CC BY
25
УДК 622.013.3 © В.В. Агафонов, 2019
Интегральное обоснование постоянных кондиций угольных запасов
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-4-82-85
АГАФОНОВ
Валерий Владимирович
Доктор техн. наук,
профессор кафедры
«Геотехнологии освоения недр»
Горного института НИТУ «МИСиС»,
119049, г. Москва, Россия,
тел.: +7 (499) 230-94-66,
e-mail: msmu-prpm@yandex.ru
Рассмотрена процедура совершенствования методики геологического и горнотехнического обоснования постоянных кондиций на базе расширенного состава показателей условий залегания угольны/х пластов, основных качественных характеристик угля, направлений его переработки и потребления. Основны!е приняты/е к учету горно-геологические и горнотехнические показатели для обоснования кондиций принимают численны/е значения по каждому из вариантов кондиций, таким образом, задача их обоснования принимает квалиметрический характер.
Ключевые слова: угольная шахта, кондиции, потери, горно-геологические характеристики, горнотехнические параметры, интегральная оценка, квалиметрия, надежность.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящий период недропользования проблема адекватного подсчета и учета запасов угля имеет ключевое значение при планировании объемов добычи и потреблении угля. В свою очередь, подсчет запасов предусматривает изначальное обоснование разведочных, временных или постоянных кондиций запасов, а также потерь угля. Сложилась устойчивая тенденция, что среди множества показателей, характеризующих горно-геологические и горнотехнические условия залегания и состояния запасов, нормируют кондиции лишь по минимальной мощности пластов и по максимальной зольности угля. Причем остальные показатели качества угля и залегания пластов играют, как правило, информационную роль (нарушенность запасов, угол падения, выдержанность гипсометрии пластов, газоносность, обводненность и др.). Таким образом, создается разрозне-ная картина влияния на кондиции множества этих показателей, часть которых к тому же имеет качественный (не количественный) характер.
Очевидно, что в этой ситуации обеспечить надежное обоснование кондиций весьма сложно, что предопределяет актуальность совершенствования методики геологического и горнотехнического обоснования кондиций на базе расши-
ренного состава показателей условий залегания пластов, качества угля и направлений потребления. При этом подразумевается, что геологические и горнотехнические показатели для обоснования принимают только численные значения по каждому из вариантов кондиций, что предопределяет ква-лиметрический характер задачи обоснования кондиций [1].
В данных исследованиях задача обоснования кондиций угольных запасов впервые сведена к процедуре многокритериальной количественной оценке конкурирующих вариантов технологии отработки подсчетных запасов, при этом исследованы, выявлены и сформулированы два комплекса показателей, характеризующих геологическое строение шахтного поля (месторождения) и горнотехнические решения отработки запасов при двух-трех вариантах основополагающих кондиций (минимальная мощность пластов и максимальная зольность запасов), при этом дана объективная оценка влияния количественных геологических и горнотехнических показателей на технико-экономические результаты работы шахт, что представляется особо важным в научном отношении.
ИНТЕГРАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ОЦЕНКА
ПОСТОЯННЫХ КОНДИЦИЙ УГОЛЬНЫХ ЗАПАСОВ
(расширение квалиметрических параметров и
факторов, определяющих кондиции угля)
Одной из основополагающих нормативных форм, использующихся п ри учете за пасов угля осваиваемых месторождений, является так называемая кондиционность, подразумевающая процесс обоснования кондиций. Дальнейшее подразумевает комплекс увязанных работ, которые направленны на выявление стратегии освоения запасов и перспектив разработки месторождения, выявление технологической и экономической эффективности извлечения промышленных запасов с учетом уровня потерь [2].
В их число входят:
- технико-экономические соображения (ТЭС), выявляющие перспективы разработки месторождения,
- технико-экономическое обоснование (ТЭО), направленное на выявление «временных» разведочных кондиций,
- технико-экономическое обоснование (ТЭО), направленное на выявление «постоянных» разведочных кондиций,
- конечное ТЭО, направленное на выявление «эксплуатационных» кондиций.
При реализации вышеперечисленных исследований к учету привлекается довольно значительное количество показателей-параметров, обосновывающих рабочие параметры кондиций угольных запасов. Однако приходится констатировать, что значительная часть их привлекается в роли информационной качественной базы. Численные же параметры определения кондиций сведены всего лишь к мощности угольных пластов и отдельных породных
прослоев и зольности угля. При этом предельные (граничные) количественные значения мощности угольных пластов (минимальные) и зольности угля (максимальные) являются основой для принятия окончательных проектных решений по отработке запасов.
