Методика выбора наиболее целесообразных технологических схем разработки угольных пластов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.063.46

МЕТОДИКА ВЫБОРА НАИБОЛЕЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Г.В. Лоцев

Министерство Высшей торговли и Промышленности Кыргызской Республики Кьвыл-Кийский горнотехнический колледж им. Т.Кулатова ул. Школьная, д. 80, 722010, г. Кызыл-Кия, Кыргызская Республика

Рассмотрены факторы, ограничивающие добычу угля подземным способом. Описана методика выбора наиболее эффективных технологических схем разработки угольных пластов.

В соответствии с имеющимся в настоящее время методом ограничений годовой объем добычи угля рассчитывается на основе разработанного плана развития горных работ и выявленных возможных ограничений в планируемом периоде.

Непосредственно количество и вид ограничений обосновываются конкретными горно-геологическими, технико-экономическими и другими условиями функционирования предприятий и подтверждается соответствующими расчетами.

Эти ограничения формализуются количественно и оцениваются качественно. Так, ограничения роста объемов добычи угля на шахте можно объединить в 5 групп: горно-геологические, технико-технологические, организационно-производственные, социально-экономические и трансакционные. Каждая из них включает ряд четко определенных факторов.

В частности, к горно-геологическим условиям залегания угольных пластов принято относить совокупность качественных и количественных показателей, которые отражают геологическое строение и мощность угольных пластов, физикомеханические свойства горных пород и прочностные характеристики угля, его промышленную значимость и условия залегания, морфологию угольных пластов и типизацию их нарушений, а также имеющиеся гидрогеологические и газодинамические условия. Причем, количественная оценка ограничивающего воздействия горно-геологических факторов осуществляется при расчете нормативной нагрузки на очистной забой [5].

Специфической особенностью влияния данных факторов на функционирование угольных шахт является их отрицательная направленность, интенсивность воздействия которой возрастает по мере отработки угольных пластов, залегающих в более благоприятных условиях, и увеличения глубины работ.

Ограничивающее воздействие технико-технологических факторов на обеспечение максимально возможных объемов добычи угля обусловлено применяемой техникой и технологическими решениями на всех уровнях угледобывающего предприятия.

К организационно-производственным ограничениям, сдерживающим увеличение нагрузки на шахту, относятся такие, которые обусловлены производительностью применяемого технологического оборудования, существующей организацией работ на всех основных звеньях, наличием необходимого фронта очистных работ, а также степенью износа оборудования

В следующую группу факторов, ограничивающих нагрузку на шахту, включены такие, которые регулируют взаимоотношения шахты с поставщиками и потребителями и поэтому относятся к трансакционным [7]. Трансакционные ограничения связаны с поиском информации, а также с подготовкой, заключением и реализацией контрактов, обеспечением послеконтрактного обслуживания, преодолением внутренних и внешних барьеров в процессе приобретения ресурсов и реализации готовой продукции.

Зависимость показателей работы шахты от условий поставки оборудования, материалов и запасных частей также формирует ограничения, которые часто связаны с закупкой материально-технических ресурсов по завышенным ценам, работой с посредниками и др.

Как ограничения можно рассматривать и сложности со сбытом продукции, отсутствие транспорта и несвоевременные расчеты за добытый и поставленный потребителю уголь. Рост объемов готовой продукции на складах увеличивает длительность оборота оборотных средств, ведет к общему ухудшению финансового состояния предприятий и как следствие — к снижению объемов добычи угля.

Кроме показателей объемов добычи угля, основу выбора оптимальной технологической схемы представляет собой взаимосвязанное решение вопросов вскрытия, подготовки шахтного поля, а также системы разработки и механизации очистных работ, транспорта, подъема, вентиляции, энергоснабжения, водоотлива.

В общем случае выбор наиболее целесообразных технологических схем подземной разработки угольных пластов заключается в одновременном решении трех основных задач:

конструирования вариантов технологических схем по качественным параметрам;

оценки значимости характеристик качественных параметров и критериев оптимальности;

выбора расчетных вариантов технологических схем шахт.

В основе решения первой задачи лежит классификация способа вскрытия, подготовки шахтного поля и систем разработки (табл.).

Для оценки целесообразности технологических схем следует выполнять процедуру определения значимости характеристик качественных параметров и критериев оптимальности.

В качестве последних известны следующие показатели:

1) первоначальные затраты;

2) эксплуатационные затраты;

3) приведенные затраты;

4) безопасность;

5) потери угля в недрах;

6) возможность изменения технологических схем отработки;

7) надежность принимаемых решений;

8) возможность модернизации и реконструкции шахты;

9) перспективность;

10) экологичность.

