Определение расчетного срока службы этажа действующей угольной шахты Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 79 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1954 г.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО СРОКА СЛУЖБЫ ЭТАЖА ДЕЙСТВУЮЩЕЙ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ

В. В. ПРОСКУРИН

Годовая производительность шахты является главнейшим технико-эко-номическим показателем при ее проектировании, строительстве и эксплуатации. Она, как правило, принимается на весь расчетный (неполный) срок службы шахты или на срок до ее реконструкции и обеспечивается промышленными запасами в соответствующих границах шахтного поля.

Техническим проектом шахты устанавливаются основные параметры элементов шахтного поля: высота этажа, их количество, срок службы и промышленные запасы каждого из них. Последнее, особенно для нижележащих этажей, в проектах обычно принимается в эскизной форме. Поэтому при проектировании вскрытия нижележащего горизонта шахты нередко возникает вопрос уточнения или изменения промышленных запасов этажа и срока его службы против принятых ранее техническим проектом. Это чаще вызывается совокупностью следующих обстоятельств:

1) возможным изменением высоты этажа в связи с совершенствованием систем разработки, освоением новых более прогрессивных средств механизации и методов организации работ;

2) уточнением детальной разведкой промышленных запасов в целом и по категориям в границах этажа, принятого техническим проектом;

3) необходимостью и возможностью прирезки запасов за счет соседних участков;

4) дополнительными капитальными вложениями в связи с переводом шахты на работу с закладкой или в связи с уточнением ожидаемой метано-обильности угольных пластов (проведение вспомогательных стволов, околоствольных выработок, камер и проч.);

5) сокращением времени одновременной разработки двух этажей в период перехода горных работ на нижележащий горизонт и другие.

Учитывая изложенное выше, могут быть предложены к решению следующие две задачи:

1. Уточнить срок службы вскрываемого нижележащего этажа в связи с незначительными изменениями его промышленных запасов, против принятых в техническом проекте шахты.

Такую задачу можно решить, применяя известную формулу:

где I—расчетный срок службы этажа, лет;

Zэ — промышленные запасы этажа, т;

А — годовая производительность шахты, т.

Поскольку по условию Zэ — величина фиксированная, то и расчетный срок службы этажа £ получится также фиксированным.

2. Найти оптимальный срок службы вскрываемого нижележащего этажа; в связи с возможностью „неограниченного" изменения его промышленных запасов.

Такая постановка задачи вполне реальна, имеющая большое производственное значение, поскольку производительность труда по шахте и себестоимость тонны угля являются в некоторой степени функцией времени; она несомненно представляет и некоторый научный интерес в смысле новизны теоретической постановки вопроса.

Расчетный срок службы этажа в этом случае может быть определен, исходя из принципа наименьших затрат на 1 т его промышленных запасов. Как известно, этот принцип использовался в аналитических расчетах предыдущими исследователями [1;2;3] применительно к решению задачи по определению наивыгоднейших размеров шахтного поля по простиранию и падению. Используя в полной мере достижения предыдущих исследователей, считаем совершенно необходимым дополнить их при решении поставленной нами задачи еще двумя факторами:

1) учетом дополнительных эксплуатационных затрат, связанных с поддержанием этажа в рабочем состоянии в период перехода горных работ на нижележащий горизонт и 2) учетом количества и пропускной способности по проветриванию штреков групповых и обособленных в соответствии с действующими „Правилами безопасности в угольной и сланцевой промышленности".

Последнее является важным фактором при определении параметров разработки, особенно глубинных, как правило, метанообилъных, залежей, угля.

При решении поставленной задачи за типовые исходные данные для расчета приняты следующие: шахтное поле двухкрылое, схема вскрытия — центрально-расположенными вертикальными стволами и главными этажными квершлагами, промышленные запасы этажа равномерно распределены вдоль откаточных штреков, вертикальная высота этажа выбрана в. соответствии с уровнем развития горной техники и организации работ, вертикальная высота шахтного поля—по техническому проекту шахты; стоимости и объемы горных работ в расчетах должны приниматься по действующим нормам, сметам и единичным расценкам; стоимость поддержания горных выработок—по фактическим данным отработанного вышележащего этажа.

