CC BY
30
© В.В. Агафонов, В.А. Абрамов, М. А. Антонов, 2008
УДК 622.272
В.В. Агафонов, В.А. Абрамов, М.А. Антонов
ИНТЕГРАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПОРЯДКА ОТРАБОТКИ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ
Семинар № 13
ш ш ри проектировании шахт и, осо--М. Л. бенно в период их эксплуатации определению порядка отработки запасов в шахтном поле не отводили достаточно заметной самостоятельной роли, не придавали важного значения. Дело в том, что альтернативность обратного порядка отработки запасов шахтного поля (не выемочных столбов!) по отношению к прямому признавали лишь теоретически. В практическом плане преимущества прямого порядка, вытекающие из меньшего срока вскрытия и подготовки запасов, а также из меньших первоначальных затрат, утвердили фактическую безальтернативность такого варианта отработки. Кроме того, существовала иллюзия, что важная роль схемы вскрытия и подготовки делает подчиненным выбор порядка отработки запасов шахтного поля. Разумеется, такая постановка ошибочна: взаимообусловленность вариантов вскрытия и подготовки и порядка отработки (как и порядка отработки и схемы вскрытия и подготовки!) самая заметная, самая непосредственная. Что касается "выгодности" прямого порядка отработки запасов шахтного поля, то с переходом на большую глубину горных работ, раскройкой месторождений на шахтные поля больших размеров (4-8 км и более), увеличением срока службы шахт чрезмерно возросла протяженность поддерживаемых выработок.
В связи с этим затраты на поддержание сети горных выработок поставили под сомнение "экономичность" прямого порядка отработки шахтного поля, а сложная, громоздкая топология выработок привела к потере надежности транспорта и вентиляции, повышению аварийности.
Выбор прямого или обратного порядка отработки шахтного поля стал по существу выбором между начальными кратковременными преимуществами прямого и последующими стратегическими, долговременными - обратного порядка отработки.
Достижение и поддержание проектного уровня добычи связано при прямом порядке отработки с непрерывным нарастанием как объема проведения вскрывающих и подготавливающих выработок, так и объема их поддержания. При обратном порядке отработки достижение проектного уровня добычи связано с начальным максимальным абсолютным объемом проведения вскрывающих и подготавливающих выработок, который в дальнейшем сокращается. Практически через 15-20 лет эксплуатации объем проведения и поддержания выработок становится примерно равным при обоих вариантах порядка отработки. Дальнейшая эксплуатация шахты приводит к возрастанию объема поддержания вскрывающих и подготавливающих вырабо-
ток при прямом порядке отработки и к сокращению - при обратном.
Обратный порядок отработки шахтного поля предполагает проектирование начального положения горных работ в самом отдаленном по глубине и простиранию участке. Все вскрывающие и подготавливающие выработки находятся в нетронутом массиве.
Таким образом, проектируя шахту экономичной в наиболее сложном исходном положении при отработке самых отдаленных от центра запасов шахтного поля, можно сохранить ее экономичность и прогрессивность и впредь, так как состояние технологической схемы не ухудшается со временем. Очень важно подчеркнуть аспект технологической безопасности. Технологические схемы с обратным порядком отработки запасов шахтного поля отличаются большей степенью безопасности в отношении обрушения породы в горных выработках, взрывов метана и возникновения подземных пожаров. При обратном порядке значительно легче обеспечить такие конструктивные варианты схем вентиляции, при которых "вымывание" метана из выработанного пространства существенно снижается, а проникновение чистого потока воздуха (кислорода) в разрушенный массив угля (предохранительные целики, потери угля в выработанном пространстве и др.) исключается.
Основными элементами математической модели технологической схемы шахты выступают объемы горных работ по проведению и поддержанию горных выработок, а также на транспортирование грузов. Сравнительное сопоставление вариантов технологических схем по этим основным элементам математической модели позволяет выделить наиболее технологические варианты. Кроме
того, появляется возможность производить обобщающую интегральную оценку по всех элементам горных работ. Таким образом, оптимизация параметров технологических схем производится в следующей последовательности:
- определяются объемы проведения и поддержания горных выработок, на транспортирование грузов,
- сопоставляются по каждому элементу горных работ (проведение, поддержание, транспорт) варианты технологических схем,
- определяются относительные (по отношению к мощности шахты) удельные показатели качества технологических схем для интегральной оценки вариантов,
- вычисляются интегральные показатели оптимальности (качества) вариантов технологических схем,
- сопоставляются варианты технологических схем по значениям интегральных показателей,
- выделяются оптимальные варианты технологических схем по объемам горных работ (в относительном измерении).
