комплекта вспомогательного оборудования, включающего грузоподъемные и транспортные машины и механизмы общего использования.

К новому знанию, полученному в результате решения фундаментально-прикладных задач, относятся: типология понятия комплекса оборудования системы АКЖ транспортапонятия коэффициентов мобильности и стационарности комплекса оборудованияпонятие и типология сборочных единицпонятие технологического модуля МСКпринцип приоритета цели технологического процесса над целями нетехнологических процессов, принцип совмещения технических средств различных процессов.

Новое теоретическое знание было применено на стадии эмпирического исследования. Для решения прикладных задач сформулированы: закон динамики горного производства при поточной организации и цикличной последовательности процессов (2.1) и основная функция динамики цикла производственных процессов при перемещении горных пород (2.2). В результате решения прикладных задач было установлено:

1. Адаптация комплексов оборудования к условиям их эксплуатации на карьерах, в первую очередь, должна учитывать объективные факторы воздействия внешней среды. Таким фактором является их периодическое передвижение, которое характеризуется показателями функции мобильности комплекса оборудования.

2. Инструментом адаптации является методика оптимизации суммарных затрат на приобретение, эксплуатацию и передвижение технических средств за период оценки технических решений, принятый в области карьерного транспорта. За критерий оценки принимается минимум целевой функции величины суммарных затрат от переменных величин коэффициента мобильности км и продолжительности цикла производственных процессов Г и.

3. Апробация методики проводится с помощью опытных данных на примере выбора конструкции ДП для условий глубоких железорудных карьеров.

СНГ, на которых значения величины Т п изменяются в пределах 5−10 лет. Для сравнения приняты три варианта конструкции ДП: i-ДПУ-1200 {к м=0,76) — 2 — ДПА-2000 с загрузкой автосамосвалами (к м=0,83) — 3 — ДПА-2000 с загрузкой экскаватором {к м=0,95). В результате расчета установлено, что для принятой области значений величины Т п эффективным является первый вариант.

4. С помощью опытных данных построен график адаптационной зависимости технических средств к условиям их эксплуатации на карьерах (рис.11). Его анализ показал, что при оптимальных значениях суммарных затрат на приобретение, эксплуатацию и передвижение комплексов оборудования за период оптимизации, коэффициент мобильности находится в обратной зависимости от продолжительности цикла производственных процессов.

5. При передвижении МСК в карьере физический способ предпочтительнее функционального, поскольку затраты на его осуществление несопоставимы с затратами на резервирование основного оборудования. Допускается резервирование строительных сооружений «нулевого уровня», стоимость которых на два-три порядка меньше стоимости основного оборудования.

6. При поточной организации и цикличной последовательности процессов горного производства на карьерах свойство быстроты передвижения характеризуется показателем продолжительности передвижения в период отдельного цикла производственных процессов Тдт п.

7. Продолжительность реконструкции системы АКЖ транспорта, связанная с передвижением дробильных, конвейерных и перегрузочных МСК, расположенных на участках временной консервации рабочего борта карьера, не должна превышать суммарную продолжительность разгрузки накопительных емкостей. Эффективность достигается путем совмещения в пространстве накопительных емкостей, служащих для различных целей.

8. В системе АКЖ транспорта имеется несколько накопительных емкостей. Они служат для аккумулирования горных пород с целью компенсации неплановых простоев производственных мощностей по организационным причинам и аварийным отказам оборудования. Резерв продолжительности разгрузки.

156 накопительных емкостей, который может быть использован при передвижении МСК составляет: до 3 суток — в случае перемещения руды и до 1 месяца — в случае перемещения вскрышных пород.

9. При реконструкции транспортной системы необходимо выполнить большой объем работ по демонтажу, погрузке, перевозке, разгрузке и монтажу на новом месте оборудования и строительных конструкций повторного использования. Прогрессивным способом организации и проведения работ является построение сетевого графика планирования и управления (СПУ).

10. Построение сетевого графика начинается с разработки структурной схемы МСК и комплекта вспомогательного оборудования для их передвижения. Для сравнения различных конструкций комплексов оборудования рассмотрены три варианта комплексной механизации транспортной системы. В первом варианте дробильное оборудование представлено ДНУ-1200, во втором — ДПА-2000 с загрузкой автосамосвалами, в третьем — ДПА-2000 с загрузкой экскаватором. Комплект вспомогательного оборудования для передвижения МСК включает грузоподъемные и транспортные средства общего использования, машины и механизмы путевых работ и др.

11. Продолжительность реконструкции транспортной системы с ДПУ-1200 составляет 499 ч. Область ее применения ограничена перемещением вскрышных пород. В результате замены ДПУ-1200 на ДПА-2000, оптимизации сети и увеличения вместимости перегрузочного склада с 60 до 85 тыс. т руды продолжительность реконструкции транспортной системы уменьшается в 7 раз (72 ч). С такими параметрами она может применяться для перемещения руды.

12. Связь между качественными свойствами способности к передвижению и быстроты передвижения устанавливается при помощи функции мобильности Тдтп (км). Он имеет два характерных участка. На одном функция резко убывает, а на другом незначительно возрастает (рис.27). Таким образом, увеличение коэффициента мобильности является целесообразным только до определенного предела. На графике он соответствует точке 2 (29 ч- 0,85). Конструкции, у которых высокое значение коэффициента мобильности (0,95) получено.

157 за счет преобладания в структуре МСК самоходного оборудования неэффективны, так как возрастание капитальных затрат на 34,6% у них не сопровождается уменьшением продолжительности передвижения.

Результатом эмпирического исследования является обоснование способов адаптации комплексов оборудования системы АКЖ транспорта к динамике производственных процессов на карьерах, включающих:

1) уменьшение продолжительности холостых пробегов колесных транспортных средств, а также простоев в ожидание погрузки и разгрузки;

2) расположение дробильных, конвейерных и перегрузочных комплексов оборудования на временном борту карьера;

3) переход от конструкций стационарного типа при проектировании дробильных, конвейерных и перегрузочных комплексов оборудования к конструкциям мобильно-стационарного типа;

4) укрупнение сборочных единиц, создание., технологических модулей, при передвижении которых применяется вспомогательное оборудование общего назначения;

5) применение временных строительных сооружений, срок службы которых не превышает продолжительность цикла производственных процессов;

6) замену монолитных строительных сооружений сборно-разборными конструкциями повторного использования;

7) организацию и проведение работ при реконструкции транспортной системы по графику сетевого планирования и управления (СПУ);

8) предпочтительное использование физического способа передвижения по сравнению с функциональным;

9) использование существующих накопительных емкостей для компенсации простоя производственных мощностей во время реконструкции транспортной системы.;

10) расширение области применения системы АКЖ на карьерах за счет увеличения коэффициента мобильности комплексов оборудования в пределах 0,50−0,83.