Исходя из этого, подавляющая часть методологических работ, ориентированных на научное обоснование целесообразности, экономической выгодности и промышленной безопасности отработки угольных пластов и промышленных запасов, в окончательном виде сводится к процедуре геологического, горнотехнического и экономического обоснования (иногда учитывается и экологическое) параметров различного вида кондиций по мощности угольных пластов и зольности угля [3, 4, 5, 6].
Такое представление сформировалось вследствие использования однобокой оценки влияния всего лишь мощности угольных пластов на обоснование использования той или иной технологии угледобычи и такой же направленности оценки влияния зольности на превалирующую технологию сжигания рабочего топлива. При этом общеизвестно, что представленные параметры кондиций не обладают такой содержательной ролью и влиянием на выбор и обоснование технологии угледобычи и в конечном итоге, на результирующие технико-экономические показатели работы шахты, чтобы с должной уверенностью сформировать стратегическое решение - отрабатывать конкретные пласты или нет.
Добиться этой функции от этих двух учитываемых важных, но в целом не всеобъемлющих оценочных параметров априори невозможно. Единственно верный путь для решения этой задачи - это расширение состава учитываемых параметров кондиций. Так, в номенклатуру показателей, характеризующих качественную составляющую угля, а в конечном итоге его потребительские конечные свойства, це-
лесообразно и необходимо включить содержание серы и фосфора, теплотворную способность и др. Для всесторонней оценки условий отработки за пасов, технологи и угледобычи в состав учитываемых параметров кондиций можно включить глубину отработки запасов, природную газоносность, водообильность, нарушенность, угол падения пластов и др.
Интегрированное влияние на кондиции всех привлекаемых показателей требует использования специальных методов многокритериальной квалиметрической оценки, основанной на вычислении интегральных обобщенных показателей - функционалов кондиций [7].
Методика, сформированная с учетом аппарата интегральной оценки кондиций требует учета неодинаковой сравнительной важности тех или иных параметров технологичности условий разработки и переработки продукции на угольной основе, что позволяет ранжировать объекты оценки по уровню определяющих кондиций при процедуре, позволяющей произвести объективный подсчет запасов и всех видов потерь [8].
Алгоритм реализации предложенных методических положений сводится к следующим основным аспектам:
1. Формируются исходные таблицы - матрицы совокупности оценочных показателей горнотехнического и геологического обоснования кондиций (табл. 1, 2).
2. Вычисляются относительные отклонения для каждого показателя по всем вариантам с использованием одной и той же формулы:
8j =
J Э _ JФ
JГ3" - J "
(1)
где З.37- эталонное значение параметра; - фактическое значение параметра; ,/шах и- максимальное и минимальное значения параметра.
Таблица 1
Матрицы совокупности оценочных показателей горнотехнического обоснования кондиций
Условное обозначение Направление оптимизации Коэффициент важности, ф. Значения
Горнотехнические показатели (параметры) Для 1-го варианта кондиций Для 2-го варианта кондиций Для и-го варианта (аналога) кондиций
Объем балансовых запасов, млн т. ^ бал. тах 11 28,585 23,387 25,986
Производственная мощность шахты, Аш. г. тах 18,5 1,65 1,35 1,5
млн т в год
Нагрузка на очистной забой, т/сут. Аоз. max 17,5 6600 5400 6000
Продуктивность схемы вскрытия Qyd. вскр. подг. з. max 10 21,6 17,5 19,6
и подготовки по запасам, т/м3
Продуктивность схемы вскрытия О^уд.вскр.подг. доб. max 12 1,34 1,1 1,22
и подготовки по добыче, т/м3
Объем вскрытых на сдачу Z вскр. max 10 19,056 15,592 17,324
в эксплуатацию запасов, млн т
Объем подготовленных на сдачу Z д зап.подг. max 12 9,528 7,796 8,662
в эксплуатацию запасов, млн т
Общие потери угля, % по6щ min 6 32,5 26,6 29,5
Объем промышленных запасов, млн т Z пр. max 12 23,705 19,395 21,550
Коэффициент извлечения запасов К извл max 8 0,77 0,634 0,70
Среднедействующая линия L min 13 330 270 300
очистных забоев, м
Темпы проведения выработок, м/мес. V пров. max 8,5 275 225 250
Надежность технологической max 15 0,95 0,78 0,87
схемы шахты
Срок службы шахты, лет Т сл. max 14 17,5 14,5 16
Таблица 2
Матрицы совокупности оценочных показателей горно-геологического обоснования кондиций
