Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности и перспективы развития угольной промышленности России 9
1.1. Состояние и перспективы развития угольной отрасли 9
1.2. Итоги реструктуризации угольной промышленности России 15
1.3. Повышение конкурентоспособности угольной отрасли России 35
4 2. Организационно-технологические направления совершенствования производства на шахтах оао "воркутауголь" 51
2.1. Горно-технические условия добычи угля на шахтах ОАО "Воркутауголь" 51
2.2: Ресурсная база и перспективы развития угледобычи в Печорском бассейне 63
2.3. Исследование способов повышения эффективности работы шахт.. 75
2.4. Разработка комплекса организационных мероприятий по совершенствованию структуры ОАО «Воркутауголь» 89
3. Разработка организационно-технологических решений по совершенствованию обогащения угля ... 108
3.1. Современные технико-технологические решения в области обогащения тонкодисперсных углей 108
3.2. Обоснование организационно-технологических решений по обогащению тонкодисперсных углей на Печорской ЦОФ 126
3.3. Совершенствование технологической схемы обогащения угля на ЦОФ "Печорской" ОАО "Воркутауголь" 136
3.4. Исследование флокулирующей способности реагентов с целью снижения стоимости обогащения на ЦОФ Печорской 156
4. Организация нетрадиционных производств по добыче углеродсодержащих полезных ископаемых ... 167
4.1. Утилизация шахтного газа 167
4.2. Организация работ по добыче остродефицитных углей марки К открытым способом 201
4.3. Организация производств по переработке отвальных масс и тонкодисперсной угольной мелочи 210
5. Организационно - технические мероприятия по совершенствованию технологических схем перспективных шахт оао «воркутауголь» в современных условиях
5.1. Условия выбора рациональных технологических схем 233
5.2. Анализ технологических схем перспективных шахт ОАО «Воркутауголь» 242
5.3. Особенности горно-геологических условий отработки пластов в донной части мульды Воркутского месторождения 253
5.4. Организационно-технические мероприятия по снижению издержек производства на перспективных шахтах ОАО
«Воркутауголь» 259
6. Результаты совершенствования организационно-технологической структуры производства 295
6; 1. Экономика производства в Печорском угольном бассейне 295
6.2. Результаты реорганизации шахтного фонда 308
6.3. Организационно-технологические мероприятия 313
6.4. Организация эффективной деятельности вспомогательного производства (капитальные работы) 320
Заключение 331
Литература
- Ресурсная база и перспективы развития угледобычи в Печорском бассейне
- Обоснование организационно-технологических решений по обогащению тонкодисперсных углей на Печорской ЦОФ
- Организация производств по переработке отвальных масс и тонкодисперсной угольной мелочи
- Особенности горно-геологических условий отработки пластов в донной части мульды Воркутского месторождения
Введение к работе
В настоящее время Печорский угольный бассейн по общей добыче угля занимает третье место, а по добыче коксующихся углей второе место в России после Кузнецкого бассейна.
Перспективы увеличения объёмов добычи угля в Печорском бассейне
определяются конкурентоспособностью его угольной продукции и спросом
& на эту продукцию на рынке энергоресурсов. Выдержать конкурентную
борьбу в условиях ограниченного спроса на уголь необходимо не только с российскими, но и с зарубежными угледобывающими предприятиями, характеризующимися более высокими технико-экономическими показателями. Решение этой сложной задачи невозможно без четкой организации производства и технического перевооружения угольных шахт.
Печорский угольный бассейн, как и угольная промышленность России,
переживает трудный период реструктуризации, испытывая острый
недостаток собственных финансовых средств не только для реализации
инвестиционных программ, связанных с техническим перевооружением
производства, но и для обеспечения текущих операций, поэтому особую
актуальность приобретают факторы, обеспечивающие необходимый приток
финансового капитала.
* В начале 90-х годов в целях повышения эффективности деятельности
угольной отрасли планировалась ликвидация добычи угля на
140 неперспективных шахтах с общей добычей 30,2 млн. т (26,9 % объёма
всей подземной добычи), отвлекавших значительные дотационные средства.
Величина дотаций из государственного бюджета превышала 40 % всей
суммы господдержки, выделяемой шахтам. В число неперспективных
попадало и ряд шахт в ОАО "Воркутауголь".
В связи с развернувшимся процессом реструктуризации угольной промышленности России в ОАО "Воркутауголь" в условиях экономического
спада остро встал вопрос оценки производственного потенциала и поиск путей поддержания производства в пределах проектной мощности или выхода из неё. Основными являются организационные мероприятия по ускоренному восполнению подготовленных запасов угля и техническому перевооружению производства, конечная цель которых направлена на повышение эффективности добычи и конкурентоспособности угля на мировом рынке, повышения безопасности ведения работ и улучшения социально-бытовых условий трудящихся.
Программа реструктуризации угольной промышленности начала осуществляться в России с 1993 г. Её основными целями были: формирование конкурентоспособных угольных компаний, обеспечение социальной защищённости работающих в отрасли и высвобожденных трудящихся, последовательное снижение господдержки предприятиям отрасли. При этом основными направлениями реструктуризации угольной промышленности в производственной сфере стали: создание прибыльного угольного производства на базе перспективных и стабильно работающих предприятий; ликвидация убыточных неперспективных предприятий, выделение непрофильных предприятий, развитие и изменение структуры научно-технического потенциала, трансформация системы управления угольной промышленностью.
