Авторы:

Салин Д.В. — директор филиала;

Бублик М.Л. – заместитель главного инженера – начальник инженерного центра;

Скуратович С.Б. – главный конструктор;

Сипливый А.В. – главный технолог;

Маленков Д.С. – главный конструктор проекта.

филиал УПП «Нива» — «Завод горно-шахтного оборудования»

В статье отражена актуальность вопроса создания надежного горно-шахтного оборудования комплексно-механизированного забоя, рассмотрены мероприятия, повышающие надежность работы изделия, которые применяются на этапах его создания.

Актуальность

В горнодобывающей отрасли прослеживается устойчивая динамика увеличения нагрузки на очистной забой с одновременным сокращением общего количества забоев. За последние двадцать лет количество шахт, имеющих одну-две лавы значительно увеличилось. Так, на 2020 год из 58 действующих в Российской Федерации шахт почти 50% имеют одну среднедействующую лаву.

Недопустимость простоев комплексно-механизированных забоев в этих лавах диктует соответствующие требования к надежности оборудования, своевременному техническому обслуживанию и оперативной реакции изготовителя на устранение возможных отказов как в гарантийный, так и постгарантийный периоды.

Длительные простои лавы часто недопустимы не только по причине экономического характера, но и по горно-геологическим факторам, которые могут привести вплоть до потери основного оборудования механизированного комплекса.

Учитывая, что стоимость крепи в объеме всего оборудования добычного участка составляет до 50% и в объеме оборудования очистного механизированного комплекса лавы до 75% (в зависимости от комплектации самого комплекса и функциональности секций), а возможные ее отказы приводят к значительно большим финансовым потерям как для изготовителя, так и для эксплуатирующей стороны в статье рассмотрены мероприятия по снижению рисков, принимаемые изготовителем в процессе создания горно-шахтного оборудования.

Технические особенности оборудования

С каждым годом требования, предъявляемые к конструкции секций механизированных крепей, становятся все выше и выше, соответственно повышаются и требования к предприятиям, создающим эту продукцию. На примере высоконагруженной и многофункциональной секции крепи КН 16/37 в данной статье будут рассмотрены современные подходы, примененные при ее создании.

Секция крепи КН 16/37 является продукцией конкретного назначения и применима для отработки угольных месторождений длинными столбами, с углами наклона до ±350 вдоль лавы и от -100 до +150 вдоль столба, имеющих тяжелую кровлю и почву с низкой прочностью на вдавливание. По совокупности технических характеристик секция крепи КН 16/37 уникальна в своем классе. Несущая способность секции составляет 8020 кН при шаге ее установки 1,5 м. Сопротивление крепи для поддержания кровли в лаве составляет 1100 кН/м2, но в то же время среднее давление на почву не превышает 2,1 МПа. Высокое сопротивление секции обеспечивается двумя телескопическими гидростойками с диаметром поршня первой ступени ⌀345 мм. Это наиболее мощные гидростойки, которыми удалось оснастить секции с шагом установки 1,5 м. Секция крепи имеет раздвижность от 1,6 до 3,7 м, оснащена электрогидравлической системой управления на 20 функций, которая позволяет автоматизировать работу крепи и обеспечить высокий темп подвигания очистного забоя. Основание секции типа «жесткий катамаран» оснащено механизмом подъема его передней части и домкратом боковой корректировки. Перекрытие имеет гидроподжимную консоль с выдвижным пеналом и щитом удержания груди забоя с углом раскрытия 180°. Удельное сопротивление на конце передней консоли секции КН 16/37 в 2,8 раза превышает величину, требуемую стандартами, что повышает эффективность работы секции в условиях неустойчивой кровли в призабойной зоне. Ограждение и перекрытие имеют выдвижные борты с одной из сторон секции с возможностью переналадки их на выдвижение с другой стороны. В задней части ограждение оснащено телескопическим щитом, предназначенным для улучшения защиты внутрисекционного пространства секции от воздействия породы и пыли из выработанного пространства при подвигании лавы вниз по столбу. Балка передвижки оснащена домкратом для управления конвейером в вертикальной плоскости для улучшения зачистки при передвижке забойного конвейера. Секции оснащаются системой пылеподавления, работающей в автоматическом режиме пре передвижке. Дополнительно секция может быть укомплектована устройством удержания конвейера и устройством удержания соседних секций, что актуально при отработке пластов с большими угла наклона вдоль лавы.

Методы снижения технического риска при создании изделий

Жизненный цикл изделия состоит из нескольких этапов: инжиниринг, изготовление, испытание и эксплуатация. Создание современного оборудования требует прогрессивных подходов к минимизации рисков. На предприятии проведена комплексная программа снижения технического риска, предусматривающая модернизацию всего бизнес-процесса создания изделия. Рассмотрим применяемые в УПП «Нива» — филиал «Завод горно-шахтного оборудования» методы снижения этих рисков по каждому этапу жизненного цикла изделия.

