Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Анализ производственно-технического и социально-экономического состояния шахтного фонда России 9
1.1. Производственно-техническое состояние шахтного фонда России 9
1.2. Социально-экономическое состояние шахтного фонда 21
1.3. Состояние промышленно-экологической безопасности 22
1.4. Особенности формирования основных тенденций угледобычи с учетом производственных мощностей 24
1.5. Сопоставительная оценка шахтного фонда России и угледобывающих стран мира 29
Выводы по главе 1 38
Глава II. Анализ методов и критериев оптимальности, использующихся при оптимизации параметров шахт 40
2.1. Анализ теоретических и практических исследований в области оптимизации параметров шахт (производственной мощности) 40
2.2. Особенности принятия решений при проектировании шахт 56
2.3. Методы принятия решений 63
2.3.1. Методы принятия решений, основанные на исследовании целевой функции на экстремум 63
2.3.2. Методы программирования решений задач при определении параметров шахты 65
2.3.3. Методы статистического анализа и прогнозирования: установление экономического, прогрессивного уровня качества количественных параметров 74
2.3.4. Методы теории графов 77
2.3.5. Метод вариантов и экономико-математического моделирования 79
2.4. Показатели эффективности проектных решений и работы шахт (Критерии оптимальности) 84
2.4.1. Общие понятия о критерии оптимальности 84
2.4.2. Экономические показатели, рекомендуемые для оценки эффективности реализации инвестиционных проектов в угольной отрасли 91
2.4.3. Критерии оптимальности при принятии стратегических решений в условиях неопределенности информации и принятия решений при риске 100
2.5. Процесс принятия решений в условиях неопределенности информации.. 104
Выводы по главе 2 110
Глава 3. Анализ влияния разрушающих и стабилизирующих факторов на производственную мощность 112
3.1. Метод главных компонент факторного анализа 112
3.2. Методические положения интегральной оценки главных компонент факторного анализа 122
3.3. Интегральная оценка главных компонент факторного анализа 126
Выводы по главе 3 130
Глава 4. Обоснование и расчет проектной мощности шахты 131
4.1. Актуальность и технологическая постановка задачи 131
4.2. Методические положения формирования производственной мощности шахты при вскрытии новых горизонтов 135
4.3. Основные аспекты обоснования производственной мощности технологических структур «шахта-лава», «шахта-пласт» 140
4.4. Математическая постановка задачи определения мощности шахты 155
4.4.1. Принятие стратегических решений в условиях неопределенности информации 158
4.4.2. Прогнозирование технико-экономических показателей с использованием динамических моделей регрессии 169
4.4.3. Блок-схема алгоритма 173
4.5. Расчетная часть с анализом результатов расчетов. Обоснование и расчет производственной мощности предприятий первоочередной отработки запасов Апсатского каменноугольного месторождения 177
4.6. Выбор значения мощности шахты (принятие решения) 181
4.7. Разработка стратегии устойчивого поддержания мощностей действующих шахт Кузбасса и некоторые технологические аспекты программы стабилизации работы 195
Выводы по главе 4 203
Заключение 205
Список использованной литературы 208
- Особенности формирования основных тенденций угледобычи с учетом производственных мощностей
- Методы статистического анализа и прогнозирования: установление экономического, прогрессивного уровня качества количественных параметров
- Методические положения интегральной оценки главных компонент факторного анализа
- Основные аспекты обоснования производственной мощности технологических структур «шахта-лава», «шахта-пласт»
Введение к работе
Актуальность работы. Анализ современного состояния шахтного фонда угольных компаний России в сочетании с методологией оптимизации стратегических вариантов эффективного функционирования и развития, оставаясь недостаточно исследованным, в настоящее время получил новое содержание.
Определение приоритетных направлений и экономико-технологических решений по эффективному развитию отрасли, которые должны соответствовать сценариям формирования экономики и топливно-энергетического комплекса России, предопределило необходимость решения топливно-сырьевой проблемы не только с позиции отраслевой и потребительской эффективности, но главным образом с учетом многомерности происходящих структурно-экономических изменений во всех народнохозяйственных системах развития экономики (финансовой, транспортной, экономической, экологической, энергетической, научно-технической, социальной) в условиях специфики рыночных отношений.