Таблица

Классификация способа вскрытия, подготовки шахтного поля и систем разработки

Уровни Признаки Подуровни Варианты

Вскрытие шахтного поля

I Схема отработки шахтного поля 1 2 Индивидуальная Блочная

11 Способ деления на горизонты 1 2 Одногоризонтный Многогоризонтный

III Направление отработки горизонтов 1 2 3 Нисходящее Восходящее Комбинированное

IV Порядок вскрытия горизонтов 1 2 Последовательный Одновременный

V Вид главной вскрывающей выработки 1 2 3 4 Вертикальный Наклонный Г оризонтальный Комбинированный

VI Схема расположения стволов 1 2 3 4 5 Центральная Центральноотнесенная Фланговая Секционная Комбинированная

VII Вид вспомогательной вскрывающей выработки 1 2 3 Вертикальный Наклонный Г оризонтальный

VIII Тип дополнительной вскрывающей выработки 1 2 3 Слепой ствол Квершлаг Гезенк

Подготовка шахтного поля

IX Способ подготовки шахтного поля 1 2 3 Погоризонтный Панельный Этажный

X Порядок отработки частей шахтного поля 1 2 3 Прямой Обратный Комбинированный

XI Порядок отработки пластов 1 2 3 Нисходящий Восходящий Комбинированный

XII Способ подготовки пластов 1 2 Индивидуальный Групповой

Система разработки

XIII Группа системы разработки 1 2 Однослоевая Многослоевая

Продолжение табл. 1

Уровни Признаки Подуровни Варианты

XIV Вид системы разработки 1 2 Длиннозабойные Короткозабойные

1 По простиранию

'У'Х/ Подвид системы 2 По восстанию

А V разработки 3 По падению

4 По диагонали

1 Сплошная

2 Столбовая

XVI Класс системы разработки 3 Комбинированная

4 Камерная

5 Камерно-столбовая

1 БВР

XVII Способ проведения 2 Комбайновый

выработок 3 Г идравлический

1 Ручной

2 БВР

XVIII Способ выемки угля 3 Струговый

4 Комбайновый

5 Г идравлический

1 Индивидуальный

XIX Способ крепления лавы 2 Агрегатный

3 Комплектный

1 Полное обрушение

Способ управления 2 Полная закладка

ДА кровлей 3 Частичная закладка

4 Плавный прогиб

1 Пластовый

XXI Способ расположения 2 Полевой

выработок 3 По выработанному пространству

1 Целики угля

XXII Способ охраны выработок 2 Бутовые полосы

3 Искусственные сооружения

Сущность и основные теоретические предпосылки использования метода кластерного анализа при выборе наиболее оптимальной технологической схемы подземной разработки угля сводятся к следующему.

Первоначально исходные данные представляются в виде прямоугольной матрицы:

X. ,х, X' ■ х1„

|| |2 ч

х. ,х. *,1

/] /2 ч Пп

каждая строка которой является результатом измерения рассматриваемых призна-

ков на одном объекте. Столбец матрицы представляет номер значений одного признака для разных вариантов технологий. В качестве основополагающих признаков группирования был принят набор основных горно-геологических факторов, а также нагрузка на шахту и общешахтная численность рабочих по добыче угля.

В качестве мер сходства (близости) объектов используются эвклидово расстояние между объектами и коэффициент парной корреляции между признаками.

Для целей конструирования технологических схем выемочного участка, естественно, необходимо знать прогрессивные уровни качественных и количественных их параметров.

Основные положения методики конструирования технологических схем подземной разработки угольных пластов сводятся к следующему.

В первую очередь формируется набор возможных сочетаний элементов технологической схемы выемочного участка: система разработки, структура механизации очистных работ, структура транспорта отбитого полезного ископаемого по выработкам и т.д.

При конструировании технологических схем, естественно, встает вопрос о выборе их характеристик, изменяя которые можно получить рациональный вариант технологической схемы.

В качестве аппарата конструирования эффективных технологических схем целесообразнее всего принять теорию сложных систем. Это обусловлено тем, что, представляя технологическую схему в виде сложной системы, можно «разыгрывать» различные связи и ситуации, а также получать на выходе устойчивое значение нагрузки на очистной забой, характеризующее рациональную для данных горно-геологических условии технологическую схему разработки угольных пластов.

Для этого был использован алгоритм моделирования технологической схемы выемочного участка как сложной системы, построенный следующим образом.

