Управліннятехнічним станом стовбурового обладнання шахтних підйомних комплексів при
Шахтні стволи, як складова частина гірничорудних підприємств з підземним способом видобутку корисних копалин, є об'єктами підвищеної експлуатаційної небезпеки. Будь-яка аварія в стовбурі пов'язана з неминучими зупинками всього технологічного циклу видобутку та доставки корисних копалин та значними фінансовими збитками підприємства. У найгіршому випадку жертвами аварії в стовбурах стають гірники, які перебувають у клітях. На вирішення цих проблем націлено Постанову Кабінету Міністрів України №687 про затвердження «Порядку проведення оглядів, випробувань та технічного діагностування машин, механізмів обладнання підвищеної небезпеки», яке набуло чинності у травні 2004 р.
До об'єктів підвищеної небезпеки насамперед належить обладнання шахтних підйомних комплексів, у тому числі підземне, що розміщується в шахтних стволах. Чинними Правилами безпеки передбачено щорічний поярусний контроль профілю провідників та зношування елементів жорсткого армування вертикальних стволів. Однак, дані види контролю у складних гірничо-геологічних умовах, пов'язаних з рухом навколоствольного масиву, не забезпечують отримання достовірної оцінки стану армування та її фактичної залишкової здатності в умовах експлуатаційних навантажень з боку скіпів, клітей та контрваг. Це особливо сильно проявляється за необхідності зміни швидкості руху судин і маси вантажів, що піднімаються. При цьому результати численних досліджень показують, що не тільки збільшення швидкості руху підйомної судини або маси корисного вантажу, а й зменшення будь-якого з цих параметрів на певну величину, яка залежить від поєднання всіх динамічних параметрів ланок підйомної установки, може призвести до переходу динамічних систем підйомув аварійно-небезпечний режим взаємодії.
Дані методи містять як обов'язковий компонент етап апаратурних випробувань з безперервною реєстрацією динамічних параметрів взаємодії судин з армуванням на вбудовану ПЕОМ комплексу «ТЕХНО-МАК» протягом 12-18-ти робочих циклів (1,5-2-х годин роботи судини) з варіацією за швидкостями руху та завантаження, а також випробування в екстремальних режимах роботи при аварійному гальмуванні судини.
Відповідно до розробленої для кожного ствола «Робочої методики обстеження» можуть проводитися:
експрес-випробування з вимірюванням горизонтальних і вертикальних прискорень напрямних підйомних судин з прив'язкою даних вимірювань до часу руху в циклі та/або глибинній відмітці в стволі. Можуть проводитися як при армуванні з рейковими, так і коробчастими провідниками (монтаж апаратури займає близько 0,5-0,8 годин, демонтаж - до 0,3 годин). Цей вид випробувань дозволяє за короткий час отримати вихідні дані для швидкого автоматизованого розрахунку оціночних значень контактних навантажень на провідники та розрахунків на міцність армування, дає розшифровку розподілу динамічної навантаженої армування по глибині стовбура; розширені випробування з безпосереднім виміром контактних зусиль між черевиками судини та провідниками. Можуть застосовуватися тільки для коробчатих провідників (монтаж апаратури займає близько 1,5-2 годин, демонтаж - до 1 години). Дозволяють визначити уточнені значення максимальних контактних навантажень на провідники для розрахунку напруги та деформації у вузлах армування, залишкових запасів міцності з урахуванням її зносу;
комплексні випробування з одночасним виміром горизонтальних та вертикальних прискорень напрямних підйомних судин та контактних зусиль між черевиками тапровідниками. Можуть застосовуватися тільки для коробчастих провідників (монтаж апаратури займає близько 2,5 години, демонтаж - до 1,5 години). Дозволяють отримати комплексну динамічну картину роботи системи «посудина-армування» зі спектральною характеристикою режимів взаємодії;
випробування на екстремальні навантаження, що проводяться в режимі аварійного гальмування підйомних судин при описаних вище способах вимірювання динамічних параметрів взаємодії судин з армуванням. Дозволяють визначити рівень динамічного навантаження ділянок армування ствола при спрацьовуванні аварійного гальма підйомної машини порівняно з рівнем динамічного навантаження при звичайному режимі роботи; математичний комп'ютеризований аналіз профілювань по ділянках стовбура виявлення параметрів провідників, які призводять до виникнення підвищених динамічних навантажень. Дозволяє по ділянках ствола виявити поєднання геометричних параметрів системи провідників одного відділення, що викликають підвищення динамічних навантажень на провідники; системний комп'ютеризований аналіз даних випробувань та розрахунків, що дозволяє отримати вихідні дані для експертної розробки рекомендацій щодо нагляду та обслуговування армування.