Угольная отрасль России в настоящее время находится в третьей, завершающей стадии реструктуризации шахтного фонда. Одной из основных задач реструктуризации является создание тщательно сбалансированного, оптимального по своей производственной мощности и технологической структуре шахтного фонда угольных компаний. Итогом реформирования отрасли становится создание конкурентоспособных высокоэффективных горнодобывающих предприятий, увеличение доли угля в топливно-энергетическом балансе на базе имеющихся запасов угля, технологического и экономического ресурсного потенциалов.
В ходе реструктуризации отрасли отчетливо проявились сложности реализации и задачи повышения уровня полноты использования производственного потенциала шахт перспективных и стабильно работающих, что связано с высоким риском ошибочных решений по совершенствованию технологической подготовки производства в условиях значительной неопределенности исходной информации, что не позволяет шахтам адаптироваться к новым условиям и изменениям внутренней и внешней среды функционирования.
Особую значимость приобретают вопросы обоснования, необходимости и целесообразности нагружения производственной мощности технологических
схем перспективных и стабильно работающих шахт на базе системного подхода к оценке их ресурсного горно-геологического, технологического и экономического потенциала, а также объемов нагружения с выходом на показатели функционирования технологических схем, соответствующие мировым стандартам угледобычи, с учетом коньюктуры рынка по сбыту угольной продукции при стабильной инвестиционной привлекательности.
Учитывая методологическую ориентацию диссертации на исследования в обозначенном направлении, ее тематику с полным основанием следует квалифицировать как актуальную.
Задачи исследований формулируются следующим образом:
анализ условий работы и результатов функционирования технологических систем шахт угольной отрасли России и степени изученности вопроса в области применения расчетных методов по определению производственной мощности шахты;
- выявление стабилизирующих и разрушающих факторов, влияющих на
величину производственной мощности угольных шахт;
-разработка методических положений процедуры нагружения технологических систем шахт с необходимым ресурсным технологическим и экономическом потенциалами с учетом их развития и функционирования в условиях рыночной среды;
-разработка методики обоснования оптимальной производственной мощности шахты в условиях неопределенности в большей мере горногеологической информации и принятия решений при риске;
-разработка методических рекомендаций по выявлению резервов нагружения производственной мощности технологических систем шахт с целью повышений конкурентоспособности на базе имеющихся резервов в пропускных способностях транспорта-подъема и вентиляции;
-выявление резервов нагружения производственной мощности технологических систем шахт угольных компаний России с учетом динамики горно-геологических условий эксплуатации и эксплуатационных возможностей горнодобывающей техники;
- апробация результатов исследований.
Целью диссертации является выявление технологических резервов повышения конкурентоспособности технологических систем угольных шахт на базе методических положений обоснования производственной мощности шаХт
с учетом специфики рыночных отношений и формирования стратегии устойчивого ее поддержания в условиях неопределенности горногеологической информации.
Основная идея диссертации заключается в реализации системного подхода к формированию методической базы обоснования реальных резервов повышения производственной мощности шахт в условиях неопределенности горно-геологической информации с учетом разрушающих и стабилизирующих факторов разработки угольных пластов.
Методы исследований: при выполнении исследований использовался комплекс методов, включающий научное обобщение, анализ передового опыта результатов ранее выполненных исследований, аналитические исследования, методы теории игр, метод вариантов, метод многокритериальной оптимизации, комплекс методов математической обработки статистических данных угольных шахт.
