Preliminary assessment of roadheaders efficiency based on empirical methods and index of equivalent rock strength

Abstract

Purpose. The choice of a proper roadheader is a critically important step in planning of a project or some of its stages. Nowadays various manufacturers produce numerous models of these vehicles, hence it is unreasonable to conduct a thorough analysis of each model’s parameters in terms of their adequacy for the successful implementation of the project. Therefore, it is necessary to develop quite simple and easy-to-use assessment of roadheaders efficiency at the project preliminary stages. Methods. The widely used model of the Colorado School of Mines based on numerous laboratory tests has been applied as the basic model for determining theoretical efficiency of rock mass destruction. Since domestic scientists are accustomed to using rock strength parameters, which differ from values σc and σt accepted everywhere (including Russia), we represented dependencies that allow to convert values of some indicators to the values of other indicators. Findings. Calculating the efficiency of roadheaders’ use for each geological section with homogeneous rock can take unreasonably long time. Thus, it is necessary to have a simple integrated strength index for the whole excavation or even enterprise, which can be interpreted through the generally accepted values such as the uniaxial compressive strength σc and tensile strength σt. Jointing of rocks is also an important parameter in a feasibility study of roadheaders’ efficiency. Originality. The equivalent rock strength index was applied as a simple integrated strength index for the whole excavation. This parameter is established on the basis of integrated assessment index of mining operations complexity, which comprises the sum of the uniaxial compressive strength σc and rock jointing for the whole excavation or even mining enterprise. Practical implications. The results of this paper can serve as a preliminary scientifically grounded method of selecting equipment for a particular project in mining industry or underground construction by the efficiency criterion. Its main advantage is simplicity and clarity. However, it should be noted that this method should not be applied at the stage of the project final feasibility study, especially without considering other production factors (compatibility with other equipment, availability of the personnel with adequate qualification for operation and maintenance of the chosen machine etc.).

Мета. Вибір конкретного прохідницького комбайна є критично важливим кроком у плануванні робіт по проекту або будь-якого з його етапів. При цьому номенклатура машин, що випускаються різними виробниками в даний час, надзвичайно велика, що робить недоцільним ретельний аналіз кожної моделі комбайна з точки зору його адекватності необхідним для успішної реалізації проекту параметрам. Таким чином, виникає необхідність у досить простій і швидко проводимій попередній оцінці машин уже на передпроектній стадії. Методика. В якості основної моделі для визначення теоретичної продуктивності руйнування гірського масиву була використана методика Колорадського гірничого університету, яка заснована на численних лабораторних випробуваннях і пройшла широку апробацію на практиці. Для вітчизняних фахівців, що звикли до використання у своїй діяльності міцнісних показників гірських порід, що відрізняються від повсюдно (у тому числі в Росії) прийнятих величин σст і σр представлені залежності, що дозволяють проводити перерахунок значень одних показників до значень інших показників. Результати. Обчислення ефективності використання прохідницьких комбайнів для кожної геологічної ділянки з однорідними породами може зайняти невиправдано багато часу. У зв’язку з чим виникає необхідність у простому, інтегральному для всієї виробки або гірничого підприємства, показника міцності, який може бути інтерпретований через загальноприйняті величини – межу міцності на стиск σст і межу міцності на розтяг σр. Також важливим параметром у техніко-економічному обґрунтуванні ефективності прохідницьких комбайнів є тріщинуватість гірських порід. Наукова новизна. В якості найпростішого інтегрального показника міцності порід по всій виробці використовувався показник еквівалентної міцності гірських порід. Цей параметр визначається на основі показника інтегральної оцінки складності гірничопрохідницьких робіт, заснованої на підсумовуванні межі міцності на стиск σст і тріщинуватості гірських порід по всій виробці або навіть гірничому підприємству. Практична значимість. Отримані результати можуть слугувати в якості попереднього науково обґрунтованого способу відбору техніки для конкретного проекту в гірничодобувній галузі або підземному будівництві за критерієм продуктивності. Її основною перевагою є простота і зрозумілість. Однак варто зазначити, що розглянуту методику не слід застосовувати на етапі остаточного техніко-економічного обґрунтування проекту, тим більше у відриві від інших виробничих факторів (сумісність з іншим обладнанням, наявність персоналу з необхідною для експлуатації та обслуговування обраної машини кваліфікацією і т.д.).

Цель. Выбор конкретного проходческого комбайна является критически важным шагом в планировании работ по проекту или какому-либо из его этапов. При этом номенклатура машин, выпускаемых различными производителями в настоящее время, необычайно велика, что делает нецелесообразным тщательный анализ каждой модели комбайна с точки зрения его адекватности требуемым для успешной реализации проекта параметрам. Таким образом, возникает необходимость в достаточно простой и быстро проводимой предварительной оценке машин уже на предпроектной стадии. Методика. В качестве основной модели для определения теоретической производительности разрушения горного массива была использована методика Колорадского горного университета, которая основана на многочисленных лабораторных испытаниях и прошла широкую апробацию на практике. Для отечественных специалистов, привыкших к использованию в своей деятельности прочностных показателей горных пород, отличающихся от повсеместно (в том числе в России) принятых величин σсж и σр представлены зависимости, позволяющие производить перерасчет значений одних показателей к значениям других показателей. Результаты. Вычисление эффективности использования проходческих комбайнов для каждого геологического участка с однородными породами может занять неоправданно много времени. В связи с чем возникает необходимость в простом, интегральном для всей выработки или горного предприятия, прочностном показателе, который может быть интерпретирован через общепринятые величины – предел прочности на сжатие σсж и предел прочности на растяжение σр. Также важным параметром в технико-экономическом обосновании эффективности проходческих комбайнов является трещиноватость горных пород. Научная новизна. В качестве простейшего интегрального показателя прочности пород по всей выработке использовался показатель эквивалентной прочности горных пород. Этот параметр определяется на основе показателя интегральной оценки сложности горнопроходческих работ, основанной на суммировании предела прочности на сжатие σсж и трещиноватости горных пород по всей выработке или даже горному предприятию. Практическая значимость. Полученные результаты могут служить в качестве предварительного научно обоснованного способа отбора техники для конкретного проекта в горнодобывающей отрасли или подземном строительстве по критерию производительности. Ее основным достоинством является простота и понятность. Однако стоит отметить, что рассмотренную методику не следует применять на этапе окончательного технико-экономического обоснования проекта, тем более в отрыве от других производственных факторов (совместимость с прочим оборудованием, наличие персонала с необходимой для эксплуатации и обслуживания выбираемой машины квалификацией и т.д.).