На этапе инжиниринга важной составляющей снижения риска является уровень специализации и профессиональный опыт инженерного состава. Помимо базового профильного образования инженеры получают практический опыт внедрения разработанного оборудования. Тесная связь с эксплуатирующей организацией позволяет более объективно производить оценку работы изделий, тем самым минимизировать технический риск в последующих разработках. За более чем двадцатилетний опыт создания оборудования на предприятии закрепилась практика «обратной связи» через сервисную группу и периодические встречи с горняками.

Регулярно выделяемое финансирование на проведение исследовательских и опытно-конструкторских работ позволяют инженерам получать новые профессиональные знания, а предприятию занимать лидирующие позиции в отрасли.

Используемые на предприятии современная лицензионная система автоматизированного проектирования SolidWorks с модулем прочностного анализа SW Simulation и модулем силового анализа в движении SW Motion, позволяют оценить характеристики и прочность будущего изделия еще на стадии его разработки. Это позволяет оптимизировать конструкцию и рационально подобрать конструкционные материалы.

Эпюра напряженно-деформированного состояния основания секции крепи КН16/37 в SW Simulation

Интегрированная система технологической подготовки производства станков с ЧПУ SolidCAM c модулями iMachining, SolidCAM Miling, SolidCAM Turing, программа комплексного раскроя листового проката «Техтран», позволяют автоматизировать процесс подготовки производства, что исключает влияние человеческого фактора в процессе изготовления деталей и возможности отклонения от технологического процесса.

На предприятии с 2018 года внедрена и действует система менеджмента качества ISO 9001, стандартизирующая весь процесс управления проектированием и производством.

Роботизация и автоматизация производства позволила предприятию повысить качество выпускаемой продукции и значительно снизить вероятность появления брака при больших объемах выпуска.

В рамках технического переоснащения производства на предприятии внедрены четыре роботизированных комплекса для сварки металлоконструкции и три роботизированных комплекса для сварки цилиндров. Автоматизированы процессы механической обработки, упрочнения поверхностей ТВЧ, шлифования, нанесения гальванического покрытия, объемной термической обработки. Станочный парк токарно-фрезерной группы с числовым программным управлением интегрирован в общую систему мониторинга промышленного оборудования CNC Visual, позволяющего в реальном времени контролировать изготовление деталей на заданных режимах резания.

Роботизированный комплекс CLOSS для сварки металлоконструкции

Роботизированный комплекс Kawasaki для сварки цилиндров с автоматическим подогревом заготовки токами высокой частоты

Линия нанесения гальванического покрытия Boving

При изготовлении вся силовая и управляющая гидравлика проходят стендовые нагрузочные испытания. Секции крепи проходят обязательную проверку на функциональность, соответствие заявленным характеристикам и международным стандартам.

На введенном в эксплуатацию стенде СТН 2000 проводятся статические и ресурсные испытания секций высотой до 6 метров с максимальным нагрузочным усилием 20 000 кН, что позволяет предприятию испытать любую секцию крепи, применяемую в условиях угольных и калийных бассейнов шахт Российской Федерации, Республики Казахстан и Беларуси.

Стендовые испытания секции крепи КН16/37

Операторная стенда СТН 2000

Результаты внедрения комплексной программы снижения риска

Филиал УПП «Нива» «Завод горно-шахтного оборудования», специализируется на разработке и изготовлении секций крепи с 2003 года. За это время разработано более 40 моделей и произведено более 5 300 шт. секций крепи.

Внедрение программы снижения риска позволило предприятию выйти на новый уровень качества продукции и оперативности выполнения взятых на себя обязательств.

Недавним инновационным проектом была секция крепи КН 15/30, являющейся предшественником крепи КН 16/37. Реализация программы позволила создать секцию крепи КН 15/30 в ограниченные сроки без ущерба качеству. Проектирование «с чистого листа» и изготовление опытной партии заняло шесть месяцев. Секции успешно прошли стендовые испытания и часть эксплуатационных испытаний. В настоящий момент механизированный комплекс находится в стадии перемонтажа, а испытания опытной партии секции планируется продолжить на другом выемочном участке до отработки запланированного объема ресурсных испытаний. В рамках стендовых испытаний и отработки первого столба секции подтвердили свои заявленные характеристики.

Разработчик секции крепи КН 16/37 — филиал УПП «Нива» — «Завод горно-шахтного оборудования» — является участником холдинга «Нива-Холдинг».

«Завод горно-шахтного оборудования» специализируется на разработке и изготовлении секций крепи с 2003 года. За это время разработано более 40 моделей и произведено более 5300 шт. секций крепи.

Наше участие – Ваша победа!