CC BY
31
Ю.Н. Кузнецов, проф., д.т.н.,
МГГУ
НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ВОСПРОИЗВОДСТВА ОЧИСТНОГО ФРОНТА УГОЛЬНЫХ ШАХТ
Глубокое реформирование экономики России потребовало серьезных преобразований во всех сферах материального производства. Это в полной мере относится и к угольной промышленности страны, которая уже с 1995 г. реализует программу собственной реструктуризации.
Одной из главных ее целей является совершенствование структуры шахтного фонда отрасли с сохранением в его составе перспективных и стабильно функционирующих шахт, способных обеспечить на длительный период самофинансирование производственно-хозяйственной деятельности. Тем более что доля государственной поддержки в перспективе будет иметь в перспективе тенденцию неуклонного снижения. Изменение форм собственности во многом меняет и инвестиционную политику.
На внутрипроизводственном уровне угледобывающим предприятиям в первую очередь следует считать в качестве приоритетных направлений своей деятельности совершенствование горного хозяйства и повышение технического уровня производства. В этой связи особую актуальность приобретает проблема эффективности использования потенциала производственных мощностей шахт по добыче угля. Во многом результаты ее решения определяются степенью рациональности ведения процесса воспроизводства очистного фронта.
Вопросу обоснования характеристик процесса воспроизводства очистного фронта посвящено достаточно большое число работ, выполненных академическими и отраслевыми научно-исследовательскими организациями, а также коллективами вузовских ученых.
16
В МГИ-МГГУ теоретическая база решения этого вопроса была заложена основоположниками отечественной горной науки: Б.И. Бо-кием, Л.Д. Шевяковым, А.А. Ско-чинским, А.М. Терпигоревым, М.М. Протодьяконовым. На этой базе в последующие годы были сформированы творческие коллективы, возглавляемые П.В Авдуло-вым, А.С. Бурчаковым, Б.М. Воробьевым, А.П. Килячковым, Ю.Н. Кузнецовым, А.М. Малкиным, О.В. Михеевым, которыми были выполнены комплексные исследования в области совершенствования планирования развития горных работ и управления воспроизводством очистного фронта на угольных шахтах.
В работах, выполненных под руководством автора настоящей статьи, исходной посылкой являлась обязательность надежного и достоверного прогноза времени отработки запасов выемочных участков и времени подготовки линии очистных забоев в целях повышения эффективности процесса воспроизводства очистного фронта. При этом очистные и подготовительные работы рассматриваются как процессы, имеющие стохастический характер, а динамический резерв времени и надежность процесса воспроизводства очистного фронта как показатели, требующие экономического обоснования. Резерв времени является невосполняемым. В случае преждевременной подготовки очистной забой является резервным и служит для повышения воспроизводства очистного фронта. Естественно, что в случае отставания подготовительных работ необходимо принимать экстренные меры, связанные с дополнительными издержками.
Динамический резерв подготовки очистных забоев представ-
ляет собой оптимальное соотношение во времени подготовительных и очистных работ, которое необходимо для формирования экономически обоснованного календарного плана развития горных работ.
В результате теоретических исследований была разработана вероятностная модель надежности процесса воспроизводства очистного фронта, включающая субмодель управления этим процессом. Реализация вероятностной модели позволила установить зависимости оптимальной вероятности отсутствия потерь добычи угля и оптимального динамического резерва времени от надежности ведения очистных и подготовительных работ и от соотношения ущерба при дефиците и издержек содержания очистного фронта. Выполненные исследования явились основанием для объективной выработки рекомендаций по повышению уровня надежности процесса воспроизводства очистного фронта.
При формировании программ развития горных работ величину оптимального динамического резерва времени следует определять для каждого очистного забоя, что зависит от уровня качества прогнозирования темпов и надежности ведения горных работ. Несмотря на то, что динамическое резервирование является эффективным методом повышения надежности и снижения издержек процесса очистного фронта, все-таки последние составляют обычно довольно значительные суммы. Отсюда и следует необходимость поиска путей повышения уровня надежности и снижения издержек процесса воспроизводства очистного фронта при оптимизации не только динамического резерва времени, но и других параметров технологических систем угольных шахт.
ГИАБ
Во многом успешное решение этих задач возможно путем качественного составления прогнозных технологических карт подготовки и отработки запасов угля, повышения надежности горношахтного оборудования, уровня планирования, организации и управления производством. Очевидно, что развитие подготовительных горных работ по двум-трем направлениям существенно повышает надежность процесса воспроизводства очистного фронта. Об этом, кстати, свидетельствует опыт шахты «Распадская».
Целый ряд техникотехнологических решений, закладываемых в проекте строительства угольных шахт и новых горизонтов, может во многом снизить издержки производства на стадии эксплуатации. Так, расположение главных вскрывающих выработок на флангах шахтного поля позволяет отказаться от проведения параллельных (дублирующих) выработок и при подготовке запасов угля. Расстояние между главными подготавливающими выработками должно быть равно, а при большой глубине залегания угольных пластов кратно оптимальной длине выемочного столба, что обеспечит максимальную воспроизводящую способность технологической системы и минимально возможный объем проведения горных выработок. Таким образом, расширяется область применения прямоточного проветривания шахтного поля (выемочных столбов).
