Безопасность работ. технология и безопасность взрывных работ конференц (1). Материалы научнотехнических семинаров, 2012 г. Технология
 Скачать 3.08 Mb.
|
|
Сравнительные технические параметры буровых станков для проходки взрывных скважин на карьерах Рис. 1. Списочное количество буровых станков типа СБШ-250 на основных железорудных карьерах России Рис. 2. Среднегодовая производительность буровых станков на железорудных карьерах 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Год 43 41 39 37 35 33 31 29 27 Среднегодовая производительность, тыс. м К оличе ств останков Год 150 140 130 120 110 100 Рис. 4. Распределение времени простоев станка по группам причин Плановые простои Простои по организационным причинам Внеплановые простои 40 30 20 10 Рис. 3. Изменение производительности бурового станка при увеличении срока его эксплуатации 1 – тренд максимальной эксплуатационной производительности станка 2 – тренд минимальной эксплуатационной производительности станка 5 10 15 20 25 45 000 40 000 35 000 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 5000 Объем бурениям Срок службы станка, лет Рис. 5. Изменение времени простоя бурового станка 1 – общее время простоев 2 – время простоя, затрачиваемое на ремонт 1 2 3 4 5 6 Год 4000 3000 Время простоя станка Рис. 6. Распределение причин простоев станка в общем времени простоев До ля причин в общем времени простоя станка, Причины простоя станка 25 • низкой производительностью компрессорного оборудования и рядом других характеристик, влияющих на износостойкость ин- струмента. Если затраты на производство только шарошечных буровых станков для горнорудной промышленности составляют около 1 млрд руб, тона шарошечные долота они превысили в 2010 г. 1,8 млрд руб. Основными производителями этого инструмента являются ОАО «Волгабурмаш» (включающий Дрогобычский завод, ОАО «Уралбурмаш»), Белгородский ремонтно-механический завод имеется также более трех десятков мелких производителей, неспособных выпускать инструмент современного технического уровня. Стоимость отечественной и зарубежной буровой техники ежегодно возрастает на 5–10 % ввиду привлечения посреднических организаций для поставки горнодобывающим предприятиям. С целью выполнения правил безопасности при эксплуатации буровой техники необходимо. Повышение качества обучения персонала, обслуживающего буровую технику, постоянное повышение квалификации. Выполнение эксплуатации буровых станков в строгом соответствии с паспортом, инструкцией по эксплуатации и требованиями правил безопасности, определенных ЕПБ и инструкций по эксплуатации. Буровые станки с электрическим приводом должны обслуживаться машинистом и помощником машиниста, либо иметь механизированные кабельные барабаны или кабелеукладчики. Рис. 7. Зависимость средней стойкости долота при изменении срока его эксплуатации Сре дняя стойкость долотам Срок эксплуатации станка, лет 26 4. Для обеспечения безопасной эксплуатации буровой техники необходимо безусловное выполнение графиков осмотра механизмов и узлов станков, ППР и капитальных ремонтов. После проведения капитальных ремонтов желательно проведение экспертизы безопасности. Согласно существующему законодательству все отечественные и импортные буровые станки, отработавшие срок службы, установленный фирмой-изготовителем, должны пройти экспертизу промышленной безопасности перед дальнейшей эксплуатацией. При проведении экспертизы для каждого станка выполняется расчет остаточного ресурса, определяющий срок безопасной эксплуатации в зависимости от его технического состояния, надежности деталей и узлов и станка в целом. УДК ПРИНЦИПЫ ЭКСПЕРТИЗЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КАРЬЕРНЫХ БУРОВЫХ СТАНКОВ Ю.В. Болкисева Отечественное горно-шахтное оборудование имеет ограниченный срок службы, который устанавливается в технической документации предприятия-изготовителя. Для буровой техники, независимо от условий ее применения, нормируемый срок службы обычно составляет лет. Однако на горнодобывающих предприятиях, особенно на карьерах, разрабатывающих крепкие породы и руды (где доминирует шарошечный способ бурения, реальный срок эксплуатации буровых станков значительно превышает установленный, достигая и более лет. Следует отметить, что установленный срок не имеет непосредственной связи с безопасностью эксплуатации буровой техники. В основу его расчета был заложен принцип плановой экономики – срок окупаемости капиталовложений. Но, несмотря на изменившуюся экономическую ситуацию и непрерывную модернизацию