Исследование эффективности выемочнотранспортных схем антрацитовой шахт Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

--------------------------------------- © А.Л. Малец, В.М. Феоктистов,

2006

УДК 622.232

А.Л. Малец, В.М. Феоктистов

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫЕМОЧНОТРАНСПОРТНЫХ СХЕМ АНТРАЦИТОВОЙ ШАХТ

Семинар № 15

¥~Ъ ыемочно-транспортная схема

.М-3 шахты (ВТСШ), как объект исследования, характеризуется комплексом выемочно-транспортного оборудования, органически связанного с процессами выемки угля в очистном забое, транспортировки его по горным выработкам, подъема на шахтную поверхность и переработки на обогатительной фабрике. Поэтому установление эффективности конкретной ВТСШ сводится к обоснованию и оценке средств механизации и технологии выемки угля в очистном забое по уровню нагрузки на очистной забой, затратам на подготовку и отработку запасов выемочного столба при учете условно-постоянных затрат по участку и по шахте, отнесенных на участок, качеству товарного угля.

Критерий оценки эффективности ВТСШ 8уд может быть выражен следующей зависимостью

5уа = ЕКуд + Суд ^ ДЦ уд ■ ру6/т

где Е — коэффициент сравнительной экономической эффективности капитальных вложений; Куд - удельные капитальные затраты на оборудование очистного забоя, руб/т; Суд - удельные эксплуатационные затраты, с учетом условно-постоянных затрат, руб/т; ДЦуа - потери в оптовой цене за счет

ухудшения кА-чества товарного антрацита в процессе его выемки, транс-

портировки и переработки на обогатительной фабрике, руб/т.

С учетом вышесказанного, был выполнен технико-экономический анализ различных вариантов ВТСШ для условий пласта к2, разрабатываемого ОАО «Шахта Обуховская». В пределах шахтного поля мощность пласта изменяется от 0,8 до 1,4 м, средняя - 1,07 м. В основном пласт имеет простое строение.

Уголь пласта представлен крепким антрацитом, сопротивляемостью резанию 267 кН/м. В непосредственной кровле залегают песчаные или глинистые сланцы мощностью до 30 м. Основной кровлей служит мощный кварцевый песчаник.

Учитывая опыт работы шахты, для механизации выемки угля в очистных забоях, к сравнению были приняты механизированные комплексы МКД90 со стругом СН96, работающем в отстающем и опережающем режимах, и с двумя комбайнами К85, осуществляющими выемку угля по челноковой и односторонней схеме.

Расчетное определение нагрузки на очистной забой по указанным технологиям производилось на ЭВМ по методике, изложенной в работе [1]. Анализ результатов показал, что двухкомбайновые технологические схемы выемки угля обеспечивают значительный рост нагрузки на очистной забой, особенно с увеличением его длины. В струговых

забоях нагрузка практически остается постоянной и независимой от длины очистного забоя. Наибольший уровень суточной добычи достигается при челноковой работе двух комбайнов К85. Так, при оптимальной длине очистного забоя 180 м, двухкомбайновая челноко-вая схема обеспечивает увеличение нагрузки на 12 % по сравнению с односторонней и на 52 % и 110 % соответственно при струговых технологиях выемки угля (с отстающим и опережающем режимах).

Сравнение средств механизации по удельным затратам выполнялось с использованием экономико-математического моделирования: учитывались

затраты на приобретение оборудования очистного забоя, его монтаж и демонтаж; заработную плату рабочих в очистном забое и на сопряжении его с подготовительными выработками; амортизационные отчисления от стоимости оборудования; расходуемые материалы и электроэнергию; на проведение, поддержание подготовительных выработок и транспортировку по ним грузов, на проветривание выемочного участка.

Результаты сравнения показали, что минимальные удельные затраты обеспечивают два варианта технологии выемки угля в очистном забое: двухкомбайновая

- 30,07 руб/т и струговая технология при опережающем режиме работы струговой установки - 30,31 руб/т.

Существенное влияние на эффективность рассматриваемых технологических схем выемки угля оказывают условно-постоянные расходы по выемочному участку.

Туч = (5200/Доз + 2,1)кт к к: кн, руб/т и условно-постоянные общешахтные расходы, отнесенные на участок Уш = 3420/Доз + 1,3 руб/т,

где кт к8 к кн - коэффициенты, учитывающие мощность пласта (кт = 1); размер панели по простиранию (к8 = 1); длину очистного забоя (к = 1,05) и глубину ведения очистных работ (кн = 1).