Научные положения, разработанные лично соискателем:
1. Определяющим условием необходимости и целесообразности
разработки процедуры выбора резервов нагружения производственной
мощности технологических систем для компенсации потерь добычи при
закрытии (консервации) шахт является необходимость поиска нетрадиционных
технологических решений повышения конкурентоспособности в условиях
рыночной экономики;
-
Объективность и надежность эффективной процедуры обоснования оптимальной производственной мощности шахты в условиях неопределенности в основном горно-геологической информации обеспечивается за счет комплексного корректного применения в качестве базовой целевой функции элементов аналитической формулы, минимаксного критерия Сэвиджа и коэффициента корректировки, учитывающего степень достоверности исходных данных и степень неопределенности горно-геологической информации;
-
Устойчивое функционирование шахтного фонда угольных компаний обеспечивается сбалансированностью шахт с разной технико-экономической эффективностью, находящейся в зависимости от своевременного перераспределения мощностей и высвобождаемых финансовых ресурсов со скорой отдачей финансовых вложений;
-
Длительная конкурентоспособность технологических систем шахт в рыночной среде достигается вследствие реализации стратегии устойчивого
поддержания производственных мощностей угольных шахт, при этом величина дохода пропорциональна приросту добычи и реализуется на предприятиях с гибкими технологическими системами, адекватными к изменениям внешней среды функционирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложено резервировать степень нагруження производственных мощностей технологических систем высокоэффективных шахт, оценивать с помощью комплексного применения аналитической формулы, минимаксного критерия Сэвиджа и коэффициента корректировки, отражающего в смысловой интерпретации степень достоверности исходных данных, и в особенности степень неопределенности исходной горно-геологической информации;
разработана аналитическая модель восполнения потерь добычи от закрытия низкоэффективных шахт соответствующим нагружением высокоэффективных на базе реального отражения влияния основных горногеологических характеристик и параметров с известной долей неопределенности и неоднозначности исходных данных;
предложена цельная методика обоснования и расчета оптимальной производственной мощности шахты с учетом неоднозначности и неопределенности горно-геологической информации в детерминированной и вероятностной постановках с реальным отражением в аналитической модели влияния основных горно-геологических условий и технологического оснащения очистных забоев.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
достаточным и представительным объемом статистической информации о работе угольных шахт отрасли;
корректным использованием современных методов исследований;
- результатами реализации аналитической модели восполнения потерь
добычи применительно к технологическим системам шахт угольных компаний
отрасли.
Научное значение диссертации состоит в разработке методических положений обоснования процедуры нагружения технологических систем высокоэффективных шахт в условиях рыночной экономики и работоспособной методики обоснования надежного и объективного уровня производственной мощности угольных шахт.
Практическое значение работы состоит в определении резервов нагружения технологических систем шахт угольной отрасли с учетом горногеологических условий эксплуатации и эксплуатационных возможностей горнодобывающей техники.
Реализация работы. Выявленные резервы нагружения технологических систем шахт угольной отрасли приняты к использованию ОАО «СУЭК-Кузбасс» при обосновании и разработке перспективных планов и проірамм развития горного производства на текущий период времени и на длительную перспективу.
Апробация работы. Основные положения диссертации были обсуждены и получили одобрение на научных симпозиумах в рамках «Недели горняка», проводимых в Mil У (Москва, 2006-2010 гг.) и на научных семинарах кафедры ПРПМ МТТУ (Москва, 2006-2010 гг.).
Публикации. На тему диссертации опубликовано четыре научные статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Обьем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 48 рисунков, 45 таблиц и список литературы из 92 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность профессору, д.т.н. В.В. Агафонову за оказанную методическую помощь.
Особенности формирования основных тенденций угледобычи с учетом производственных мощностей
В рассматриваемой перспективе базовыми угольными бассейнами останутся Кузнецкий и Канско-Ачинский, а также часть разрабатываемых угольных месторождений в Сибири и на Дальнем Востоке. Новые месторождения угля («Сейдинское» - в Республике Коми, «Элегестское» - в Республике Тыва, «Эльгинское» - в Республике Саха (Якутия), «Огоджинское» - в Амурской области) рассматриваются как перспективные для разработки в период 2025-2030 гг.
