CC BY
41
© О.И. Черских, 2015
УДК 622.271 О.И. Черских
МЕТОДИКА ВЫБОРА ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ РАЦИОНАЛЬНОГО РЕЖИМА ГОРНЫХ РАБОТ НА УГОЛЬНОМ РАЗРЕЗЕ С МОЩНЫМИ ПОЛОГОПАДАЮЩИМИ ПЛАСТАМИ
Представлены основные положения методики выбора технико-технологических решений для реализации рационального режима горных работ на угольном разрезе с мощными пологопадающими пластами с учетом интересов инвесторов.
Определены наиболее типичные стратегии ведения горных работ для угольных месторождений с мощными пологопадающими пластами, которые характеризуются целью режимом горных работ, горизонтом прогноза, направлением инвестирования, уровнем извлечения запасов, способом обеспечения эффективности, уровнем приемлемого риска травм и аварий.
Соответствующий стратегии уровень промышленной безопасности и эффективности производства обеспечивается, в первую очередь, режимом и концентрацией горных работ.
Регулирование режима горных работ для достижения и поддержания его рациональных параметров должно обеспечиваться соответствующими условиями: концентрацией горных работ, рационализацией ширины рабочих площадок и нагрузки на оборудование.
Требуемая динамика соотношения вскрышных и добычных работ в долгосрочном периоде достигается концентрацией горных работ на участках с соответствующим коэффициентом вскрыши; а в краткосрочном периоде — изменением ширины рабочих площадок и регулированием нагрузок на оборудование
Ключевые слова: стратегия ведения горных работ, режим горных работ, рациональные параметры, концентрация горных работ, методика выбора технико-технологических решений для реализации рационального режима горных работ, угольный разрез.
Практика угледобывающих предприятий свидетельствует, что изменения в среде их функционирования обусловливают необходимость формирования стратегии развития и поддержания режимов горных работ, обеспечивающих заданный инвесторами уровень эффективности и безопасности производства [1].
275
Эффективность и безопасность ведения горных работ на угольных разрезах зависит от возможности реализовать режим горных работ, обеспечивающий необходимый объем и качество продукции, а также уровень затрат на ее производство. Это связано с тем, что режим горных работ определяет конструктивные и технологические параметры горнотехнической системы (коэффициент вскрыши, ширина рабочей площадки, дальность транспортировки и т.д.), а, соответственно, в целом технико-экономические показатели деятельности угольного разреза [4].
На угольных разрезах с пологопадающими мощными пластами, как правило, используются поточные, циклично-поточные и бестранспортные технологии с применением оборудования большой единичной мощности, что предопределяет жесткую технологическую связь между вскрышными и добычными работами.
Отработка месторождений с мощными пологопадающими пластами имеет свои технологические особенности, а это означает, что сложившиеся методы расчета и регулирования режима горных работ нуждаются в уточнении, а применяемые на предприятиях приемы и технологии ведения горных работ — в изучении, обобщении и систематизации.
Проектирование и последующее регулирование режима и календарного графика горных работ для угольных разрезов, отрабатывающих различные типы месторождений, осуществляются в настоящее время по методике, основанной на принципах, сформулированных акад. В.В. Ржевским и реализованных в работах проф. А.И. Арсентьева, В.С. Хохрякова, С.Е. Гавришева и других исследователей.
Способы сохранения конкурентоспособности определяются выбранной стратегией освоения месторождения, обеспечивающей реализацию интересов основных субъектов угледобывающего предприятия: государства, собственников предприятия (акционеров), менеджмента и наемных работников [4].
Анализ результатов деятельности разреза «Бородинский», одного из типичных разрезов, отрабатывающих угольные месторождения с мощными пологопадающими пластами, позволил выявить наиболее характерные стратегии развития горных работ, реализуемые руководством предприятия на различных этапах его деятельности (рис. 1).
276
'добыча вскрыша
Рис. 1. Динамика объемов производства разреза «Бородинский» за период 1950-2014 гг.
Стратегии развития и реализуемые при этом режимы горных работ направлены на достижение уровней эффективности и безопасности производства, позволяющих удовлетворить интересы инвесторов предприятия.