бурового оборудования, ограничения по сроку службы станков остаются. В тоже время законом о промышленной безопасности (№ 116-ФЗ от 21.07.1997 г, редакция от 15.02.2013 г) эксплуатация оборудования с истекшим нормируемым сроком запрещается без экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ) по продлению этого срока. Если учесть, что износ всего горнотранспортного оборудования достигает 80 %, тона предприятиях возникает необходимость постоянного выполнения работ по ЭПБ. Кроме того, нормативными документами предусмотрена необходимость проведения ЭПБ технических устройств ив ряде других случаев. Обязательность этих работ, выполняемых за счет средств эксплуатирующего предприятия, оказывает значительное влияние на его экономическую и техническую политику. Например, отечественные шарошечные буровые станки, безнадежно устарев морально, непрерывно устаревают и физически, и при большом парке такого оборудования экспертные работы выполняются практически непрерывно. Отсюда следует, что работы по ЭПБ станков и других технических устройств оказываются неотъемлемым технологическим звеном процесса добычи твердых полезных ископаемых. Суть ЭПБ заключается в проверке и подтверждении соответствия горного оборудования установленным нормами правилам безопасной эксплуатации, а также в определении риска аварий. Порядок и правила её выполнения регламентируются системой законодательной, нормативной и методической документации. При этом обязательными для использования являются законы и подзаконные акты, а также нормативная документация федеральных и ведомственных органов. Кроме того, содержание ЭПБ должно включать обязательные разделы и данные, предусмотренные правилами Таким образом, ЭПБ является сложным регламентируемым процессом, результатом которого должно быть решение, как минимум, двух задач определена возможность станка безопасно работать в паспортном режиме определен срок, на который допускается дальнейшая безопасная эксплуатация станка. Если экспертиза требуется для вновь создаваемого или модер- низируемого оборудования, а также для получения повторного разрешения на применение серийно выпускаемых станков, то ее процедура не представляет каких-либо затруднений ив полном объеме регламентируется нормативными документами. Сложнее выполняется экспертиза буровых станков с заканчивающимся нормируемым сроком службы. Здесь оценка безопасности их дальнейшего использования в конкретных условиях горнодобывающего производства должна выполняться с выездом экспертов на место (к заказчику. В общем случае экспертиза выполняется c использованием специализированной нормативной документации, относящейся к конкретному типу оборудования и машин. В такой документации приводятся критерии предельного безопасного состояния оборудования. Применительно к шарошечным буровым станкам это Временные методические указания [2]. При их использовании результаты экспертизы базируются на сравнении указанных в [2] критериев предельного состояния с параметрами фактического состояния бурового станка, которые выявляются путем технического освидетельствования и диагностирования. Причем техническое освидетельствование и диагностирование также регламентируются соответствующей нормативной документацией. Техническое освидетельствование имеет целью определение физического износа деталей и узлов станка с помощью неразрушающего и измерительного контроля. Одновременно проверяется наличие и соответствие объекту экспертизы технической документации работоспособность приборов и средств защиты оборудования и персонала выявляется соответствие эргономических и санитарно-гигиенических показателей нормативным требованиям по охране труда. Внешним осмотром устанавливается наличие повреждений узлов и агрегатов, подтеков смазки из редукторов и коробок передач, характер износа узлов, качество затяжки элементов крепления и т. д. Измерительными приборами проверяют степень износа барабанов, тормозных шкивов и накладок, износ зубьев зубчатых колес. При проверке состояния электрооборудования устанавливают наличие заземления, целостность электрических цепей и их состояние. В режиме имитации инцидентов и аварийных ситуаций контролируется функционирование защитных и предупредительных блокировок, сигнализации. При обследовании пневмогидрооборудования проверяется наличие и работоспособность приборов контроля давления в сети предохранительных и обратных клапанов отсутствие трещин на корпусах пневмогидроаппаратуры; целостность рукавов пневмо- гидросистемы. При освидетельствовании