Однако для сырьевой базы России характерен ряд особенностей, которые непосредственным образом формируют тенденции в угледобыче на обозримую перспективу: - отсутствие перспективы развития для действующих угольных бассейнов в Европейской части страны и на Урале; - вероятность достижения предельных уровней добычи угля в Кузбассе по ресурсной обеспеченности и логистике; - ограниченность возможностей по добыче ценных марок углей и постепенное ухудшение сырьевой базы действующих месторождений; - невозможность увеличения эффективности угледобычи за счет увеличения доли открытого способа добычи на действующих угольных бассейнах и месторождениях; - угроза невозможности разработки новых угольных месторождений из-за отсутствия необходимой инфраструктуры; - недостаточность инвестиционных средств у действующих угольных компаний для реализации масштабных инфраструктурных проектов по развитию ресурсно-производственного потенциала угольной промышленности. К числу основных проблем в области ресурсного потенциала угольной промышленности следует отнести отсутствие в последние 10 лет масштабных геологоразведочных работ. В этот период геологоразведочные работы были локализованы в районах действующей угледобычи, а необходимых исследований на новых месторождениях не проводилось. В результате - отсутствие необходимой геологической информации о структуре и характеристиках запасов на новых месторождениях в условиях приближения предельных уровней добычи угля в Кузбассе. По ресурсной обеспеченности и логистике - ограничение в ближайшее время возможностей наращивания добычи особо ценных и дефицитных марок углей в Кузбассе может стать одним из основных сдерживающих факторов в развитии угольной промышленности. Описанную ситуацию характеризует и динамика изменения производственных мощностей по добыче угля, которая является одним из доминирующих факторов развития угольной промышленности последних 5-6 лет. За период с 2001 по 2007 г. производственные мощности увеличились на 84,7 млн. т., т.е. более чем на 30 %, и составили на 01.01.2007 352,2 млн. т. Общий ввод производственных мощностей в этот период составил 154,6 млн. т., выбытие - 74,4 млн. т. Увеличение производственных мощностей произошло за счет практически равного роста мощностей на открытых и подземных работах, соответственно на 6,2 и 7% в год. Основное увеличение производственных мощностей произошло, в основном, за счет освоения сырьевой базы Кузнецкого угольного бассейна (10,7% в год), на территории которого в 2001-2007 гг. было введено 95,9 млн. т. новых мощностей, а выбытие составило 23,8 млн. т. К началу 2007 г. производственные мощности в Кузбассе составили 179,4 млн. т. (см. рис. 1.16). С позиций развития производственного потенциала на действующих месторождениях угольной промышленности и управления качеством угольной продукции актуальными являются следующие проблемы: - ввод новых мощностей на предприятиях угольной промышленности характеризуется первоначальной отработкой мощных пластов, что при ограниченном объеме запасов на большинстве новых участков может привести к резкому ухудшению экономических показателей работы угольных предприятий; происходит недооценка категории качества углей по всей технологической цепи (от добычи угля до его конечного использования) и как следствие - снижение конкурентоспособности угольной продукции; наблюдается искажение целевых ориентиров в развитии промышленности из-за отсутствия обязательной оценки произведенной продукции в единицах тепловой энергии наряду с метрическими показателями объемов. В свою очередь, изменение производственных мощностей непосредственным образом влияет и на результаты работы угольных предприятий в части добычи угля. Как и предусматривалось в Энергетической стратегии до 2020 г., удовлетворение потребности экономики страны в угольном топливе связано, прежде всего, с развитием добычи угля в бассейнах федерального значения Кузнецком и Канско-Ачинском. Некоторое развитие получила добыча на месторождениях Восточной Сибири (Мугунское, Тугнуйское). В 2000-2008гг. увеличение объемов добычи происходило фактически по сценарию интенсивного развития и даже несколько выходит за его рамки. Объемы добычи углей подземным способом существенно (на 10-18 млн. т.) превзошли прогнозируемый уровень и этот разрыв имеет тенденцию к увеличению. Общие объемы добычи с 2000 по 2008 г. увеличились с 257,9 до 340,4 млн. т. в год, т.е. на 82,5 млн.т, или на 32 %. Добыча углей для коксования также стабильно превышает прогноз, однако в данном случае основным ограничителем выступает ресурсная база, поэтому тенденция роста, которую диктует рынок, нивелируется выбытием производственных мощностей в силу исчерпания запасов коксующихся углей. В результате уровень добычи коксующихся углей относительно стабилен и находится в диапазоне 65-75 млн. т. Добыча угля в Печорском и Донецком бассейнах, имеющих региональное значение и характеризующихся высоким уровнем производственных затрат на добычу, после снижения в 2000-2001 гг. поддерживается на уровне 8-10 млн. т. в Печорском и 4-5,5 млн. т. в Донецком бассейнах, в основном за счет печорских коксующихся углей и донецких антрацитов. В результате к настоящему моменту, с точки зрения эффективности управления производством, четко выделяются три группы компаний: - высокоэффективные, как правило, входящие в крупные финансово-промышленные холдинги и ориентированные либо на производство коксующихся углей, либо на экспорт высококачественных энергетических углей; - самостоятельные компании, вынужденные осуществлять свое развитие в условиях конкуренции с крупными холдингами; - предприятия, имеющие низкую, часто отрицательную, рентабельность реализации, но играющие важную социальную роль в своем регионе. Таким образом, с позиций обеспечения эффективной работы для угледобывающих компаний характерны следующие проблемы развития: - увеличение объемов добычи происходит в основном за счет увеличения добычи каменных углей высокого качества, которые преимущественно ориентированы на экспортные поставки; - в результате интенсивной выемки наиболее качественных коксующихся углей с «хлебных» пластов ресурсная база предприятий угольной промышленности стремительно ухудшается и даже ситуация существенного дефицита ценных марок углей не способна привести к увеличению их добычи.