Застосування даної технології в скіпових, кліткових та противагових (контрвесних) відділеннях стволів дозволяє:
- оперативно виявляти та локалізувати по глибині ствола потенційно-небезпечні та аварійно-небезпечні для експлуатації ділянки армування ствола залежно від швидкості та режимів роботи судин, зносу металоконструкцій армування;
- розробляти рекомендації щодо ремонту армування на виявлених ділянках та визначати ступеня його черговості залежно від режимів експлуатації підйому для підтримки на необхідному рівні безпеки;
- виключати необґрунтовані суцільні заміни провідників та розстрілів на основі об'єктивної локалізації ділянок стовбура з параметрами профілю провідників, уступами на стиках, що викликають небезпечні динамічні навантаження під час руху підйомної судини.
Роботи з обстеження армування стволів та іншого допоміжного обладнання, зрештою, спрямовані на розробку та реалізацію заходів щодо керованого переведення працездатності армування на більш високий рівень експлуатаційної безпеки. Вирішенню цього завдання підпорядковані всі складові технології обстеження шахтних стволів.
Такі факти, що представляють загальну картину роботи системи «судина-армування», вказують на неблагополучний характер впливу судини на армування і говорять про необхідність проведення більш поглибленого обстеження стовбура із залученням апаратурних засобів динамічних випробувань для деталізації картини динамічного навантаження армування окремими ділянками та ранжування цих ділянок за рівнями навантаженості.
Другим етапом робіт є динамічні випробування армування, які проводяться для деталізації картини динамічного навантаження армування по окремих ділянках стовбура та ранжування цих ділянок за рівнями навантаження. Випробуваннями є роботи, які полягають у експериментальному визначенні кількісних характеристик устаткування. Огляд та випробування у своїй сукупності складають комплекс робіт, званий «повним технічним оглядом обладнання» або «контролем технічного стану обладнання».
Динамічні випробування проводяться на робочих швидкісних режимах руху підйомних судин, а також при варіації швидкостей руху на досить представницькій вибірці циклів спуску-підйому (як правило, 6-18 циклів) для виявленнявсіх статистично обґрунтованих параметрів циклічності силового навантаження армування. Випробування проводяться спеціалізованою лабораторією діагностики ІГТМ, яка має дозвіл органів Держстандарту та Держгірпромнацзору України, із застосуванням портативної метрологічно атестованої Держстандартом України вимірювальної апаратури «МАК» розробки ІГТМ НАН України. Крім того, для визначення працездатності системи «судина-армування» в умовах екстремальних навантажень вибірково, на спеціально визначених ділянках, повинні проводитися динамічні випробування взаємодії судин з армуванням в режимі спрацьовування запобіжного гальма. Цей вид випробувань дозволяє встановити рівень динамічного навантаження системи «посудина-армування» в аварійному режимі в порівнянні зі звичайним робітником і отримати дані для подальшої оцінки залишкової міцності елементів армування на ділянках з підвищеним зносом металоконструкцій.
Основним джерелом виникнення підвищених динамічних навантажень на армування з боку рухомих підйомних судин на окремих ділянках стовбура за інших однакових умов є викривленість провідників, яка характеризується таким параметром як «кривизна», що обчислюється за даними профілювання, а також розрахунковими геометричними параметрами взаємного просторового розташування одного стволового відділення. Проведені з певною періодичністю вимірювання геометричних відхилень провідників від вертикалі так само можна віднести до етапу випробувань (відповідно до положень Постанови №687), але назвати їх слід «геометричними» або «статичними» випробуваннями, на відміну від описаних вище «динамічних». Тому третім етапом робіт є проведення періодичних вимірів геометричних відхилень.
Спільний аналіз результатів математичного аналізу динамічних і геометричних параметрів на тих самих ділянках ярусів дозволяє цілком об'єктивно встановити їх причинно-наслідковий зв'язок і розробити заходи щодо зниження рівня динамічних навантажень у системі «судина-армування» шляхом розрахунку спільної корекції провідників підйомного відділення стовбура.