Стоимость работ, связанных с извлечением всех промышленных запасов этажа с учетом роста производительности труда и снижения себестоимости продукции за расчетный срок его службы, может быть выражена формулой:

где — средняя стоимость добычи 1 т угля по затратам, независимым от промышленных запасов этажа (очистная выемка, подъем, водоотлив и др.)* Й2 — средняя стоимость добычи 1 т угля по затратам, погашаемым промышленными запасами этажа или от них зависящим (проведение вскрывающих выработок, поддержание штреков, откатка и др.). Второе слагаемое уравнения (3) можно выразить так:

?Э . ^э ,

где <7з — средняя стоимость добычи 1 т угля.

Применительно к условиям поставленной задачи:

Яэ = Цх + Чъ

(2>

(3>

(4)

тогда выражение (2) примет вид:

Чэгэ^ЧхЪэ + ЪСи (5)

где С,- — затраты, погашаемые промышленными запасами этажа или от них зависящие.

Переходя к исчислению затрат С/ будем иметь в виду, что размеры горных выработок, их крепление и другие параметры в расчетах должны приниматься в соответствии с годовой производительностью шахты и уровнем механизации и организации работ того периода, к которому они будут относиться.

Итак, напишем все затраты, погашаемые промышленными запасами этажа или от них зависимые, в общем виде.

1. Проведение шахтных стволов в границах этажа

якств.к, (6)

где И Кств. — суммарная стоимость проведения и оборудования 1 пог. м. всех стволов в границах этажа; А — вертикальная высота этажа, м.

2. Проведение околоствольного двора, околоствольных выработок и камер

А (7)

где О — стоимость околоствольного двора и всех околоствольных выработок и камер в этаже.

3. Проведение главного квершлага

К™. - /, (8)

где #кб. — стоимость проведения 1 пог. м главного квершлага с закруглениями;

/ — длина главного квершлага, м.

4. Поддержание групповых обособленных штреков на откаточном и вентиляционных горизонтах

. —■* . 2 . 2 . Е Vштр ~ 5 Ь Е Гштр 9 (9)

где 5—длина шахтного поля по простиранию, м; I — расчетный срок службы этажа, лет; — суммарная стоимость поддержания 1 пог. м всех групповых и обособленных штреков на откаточном и вентиляционном горизонтах в год.

5. Транспорт грузов по штрекам

4 4

где аэ — коэффициент эквивалентных грузов, учитывающий транспорт породы, закладки, материалов и оборудования; (¡штр —стоимость транспорта по штрекам за тоннометр.

6. Энергия на передвижение воздуха по штрекам. Будем иметь в виду центральную схему проветривания. В нашем случае путь передвижения

п 5

воздуха по откаточным штрекам в каждом крыле изменяется от О до —

5 5

и в среднем равен —. То же по вентиляционным штрекам--; в

4 4

5 с

каждом крыле — ив пределах одного этажа о. 2

При подаче в шахту воздуха С}ш м^/сек на одно крыло будет посту-пать —^—, в один штрек

- мъ\сек, (11)

2 Пштр

где С1ш — количество поступающего воздуха в шахту, м^/сек;

Пштр — количество групповых и обособленных штреков на одном крыле. Стоимость энергии на передвижение воздуха по горной выработке за весь срок ее существования будет равна [3, 41]:

а.Ра./б.<Уа. 24.365.4.Т (12)

102&»т1

где а — коэффициент сопротивления горной выработки движению воздуха; Р6 — периметр горной выработки, щ I — длина проветриваемой выработки, м;

С? — количество воздуха, протекающего по выработке, мА!сек\ & — время проветривания, лет; Т — стоимость 1 квтч, электроэнергии;

площадь поперечного сечения выработки, м2; /] — к. п. д. вентиляционной установки. Применительно к рассматриваемой задаче и учитывая, что длина крыла

равна средний путь движения воздуха на откаточном горизонте

2

—, два крыла и два горизонта из (12), имеем: 4

1е - .2.2 = 5. 2.2

Из предыдущего (11 и 12) имеем:

