CC BY
33
© А.Н. Иванов, В.О.Михеев, В.В.Агафонов, 2011
УДК 622.272.8:.001.57
А.Н. Иванов, В. О.Михеев, В.В.Агафонов
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ШАХТЫ С УЧЕТОМ ПОДДЕРЖАНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ГРУЗОВ
Приведены результаты исследований по моделированию горных работ (поддержание горных выработок и транспортирование грузов) при оптимизации технологической схемы шахты.
Ключевые слова: угольная шахта, моделирование, оптимизация, технологическая схема.
Среди экономико-математических описаний различных процессов и работ, выполняемых на шахте, наименее точны и надежны формулы затрат на поддержание горных выработок. Если объем поддерживаемых в течение одного года горных выработок установить относительно легко и однозначно, то стоимостная оценка поддержания выработки зависит от множества факторов, характеризующих в большей части условия поддержания. И что характерно: целый ряд факторов указывает на объем работ по поддержанию и тип крепления ремонтируемых выработок. Следовательно, их влияние логичнее перенести на объем поддерживаемых выработок, а не на стоимость единицы проводимых работ.
Тем более что некоторые факторы (например, глубина разработки) оказывают свое влияние на достаточно крупные участки, а иногда даже на всю выработку в целом.
Поэтому следует моделировать поддерживаемые выработки с учетом условий их расположения в массиве и характера технологической обстановки, не включая в модель стоимостные параметры. Объем поддерживаемых выработок определяется их числом, длиной и величиной сечений, а объем поддержания еще и коэффициентом Кус, учитывающим горно-геологические и технологические условия последнего. Понятно, что не весь объем поддерживаемых выработок ежегодно подвергается ремонту (поддержанию), а упомянутый коэффициент и показывает долю, часть общего объема имеющихся выработок, требующих поддержания. Его значения для различных групп выработок приведены ниже.
Сечения горных выработок определяют, используя данные табл..1.
Объем поддержания вертикального ствола
V = Кв Ств Т Е
под.в.ств ус в.ств в.ств ’
тгв.ств 11 ^ ^
где К ус - коэффициент, учитывающий условия поддержания и указывающий на
долю всего объема ствола, которая требует ремонта; Ьв ств -длина ствола, м; Ев ств -
2
площадь сечения ствола, м .
Горные выработки Коэффициент
Вертикальные стволы 0 - 0,3
Наклонные стволы 0,1 - 0,85
Капитальные, погоризонтные, транспортные квершлага 0,1 - 0,3
Этажные капитальные транспортные квершлаги 0,1 - 0,4
Этажные капитальные вентиляционные квершлаги 0,1 - 0,6
Участковые этажные квершлаги 0,1 - 0,6
Капитальные бремсберга, уклоны 0,1 - 0,5
Капитальные вентиляционные ходки 0,1 - 0,7
Главные (погоризонтные) откаточные штреки 0,1 - 0,8
Главные вентиляционные штреки 0,3 - 0,9
Выемочные откаточные штреки и уклоны, расположенные в массиве угля 0,2 - 0,5
Выемочные вентиляционные штреки, уклоны, расположенные в массиве угля 0,4 - 0,8
Выемочные штреки, уклоны, расположенные в выработанном пространстве 0,8 - 1,2
Выемочные штреки, уклоны, расположенные часть срока службы в массиве, а часть - в выработанном пространстве 0,7 - 1
Вентиляционные шурфы 0,1 - 0,4
Околоствольные дворы 0,1 - 0,5
Для главного вертикального ствола объем поддержания, м3, можно вычислять по следующей формуле:
V д = Кгств L (11,5+2,5А - 0,012А2 +0,05а 4 +0,02W)
под.г. ств ус г .ств ' ’ ’ ш.с ’ ш.с ’ “ сн4 ’ /
Для главного наклонного ствола:
Н
Vпод.н.ств = к;г^°^ (7,5+1,5АНс-0,012А1+0,1дсн4 +0,02Щ)
«П «н.с
Для капитальных, погоризонтных, транспортных квершлагов (без деления на блоки):
V под.*.» = К7^ (7,5 + 1,5Акв +0,1Ч сн 4 +0,01Щ))
sln «н.с
При делении шахтного поля на блоки полученный объем умножают на число блоков пбл находящихся в одновременной работе.
Для участковых вентиляционных квершлагов (без деления шахтного поля на блоки):
V под.вент.уЧ.кв = КУГ^ 1—------)пвп (5,5+1,25АКв + 0,15Чсн4)
^п «н.с
При делении шахтного поля на блоки данный объем умножают на число блоков в одновременной работе.
Для капитальных (панельных, блоковых) бремсбергов, уклонов:
V по^.укл = КРЛ6рПпан (7,5 + 1,5Акв +0,1Чсн4 +0,01Щ)
Для главных (погоризонтных) откаточных штреков:
\10Д,Ш =К-Ьгшпгор (7,5+ 1,54^0,1^+ 0,0100
Многовариантным параметром здесь является длина поддерживаемых главных откаточных штреков (в целом, всех штреков) L гш , м/год.