металлоконструкций устанавливают дефекты, которые могли возникнуть как при эксплуатации, таки при транспортировке и монтаже. Здесь внешними признаками наличия трещин могут являться подтеки ржавчины, выходящие на поверхность металла, и шелушение краски. Независимо от этого контролю подлежат все сварные соединения с целью выявления следующих дефектов трещин, свищей и пористости швов, подрезов, наплывов, прожогов, незаплавленных кратеров, смещения и увода кромок стыкуемых элементов свыше норм, несоответствия форм и размеров швов требованиям технической документации, наличия закатов металла. При обнаружении заката металла с глубиной порока до 1 мм исправление не производится свыше 1 мм – необходимо проводить ремонтные работы. Техническое диагностирование дает объективную количественную оценку степени функционального износа ив целом технического состояния оборудования. Для большинства узлов и агрегатов оценить степень их функционального износа без использования неразрушающих методов контроля нельзя. ЭПБ должна предусматривать применение не менее двух таких методов. Один из них предназначен для обнаружения поверхностных дефектов, а другой – для выявления внутренних. Методы контроля выбираются по усмотрению специалистов, проводящих техническое диагностирование. При этом часть параметров получают непосредственным инструментально-приборным измерением (износ зубьев, шестерен, отверстий, уровень вибрации и т. да часть – расчетно-аналитическим путем (коррозионно- эрозионный износ, несущая способность и изменение геометрических параметров металлоконструкций. Использование неразрушающих методов контроля связано с существенными затратами времени и требует наличия как дорогостоящего приборного обеспечения, таки апробированных расчетных методик. В связи с этим при экспертизе безопасности станков целесообразно применять наиболее простые методы и методики, по которым можно дать реальную картину технического состояния станка без выполнения сложных расчетов. Выполненные нами многочисленные ЭПБ шарошечных буровых станков показали, что для достоверного их диагностирования достаточно использовать вихретоковый (для обнаружения поверхностных дефектов, ультразвуковой (внутренних дефектов) и вибрационный (для обнаружения дефектов агрегатов с вращающимися узлами) методы неразрушающего контроля. Вибродиагностика является одним из наиболее эффективных методов определения работоспособности оборудования. С ее помощью можно определить как структурное (несо- осность, дисбаланс, износ подшипников, ослабление крепления к опорным площадками т. д, таки функциональное (бой валов, образование трещин, поломка зуба шестерни и т. д.) состояние механизма. Буровые станки не входят в перечень технических устройств, где использование неразрушающего контроля является обязательным. Однако без этих методов нельзя получить объективную наглядную картину фактического состояния станка. Кроме того, неразрушающий контроль не только снижает субъективность экспертных оценок, но и позволяет установить возможные причины и места возникновения дефектов. По результатам такого контроля можно определять остаточный ресурс отдельных агрегатов и узлов ив соответствии с ним планировать сроки, вид и материально-техническое обеспечение ремонтов. В целом анализ данных, полученных в результате технического обследования и диагностирования, и сопоставление их с критериями предельного состояния позволяет без значительных затруднений получить ответ на первую задачу ЭПБ и принять одно из пяти регламентированных [3] решений. Если принимается решение о продолжении эксплуатации, то необходимо решить вторую задачу ЭПБ – определить срок дальнейшего безопасного применения бурового станка, который представляет собой продолжительность эксплуатации до прогнозируемого наступления предельного состояния (исчерпания остаточного ресурса) или определенный период в пределах остаточного ресурса. Следовательно, решение второй задачи непосредственно обусловлено предварительным определением остаточного ресурса станка и связано с существенными затруднениями, так как буровой станок имеет сложное агрегированное состояние с определенным для каждого из агрегатов своим ресурсом. Более того, к моменту истечения нормативного срока службы станка практически все агрегаты подвергались ремонту или полной замене, существенно изменяя его остаточный ресурс как индивидуального технического устройства. Как правило, к этому моменту отсчет остаточного ресурса от первоначального состояния можно было бы вести лишь