Повышение эффективности и безопасности бурения шпуров под анкера в шахтах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОАО «НЦ ВостНИИ»

Повышение эффективности и безопасности бурения шпуров под анкера в шахтах

Технологические вопросы безопасности горных работ

Technological questions of mining work safety

УДК 622.241.54:539.3 Прокопенко Сергей Артурович д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник Института угля СО РАН, профессор Юргинского технологического института (филиал) ФГБОУ ВПО НИ ТПУ Е-mail: sibgp@mail.ru

Ушаков Егор Николаевич Е-mail: ncvostnii@yandex.ru; Шайдулин Константин Владимирович E-mail: vostnii-shkv@mail.ru; Кострыкин Антон Павлович E-mail: vostnii_anton@inbox.ru; Мерзляков Павел Евгеньевич Е-mail: ncvostnii@yandex.ru, научные сотрудники

Аннотации

Приведены результаты промышленных испытаний инновационных буровых коронок в шахтах Кузбасса. Представлены результаты расчета экономической эффективности и возможности повышения безопасности бурения шпуров при ведении горнопроходческих работ.

Ключевые слова: шпур, анкер, коронка, буровая, производительность, удельные, затраты, безопасность

EFFICIENCY AND SAFETY INCREASE OF ANCHOR HOLES DRILLING IN UNDERGROUND MINES

S.A. Prokopenko, E.N. Ushakov, K.V. Shaidulin, A.P. Kostyrkin, P.E. Merzlaykov

Results of industrial trial of innovative drill bits in Kuzbass coal mines are provided. Results of calculation of cost-effectiveness and possibility of safety improvements increase in bore holes drilling during development works are given.

Key words: borehole, anchor, drilling, bit, production, rate, specific, costs, safety

В журнале «Уголь» №1 за 1947 г. была опубликована статья о стахановце-бурильщике тов. Бузникове, который с января 1945 г. на шахте «Анненская» треста «Брянскуголь» работал по своему методу, позволившему выполнять нормы труда на 400-500 %, ускорить подвигание лавы с 25-30 до 70 м в месяц, в 5-6 раз сократить количество бурильщиков в забое, уменьшить расход крепежного леса на 1740 стоек в месяц [1]. Составляющими его метода были:

- изменение направления бурения шпуров не к забою, а наоборот, от забоя к выработанному пространству на забой бутового штрека;

- отказ от необходимости бурить колонковым электросверлом с колонкой;

- упрощение переноски электросверла из одного бутового штрека в другой;

- упрощение закрепления электросверла при работе.

Однако все эти результаты были достигнуты за счет повышения риска травмирования бурильщика, так как его рабочее место было вынесено в незакрепленное забойное пространство (рисунок 1). И лишь то, что товарищ Бузников имел большой опыт и умел чувствовать состояние кровли (отмечено, что раньше он работал посадчиком лав), позволили ему избегнуть аварийных ситуаций.

Рисунок 1 - Схема метода бурения шпуров стахановцем тов. Бузниковым

С той поры прошло много лет, но до сих пор наши шахтеры подвергаются существенному производственному риску от возможности обрушения пород кровли проходческих забоев в момент ее крепления. Широко распространившаяся в последнее время анкерная технология крепления выработок также не лишена этого недостатка. В настоящее время около 90 % всех проводимых в шахтах Кузбасса выработок крепят сталеполимерной анкерной крепью. Технологический цикл предусматривает отбойку и отгрузку горной массы комбайном, подъем кровельной планки рабочим органом комбайна, бурение шпуров в кровлю, установку полимерных ампул, вкручивание анкеров, закручивание гаек и притягивание кровельной планки к массиву. В продолжительности проходческого цикла 35-40 % занимает процесс крепления кровли, в котором 70-80 % времени затрачивается на бурение шпуров.

Так, например, в ОАО «Шахта Первомайская» с применением технологии анкерного крепления осенью 2012 г. проходился конвейерный штрек 412 комбайном КСП-35. Выработку проводили по пласту №24 средней мощностью 1,03 м. Штрек имеет сечение 16,5 м², из которых 30 % угля и 70% породы. Кровля пласта №24 представлена песчаником среднезернистым светло-серым. Крепость пород ложной кровли (мощностью до 0,5 м) составляет f=4-6, а основной кровли (мощностью 0,5-0,8 м) - f=5,9-11,7 по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

По оценке машиниста проходческого комбайна, из 60 мин, требуемых для установки кровельной планки длиной 5 м (подхват В-300) на бурение шести шпуров уходит 40-50 мин. На бурение одного шпура требуется 7-10 мин. Анкероустановщик «Рамбор» оснащен коронками РП-28(30), поставляемыми новокузнецкими заводами ООО «Горный инструмент» и ОАО «Кузмашзавод». Темп проходки выработки составляет 4-5 м/сут. Таким образом, 252-288 мин ежесуточно в процессе бурения шпуров рабочие (один бурит, а второй поджимает кровельную планку) располагаются в опасной зоне с незакрепленной кровлей, подвергаясь опасности ее обрушения.

Недавно появилась информация об опыте поэтапного крепления дренажного штрека 58-57 в ЗАО «Салек» ОАО «ХК СДС-Уголь». Предложено и опробовано на первом этапе крепление кровельной планки непосредственно в забое на три анкера, а на втором этапе установка оставшихся двух анкеров уже позади комбайна с отставанием от забоя на 15 м [2]. Схема поэтапного крепления позволила увеличить темпы проведения выработки с 8-10 до 14-15 м/сут. Эта схема сокращает на 30-40% время пребывания проходчиков в опасной производственной зоне, однако требуется поиск дальнейших возможностей сокращения продолжительности их труда в незакрепленном подземном пространстве.