Под режимом горных работ понимается установленная последовательность выполнения объемов вскрышных и добычных работ во времени, обеспечивающая планомерную, безопасную и экономически эффективную разработку месторождения за срок существования карьера.
Режим горных работ зависит от способа вскрытия и подготовки рабочих горизонтов, направления развития горных работ, параметров системы разработки и видов выемочно-погрузочного и транспортного оборудования, которые, в свою очередь, зависят от типа месторождения. Кроме того необходимо учитывать, что для каждого типа месторождения характерны свои особенности, определяющие возможность реализации различных режимов горных работ.
Анализ показателей развития производства позволил установить типичные для условий рыночной экономики цели, достижение которых обеспечивается изменением режимов горных работ:
- поддержание приемлемой эффективности производства в кризисные периоды;
- достижение максимальной эффективности в краткосрочном периоде;
- стабилизация эффективности в период устойчивого функционирования предприятия.
Эти цели обусловлены интересами инвесторов, удовлетворение которых возможно при определенных режимах горных работ, обеспечивающих требуемую динамику производственных и экономических показателей деятельности разреза.
Современные методы регулирования режима горных работ предусматривают перераспределение объемов вскрышных работ во времени, что достигается выбором направления развития горных работ, способа вскрытия и параметров систем разработки на различных этапах отработки месторождения. Длительность этих этапов не менее 10 лет и достигает 30 лет. В условиях высокой динамики внешней среды, которая приводит к изменению
278
требуемых производственных характеристик, планирование режима горных работ должно осуществляться на период не более 5 лет. При этом необходимо производить оценку последствий изменения режима до конца отработки месторождения.
Анализ результатов функционирования разрезов показал, что соотношение текущего и среднего коэффициента вскрыши дает наиболее точную качественную оценку выбранного режима за определенный период, и он определяется целями и интересами инвестора.
В зависимости от целей и интересов инвестора автором были выделены три стратегии ведения горных работ, условно названные «А», «В», «С», которые различаются режимом горных работ, горизонтом прогноза, структурой извлекаемых запасов, приоритетным направлением инвестирования, уровнем приемлемого риска травм и аварий, основным способом обеспечения эффективности и безопасности (табл. 1).
Изменение соотношения текущего и среднего коэффициентов вскрыши, при реализации соответствующих интересам инвесторов режимов и стратегий развития горных работ, приведено на рис. 2.
Для реализации рациональных, то есть соответствующих целям и интересам инвесторов, режимов горных работ на разрезе должны быть созданы определенные условия, которые выражаются в основных конструктивных и технологических параметрах его горнотехнической системы: коэффициента вскрыши, ширины рабочей площадки, объемов подготовленных запасов, среднего расстояния транспортирования горной массы и результирующего угла рабочего борта.
Диапазоны изменения основных параметров горнотехнических систем разрезов, отрабатывающих угольные месторождения с мощными пологими пластами, при различных стратегиях обобщены и приведены в таблице 2. При указанных значениях параметров достигается требуемый уровень технико-экономических показателей работы предприятия, и реализуются интересы инвесторов.