• При этажной (погоризонтной) схеме подготовки шахтного поля и обратном порядке отработки этажа (горизонта):
А, I
т —у, (<?________ч
г.ш гор(эт) V^ш п , )
^ртгКш ,
где пгор(эт) - число одновременно отрабатываемых горизонтов (этажей); Sшп - размер шахтного поля по простиранию, м; Ах - годовая добыча этажа (горизонта), т; X -
1гор( эт)
период эксплуатации этажа (горизонта), лет; Lгор - наклонная высота этажа (горизонта), м; т - мощность угольного пласта, м; у - плотность угля, т/м ; Киз -
коэффициент извлечения запасов при отработке этажа (горизонта).
• При этажной (погоризонтной) схеме подготовки шахтного поля и прямом порядке отработки этажа (горизонта)
А, (*„+*-1)
Т — ’«У*.*”) Р*3 \
Г.ш Т ГА )
где Крез - резерв времени, лет, Крез =0,2^0,5
При выемке запасов по простиранию величина 1эт кратна длине лавы, а при выемке столбами по падению-восстанию - высоте горизонта.
• При панельной схеме подготовки и обратном порядке отработки запасов шахтного поля:
Г =
\
и _1_ С* и
кр .ш.п п 1п.отр
2 2
Где $п - размер панели по простиранию, м; пкр.ш.п - число крыльев в шахтном поле, отрабатываемых одновременно; пп.отр - число отработанных панелей на момент определения длины поддержания штрека.
• При панельной схеме подготовки и прямом порядке отработки шахтного поля:
С
-- „ и. и + S п
г.ш 2 кр ш.п п п. отр
Отработка шахтного поля с делением на блоки конструктивно подобна отработке панелями. Поэтому длину главного штрека определяют по приведенным формулам.
Определение длины поддерживаемых основных вентиляционных штреков при центральной и центрально-отнесенной схемах вентиляции (обратноточная схема проветривания) осуществляют аналогично.
При фланговой схеме вентиляции формулы те же. Однако при обратном порядке отработки шахтного поля (без деления его на блоки) длина главного вентиляционного штрека на начало отработки равна половине длины панели (при панельной схеме подготовки) или длине лавы (при погоризонтной схеме подготовки) и увеличивается к концу отработки.
При прямом порядке отработки шахтного поля главный вентиляционный штрек вначале имеет максимальную длину, а затем по мере отработки запасов сокращается.
Длину выемочных штреков определяют в зависимости от варианта схемы подготовки, схемы проветривания и системы разработки (порядка отработки), повторности использования выемочных выработок.
• При погоризонтной схеме подготовки, столбовой системе разработки, обратноточной схеме проветривания, обратном порядке отработки:
А /
I — Кв-ук(бр) ( т ¡о, ч
под.в.ук(б р) ус У в.ст 1 ^ ) пв.ст
л / из
где A ( - нагрузка (добыча) очистного забоя, т/год; t - продолжительность работы
очистного забоя, лет; L вст - длина выемочного столба, длина горизонта по падению, м; пвст - число выемочных столбов в одновременной работе.
Если темпы подвигания забоев и параметры выемочных столбов отличаются, то длину поддержания выработок вычисляют по каждому столбу отдельно и результаты суммируют.
При прямом порядке отработки столбов:
I = 2 Квук^бр^1 п
под.в.ук(б р) ус в.ст в.ст
При сравнительно одинаковых условиях поддержания выемочных уклонов (бремсбергов) транспортных и вентиляционных полученные величины удваивают (умножают на число выемочных выработок в одном столбе). При этажной схеме подготовки, столбовой системе разработки, обратноточной схеме проветривания, обратном порядке отработки:
А»*
1лтуКь
_ гу Т^е.шт ( Т___________________(аз ч
под.в.шт ус У в.ст т тт- ) в
ту-в.шт -• -• ^ Т
где Кус - коэффициент условий поддержания штрека; ьвхт - длина выемочного
столба, м; 1л - длина лавы, м; пв ст - число выемочных столбов в одновременной работе.
• При этажной схеме подготовки, столбовой системе разработки, прямоточной схеме проветривания, прямом порядке отработки:
А, /
т = Квшт(21_________________-____
под.в.шт ус V в.ст т ТуГ ) в.ст
I туК
л / из
• При панельной схеме подготовки, столбовой системе разработки, обратноточной (центральной) схеме проветривания, обратном порядке отработки:
А, I
Т = ? АГ в шт / I__________¡03 \
под.в.шт ус У в.ст 7 )
I ту К
I из
• При панельной схеме подготовки, столбовой системе разработки, обратноточной схеме проветривания, обратном порядке отработки:
Т _ 7 К в шт Т У)
под.в.шт ус в.ст в.ст
• При панельной схеме подготовки, столбовой системе разработки, прямоточной (фланговой) схеме проветривания:
А, t
Т __ трелит (2 Г__________'а,
под.в.шт ус V в.ст » Тг ' в.ст
1т у К
л * из
Существуют и другие варианты сочетания факторов, определяющих длину поддержания выемочных выработок.