Методы статистического анализа и прогнозирования: установление экономического, прогрессивного уровня качества количественных параметров
Сущность статистического метода сводится к тому, что на основании экспериментальных или отчетных данных с помощью совокупности логических и математических операций устанавливают характер изменчивости и статистическую связь явлений. Например, при изучении влияния нагрузки на очистной забой или шахту на изменение производительности труда рабочего устанавливают в первую очередь характер зависимости производительности труда от этих факторов. Можно в виде эмпирической формулы выразить статистическую связь между изучаемыми величинами [46,47, 48].
К подбору исходного материала для статистической выборки предъявляют определенные требования: данные должны быть качественно однородными, их число необходимо иметь возможно большим, во всяком случае не менее 20 - 25 наблюдений по каждому параметру; при подборе данных необходимо полностью исключить субъективные устремления или наклонности исследователя.
Исходный материал формируют в виде специальных таблиц (матриц). Обработку материалов следует начинать с графического изображения экспериментальных данных в какой-либо системе координат.
Математическую зависимость между изучаемыми величинами, отображенными графически, устанавливают в виде эмпирических формул. Различают корреляционные и регрессионные зависимости.
Корреляционная зависимость у{х)- зависимость, при которой каждому значению случайной величины х соответствует ряд распределений другой случайной величины у (условное математическое ожидание у) с изменением JC эти ряды (математическое ожидание у) закономерно изменяются; предельная теоретическая линия рефессии не параллельна оси абсцисс. Различают парную корреляцию и многофакторную.
Регрессионный анализ - более широкое понятие по сравнению с корреляционным. Рефессионный анализ применяют в исследовании связей между неслучайными величинами и функцией и между системой случайных и неслучайных величин, с одной стороны, и случайной величиной - функцией - с другой. Второе отличие рефессионного анализа от корреляционного состоит в том, что при этом не требуется, чтобы распределения исходной информации обязательно подчинялись нормальному закону. Указанная особенность важна для экономических исследований, так как экономические показатели часто распределены асимметрично. Системы оптимального проектирования, объектами которых являются шахты, пригодны для исследования рефессионным анализом, так как одни из их параметров являются подлинно случайными величинами (например, природные характеристики месторождений, стоимостные коэффициенты), а другие - строго детерминированными величинами (размеры шахтного поля и его отдельных частей, сечения выработок и т.д.).
Процесс установления эмпирических формул на основе экспериментальных данных или данных отчетности шахт состоит из двух этапов: определения вида эмпирической формулы и определения постоянных коэффициентов эмпирической формулы.
Процедура применения корреляционных методов при изучении объекта по некоторой совокупности характеризующих его данных в общем случае сводится к следующему. Выделяют параметры и показатели работы объекта, между которыми необходимо установить причинно-следственные зависимости. В ходе нормальной работы объекта или специально проводимого эксперимента собирают статистический материал, включающий в себя показатели и параметры, интересующие исследователя. Проводят обработку данных статистической совокупности, для начала эти данные изображают графически в системе координат некоторых показателей и параметров. Получают так называемое корреляционное поле, по данным которого строят линию регрессии (кривую или прямую) (рис. 2.7). Естественно, что при построении как корреляционного поля, так и эмпирической линии регрессии подбирают удобный масштаб деления осей координат в соответствии с пределами изменения значений целевой функции (например, себестоимости) и аргумента (например, нагрузки на очистной забой): Утіп -Гтах; Хтіп -ЛГтах. График принимает естественный и зрительно удобный вид, если размеры осей х и у соответствуют отношениям XmsK /Хтіп и 7max IYmia. Если отношение Хтлх /Хтт в 2 раза больше 7тах /5 , то и значащий отрезок оси х следует брать большим в 2 раза отрезка оси у.