Суммарные значения удельных затрат и условно-постоянных расходов равны: 40,31 руб/т - при струговой технологии и 37,47 руб/т - при двухкомбайновой. Разница в учтенных затратах по сравнению со струговой опережающей равна 2,84 руб/т (7,6 %).

Кроме указанной выше сравнительной оценки вариантов ВТСШ, был выполнен количественный анализ качества товарного угля.

Одним из путей решения задачи повышения качества угля является: применение таких средств и технологических схем выемки, транспортировки и переработки, которые обеспечивали бы минимальное его измельчение в очистном забое и на транспортном пути до обогатительной фабрики.

Основными технологическими процессами на которых происходит дополнительное измельчение угля, являются: в шахте - выемка угля в очистном забое, перепады с конвейера на конвейер, погрузка угля в вагонетки, транспортировка одним - двумя хвостовыми скребковыми конвейерами, пропуск угля через осредняющие и аккумулирующие бункеры в транспортной цепи, загрузочный комплекс скипового ствола (бункер, дозатор, скип).

При транспортировке угля от очистного забоя до основного штрека происходит 6-5 его перепадов высотой 0,8-1,4 м с конвейера на конвейер и в вагонетки. При этом на каждом перепаде дополнительно образуется 2-3 % штыба. При оборудовании перегрузочных пунктов наклонными подсевными течками, количество дополнительно образующегося штыба снижается до 0,3-0,6 %.

Значительное место в общем процессе измельчения угля занимает транспорт его скребковыми конвейерами. В этом случае, наиболее простым решением, способствующим уменьшению измельчения угля, является отказ от применения скребковых конвейеров в транспортной цепи. Погрузку угля из очистного забоя при этом можно производить непосредственно на ленточный конвейер (пере-гружатель).

Бункерные ёмкости на основных штреках, обеспечивая поточность процесса транспортировки угля, являются транспортным звеном, на долю которого приходится 3-5 %, дополнительного измельчения.

Измельчение угля при пропуске его через загрузочный комплекс аккумулирующий бункер, дозатор, скип достигает 10-20 % от общего измельчения на транспортном пути до обогатительной фабрики. Радикальными путями снижения измельчения угля в загрузочных комплексах скиповых подъемов являются: оборудование аккумулирующих бункеров противоизмельчающими устройствами; применение конструкций аккумулирующих бункеров с небольшой высотой падения угля и послойной его загрузкой; использование безбункерной схемы с загрузкой скипов непосредственно из откаточных сосудов.

Сравнение вариантов ВТСШ и оценка технических решений и мероприятий, направленных на улучшение качества товарного антрацита, осуществлялась по содержанию в нем штыба и по средневзвешенной оптовой цене.

К оценке были приняты следующие варианты ВТСШ:

Варианты 1к, 1с. В очистном забое -два комбайна К-85 (1к) или струговая установка СН96 (1с), транспортная цепь: скребковый конвейер, ленточные конвейеры в ярусных штреках и бремсберге

(уклоне), на основном штреке - бункер и электровозная откатка, скиповой подъем, загрузочный комплекс с вертикальным бункером. Технических решений и мероприятий против измельчения угля на транспортном пути не предусматривалось.

Варианты 2к.,2с._В очистном забое те же выемочные машины. Из транспортной схемы исключены: «хвостовой» скребковый конвейер в ярусном штреке под лавой и бункер в основном штреке. На пересыпах угля с конвейера на конвейер - подсевные течки.

Варианты 3к, 3с. Выемочно-

транспортная схема та же, что и во втором варианте, вертикальный аккумулирующий бункер скипового подъема оборудованы спиральным спуском.

Варианты 4к, 4с. Вместо вертикального аккумулирующего бункера скипового подъема - горизонтальный секционный бункер с высотой падения угля 4 м. Выемочно-транспортная схема остается той же.

Варианты 5к, 5с. Из транспортной цепи исключается аккумулирующий бункер и дозатор; безбункерная загрузка скипов непосредственно из вагонеток. Выемочно-транспортная схема остается прежней.