Об'єктивне виявлення залишкового ресурсу по здатності армування в умовах конкретних технологічних режимів, що характеризуються швидкістю і вантажопідйомністю підйомних судин, реалізується на четвертому етапі роботи. Воно полягає у проведенні деформаційно-міцнісних розрахунків параметрів провідників та розстрілів, визначенні їх залишкових запасів міцності та динамічних прогинів, оцінці їх за граничними станами на підставі даних вимірювань залишкової товщини провідників та розстрілів та результатів поярусних вимірювань динамічних навантажень на провідники.
Наступним п'ятим етапом інформаційного розширення цих робіт є етап технічного діагностування. Він передбачає, зрештою, розробку прогнозу довговічності роботи армування залежно від прийнятих режимів експлуатації підйому.
На цьому етапі виявляються найслабші ланки та ділянки ярусів армування та накопичується інформація для визначення першочергових ремонтних робіт у стволі при вибраному технологічному режимі експлуатації. Оскільки динамічні випробування проводяться з варіацією щодо швидкості та завантаження підйомної судини, то на цьому ж етапі виявляються і допустимі швидкісні режими роботи підйому, залежно від корисної вантажопідйомності судини, що забезпечують експлуатацію армування із заданими проектними запасами деформаційно-міцних параметрів у конкретних умовах шахтного.ствола.
На шостому етапі робіт проводиться спільний аналіз даних математичної обробки профільувань, контактних навантажень, залишкових запасів міцності та деформацій металоконструкцій та комплексно розробляються заходи щодо управління працездатністю армування з метою її збереження на даному рівні або переведення на більш високий рівень експлуатаційної безпеки.
Як керуючі заходи можуть виступати різні зміни технічних і технологічних параметрів системи підйому та їх поєднання.
Наприклад: спеціальна корекція профілю провідників на певних ділянках ствола з урахуванням їх реального просторового взаємного розташування та викривлення осі ствола, реконструкція; зміна параметрів або застосування іншого типу амортизуюче-демпфуючих пристроїв судин для зниження контактних навантажень; зміцнення конструкції розстрілів з урахуванням їх фактичного зношеного та деформованого стану; вибіркова або повна заміна провідників на більш міцні та зносостійкі;
зниження швидкості підйому, зниження маси корисного вантажу, зміни робочої діаграми швидкості підйому під час проходження судинами певних ділянок стовбура тощо.
У кожному конкретному випадку це питання вирішується з урахуванням техніко-економічних показників та можливостей підприємства.
На сьомому етапі роботи проводиться спільний аналіз даних про швидкість корозії, зношування провідників і розстрілів підйомних відділень з даними по зафіксованому на момент обстеження запасу міцності, на підставі чого складається прогноз зміни несучої здатності армування в часі в прийнятому режимі експлуатації. Цей прогноз буде справедливим лише в рамках цього технологічного режиму (визначеного за показниками швидкості, масисудин, профілю провідників) і не може бути гарантією збереження запасів міцності та безпеки при зміні хоча б одного із зазначених параметрів. Таке становище вимагає проведення позачергових спеціальних обстежень, які включають як апаратурні випробування, і експертні обстеження, аналіз умов експлуатації при зміні технологічних режимів роботи підйому.
Автоматизація цього процесу із застосуванням комп'ютерних засобів можлива при застосуванні спеціальної системи СКУТУР ШПУ.
На сьогоднішній день можна вважати досить повно розробленою науково-технічну та технологічну бази з питань визначення та управління станом обладнання армування шахтних стволів. Наразі ще не повною мірою опрацьовано методичні, нормативні та інші документи, які мають вийти на виконання Постанови №687 та повністю визначати порядок, склад та методики застосування його положень до такого об'єкта підвищеної небезпеки, як обладнання шахтного ствола у всіх його складових. кріплення, армування, підйомні судини, допоміжне обладнання), залежно від гірничо-геологічних та гірничо-технічних умов експлуатації.
Таке положення вимагає привернення уваги органів Держнаглядохоронпраці до робіт, пов'язаних з оперативним та своєчасним обстеженням та визначенням технічного стану стовбурового обладнання, об'єктивним встановленням фактичного рівня його експлуатаційної безпеки із застосуванням найбільш сучасних інформаційних технологій, технічних засобів, нормативного, наукового, методологічного та організаційного забезпечення. , з проведенням систематичних, планомірних заходів щодо приведення стволового обладнання у необхідний технічний стан.