Линию 1, соединяющую средние значения, называют эмпирической линией регрессии. Ее теоретическую интерпретацию 2 называют теоретической линией регрессии, которой соответствует некоторое нелинейное уравнение. Полученный график, как правило, дает общую картину взаимосвязи аргумента А03и и функции Рпод1. Однако часто устанавливают некоторую эмпирическую зависимость между статистическими переменными, определяют вид эмпирической зависимости и количественное значение постоянных параметров формулы. В заключение полученную зависимость анализируют с точки зрения степени ее объективности, универсальности, т.е. вычисляют показатели надежности установленной корреляционной зависимости. Существенными недостатками известных корреляционных моделей являются их ориентация на уже достигнутые показатели, статичность и пассивность.
Корреляционная зависимость между несколькими факторами часто не вскрывает подлинную причинно-следственную связь между ними. На самом деле значения двух довольно тесно коррелируемых факторов могут быть следствием третьей (третьих) причины, остающейся вне поля . зрения исследователя. Примером такого преувеличения влияния одного из параметров производства на его технико-экономические показатели может служить корреляционная зависимость последних от мощности предприятия. Мощность предприятия является причиной высокой производительности труда и низкой себестоимости, в то же время она вместе с высокими технико-экономическими показателями является следствием наличия целого ряда факторов: более благоприятных природных условий, современной горной техники, высокого уровня организации работ и др. Стремление избежать указанной неопределенности при изучении сложных процессов и разработке многофакторных корреляционных моделей привело к использованию процедур факторного анализа.
Методические положения интегральной оценки главных компонент факторного анализа
Среди важнейших количественных параметров угольной шахты важнейшая и предопределяющая роль принадлежит проектной мощности шахты.
Необоснованно заниженный уровень мощности шахты не позволяет вывести предприятие на прогрессивные и экономичные показатели работы, необходимый на данном этапе развития экономики уровень рентабельности.
Необоснованно высокий уровень мощности шахты предопределяет длительное или постоянное неосвоение проектной мощности, недоиспользование как активной, так и пассивной составляющих основных фондов предприятия. Эти отступления связаны в первую очередь с тем, что мощность шахты оказывает первостепенное значение на такие важнейшие технологические звенья, как схема вскрытия и подготовки, вентиляции и транспорта-подъема, компоновку технологического комплекса поверхности, вид и производительность важнейших стационарных машин и установок. Совершенно очевидно, что необходимо формулировать новые взгляды на обоснование и выбор параметров прогрессивных технологических схем отработки запасов, которые обеспечивают стратегическую стабильность экономической работы шахт и высокие количественные параметры, и в первую очередь, производственную мощность шахты. В общей трактовке различают задачи определения производственной мощности при проектировании и при эксплуатации. При эксплуатации производственную мощность шахты обеспечивают горно-геологические условия залегания угольных пластов и организационно-технические факторы, сложившаяся технологическая схема ведения горных работ и т.д. При проектировании мощность шахты формируют, в основном, только горно-геологические условия и потенциальные возможности техники и технологии, которые могут быть заложены в проект строительства шахты. Естественно, что при проектировании свобода принятия той или иной величины проектной мощности значительно выше. Учитывая условия и ограничения, накладываемые на целевую функцию определения проектной мощности, общую блок-схему технологической постановки задачи можно представить в.следующем виде (рис. 4.1). Следует отметить, что обособленное положение занимает задача определения и проектирования мощности шахты при вводе в эксплуатацию новых горизонтов действующих и реконструируемых шахт. Это объясняется двумя причинами: а) капиталоемкие и длительные по срокам строительства работы по вскрытию и подготовке новых горизонтов направлены на простое воспроизводство выбывающей линии очистных забоев (при обеспечении их своевременности), т.е. на сохранение нагрузки, достигнутой на ранее действующем горизонте; б) вместе с тем, увеличение глубины при развитии горных работ неизменно ухудшает условия разработки угольных пластов с одновременной тенденцией роста основных фондов и ухудшением технико-экономических показателей. Единственный путь нейтрализации отрицательных последствий при этом - это увеличение производственной мощности, что, в свою очередь, требует увеличения пропускной способности транспорта, вентиляции, подъема, технологического комплекса поверхности и т.д. Исследования показали, что выбор вариантов мощности необходимо осуществлять с учетом следующих требований: 1. заданных значений показателей концентрации работ на новых горизонтах, формирующих производственную мощность шахты по техническим возможностям очистных забоев; 2. фактической нагрузки на действующий горизонт, ограничивающей проектную мощность шахты снизу, и пропускной способности существующих технологических звеньев шахты, ограничивающих мощность шахты сверху. С учетом того, что основными технологическими звеньями, которые могут лимитировать прирост проектной мощности шахты сверх достигнутой на действующем горизонте являются технологический комплекс поверхности, подъем (угольный, породный, вспомогательный) и вентиляторы главного проветривания, то алгоритм формирования вариантов проектной мощности шахты выстраивается следующим образом (рис. 4.2). Исходные данные для расчетов приведены в таблице 4.1.