Условное обозначение Направление оптимизации Коэффици-ентважно-сти, ф. | Значения |
Геологические показатели (параметры) Для 1-го варианта кондиций Для 1-го варианта кондиций Для п-го варианта ондиций
Минимальная истинная мощность пластов m ист max 17,5 1,1 0,9 1
угля в пластопересечении, м
Минимальная истинная мощность m п.пр. min 7,5 0,22 0,18 0,2
внутрипластовых породных прослоев, м
Степень сложности строения угольных пластов
min
12
Максимальная зольность угля, %
44
36
40
Объем балансовых запасов, млн т
max
28,585
23,387
25,986
3
2
n
7
d
Z
бал
Средневзвешенная мощность m max 18,5 2 1,6 1,8
рабочих пластов, м
Общие потери, % Побщ. min 11 13 11 12
Средневзвешенная глубина залегания, м H min 12 247 203 225
Угол залегания, градус а min 17 19 15 17
Степень нарушенности угольных К н min 14 0,05 0,03 0,04
запасов, т/т
Водоносность угольных запасов, м3/т Wb min 8 1,7 1,3 1,5
Газоносность запасов угля, м3/т q min 15,5 9 7,4 8,2
Максимальное содержание серы, % min 8 0,55 0,45 0,5
Минимальная теплота сгорания, МДж/кг Q max 7 39,1 31,9 35,5
Угленасыщенностъ месторождения, m угл. max 6 0,66 0,54 0,6
м.уг/100 м породы
Объем породных отходов на 1 т запасов V отх min 4,5 0,55 0,45 0,5
угля, м3
Глубина подсчета запасов, м h д подсч. min 5 319 261 290
3. Далее вычисляются интегральные показатели Ки - для горно-геологических показателей:
Ки
Ф,
1 17 г.г. =-JT (8'Ф> )
^ min;
(2)
технологическую надежность, то есть предложить более продуктивные, прогрессивные горнотехнические решения. Точка пересечения на данном графике - оптимальное значение горнотехнических параметров для данных геологических условий.
- для горнотехнических показателей:
1 Р
Кинт. г.т. =-JT (5iФ.)2
__^ min. (3)
Фор V '=1
По полученным значениям интегральных показателей строим гистограммы (рис. 1, 2). Очевидно, что проекты с минимальными интегральными показателями 0,3 и 0,12 являются наиболее продуктивными и перспективными.
Для более наглядного графического изображения результатов строим сводный график полученных показателей (рис. 3).
Сводный график (см. рис. 3) позволяет судить о кондиционной надежности запасов и технологии разработки. В частности, при благоприятных с точки зрения кондиций, запасах на шахте № 2 появляется возможность обеспечить
Рис. 2. Гистограмма для горнотехнических параметров Fig. 2. Histogram for mining parameters
Рис. 1. Гистограмма для горно-геологических условий Fig. 1. Histogram for geological conditions
Рис. 3. Сводный график Fig. 3. Summary Schedule
2
1=1
ВЫВОДЫ
1. Показано, что существующая методика обоснования кондиций не обладает достаточной надежностью из-за малого количества вовлекаемых показателей геологического состояния месторождения (шахтного поля), а также горнотехнических параметров отработки запасов, характера технологии отработки и ее экономических результатов.
2. Расширен состав геологических и горнотехнических показателей, влияющих на обоснованность параметров кондиций.
3. Обоснованы численные значения, коэффициенты важности показателей геологического и горнотехнического состояния месторождения, шахтного поля или участка.
4. Разработана методика многокритериальной оценки вариантов кондиций на базе квалиметрических методов теории принятия решений.
Список литературы
1. Москаленко Т.В., Ворсина Е.В., Катина Е.А. Функциональный критерий для оценки эффективности управления качеством угля при подземной добыче // Успехи современного естествознания. 2016. № 11-1. С. 162-165.
2. Природоресурсное законодательство в условиях модернизации экономики России: современные проблемы
развития: Монография / В.Б. Агафонов, В.К. Быковский, Г.В. Выпханова и др.; под ред. Н.Г. Жаворонковой. М.: Норма, Инфра-М, 2014. 160 с.
3. Твердов А.А., Тибилов Д.П. Проблемы и основные недостатки материалов ТЭО постоянных разведочных кондиций // Глобус. 2015. № 2(36). С. 12-19.
4. Тибилов Д.П., Франкевич Ж.А. Особенности экономического планирования при составлении ТЭО освоения угольных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. № 8. С. 42-46.
5. Иванов Н.В., Игнатьева М.Н., Ляпцев Г.А. Методический подход к экономическому обоснованию эксплуатационных кондиций в условиях доработки месторождения // Горный журнал. 2011. № 6. С. 54-60.
6. Рогова Т.Б., Шаклеин С.В., Ярков В.О. О цене угля при ТЭО подсчетных параметров кондиций // Недропользование 21 век. 2009. № 4. С. 64-66.