по базовым металлоконструкциям. Однако и на них перманентно и непосредственно в условиях карьера ведутся сварочные работы, что не способствует их высокому качеству. В связи с этим надежность узлов и деталей становится случайной величиной, а ресурс работоспособности непрогнозируемым. Отсюда и возникают существенные затруднения и субъективность экспертных оценок. Поэтому допускаемое большинством экспертиз продление дальнейшей эксплуатации натри года никак не обосновывается, носит субъективный характер и просто принимается в размере, допускаемом руководящими документами. Объективно определить срок дальнейшей безопасной эксплуатации станка эксперты не могут, так как никаких методики руководящих документов для этого нет. Применить же имеющиеся руководящие указания [4] для этой целине представляется возможным из-за их специфичности и чрезмерно общего характера. Этот недостаток присущи действующим методическим указаниями, следовательно, они также не обеспечивают возможности решения второй и существенной задачи экспертизы. При выявлении остаточного ресурса специфику работы бурового станка можно определить, проанализировав объем бурения скважин и время ремонта агрегатов. Такой подход позволяет определить частоту отказов отдельных узлов и выявить остаточный ресурс каждого из агрегатов станка. «Временные методические указания [2] несвободны и от других недостатков. В частности, они выдвигают ряд чрезмерно жестких требований к допустимым техническим параметрам, не имеющим непосредственной связи с безопасностью работ на станке. Например, не допускается провисание верхней ветви гусеницы хода более 40 мм, в них нет обоснования параметров износа беговой дорожки, износа поверхности катания, раската ободов колесит. д. Не может быть выполнено и требование об ограничении сопротивления общего заземления в 1 мом при бурении в ультраосновных породах гипербазитовых комплексов, особенно на стадии их метаморфизации в серпентиниты. Указания конкретизированы для ЭПБ шарошечных бурстан- ков, что объясняется доминированием последних при разработке крепких скальных пород. Однако принцип построения указаний можно применить и для ЭПБ станков других типов – вращательных, ударно-вращательных, в том числе импортного производства. Производители импортного бурового оборудования не нормируют срок его службы, устанавливая лишь гарантийный срок, однако законодательством предусмотрена необходимость ЭПБ после 5 лет эксплуатации этих станков. Возможность дальнейшей эксплуатации станков других типов также может быть определена путем сравнения параметров фактического состояния с конструктивными допусками и критериями предельного состояния, которые указываются в технической документации изготовителя. Таким образом, ЭПБ буровых станков может осуществляться и непосредственно горнодобывающими предприятиями, если они отвечают требованиям, предъявляемым к экспертным организациям. Выводы 1. ЭПБ буровых станков должна выполняться в строгом соответствии с действующими нормативными документами. Однако для объективного решения её важнейшей задачи – определения остаточного ресурса – такой документации не создано. Решение задачи определения остаточного ресурса возможно путём установления надежности индивидуальных единиц – наиболее ответственных узлов и агрегатов станка. Действующие методические указания по проведению ЭПБ бурового оборудования относятся только к станкам шарошечного бурения. Поэтому назрела необходимость в разработке современной редакции указаний, которые должны содержать правила проведения ЭПБ буровых станков различного типа, а также конкретизированные методы и способы расчета их остаточного ресурса. Литература. Правила проведения экспертизы промышленной безопасности ПБ-03- 246-98. ПБИ 03-490-(246)-02. 2. Временные методические указания по проведению обследования (экспертизе промышленной безопасности) карьерных буровых станков с истекшим сроком службы с целью определения возможности дальнейшей их безопасной эксплуатации утв. 08.04.2002 Госгортехнадзором РФ. Положение о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах РД 03-484-02. 4. Методические указания о продлении срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах РД 06-565-03. УДК СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА АГРЕГАТОВ СТАНКОВ ТИПА СБШ-250 МНА-32 Ю.В. Болкисева, Е.