Следует отметить, что горнокапитальные работы по вскрытию и подготовке новых горизонтов на действующих шахтах предназначены, в основном, для простого воспроизводства выбывающей линий очистных забоев и запасов, готовых к выемке. При этом неизбежный рост глубины разработки приводит к ухудшению общей технологии горно-геологических условий разработки (рост температуры, негативных проявлений горного давления и т.д.), что, в свою очередь, предопределяет ухудшение основных технико-экономических показателей в целом по шахте. Основной путь нивелирования складывающейся ситуации — это увеличение производственной мощности, что неизбежно связано с дополнительными капитальными вложениями.
Можно при этом ориентироваться на допустимый рост производственной мощности на новом горизонте до значений, формирующихся определенными возможностями использования резервов пропускных способностей существующих технологических звеньев (вентиляция, транспорт-подъем и т.д.) и расширения узких мест без проведения капитальных работ по реконструкции. При этом, как правило, существует ограниченность капиталовложений на вскрытие и подготовку новых горизонтов, нежелательность снижения или прекращения добычи угля на шахте во время проведения этих работ, необходимость проведения основных горнокапитальных работ в возможно короткие сроки, обусловленные периодом обработки оставшихся на действующих горизонтах запасов угля.
В свою очередь, это возможно при увеличении пропускной способности важнейших технологических звеньев,, что требует ввода дополнительных капиталовложений.
Основными технологическими звеньями, которые могут лимитировать прирост проектной мощности шахты сверх достигнутой на действующем горизонте, являются: технологический комплекс на поверхности, подъемные установки (угольный, породный, вспомогательный подъемы) и вентиляторы главного проветривания.
Схема цепи аппаратов угольного комплекса зависит от типа подъемных установок. Наиболее распространенным в настоящее время является скиповой подъем угля по вертикальным стволам, при котором транспортная цепочка от ствола до пункта погрузки угля в железнодорожные вагоны представлена, как правило, емкостями (приемным и погрузочным бункерами), ленточными конвейерами, грохотом и питателями бункеров.
Основные аспекты обоснования производственной мощности технологических структур «шахта-лава», «шахта-пласт»
В качестве показательного примера рассмотрим решение задачи по определению необходимого количества воздуха для вентиляции высокопродуктивного очистного забоя в системе технологических структур «шахта-лава» с новой концепцией построения и функционирования и следующими исходными данными: - относительная газообильность выработок шахтопласта на основе традиционных методов рудничной вентиляции предприятия qmn = 15 м /т; - производительность высокопродуктивного длинного очистного забоя в системе технологических структур «шахта-лава» Адс = 7 млн. т угля в год из забоя, то же 23 300 т/сутки; - расчет выполняем для двух вариантов схем проветривания: а - при классической возвратноточной схеме проветривания; б - при прямоточной схеме проветривания. В соответствии с выражением (4.12) необходимое количество воздуха для вентиляции длинного очистного забоя в системе технологических структур «шахта-лава» с производительностью 7 млн. т угля в год из забоя при возвратноточной схеме проветривания составляет 5170 м /мин. То же для технологической структуры «шахта-лава» - 6470 м /мин. Аналогичным образом, необходимое количество воздуха для вентиляции длинного очистного забоя в системе технологических структур «шахта-лава» с производительностью 7 млн. т угля в год из забоя при прямоточной схеме проветривания составляет 4140 м /мин. То же для технологической структуры «шахта-лава» - 5170 м /мин. Выполним оценку возможности реализации необходимых параметров системы вентиляции длиннолавных систем по критерию максимально допустимой скорости движения воздуха в длиннолавнои системе и ее окрестности. Максимально допустимая скорость движения воздуха в длиннолавных системах устанавливается по критерию пылевого фактора. В соответствии с российскими правилами, применительно к нереструктурированным предприятиям — шахтам - максимально допустимая скорость движения воздуха в очистных забоях регламентирована 4 м/сек. В соответствии с мировой практикой- применительно к технологическим структурам «шахта-лава» максимально допустимая скорость движения воздуха в длиннолавных системах регламентируется 6 м/сек. Указанное обеспечивается новой высокоэффективной системой подавления пыли в процессе выемки угля комбайном и передвижки секций механизированной крепи на основе тонкодисперсных во до-воздушно-аэрозольных средств и систем.