Особенностью открытой разработки горизонтальных или пологих пластов является постоянство глубины отработки и длины фронта вскрышных и добычных работ разреза. Таким
279
Таблица 1
Характеристики стратегий ведения горных работ
Характеристика Стратегия ведения горных работ
«А» «В» «С»
Цель и интересы инвесторов Поддержание приемлемой эффективности производства в кризисный период Достижение максимальной эффективности производства в краткосрочном периоде Стабилизация эффективности производства в долгосрочном периоде
Режим горных работ Минимальные объемы вскрышных и максимальные объемы добычных работ в краткосрочном периоде с сохранением среднего коэффициента вскрыши за счет сокращения извлекаемых запасов Значительная знакопеременная динамика объемов вскрышных и добычных работ в краткосрочном периоде при сохранении среднего коэффициента вскрыши и объема извлекаемых запасов Минимальная знакопеременная динамика вскрышных и добычных работ в долгосрочном периоде, с созданием резервов в благоприятные периоды отработки месторождения
Горизонт прогноза, годы 1-3 1-5 5-15
Извлекаемые запасы Только лучшие Лучшие и извлекаемые с высокой эффективностью Извлекаемые с высокой эффективностью
Направление инвестирования Операционная деятельность Поддержание производственных мощностей Воспроизводство и развитие производства
Уровень приемлемого риска травм и аварий Высокий Средний Низкий
Способ обеспечения эффективности и безопасности Горнотехнический Технологический Организационно-техноло-гический
Рис. 2. Режимы горных работ при реализации соответствующих стратегий «А», «В», «С»; Кв — коэффициент вскрыши
Таблица 2
Параметры горнотехнической системы разреза в зависимости от стратегии ведения горных работ
Стратегия ведения горных работ Параметр горнотехнической системы разреза
Отношение Квт/Квс Отношение Шрпф/Шрпп Отношение Пзф/Пзн Отношение Хтрф/Хтрп Результирующий угол рабочего борта карьера, град
«A» 0,4-0,5 0,6-0,75 ^ шт Не более 0,65 12-23
«B» 0,8-1,15 0,76-0,86 0,7 0,65-0,80 10-12
«С» 0,9-1,05 0,86-1,15 1,2 0,80-1,0 8-10
Примечание. Квт, Квс — текущий и средний коэффициент вскрыши, м3/т; Шрпф, Шрпп — фактическая и проектная ширина рабочей площадки, м; Пзф, Пзн — фактическое и нормативное значения подготовленных запасов, т; Хтрф, Ьтри — фактическое и проектное расстояние транспортирования горной массы, км.
образом, изменение режима горных работ в период эксплуатации достигается только изменением интенсивности ведения вскрышных и добычных работ на отдельных участках фронта, что в долгосрочном периоде обеспечивается созданием возможностей концентрации горных работ в эксплуатационных блоках с различным коэффициентом вскрыши. Для этого требуется создание соответствующей сети транспортных коммуникаций и поддержание достаточного для сосредоточения горно-транспортного оборудования количества рабочих площадок с рациональными параметрами [5].
В краткосрочном периоде требуемое соотношение вскрышных и добычных работ и их динамика обеспечиваются изменением ширины рабочих и нерабочих площадок, объема подготовленных запасов, а также изменением нагрузки на основное технологическое оборудование и дальности транспортирования. Дальность транспортирования напрямую зависит от длины фронта горных работ, путевого развития и организации движения, а также принятой схемы отвалообразования. Поэтому при реализации определенного режима горных работ целесообразно рассматривать эти параметры для каждого технологического блока.
Обоснованные характеристики стратегий ведения горных работ, основные параметры режимов горных работ, уровни
282
качества производственного процесса; а также горно-технические, технологические и организационные условия достижения рациональных режимов горных работ положены в основу разработанной методики выбора и обеспечения рационального режима ведения горных работ
На рис. 3 представлена общая схема реализации методики выбора рационального режима ведения горных работ на угольном разрезе.
Методика включает два блока: блок определения режима работ в соответствии с выбранной стратегии ведения горных работ и блок поддержания качества режимов горных работ на основе анализа факторов, влияющих на режим ведения горных работ, и блок формирования горно-технических и технологических условий для достижения рациональных параметров [5].
Рассмотрим более подробно, каким образом формируются условия для достижения рациональных параметров режима горных работ.
Рис. 3. Общая схема реализации методики выбора рационального режима горных работ
283
Соответствующий стратегии уровень промышленной безопасности и эффективности производства обеспечивается, в первую очередь концентрацией горных работ, под которой понимается уровень сосредоточения горно-транспортного оборудования и рабочих площадок с рациональными параметрами.
Способы концентрации горных работ на угольных разрезах можно условно разделить на две группы [6]:
- горно-технические — обеспечиваются пространственно-планировочными решениями, выбором количества рабочих площадок и их параметрами, оптимизацией транспортной инфраструктуры разреза;
- организационно-технологические — обеспечиваются повышением производительности горно-транспортного оборудования, созданием условий для повышения ритмичности работы.
С учетом конструктивных и технологических особенностей угольных разрезов с мощными пологопадающими пластами вообще и разреза «Бородинский», в частности, способы концентрации горных работ должны учитывать факторы, определяющие выбор решений (рис. 4).