7. Снетков В.И. Обоснование методов квалиметрической оценки запасов месторождений твердых полезных ископаемых: автореф. дис. на соиск. учен. степ. д-ра техн. наук. М., 2006. 40 с.
8. Агафонов В.В. Интегральное обоснование и оценка постоянных кондиций угольных запасов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2007. № 8. С. 160-164.
MINERALS RESOURCES
UDC 622.013.3 © V.V. Agafonov, 2019
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 4, pp. 82-85 Title
INTEGRATED STUDY OF PERMANENT CONDITIONS OF COAL RESERVES
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-4-82-85
Author
Agafonov V.V.1
1 National University of Science and Technology "MISIS" (NUST "MISIS"), Moscow, 119049, Russian Federation
Authors' Information
Agafonov V.V., Doctor of Engineering Sciences, Professor of Geotechnologies development of mineral resources department Mining Institute, tel.: +7 (499) 230-94-66, e-mail: msmu-prpm@yandex.ru
Abstract
The procedure of improving the methods of geological and mining justification of permanent conditions on the basis of an expanded composition of indicators of the conditions of occurrence of coal seams, the main quality characteristics of coal, directions of its processing and consumption. Basic accepted for accounting geological and mining indices for justification of parameters take the numerical values for each of the options conditions, therefore, the task of their justification takes qualitative in nature. Figures:
Fig. 1. Histogram for geological conditions Fig. 2. Histogram for mining parameters Fig. 3. Summary Schedule
Keywords
Coal mine, Condition, Loss, Mining and geological characteristics, Mining parameters, Integrated assessment, Qualimetry, Reliability.
References
1. Moskalenko T.V., Vorsina E.V. & Katina E.A. Funkcionalniy kriteriy dlya ocenki effektivnosti upravleniya kachestvom uglya pri podzemnoj dobyche [Functional criterion for evaluating the effectiveness of the quality management of coal in underground mining]. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya - Successes of modern natural science, 2016, No.11-1, pp. 162-165.
2. Agafonov V.B., Bykovsky V.K., Vyphanova G.V. et al. Prirodoresursnoe zakonodatel'stvo v usloviyah modernizacii ehkonomiki Rossii: sovremennye
problemy razvitiya: Monografiya [Natural resource legislation in the conditions of modernization of economy of Russia: modern problems of development: Monograph]. Ed. N.G. Zhavoronkova. Moscow, Norma, Infra-M Publ., 2014, 160 p.
3. Tverdov A.A. & Tibilov D.P. Problemy i osnovnye nedostatki materialov TEO postoyannyh razvedochnyh kondiciy [Problems and major shortcomings of the materials of the feasibility study of permanent exploration conditions]. Globus - Globe, 2015, No. 2(36), pp. 12-19.
4. Tibilov D.P. & Frankevich Zh.A. Osobennosti ekonomicheskogo planirov-aniya pri sostavlenii TEO osvoeniya ugolnyh mestorozhdeniy [Features of economic planning in the preparation of a feasibility study for development of coal deposits]. Gornyi Informatsionno-Analiticheskiy Byulleten' - Mining Information and Analytical Bulletin, 2015, No. 8, pp. 42-46.
5. Ivanova N.V., Ignatyeva M.N. & Lyaptsev G.A. Metodicheskiy podhod k ekonomicheskomu obosnovaniyu ekspluatacionnyh kondiciy v usloviyah dorabotki mestorozhdeniya [Methodological approach to the economic justification of operating conditions in terms of refinement of the field]. Gornyi Zhurnal - Mining Journal, 2011, No. 6, pp. 54-60.
6. Rogova T.B., Shaklein S.V. & Yarkov V.O. O cene uglya pri TEO podschetnyh parametrov kondiciy [On the cost of carbon in feasibility study estimation of parameters of conditions]. Nedropolzovanie21 vek- Subsoil use21 century, 2009, No. 4, pp. 64-66.
7. Snetkov V.I. Obosnovanie metodov kvalimetricheskoy ocenki zapasov mestorozhdeniy tverdyh poleznyh iskopaemyh. Diss. dokt. techn. nauk [Justification of methods of qualimetric assessment of reserves of solid minerals. Dr. eng. sci. diss.]. Moscow, 2006, 40 p.
8. Agafonov V.V. Integralnoe obosnovanie i ocenka postoyannyh kondiciy ugolnyh zapasov [Integral substantiation and evaluation of permanent conditions of coal reserves]. Gornyi Informatsionno-Analiticheskiy Byulleten' - Mining Information and Analytical Bulletin, 2007, No. 8, pp. 160-164.