а- ^

но

2 Пштр К

0.ш

А . д ,СУ

тогда

300 . 60 к. д. Су

- * у-(13>

300 . 60.2 . пштр

где д — минимальное количество воздуха на 1 т суточной добычи в м?/мин в соответствии с метанообильностью шахты; Су — коэффициент, учитывающий утечки воздуха и проветривания резервных очистных забоев; 300 — число рабочих дней шахты в год. Наконец, из выражения (12) следует, что

В принятых обозначениях стоимость энергии на передвижение воздуха для проветривания всех групповых и обособленных штреков откаточного и вентиляционного горизонтов за расчетный срок службы этажа составит:

а. Яб. 24.365.-r / А . д . Су

102 . 53е . Г1 \ 300 . 60 . 2 Пштр /

Обозначим:

с о.. Ре. 24.365 . т / к .д .Су \3 штр 102.5/71 \ 300 . 60 . 2яшт„ /'

ГДе Сштр— стоимость проветривания \ пог.м всех групповых и обособленных штреков откаточного и вентиляционного горизонтов этажа в год. Тогда получим:

Сштр . 5 . (16)

7. Часть стоимости всех поверхностных сооружений шахты, погашаемой запасами вскрываемого нижележащего этажа

Вк

Н

(17)

где В — стоимость всех поверхностных сооружений шахты, погашаемая запасами всего шахтного поля;

Н — разность абсолютных отметок верхней и нижней границ шахтного поля или вертикальная высота шахтного поля в м, принятая в техническом проекте шахты.

8. Часть стоимости проведения и оборудования всех шахтных стволов от земной поверхности до уровня верхней границы шахтного поля, погашаемая запасами вскрываемого нижележащего горизонта

(18)

Н

где БК0 — суммарная стоимость проведения и оборудования 1 пог.м всех шахтных стволов от земной поверхности до уровня верхней границы шахтного поля; Я0 — расстояние от устья шахтных стволов до уровня верхней границы шахтного поля, м. 9. Дополнительные эксплуатационные расходы, связанные с одновременной работой двух этажей в период перехода горными работами на нижележащий из них. Сюда относятся:

ах — расходы по обслуживанию околоствольного двора (содержание стволовых, их помощников, машинистов опрокидов, лебедчиков, камеронщиков, дежурных электрослесарей и др.); а2 — расходы по обслуживанию транспорта на горизонте (содержание электровозного депо, ремонт пути, регулирование движения, учет поступающих грузов и др.); аг — расходы по обслуживанию вентиляционного хозяйства горизонта (содержание вентиляционного надзора, дверовых, рабочих по вентиляции и др.);

а4 — дополнительные расходы энергии по подъему грузов и маневрам,

по водоотливу, по перепробегу электровозного парка и др.; а5 — расходы по поддержанию выработок за время одновременной работы двух этажей.

Если обозначим Е а = ах -]- а2 + а3 + а4 -{- #5» (19)

то имеем: Еа . £0, (20)

где Еа— дополнительные эксплуатационные расходы, связанные с одновременной работой двух этажей, в год; ¿о — период одновременной работы двух этажей, лет.

Имея в виду, что

2э = А.^ К

к и 5 - ^ ' * ' 5*п а 81па И — Л£РС '

где кн — наклонная высота этажа, м\ а —угол падения свиты пластов; Р — производительность пласта, т/м2;

С — коэффициент извлечения полезного ископаемого, формула (5) после преобразований примет вид:

, 2 Кств .Ь . О . Ккв . I . £ эШ а . Е гштр

Яэ = Я 1 + • - -г "г—г и--;—:--1--. ^ пг>-

А.£ к Л А. I ЛЕЯС

, А I (1 + аэ) Яштр . 51П а | Сштр • Ь . эш а В . к

+

4АЕ РС

кЪРС Еа . ¿0

Н.кЛ

I ЪК0Н0.к__,

Н.КЛ А А •

Из уравнения (21) видно, что

Я э =/(*)•

Решая уравнение /'(¿) = 0, находим минимум этой функции:

(21)

Е/С

с/гае

л

л

А . ¿2

4. г2

Ккв ■ I Е • 51П а |

Л . Р

/гЕРС

. л (1 + аэ )дШтр . эт а Сштр . эт а . В .к

Н--гттгтг^;--1--пгтг^--Ь

4 ЛЕРС

Е Л"0 . Я0 . к

+

ЛЕРС Еа . *

Н .АЛ2

+

о _

Н .А Л2

АР

= 0,

отсюда

/

И НЪРС

/V 1 \ | Л (1 ^ ' штр ^штр ) 4 Л БШ а

лет.