Рационализация ширины рабочих — приведение ширины рабочих площадок в соответствие с промышленной безопасности и разработанных паспортов забоев. Это предполагает:
- постоянный мониторинг за ведением вскрышных и добычных работ;
- ежемесячный/ежеквартальный анализ работы экскаваторов и состояния рабочих площадок с учетом дополнительных объемов вскрышных работ;
- выполнение при необходимости дополнительных объемов вскрышных работ в случае отставания.
Решения по рационализации ширины рабочих площадок должны базироваться на контроле и оценке отставания/опережения вскрышных работ по участкам фронта работ и по глубине (табл. 3, рис. 5).
Рационализация использования оборудования предполагает повышение коэффициентов готовности и использования оборудования, снижение затрат на его эксплуатацию и ремонт [2, 3]. Решения по рационализации нагрузки на оборудование и результаты от их реализации представлены на рис. 6.
284
Факторы, определяющие выбор решений
Горно-геологические условия_
о
1. Наличие в угольных пластах:
1) породных пропластков;
2) породных мульд;
3) зон с пониженными качественными характеристиками (середина пласта, выхода);
4) крепких включений.
1. Шихтовка угля.
2. Селективная выемка.
3. Перевалка угля.
4. Прочие,
вспомогательные работы
Сезонность
Особенности ж.д. технологии
Комбинация транспортной и бестранспортной технологии
о
Увеличение объемадобычи угля в зимний период и снижение в летний
1 .Ограниченная пропускная способность:
1.1. Работа 2 экскаваторов на одном ж.д.пути;
1.2. Продолжительное время оборота локомотивосоставов.
2. Время на формирование и ликвидацию (зачистку) подпутевой бермы, трассы под ж.д. путь.
3. Время на переукладку, содержание и ремонт ж.д. путей.
1. Вскрытие пл. Б-П -бестранспортная технология ЭШ 10/70.
2. Добыча угля пл.Б-Н -транспортная технология ЭР-1250 №72, ЭКГ-4у №19 с применением буровзрывных работ как по добыче, так и по вскрыше.
ТУ
ту
Комплекс
ре
ш е н и и
1. Выполнение ремонтных работ горно-транспортным оборудованием, задействованном на добычных работах;
2.Выполнение вспомогательных, прочих работ;
3.Выполнение работ по выемке недоборов угля.
1. Устройство обменных пунктов 2 бис, 1 бис горизонта.
2. Подача
локомотивосоставов с 2 флангов по кольцевой схеме.
3. Приближение мест разминовки ж.д. составов к месту работы экскаваторов.
4. Подача 2-ух составов одновременно.
1. Сбыт высокозольных углей.
2. Опережающая подготовка взорванной горной массы за счет увеличения объемов одновременно взрываемого блока.
3. Качественное планирование взаимосвязи горных работ при данной комбинированной технологии.
Качество реализуемой угольной продукции
о
1. Крупность
2. Зольность %
3. Влага %
4. Теплота, ккал/кг
5. Прочие
ТУ
Формирование ассортимента продукции подзапросы потребителей 2 БР (высококалорийные, высокозольные) 2БПКО-
высококалоршЪше
2 БО - высококалорийные
2БМСШ-высококалорийные
ЗБР - высококалорийные
2Б - высококалорийные
Рис. 4. Технико-технологические решения по концентрации горных работ на разрезе «Бородинский»
Таблица 3
Выполнение плана по вскрышным работам (разрез «Бородинский»)
пп на 01.11.2014 г. План на 01.10.2015 г.
Перевыполнение Необходимо до проекта Перевыполнение Необходимо до проекта ,+/- к отставанию от 01.11.2014
0 1584 0 170 426 -426
2 0 2764 0 2300 464
4 0 1622 191 728 894
8 156 246 95 737 -491
12 0 468 102 713 -245
16 0 549 0 445 104
20 72 1121 846 0 1121
24 0 1202 73 524 678
28 20 530 0 967 -437
32 182 0 173 86 -86
36 1228 413 870 35 378
40 82 170 663 0 170
44 868 0 572 0 0
48 0 0 0 66 -66
52 0 0 181 44 -44
Площади всего 4192 9085 3936 7071 2014
Объем отставания, м3 1815136 3933805 1703501 3060329 873476,2
Общий объем с учетом перевыполнения, м3 2118669 1356828 761841
Рис. 5. Контроль параметров ширины рабочих площадок на разрезе «Бородинский»
Технико-технологические решения целесообразно реализовы-вать в сочетании с организационными, в качестве которых могут быть использованы стандартизация рабочих процессов и операций, повышение мотивации персонала; рациональная расстановка персонала по процессам и операциям, налаживание эффективно-
286
Повышение коэффициента технической готовности
О
1. Модернизация экскаваторного парка.