Девять лет назад в г. Кемерово было создано НПП «Сибирские горнопромышленники», имеющее целью разработку и поставку шахтам износостойких комбайновых резцов и буровых коронок. За прошедшее время предприятию удалось добиться конструкторских и технологических возможностей повышения прочности и производительности горно-режущего инструмента. Это, в свою очередь, обеспечило условия для снижения затратности и опасности проведения подземных выработок.

Осенью 2011 г. филиал «Шахта «Абашевская» ОАО «Южкузбассуголь» провел испытания износостойких коронок КБК-28 для бурения шпуров под анкера. Испытания проводились на участке №1 при бурении шпуров длиной 2,5 м анкероустановщиком типа «Рамбор» с продувкой сжатым воздухом.

Комбайн ГПКС проходил главный вентиляционный штрек, кровля которого была представлена алевролитом крепостью f = 4-6 по шкале проф. М. М. Протодьяконова. Эксплуатационный ресурс применяемых бригадой коронок РП-28, изготавливаемых в г. Новокузнецке, составлял 15-20 шпурометров (шм). Время, расходуемое на бурение одного шпура, составляло 8-10 мин. буровой шахта горнопроходческий шпур

Коронки КБК-28 были установлены на анкероустановщик 11.08.2011 г. В процессе их эксплуатации была отмечена возросшая скорость бурения. Продолжительность бурения одного шпура сократилась до 2-3 мин или в 2-4 раза. Бурильщики также отметили хорошее «выштыбовывание» шпуров благодаря их хорошей продувке, что обеспечивалось конструктивными особенностями коронок. Высокая прочность инновационных изделий позволила достичь производительности на коронку 280 шм (!) или в 16 раз больше по сравнению с коронкой РП-28.

Снижение затрат на буровые коронки составило:

16 шт. х 100 руб./шт. = 1600 руб.

1600 руб. : 520 руб. = 3 раза.

Рентабельность коронки КБК-28 достигла:

(1600 -520) : 520 х 100 % = 208 %.

Расчет удельных затрат на 1 шм представлен ниже:

РП-28: 100 руб./шт. : (15-20 шм) = 5,0-6,6 руб./шм.

КБК-28: 520 руб./шт. : 280 шм = 1,85 руб./шм.

Снижение удельных затрат составило:

(5,0-6,6) руб./шм : 1,85 руб./шм = 2,7 - 3,6 раза или 170-260 %.

Таким образом, коронки КБК-28 в условиях шахты «Абашевская» обеспечили повышение наработки на отказ по сравнению с РП-28 в среднем в 16 раз. Удельные затраты составили 1,85 руб./шм, что в 3 раза меньше, чем у коронок РП-28. Несмотря на большую цену покупки, рентабельность коронок КБК-28 составила 208 %.

Затем коронки КБК-28 были испытаны в ООО «Шахта Листвяжная» ОАО «ХК СДС-Уголь» в период с 03.10.2011 по 15.05.2012 г. при бурении шпуров анкероустановщиком типа «Рамбор» в кровлю пласта Грамотеинского-1, представленную вязким алевролитом крепостью f= 4-5 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Ресурс коронок РП-28 новокузнецкого производства составлял в этих условиях максимально 12-15 шпуров длиной 6,5 м, то есть 78-98 шм.

В процессе испытаний коронок КБК-28 были отмечены хорошая продувка шпуров от штыба, высокая скорость бурения. Если раньше на бурение шпура длиной 6,5 м коронками РП-28 требовалось 7 мин, то на анкероустановщике «Рамбор», оснащенном коронками КБК-28, это время составляло 3-4 мин. За смену анкероустановщиком бурилось 25-27 шпуров вместо 10 шпуров с коронками РП-28. В процессе испытаний произошло попадание коронки КБК-28 в установленный ранее анкер, тем не менее ее состояние нисколько не ухудшилось и бурение было продолжено.

Коронки КБК-28 дважды затачивались после затупления, и за первый цикл испытаний ими было набурено 1280 шм, за второй - 1200 шм, за третий - 500 шм. Общий эксплуатационный ресурс коронок составил 3000 шм или в 33 раза (!) больше, чем у коронок РП-28 (рисунок 2).

Рисунок 2 - Сравнение ресурса коронок РП-28 и КБК-28

Экономия средств составила:

(33 шт. х 100 руб./шт.) - 520 руб./шт. = 2780 руб. на коронку.

Снижение затрат:

3300 руб. : 520 руб. = 6,3 раза или на 530% !!!

Удельные затраты коронок КБК-28 составили 0,17 руб./шм или в 7 раз меньше (рисунок 3), чем у коронок РП-28 (1,2 руб./шм).

Рисунок 3 - Снижение удельных затрат коронок

Таким образом, инновационные буровые коронки КБК-28 в условиях шахт «Абашевская» и «Листвяжная» позволили существенно (в 16-33 раз) повысить наработку на отказ и до 7 раз сократить удельные затраты на бурение шпуров в сравнении с применяемыми коронками РП-28. Время бурения шпуров было сокращено в 2-4 раза, что соответственно уменьшило время пребывания бурильщиков в незакрепленном забойном пространстве, повысив безопасность их труда.

Библиографический список

1. Якунин, И.Т. Бурение в бутовых штреках (Метод стахановца-бурильщика тов. Бузникова) / И.Т. Якунин // Уголь. - 1947. - №1. - С.24-27.

2. Баскаков, В.П. Опыт скоростного проведения подготовительных выработок с применением технологии поэтапного крепления / В.П. Баскаков, М.С. Добровольский // Уголь. - 2011. - №10. - С. 5-8.

Размещено на Allbest.ru