Исходные горно-геологические характеристики и параметры приняты для шахты 7 ноября АООТ Ленинск-уголь. На балансе шахты находятся три рабочих пласта мощностью 3.7, 2.6 и 4.5 м., природная газоносность запасов равна 5 м3/т зап., газообиль-ность действующей шахты равна 17
3/
м /т.с.д., размер шахтного поля по простиранию равен 8000 м, по падению 4000 м. Формирование расчетных вариантов предполагает прежде всего конструирование схемы вскрытия, подготовки, технологической схемы выемочного участка, прямой порядок отработки шахтного поля в начальном варианте основывается на расположении стволов в центре шахтного поля,
Значения частных показателей оценки технологических схем
качества вариантов
№ Наименование показателей и едини- Опти- Коэф-т Варианты ТС
цы измерения мум важности пр. ход обр. ход факт.
1 Объем проведения горных выработок, м3 мин. 15.0 353127 486676 380200
2 Объем поддержания горных выработок, м3/год мин. 13.0 223100 106301 180300
3 Объем транспортирования грузов, т/км мин. 12.0 77840 76440 93380
4 Годовая мощность шахты, млн т/год макс. 18.5 3.0 3.0 2.0
5 Продуктивность технологической
схемы вскрытия и подготовки по макс. 17.5 436 922 667
запасам, т/ м3
6 Тоже по добыче, т/ м3 макс. 19.5 8.5 6.2. 16.3
7 Удельный объем транспортирования, т. км/т.с.д. мин. 10.0 7.78 7.64 3.72
8 Удельный объем поддержания горных выработок, м3/т.г.д. мин. 10.0 0.074 0.035 0.12
9 Уровень извлекаемых "потерь" у
предохранительных и охранных макс. 16.0 2.0 8.0 0.0
целиков, %
10 Объем используемого технологи-
ческого пространства для размещения отходов производства макс. 11.5 4840 7175 0.0
(шахтной породы), м3/год
Кинт. 1.16 0.84 1.42
на нисходящем порядке извлечения угольных пластов. Поэтому для сравнения принимается вскрытие вертикальными стволами, расположенными в центре шахтного поля, проводимыми до верхнего пласта мощностью 3.7 м. Угольный пласт по падению делится на бремсберговую и уклонную части. По простиранию пласт делится на четыре панели в бремсберговой части и на четыре панели в уклонной. Первая очередь подготовки и отработки угольного пласта начинается с центральной панели бремсберговой части. Выемочные участки каждой панели в классическом варианте отрабатываются от наклонных выработок к границам панелей сплошной или столбовой системами разработки.
При оптимизации технологической схемы шахты мощность рассчитывается по формуле проф. А.С.Малкина.
А ш г = 3 млн т в год,
Ашс = 10000 т в сутки,
N оз = 3 - число забоев, находящихся в одновременной работе, принимаем в одной панели два очистных забоя, во второй - один. При снижении нагрузки принимается четыре очистных забоя, по две в каждой панели.
Чтобы надежно и адекватно отдать предпочтение тому или иному варианту порядка отработки, необходимо систематизировать все возможные показатели качества технологических схем и найти способ их комплексного учета. Важно, чтобы это заключение было следствием
количественного измерения качества. Для этого недостаточно иметь перечень частных показателей, необходим математический аппарат сведения их к единому функционалу.
Математический аппарат, позволяющий проводить объективную, всестороннюю, количественную оценку качества, перспективности технологической схемы шахт на базе натуральных физических технологических частных показателей, существует - это метод интегральной оценки. При использовании интегральных количественных функционалов качества технологических схем (в том числе и по оценке варианта порядка отработки) более убедительными становятся специфические преимущества обратного порядка отработки шахтного поля. Прежде всего, это возможность использования технологического подземного пространства для захоронения отходов производства, выемки всех предохранительных целиков, секционирования горных работ и создания более безопасных условий разработки газоносных и удароопасных угольных пластов.
Значения интегральных показателей свидетельствуют о фактическом преимуществе технологической схемы отработки запасов шахтного поля обратным ходом. К иНт.обр. = 0.84, Кинт.прям.=
1.16, К „нтдейств. =1.42,
(таблица).
В результате завершения исследований получена конкретная процедура (методика) оптимизации параметров технологических схем и установление технико-экономических условий конкурентоспособности стабильных шахт. Решение конкретных объемов горных работ привело к формированию комплекса технологических условий конкурентоспособности шахт, а также оптимальности количественных параметров шахт и технологических схем в качестве базового решения, позволяющего эффективно реализовать ряд некапиталоемких вариантов совершенствования технологии разработки угольных пластов, выдвинут обратный порядок ведения горных работ в шахтном поле как по отношению к простиранию, так и по отношению к падению угольных пластов. ЕШ
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------
Агафонов В.В. - кандидат технических наук,
Абрамов В.А., Антонов М.А.
Московский государственный горный университет.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 13 симпозиума «Неделя горняка-2008». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.В. Мельник.
А