Расчеты выполним применительно к угольным пластам средней мощности и выработкам большого сечения, не менее 20 м , примыкающим к длиннолавнои системе, и сечением призабойного пространства с механизированной крепью В 10 м". В условиях высокопродуктивных длиннолавных систем с большими расходами воздуха фактическое эквивалентное сечение призабойного пространства по критерию проходного сечения увеличивается на 10-20% для возвратноточных схем проветривания и на 20-30% для прямоточных схем за счет турбулентного потока воздушной струи, омывающей охраняемую часть длиннолавнои системы.
Тогда, в соответствии с первым вариантом расчета при возвратноточной схеме проветривания, скорость движения воздуха в выработках, примыкающих к длиннолавнои системе, составляет 4,3 м/мин, которая превышает российские нормативы и соответствует зарубежным нормативам, скорость движения воздуха в пределах длиннолавнои системы составляет 7,2 м, которая превышает российские и зарубежные нормативы.
Таким образом, потенциальная производительность длиннолавнои системы по критерию допустимой скорости движения воздуха ограничивается и составляет: в соответствии с российскими нормативами - 3,9 млн. т угля в год из забоя и 5,8 млн. т угля в год в соответствии с зарубежными нормативами. В этих случаях для повышения продуктивности длиннолавнои системы возникает потребность в предварительной дегазации угольного пласта и других мерах.
При прямоточной схеме проветривания обеспечивается подвод к длиннолавнои системе свежих струй воздуха одновременно к обоим примыкающим выработкам без ограничений, включая зоны сопряжений с отводом вредностей за пределы активной части выемочной панели (выемочного участка по традиционной терминологии), рис. 4.3, б. В соответствии с методическими указаниями по рудничной вентиляции, при обеспечении мер против образования слоевых скоплений метана - средняя скорость движения воздуха в выработке более 0,5 м/ сек, отсутствие зон рециркуляции, наличие турбулентности, могут применяться прямоточные нисходящие схемы проветривания без ограничения угла наклона угольных пластов.
В соответствии с новыми концепциями построения технологий и вторым вариантом расчета при прямоточной нисходящей схеме проветривания принимается оптимальное исходное условие, при котором в системе технологических структур «шахта-лава» по, так называемому, хвостовому вышерасположенному штреку, примыкающему к длиннолавнои системе, подводится 60% необходимого количества воздуха, а по головному нижерасположенному штреку - 40%.
В этом случае скорость движения воздуха в головном штреке, примыкающем к длиннолавнои системе, составляет около 1,5 м/сек, что очень важно по пылевому фактору, так как в этой выработке размещен высоконагруженный ленточный конвейер; скорость движения воздуха в хвостовом штреке составляет 2,1 м/сек и не имеет ограничений. Скорость движения воздуха в длиннолавнои системе составляет 3,2 м/сек и также не имеет ограничений.
Таким образом, принятая концепция построения и функционирования длиннолавных систем с прямоточной нисходящей схемой проветривания обеспечивает реализацию заданного уровня производительности - 7 млн. т угля в год из забоя, и имеет потенциальную производительность до 8,25 млн. т угля в год по российским нормативам и до 12,37 млн. т угля в год из забоя по мировым нормативам без мероприятий по предварительной дегазации угольного пласта выемочной панели.
Определение производительности технологических структур «шахта-лава», «шахта-пласт». Создание новых высокопродуктивных и безопасных систем оборудования длиннолавных систем потребовало разработки новых методов расчета их производительности. Методика расчета производительности в системе технологических структур «шахта-лава» состоит в следующем.
Производительность рассчитывается, исходя из производительности наиболее капиталоемкого изделия - механизированной крепи. То есть производительность в системе технологических структур «шахта-лава» рассчитывается по скорости крепления длинного очистного забоя механизированной крепью, а производительность очистного комбайна, забойного конвейера и других систем машин и оборудования согласуется с производительностью механизированной крепи по скорости крепления забоя лавы и выбирается из ряда имеющихся или поставляемых по индивидуальным заказам.