1. Разработка структуры связей технологической схемы:

^л’-^л’^тр’Мсис’^км’^к’^сис , (2)

где: А„ - нагрузка на лаву, т/сут.;

Л'л - численность рабочих очистного забоя, чел.;

Ытр - численность рабочих, занятых на участковом транспорте, чел.;

Мсис - численность рабочих, обусловленная принятой системой разработки, чел.;

Дкм - уровень комплексной механизации очистных работ, %;

Дк - уровень конвейеризации участкового транспорта;

Лсис - уровень столбовых систем разработки, %.

2. Построение функциональных зависимостей между элементами:

Л = ДА**А,Лее); лл=^Л,ктр,ктс) . (3)

3. Формирование набора сочетаний элементов технологической схемы:

(а, - столбовая система разработки

а = \

а2 - сплошная система разработки

д

(3 - : - структурные схемы механизации очистных работ

А

\ух~ электровозный транспорт

Г = \

I у2 - конвейерный транспорт

4. Построение функциональных зависимостей для набора структурных схем механизации очистных работ:

(4)

5. Анализ полученных распределений параметров и исчисление оценок:

л,); ,); / = 1,2,3. (5)

6. Конструирование критериальной функции (показателя прогрессивности технологической схемы выемочного участка П.у):

у =-------^----------------------------------- . (6)

,¥ +ЛГ +,¥

л тр сис

7. Выбор определенной технологической схемы. Задание конкретных значений элементов технологической схемы:

А(0) И(0) И(0) Ы(0) т

л * л ^ шр ^ сис К')

8. Проигрывание различных ситуаций для выбранной технологической схемы:

(«сод) <\ <>, <>, ЛГ™, (еьаод) Гт. (8)

по совокупности функциональных связей между ее элементами.

9. Определение уровня надежности для технологической схемы:

а =0,80; 0,85; 0,90; 0,95.

По своему существу оценка технологий разработки угольных пластов сводится к методу предпочтений по каждому критерию в отдельности и выполняется по следующему принципу: на каждом уровне суммарный балл составляет 10 (при этом, чем выше важность характеристики, тем выше и балл).

С этой целью используется метод сравнения вариантов по сумме балльных оценок по всем предложенным критериям. Причем в качестве основной сравнительной меры служит комплексный интегральный показатель целесообразности Ки.хр который определяется из выражения:

Ки.х, - г|у (10- Вхи) -» тга, (9)

где: х - номер характеристикиу'-го параметра;

У - уровень технологической схемы;

/' - номер критерия оптимальности;

Ну - ранговая оценка /-го критерия оптимальности применительно к /-му параметру;

Вхч - балльная оценка значимости х-й характеристики у-го параметра при-

менительно к /-му критерию.

Для окончательного выбора наиболее целесообразных вариантов следует с помощью среднего арифметического интегрального показателя важности производить отсев из них второстепенных вариантов по выражению:

К = —-А: . (10)

и», ]0к

где: т - номер варианта технологической схемы;

к\ - число уровней, одновременно определяющих

ЛИТЕРАТУРА

1. Воробьев А.Е., Лоцев Г.В. Анарбаев А.Д. Природоохранная разновидность камерно-столбовой технологии разработки угольных месторождений //Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр: Материалы IV Международной конференции. - М.: Изд-во РУДН. -2005.-С. 94-96.

2. Воробьев А.Е., Чекушина Т.В, Анарбаев А.Д.. Лоцев Г.В. Базис устойчивого развития недропользования //Материалы III Международной научно-практической конференции «Проблемы развития горнодобывающих отраслей промышленности и безопасности контролируемого использования хризолитового волокна и хризолитсодержащих материалов» /Под общ. ред. С.Ж. Галиева (514 с).-Житикара. - 2005. - С. 452-455.

PROCEDURE OF THE CHOICE OF THE MOST EXPEDIENT FLOW DIAGRAMS OF DEVELOPMENT OF COAL LAYERS

G.V, Lotsev

The ministry for the Maximum trade and Industry of the Kirghiz Republic Kyzyl-Kiskyi mine technical college T. Kulatova

School st., 8, Kyzy-Kiya, 722010, Kirghiz Republic

The factors limiting a coal mining by a underground method are considered. The procedure of a choice of the most efficient flow diagrams of development of coal layers is circumscribed.

Лоцев Герман Викторович, директор Горного техникума г. Кызыл-Кия Республики Кыргызстан, соискатель ученой степени канд. техн. наук кафедры Горного и нефтяного дела, автор 20 публикаций по камерно-столбовой разработке угля.