2. Создание аварийного склада запасных частей и оборудования на базе УРГО.
3. Повышение качества выполнения ТО бригадами на экскаваторах - разработка ремонтных карт на ТО
О
простоев
причине
1. Снижение времени аварийных отказов.
2. Уменьшение времени простоев по причине ожидания запасных частей.
3. Сокращение времени на ТО за счет жестких временных рамок и подробной инструкции на выполнение типовых работ.
Повышение коэффициента использования оборудования
Комплекс
решении
'1. Строительство дополнительного жд. пути 1 бис горизонта для работы двух экскаваторов ЭР-1250 № 72 и ЭРП-1600 №7 на одном горизонте с подачей локомотивосоставов под погрузку с 1 фланга.
2.Строительство дополнительного жд. пути 2 бис горизонта для работы экскаватора ЭР-1250 №53 и погрузчика Котами \VA-600 на одном горизонте с подачей локомотивосоставов под погрузку с 2-х флангов.
3.3а счет размещения породы в 4 бис и 11 бис отвалов сократить среднее расстояние дальности транспортирования вскрышных пород.
4.Приближение мест разминовок ж.д. составов к местам разгрузки по14 и 15 отвалам.
5. Строительство жд. тупиков (14 ходовой и 21 отвал) из б/у материалов ВСП для отстоя путевой техники.
У^б. Автоматизация пунктов обработки транспортных сосудов.^/
О
Повышение эффективности использования оборудования
О
1. Внедрение системы АСКО ПВ и радиометрических весов Макон-21 на роторных экскаваторах.
2. Внедрение электронного графика работы горного оборудования.
3. При простоях в ожидании обмена локомотивосоставов производить отключение синхронных двигателей на экскаваторах ЭРП-2500 №3 и ЭРП-2500 №4 оборудованных разгонными устройствами.
4,Остановка экскаваторов ЭКГ-4у №19 , ЭКГ-4у №201 и ЭКГ-4у №339 в часы утреннего максимума нагрузки.
5.Монтаж и наладка АСТУЭ на экскаваторах ЭР-1250 № 72 и 94, ЭРП-1600 № 5, ЭКГ-12,5 № 1 и 87, ЭКГ-8ус №22 и 28 .
Л
о
1. Сокращение времени простоя оборудования в ожидании подачи порожних вагонов и локомотивосоставов.
2. Сокращение средней дальности транспортировки вскрышных пород.
3. Уменьшение времени маневровых работ локомотивосоставов и путевой техники.
1.Снижение времени оборота вагонов за счет сокращения продолжительности коммерческого осмотра.
2. Сокращение расходов по ж.д. перевозкам максимальное использование грузоподъемности и исключение перегрузов вагонов.
3. Сокращение затрат на электроэнергию.
Рис. 6. Решения по рационализации нагрузок на оборудование на разрезе «Бородинский»
го производственного взаимодействия персонала, формирования системы учета и контроля результатов деятельности.
Разработанная методика является универсальной для всех режимов ведения горных работ и для стратегий «А», «В», «С» и позволяет:
- определить необходимые и фактические значения параметров разработки исходя из стратегии ведения горных работ, принятой и реализуемой на предприятии;
- оценить качество производственного процесса, факторы, влияющие на процесс;
- выявить «узкое звено» в производственном процессе;
- обоснованно выбрать наиболее эффективный метод его «расшивки» для обеспечения требуемых параметров безопасности и эффективности производства.