Анализ результатов расчетов показал следующее: исключение из транспортной цепи скребкового конвейера в ярусном штреке под лавой, ак-

кумулирующего бункера на основном штреке и оборудование перепадов угля с конвейера подсевными течками (варианты 2к и 2с) обеспечило абсолютное снижение содержания штыба в товарном угле на 2,04 % (вариант 2к) и 0,87 % (вариант 2с) и рост оптовой цены соответственно на 1,7 % (3 руб/т и на 0,77 % (2 руб/т). Применение при этой же транспортной схеме технических решений в загру-зочном комплексе скипово-

го ствола и на подъеме угля на шахтную поверхность способствует значительному улучшению сортности товарного антрацита:

- оборудование вертикального аккумулирующего бункера спиральным спуском (варианты 3с, 3к) снизило количество штыба в товарном угле соответственно на 4,72 % и 5,34 % и повысило оптовую цену на 2,73 % (7 руб/т) и на 3,13 % (8 руб/т);

- замена вертикального аккумулирующего бункера секционным горизонтальным (варианты 4к, 4с) снизила содержание штыба, за счет меньшей высоты падения угля в бункере, на 6,56 % и 8,09 % и повысила оптовую цену на 3,91 % (10 руб./т) и на 5,02 % (13 руб/т);

- применение безбункерной схемы

выдачи угля на шахтную поверхность скиповым подъемом (варианты 5к, 5с)

приводит к снижению содержания штыба на 12,25 % и 15,78 % и росту оптовой цены на 7,03 % (18 руб/т) и на 9,27 % (24 руб/т).

При этом, как видно из данных таблицы, предлагаемые техническое решения и мероприятия обеспечивают больший эффект в улучшении сортности товарного антрацита при струговой выемке, чем при комбайновой, особенно те, которые осуществляются в загрузочном комплексе скипового ствола.

Суммируя удельные затраты, с учетом условно-постоянных расходов, и часть оптовой цены АЦс, зависящей от сортности товарного угля (варианты 5с, 5 к), получим:

ВТСШ со струговой технологией Буд + АЦс = 40,31 + 49,90 = 90,21 руб/т;

ВТСШ с комбайновой технологией БУд + АЦс = 37,47 + 57,70 = 95,17 руб/т.

При струговой технологии выемки угля в очистном забое затраты на до-

бычу 1 т угля, с учетом его качества, меньше чем при комбайновой на 4,96 руб./т (5,39 %). При принятой точности расчетов 10 %, принимая во внимание то, что нагрузка на комбайновый механизированный забой выше на 52 % (на 725 т/сут), чем при струговом комплексе, вариант 5к предпочтительнее варианта 5с, т.к. он обеспечивает большую концентрацию горных работ во времени (за счет высокой нагрузки на очистной забой) и в пространстве (меньшее количество действующих очистных забоев и протяженность проводимых и поддерживаемых подготовительных выработок).

Проведенное комплексное сравнение вариантов позволило рекомендовать следующую конструкцию эффективной выемочно-транспорт-ной схемы шахты: в очистном забое - механизированные комплекс МКД90 с двумя комбайнами К85; выходящий из очистного забоя уголь грузится непосредственно на ленточный конвейер; на пересыпах угля с одного ленточного конвейера на другой устанавливаются подсевные течки; с ленточного конвейера уголь грузится непосредственно в вагонетки, из транспортной цепи исключен аккумулирующий бункер на основном откаточном штреке, вместо него предусмотрен резерв вагонеток; разгрузка вагонеток производится непосредственно в скип (безбункерная загрузка скипа).

При безбункерной загрузке скипов (схема Южгипрошахта) по срав-нению с бункерной: исключается строительство и оборудование комплекса загрузочной станции, уменьшается глубина ствола на 30-40 м; уменьшается измельчение угля - исключается наиболее штыбообразующее звено: бункер, питатель, дозатор.

Сравнивае- мые варианты Содержащие штыба в товарном угле, % Абсолютное снижение содержания штыба, % Оптовая цена 1 т товарного антрацита, руб- Рост оптовой цены

руб./т %

Комбинированная выемка угля в очистном забое

1к 50,62 - 256 - -

2к 48,58 2,04 259 3 1,17

3к 45,90 4,72 263 7 2,73

4к 44,07 6,56 266 10 3,91

5к 38,37 12,25 274 18 7,03

Струговая выемка угля в очистном забое

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Малец А.Л., Лазченко К.Н., Назаров СМ. Оптимизация технологических схем и параметров угольных шахт при проектировании. -Шахты: Изд-во ЮРОАГН, 1998.- 197 с.

2. Малец А.Л., Мельков А.Д. Качество и оптовая цена антрацита.- Ростов-на-Дону: Ростов книжн. изд-во, 1992. - 204 с.

— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------

Малец Анатолий Лукич - доктор технических наук, профессор,

Феоктистов Вячеслав Михайлович - заведующий кафедрой “Разработка пластовых месторождений”,

Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).