Большие потенциальные возможности заключены в нетрадиционных пространственно-планировочных решениях по вскрытию, подготовке и отработке запасов шахтных полей. Прежде всего в этом плане следует обратить внимание на восходящий порядок отработки запасов в пределах каждого пласта, а также пластов в свите. Изменение традиционного порядка отработки запасов отдельных элементов шахтного поля в существенной мере обеспечивает эффективное управление состоянием углепородного массива, ра-
3 Л 1999
ционализировать технологические схемы водоотлива и водопользования. Отсюда и упрощение топологии сети горных выработок, задействуемых в целях воспроизводства очистного фронта.
В качестве одной из наиболее прогрессивных схем подготовки очистного фронта с полным основанием можно рекомендовать схему, предусматривающую комбинацию коротких лав с длиннозабойными. При этом выемочный столб подготавливается к отработке пластовыми штреками, формируемыми в процессе выемки угля лавами длиной 40 и 60 м. Таким образом, каждый выемочный столб длиной до 200 м (а в будущем до 300 м) оконтуривается двумя короткими лавами, образующими две пары пластовых выработок. Последние затем оставляют для повторного использования на стадии отработки запасов лавами с широким фронтом. Данное технологическое решение применимо при разработке пластов мощностью 0,8...2,5 м и в рациональном варианте предполагает отработку запасов в прямом и обратном порядке.
Увеличение длин выемочных столбов и очистных забоев приводит к сокращению объемов подготавливающих выработок, уменьшению числа вводов-выбытий лав. Отработка запасов выемочных столбов с разворотом механизированного комплекса является фактором существенного снижения издержек не только на монтажно-демонтажные работы, но и на реализацию процесса воспроизводства очистного фронта.
Важным направлением снижения издержек процесса воспроизводства очистного фронта является снижение затрат на функционирование общешахтных подсистем (вентиляция, внутришахтный транспорт, подъем, технологический комплекс на поверхности, вспомогательные службы) с целью сокращения доли условно-постоянных затрат в себестоимости добычи угля.
Таким образом, оптимизация параметров технологических сис-
тем угольных шахт на стадии проектирования должна осуществляться с обязательным учетом издержек процесса воспроизводства очистного фронта. В этом аспекте наиболее перспективной представляется технология отработки запасов угля шахтами модульного типа.
Опыт показывает, что во многих случаях снижение издержек процесса воспроизводства очистного фронта может быть обеспечено при переходе на полевую подготовку запасов угля. Однако динамическое резервирование этого процесса дает должный эффект при проведении подготовительных выработок по породам с f = 4...10 по шкале проф. М.М. Протодья-конова комбайнами высокого технического уровня. Успешная реализация программ развития производства на перспективных шахтах отрасли может быть обеспечена уже в ближайшей перспективе за счет обоснованного выбора и эффективного применения при проведении пластовых подготовительных выработок отечественных и зарубежных комбайнов с высоким ресурсным потенциалом. К слову, уже в настоящее время на шахтах Южного Кузбасса около 90% всех выработок проводится комбайновым способом. В то же время уместно отметить, что применение высокопроизводительных проходческих комбайнов может обеспечить существенное увеличение темпов проведения горных выработок при рациональном формировании структур механизации рабочих процессов и операций, максимальном совмещении их во времени. Важное место в этой связи отводится вопросу механизации крепления проводимой выработки. Его успешное решение в первую очередь обеспечивается за счет обоснованного расширения области эффективного применения анкерной крепи, тем более что объективные предпосылки к этому имеются. Так, например, по утверждениям специалистов Кузбасса, в условиях шахт его Центрального района не менее 60% всего объема проводимых выработок
17
можно крепить металлической анкерной крепью в «чистом виде» и порядка 20% - анкерной крепью в сочетании с крепями рамной конструкции.
При обеспечении динамического резервирования процесса воспроизводства очистного фронта более полно реализуются возможности выполнения работ по дегазации и осушению подготавливаемых к выемке запасов полезного ископаемого. В последующем это позитивно скажется на уровне надежности и безопасности ведения очистных работ.
Определенные позитивы исходят из рационального использова-
ния участка монтажно-демонтажных работ. Так, в этом технологическом звене шахты могут производиться работы по выводу механизированного комплекса из монтажной камеры, первой посадке непосредственной кровли, периодическому «подсвежению» очистного забоя до перехода работ в него.
В заключение можно констатировать, что разработанные рекомендации по обоснованию уровня надежности соотношения очистных и подготовительных забоев позволяют объективно устанавливать рациональные объемы подготавливаемых запасов угля, определять приоритеты по на-
правлениям развития горных работ, эффективно управлять процессом воспроизводства очистного фронта. Экономическая же отдача от перехода на оптимальное динамическое резервирование надежности процесса воспроизводства очистного фронта выражается в снижении издержек от содержания очистных забоев при избытке объемов горноподготовительных работ и ликвидации ущерба при дефиците очистного фронта путем корректировки плана развития горных работ.
© Ю.Н. Кузнецов