В. Болкисева Основной объем бурения взрывных скважин при разработке скальных породи руд выполняется станками шарошечного бурения. К моменту установленного для них срока службы станки в зависимости от горнотехнических условий и производственной загрузки имеют различную степень износа и исчерпания ресурса. С целью установления возможных сроков их дальнейшей эксплуатации нормативными документами предусмотрена обязательность определения остающегося у станков ресурса безопасной работоспособности. Однако задача его определения по ряду причин связана со значительными трудностями 33 Во-первых, станок представляет собой сложное агрегированное устройство с отдельным для каждого агрегата ресурсом безопасности. Еще до истечения нормируемого срока службы бòльшая часть агрегатов либо проходила неоднократные ремонты, либо подвергалась полной замене, что кардинально изменяет начальный ресурс станка. Следовательно, нормируемый срок его службы как индивидуального технического устройства оказывается не только непосредственно несвязанным с безопасностью эксплуатации, но и не может служить отправным пунктом для определения остаточного ресурса. Поэтому производители импортных станков не устанавливают неопределенный срок их службы, а указывают гарантийный срок эксплуатации. Во-вторых, использовать имеющиеся методические указания или руководства для целей определения остаточного ресурса бурового станка невозможно либо из-за их ориентации на конкретный вид машин или оборудования, либо из-за их чрезмерно общего описательного характера. В-третьих, значительная часть ремонтов узлов и агрегатов станка выполняется непосредственно в условиях карьеров, где качество работ контролируется или визуально, или пробными пусками агрегата. Безопасный ресурс после таких работ становится случайной величиной, которая практически непредсказуема без использования больших массивов статистической информации и вероятностных методов расчета. Наконец, применительно к буровым станкам руководящие документы оставляют открытым вопрос следует ли определять остаточный ресурс для станка как индивидуальной единицы или выполнять расчеты по наиболее ответственным агрегатам. Здесь необходимо учитывать, что риск инцидента или аварии на любом из агрегатов есть нечто иное, как риск инцидента или аварии, не позволяющих станку выполнять свое функциональное назначение. Следовательно, более логичным представляется поэтапное (поагрегатное) определение остаточного ресурса станка. Тогда решение задачи облегчается наличием большого объема статистической информации, полученной в течение многолетней эксплуатации станков СБШ-250 МНА-32 и позволяющей установить динамику исчерпания ресурса отдельными их агрегатами [1]. В качестве основы расчетов может быть использован алгоритм динамики ресурса безопасности буровых установок, предложенный для нефтегазовой промышленности Суть алгоритма заключается в следующем (рис. 1). Станок при запуске в эксплуатацию имеет установленный изготовителем начальный ресурс (значение N 0 на оси ординат, который соответствует начальному уровню безопасности. В процессе эксплуатации (участок Т на оси абсцисс) ресурс безопасности снижается, постепенно приближаясь к допустимому уровню, предъявляемому к нему требованиями промышленной безопасности. При достижении нормируемого срока службы (время эксплуатации Т, снижение ресурса до точки 1 функции динамики ресурса) выполняется комплекс работ по экспертизе промышленной безопасности (ЭПБ). В это время ресурс безопасности обычно еще не достигает допустимого уровня. После эксплуатации станка за период Т в соответствии с заключением экспертизы принимается одно из предусмотренных нормативными документами решений о дальнейшей эксплуатации станка. Как правило, это продление срока службы с условием проведения корректирующих мероприятий. В результате реализации мероприятий по устранению дефектов, ремонту или модернизации ресурс безопасности может быть повышен до уровня и станок выходит на новый срок эксплуатации, рекомендованный экспертизой (участок Т 1 –Т 2 ). В конце этого срока (Т) ресурс безопасности снижается до уровня N 3 , но также может и не дости- Рис. 1. Динамика ресурса безопасности при эксплуатации станка Ре су рс безопасности ресурс Предельный ресурс Начальный ресурс T 1 T 2 T 3 Срок эксплуатации гать допустимого уровня. Однако в связи с окончанием продленного срока вторично проводится ЭПБ (точка 2 кривой динамики ресурса. По результатам вторичной экспертизы станок либо выводится из эксплуатации, либо на нем снова проводятся корректирующие мероприятия, повышающие ресурс безопасности до уровня между N 2 и N 3 . Корректирующие мероприятия позволяют продлить эксплуатацию станка на период