Таким образом, реализация режима горных работ на угольных разрезах с мощными пологопадающими пластами, обеспечивающего требуемую динамику соотношения вскрышных и добычных работ в долгосрочном периоде, достигается созданием возможностей концентрации горных работ в эксплуатационных блоках с заданным коэффициентом вскрыши, а обеспечивающего требуемую динамику горных работ в краткосрочном периоде — формированием резервной ширины рабочих и нерабочих площадок, объема подготовленных запасов, а также регулированием нагрузки на основное технологическое оборудование.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Артемьев В.Б. Стратегия организационно-технологического развития угледобычи в ОАО «СУЭК» / В.Б. Артемьев // Уголь. — 2008. — Спецвыпуск. — С. 11.
2. Черских О.И. и др. Проработка инструментария для эффективной организации производственного процесса на угледобывающем предприятии / О.И. Черских, М.Ю. Завьялов, М.В. Багрий, Андреев А.Б. и др. // Уголь. — 2014. — № 12. — С. 75-77.
3. Черских О.И. Повышение качества производственного процесса на угледобывающем предприятии / О.И. Черских // ГИАБ. — 2015. — № 5. — С. 296-305.
4. Черских О.И. Обоснование режимов горных работ на угольных разрезах с мощными пологопадающими пластами // ГИАБ. — 2015. — № ОВ5 (спец. выпуск 24). — 36 с.
288
5. Черских О.И. и др. Выбор режима горных работ на разрезе / А.В. Соколовский, О.И. Черских, А.И. Каинов, В.А. Пикалов // Уголь. — 2015. — № 10. — С. 81-82.
6. Черских О.И. и др. Технологическая стратегия и параметры развития горных работ на угольных разрезах СУЭКа / А.В. Соколовский, О.И. Черских, А.И. Каинов // Горный журнал. — 2015. — № 11. — С. 45-49.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Черских Олег Иванович — главный инженер, 1-й заместитель управляющего филиалом АО «СУЭК-Красноярск» «Разрез Бородинский им. М.И. Ща-дова», Красноярский край, Бородино, e-mail: CherskihOI@suek.ru
UDC 622.271
PROCEDURE TO SELECT TECHNICAL -TECHNOLOGICAL SOLUTIONS ON RATIONAL MINING MODE AT OPEN PIT COAL MINE WITH THICK GENTLY DIPPING SEAMS
Cherskih Oleg I., Chief Engineer, First Assistant Governor Branch OA «SUEK-KRASNOYARSK» «Opencast Coal Mine Borodinsky of M.I. Shchadov», Krasnoyarsk region, Borodino, e-mail: CherskihOI@suek.ru
The article presents the structure of the procedure for selecting technical - technological solutions on rational mining mode at an open pit coal mine with thick gently dipping seams, considering interests of investors.
The representative strategies of open pit mining of thick gently dipping seams, characterized by the purpose, mining mode, prediction horizon, investment orientation, extraction rate, efficiency maintenance method, acceptable injury and accident risk level, are described.
The production safety and efficiency level to be consistent with a strategy is ensured, first of all, by the mode and concentration of mining operations.
Regulation of a mining mode to attain and maintain rational parameters is to be ensured by the following: mining concentration, rational width of work areas and rational equipment load.
The required dynamics of overburden removal/coal extraction ratio in the long run is achieved by concentration of mining operations on the sites with the relevant stripping ratio; in the short run—by changing width of work areas and adjusting load of equipment.
289
Key words: mining strategy, mining mode, rational parameters, mining concentration, selection procedure for technical-technological solutions on rational mining mode, open pit coal mine.
References
1. Artem'ev V.B. Coal, Special Issue, 2008, pp. 11.
2. Cherskikh O.I., Zav'yalov M. Yu., Bagrii M.V., Andreev A.B. et al. Coal, 2014, no. 12, pp. 75-77.
3. Cherskikh O.I. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2015, no. 5, pp. 296-305.
4. Cherskikh O.I. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2015, special issue 24, no. 5, 36 p.
5. Sokolovsky A.V., Cherskikh O.I., Kainov A.I., Pikalov V.A. Coal, 2015, no. 10, pp. 81-82.
6. Sokolovsky A.V., Cherskikh O.I., Kainov A.I. Mining Journal, 2015, no. 11, pp. 45-49.
290