(22)

Пример. Для шахты А (крутое падение) по проекту было принято:

Шств=\Ш0 руб.,

к = 100 м,

£> =12870000 руб,

КК, =2700 руб.,

I =920 м,

Ъа =1184400 руб.,

tй =5 лет,

В =48000000 руб. Ша = 18400 руб., Н0 = 50 м, а = 65°, 81П 65°= 0,9063, Н =400 м,

^^ штр == 108 руб.,

аэ — 0,25,

0,00095 руб., ЕРС — 60,8 т/ж2, Л = 1500000 т, д ==1,0 м^\жан на 1 т суточной добычи,

^ , с ^ 0,0015.12,8.24.365.0,13 / 1500000.1.1,5 \3

Су = 1,5 и Сштр = —-_ 1 _ — д--—( ...____ 1 = 4,02,

102.9,53.0,53

300.60.2.3

¿ =

[(18400.100+12870000+2700.920 + 1184400.5) + ^<>(48000000+18400.50) 1 400 100.60,8,

+ 1500000(1 +0,25) 0,00095 " 4 1500000.0,9063

Ь— 17,75 лет, по проекту принято ¿=18 лет.

Исследуем уравнение (21) qъ — q\Jrf(t) по расчетным данным, приня тым в примере. Последовательно задаваясь величиной получим:

Таблица

Л лет 10 15 18 20 25

1 2 3 4 5 6

(В рублях)

^Кств . Л А . * 0,1226 0,08175 0,068 0,0613 0,049

О АЛ 0,858 0,572 0,4767 0,429 0,343

Ке.1 АЛ 0,1656 0,1104 0,092 0,0828 0,0662

¿^"•ЪГштр 0,16 0,24 0,288 0,32 0,4

А.Ц1+аэ) цштр . 51ПС( 4 Л 2 РС 0,66 0,99 1,188 1,32 1,65

Сштр .'.81па Л 2 РС 0,006 0,009 0,0108 0,012 0,015

В . Л И.АЛ 0,8 0,54 0,4445 0,4 0,32

И.АЛ 0,015 0,01 1 1 0,0084 0,0075 0,006

га . /0 АЛ 0,3948 0,2632 0,2193 0,1974 0,1579

1 2 3 4 о 6

Яэ = ?1-г ....... 3,18 2,82 2,80 2,83 3,01

Отступления от минимальной в руб. на 1 те . . ...... 0,38 0,02 0,03 0,21

Промышленные запасы 2Э — А . / в млн. т 15,0 22,5 27,0 30,0 37,5

Перерасход при отступлении от наивыгоднейших размеров в млн руб. на этаж..... 5,7 0,45 — 0,9 7,875

В таблице на частном примере показано влияние отдельных факторов на выбор оптимального срока службы этажа. Влияние отдельных факторов для различных условий имеет и различную значимость; например, при разработке глубинной залежи и исключительно метанообильного угля значимость фактора проветривания среди других резко возрастает; то же можно сказать и при переводе шахты на работу с закладкой и др.

Заключение

1. В аналитических расчетах по определению основных размеров элементов разработки угольных месторождений впервые дано решение о нахождении рационального срока службы этажа при вскрытии нижележащего горизонта.

2. В формулах по определению главнейших параметров шахтного поля следует учитывать дополнительные расходы, связанные с одновременной работой двух этажей, а также количество групповых и обособленных штреков и их пропускную способность по проветриваьню.

3. Формула (22) может быть использована в практической деятельности проектирующих организаций и в учебной работе в горных вузах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Попов А. С. Установление годовой производительности и размеров поля для индивидуальной шахты по разработке каменноугольных месторождений. Издатбюро МГИ, 1934.

2. Звягин П. 3. Проектирование и расчеты элементов разработки пластовых месторождений. ОНТИ, 1935.

3. Ш е в я к о в Л. Д. Основы теории проектирования угольных шахт. Углетехиздат, 1950.