Т 2 –Т 3 . После окончания вновь назначенного срока, если уровень безопасности выше допустимого, описанный процесс продолжается. Наконец остаточный ресурс станка достигает предельного, и станок должен быть выведен из эксплуатации. В настоящее время из-за сложности количественного определения значений остаточного ресурса (точек 1, 2, 3 и т. д) экспертиза субъективно продлевает срок использования, как правило, натри года. Однако рассмотренный алгоритм, подтверждая практику эксплуатации станков [3], четко свидетельствует, что с увеличением продолжительности их службы период безаварийной работы должен уменьшаться. Одновременно постоянно возрастают затраты на проведение экспертизы, ремонт или модернизацию станка. Таким образом, алгоритм как методология для определения остаточного ресурса показывает, что продлеваемый экспертизой срок безопасной эксплуатации не может быть постоянным. Конкретизация процедуры определения остаточного ресурса сводится к построению по имеющейся статистической информации тренда исчерпания ресурса и экстраполяции тренда до момента пересечения его с линией предельного или опасного состояния. Если статистической информации недостаточно, то для построения тренда достаточно выполнить несколько (не менее четырех) измерений параметров агрегата любым из видов неразрушающего контроля. В качестве примера на рис. 2 показана иллюстрация расчета срока безопасной эксплуатации агрегата вращателя. Расчет основан на выявлении закономерности (тренда) изменения виброскорости в зависимости от циклов нагружения механизма.Прогнозирование количественного значения остаточного ресурса сводится к экстраполяции найденного тренда и определению момента пересечения его с линией предельного или опасного состояния. Тренд устанавливается по изменению уровня вибрации шестерни и упорного подшипника редуктора вращателя в частотной полосе 130–140 Гц. Из рис. 2 видно, что вибрация вращателя после 4000 часов наработки достигла предельной нормы (кривая 1). Поэтому редуктор был демонтирован. Вибрация нового редуктора после часов работы оказалась в зоне ограниченной эксплуатации (кривая 2), и был произведен его ремонт. Отремонтированный редуктор проработал 500 часов, когда началось выполнение работ по ЭПБ бурового станка (кривая 3). При проведении ЭПБ вибрация вращателя составляла 4 мм/с. Характер изменения вибрации аналогичен кривыми, что позволяет построить тренд ее дальнейшего роста (кривая 3). Если восстановить перпендикуляры из точек времени проведения экспертизы и времени пересечения тренда с зоной опасной эксплуатации агрегата, то расстояние между ними и будет допустимым сроком дальнейшей безопасной эксплуатации агрегата. Тренд 3 показывает, что через 3000 часов вибрация агрегата достигнет зоны опасной эксплуатации. Таким образом, вот- личие от общепринятого срока продления безопасной эксплуатации станков в 3 года, техническое диагностирование и выполненный расчет свидетельствуют, что срок его дальнейшей безопасной эксплуатации из-за работы вращателя в опасном режиме не превышает года. Причем через один год целесообразно перевести станок на щадящие параметры режима бурения с уменьшением токовой нагрузки на агрегат за счет снижения осевой нагрузки на буровой инструмент. Для этого, например, в менее крепких породах диаметр скважин можно уменьшить. Аналогично устанавливается остаточный ресурс и допустимый срок дальнейшей безопасной эксплуатации по другим ответственным агрегатам станка. Рис. 2. Определение остаточного ресурса агрегата вращателя при проведении экспертизы промышленной безопасности Используя и развивая этот способ, можно разработать вероятностную модель выживаемости механизмов станка с построением кривых Айова (трендов), которые совместно с логнормаль- ным распределением или распределением Вейбулла частоты отказов механизмов будут описывать процесс выбытия агрегатов из эксплуатации по мере достижения ими предельного состояния. В этом случае математическое описание деградационных процессов по ресурсным параметрам обеспечивает расчет остаточного ресурса станка как единого технического устройства. Предлагаемый способ определения остаточного ресурса позволяет своевременно и качественно производить отбраковку узлов, объективно устанавливать необходимость ремонта станка на ближайший период. Кроме того, способ позволяет достичь наиболее полной выработки ресурса механизмов, способствуя как предупреждению инцидентов, таки сокращению затратна текущие ремонты и ликвидацию аварийного состояния обору- дования. |