Для выемочных выработок, поддерживаемых весь срок службы в массиве угля, Кус = 0,2^0,5; поддерживаемых в выработанном пространстве,
Кус = 0,8^ 1,2; поддерживаемых часть срока службы в массиве, а часть срока в выработанном пространстве, Кус = 0,7^1.
Для околоствольных дворов объем поддержания, м3, вычисляют по формулам: при локомотивном транспорте
у„„д,.д = К^(\МШС + 859с„4 +\01¥ + 2400)
при конвейерном транспорте
V»«,.« = ^(МА,, + 859от4 + \0№ + 2400)
где Кус =0,1^0,5; Аш.с - мощность шахты, т/сут.
Располагая зависимостями для вычисления объема поддержания всех видов горных выработок, можно определить суммарный объем поддержания выработок шахты в целом.
Объем работ на подземном транспорте определяется грузопотоком и протяженностью транспортирования. Вследствие этого моделирование объемов транспортных работ сводится к моделированию протяженности транспортирования и величины грузопотоков,
^¡рр — ¡¡¡¡> ^ трл'^'тр «
где Кустр - коэффициент, учитывающий условия транспортирования и вид транспортных средств; Ьтр е - длина транспортной выработки (оборудованной транспортными средствами), км; Атр в - нагрузка на транспортную выработку, т/год.
Значения коэффициента условий транспортирования для различных транспортных горных выработок и видов транспортных средств приведены в табл. 2.
Протяженность транспортирования моделируют подобно протяженности поддерживаемых или проводимых выработок в зависимости от схем подготовки, систем разработки, порядка отработки выемочных полей.
Нагрузку на горную выработку моделируют или принимают в зависимости от нагрузки на очистные забои и забои проводимых горных выработок, которые в сумме обслуживаются той или иной выработкой.
Так, главный ствол пропускает весь уголь, добываемый на шахте, вспомогательный - грузопотоки породы, материалов и оборудования, главные транспортные штреки - грузопотоки угля, породы, оборудования горизонта, панельные штреки, бремсберги, уклоны соответственно нагружены потоками угля, породы, оборудования, материалов, связанных с панелью.
Таблица 2
1ЖШ1Ж1К1ЯХ1Х1Х1Х1Х1Х1Х1 ШШИМШ
1,0
IXIXIIXIXIXIXIXIXIIXIXIXIXIIXIXIIXIXIXI, IXIXIXIXIXIIXIXIXIIXIXIXIIXIXIXIXIIXIXIIXIXIXIXIXIXIIXIXIXIXIXIXI 1,3
wwmxixixmwxwtc, hwwxixixwtc и тюидашкшхм 1,3 - 1,5
«ЕИШЕЕЕЕЕЖИ МШЕЕИШЕЕИ МИМ, МЕЕЕЕИ МЕШМ 1,2-1,4
WWMWWKMM ^^ИИИШВИИИИИИИИИ, MXWWWIXTOMWWWM 1 - 1,2
^МХ|Х‘Х‘Х‘Х^1 ^ИаХШХ|Х|ХНХ1Х1ХМ WX>X>X>X‘X‘X‘X^> (^XNX1XM), 1 - 1,2
щщ 1,1 - 1,3
IXIXIIXIXIXIXIXIXIIXIXIXI IXIXIXIIXIXIXIIXIXIXIIXI, IXIIXIXIXIIXIXI, IXIXIXIXIXI IXI IXIXIXIXIXIIXIXIXI IXIXIIXIXIXIIXIXIXIXIIXIXI 1,1-1,2
ШІХШХШХШ ІХШХШХШМ, МІХШШ, ІХШХШХШ 1,2-1,5
IXIXIIXIXIXIXIXIXIIXIIXIXIXIXIXIIXI, IXIXIXIXIXIXI, IXIXIXIIXIXIXIXIXIXIXI 1,3-1,6
1,4-1,7
В итоге можно рассчитать по каждому варианту технологической схемы шахты общий объем транспортных работ в тонно-километрах за сутки или год. птш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------
Иванов Александр Николаевич - студент специальности ТПУ, кафедры Михеев Виталий Олегович - студент специальности СП,
Агафонов Валерий Владимирович - доктор технических наук, преподаватель, Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ГОУ ВПО КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
АРТАМОНОВ Павел Викторович Оценка долговечности несущих металлоконструкций карьерных автосамосвалов с использованием системы спутникового мониторинга GPS 05.05.06 к.т.н.