Выполнение Программы реструктуризации должно осуществляться в три этапа. На первых двух этапах (до 2000 г. включительно) главным должно быть не количественное наращивание объёмов угледобычи, а её реструктуризация, с улучшением качественных показателей и эффективности вхождения в рынок. Третий этап должен обеспечить рост производственных мощностей угледобывающих и перерабатывающих предприятий.
Для решения региональных проблем промышленности Печорского угольного бассейна необходима современная организация производства, включавшая в себя решение следующих задач: . ликвидация неперспективных шахт;
. реструктуризация шахтного фонда, техническое перевооружение
перспективных шахт для увеличения объёма угледобычи; . концентрация горных работ, повышение нагрузок на очистные забои на
шахтах ОАО "Воркутауголь"; . повышение качества добываемого угля на базе реконструкции горнообогатительного хозяйства ОАО "Воркутауголь"; . расширение рынка сбыта.
Основой подхода к проблеме и решению задач явился богатый
теоретический и практический опыт ученых, работавших в этих
направлениях, таких как А.В. Астахов, А.С. Астахов, Е.Р. Говсиевич,
М.М. Гурен, В.Л. Иноземцев, Г.Л. Краснянский, В.А. Кузнецов, С.Л. Климов,
Г.И. Козовой, Ю.Н. Малышев, Н.В. Мельников, А.С. Некрасов,
К.Н. Трубецкой, М.И. Щадов, В.И. Эдельман, А.Б. Яновский и др.
В то же время сложность проблемы заключалась в её новизне для российской угольной отрасли и невозможности применения как зарубежных, так и постсоветских аналогов в связи с особыми условиями расположения Печорского бассейна и его изоляцией от Центра.
Цель работы — обеспечение конкурентоспособности добычи угля подземным способом в сложных условиях северного региона.
Идея работы - внедрение рациональных методов организации производства, переработки и использования ресурсов сырья для повышения эффективности и конкурентоспособности добычи угля. Научная новизна: выявление закономерностей изменения технико-экономических показателей производства от уровня организации добычи, переработки и полноты использования минеральных ресурсов месторождения; определение взаимосвязи технологических и организационных, мероприятий с экологическими и экономическими показателями в условиях региона;
изменение конкурентоспособности и эффективности добычи коксующихся и энергетических углей ОАО «Воркутауголь» на ближайшую (2005 г.) и отдаленную (2020 г.) перспективу;
. установление зависимостей показателей производства конечных первичных энергоносителей и отходов твердых (брикеты) и газообразных (попутный газ) от объемов добычи угля, способов утилизации и организации производства;
. эколого-экономическая оценка характера изменения показателей производства от степени облагораживания и переработки добытого угля на ЦОФ.
Методы исследований включали аналитический обзор результатов работ, построение аналитических моделей, натурные и лабораторные исследования, методы системного анализа, опытно-промышленных и промышленных испытаний.
Достоверность научных положений и результатов подтверждается положительной опытной проверкой основных выводов и рекомендаций, согласованностью теоретических расчетов и экспериментальных исследований, положительным результатом промышленных испытаний и внедрения технологий и организационных решений, статистическими данными производственной деятельности шахт и объединения. Практическое значение работы состоит в:
разработке научно обоснованных форм организации производства на
шахтах и в объединении;
разработке новых технологических мероприятий по добыче угля и его
переработке;
созданию методических разработок по комплексному использованию
сырья угольных месторождений;
оценке перспективных направлений организации производства на
шахтах объединения;
эколого-экономической оценке ущерба от горного производства и внедрению мероприятий по его снижению. Реализация работы включает внедрение организационных мероприятий по реструктуризации деятельности объединения и шахт ОАО «Воркутауголь», новых технологических схем ведения горных работ и вспомогательных процессов, реорганизации деятельности обогатительного комплекса ЦОФ, внедрению новых видов крепи на шахтах, сокращение потерь угля и повышение его качества, позволившие существенно повысить экономические показатели и конкурентоспособность объединения.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на:
технических и ученых советах различных уровней;
второй международной конференции «Город в Заполярье и окружающая среда» - Нарьян-Мар-Воркута, 1997 г.;
международном угольном симпозиуме 1997 г., Шанхай, 1997 г.; III Всемирном конгрессе по экологии и горному делу, Москва, 1999 г.; третьей Коми республиканской научно-практической конференции «Человек на Севере в XXI веке» Воркута-Сыктывкар, 2001 г. . «Неделе горняка» МГГУ, 2000 г., 2001 г., 2002 г., г.Москва.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 работ, в том числе 2 монографии, 1 брошюра.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заключения, списка литературы из 197 наименований, содержит 354 страницы машинописного текста, 85 таблиц, 73 рисунка.
Ресурсная база и перспективы развития угледобычи в Печорском бассейне
Общие геологические ресурсы углей Печорского бассейна превышают 200 млрд. т (табл. 2.4.), из которых балансовые запасы превышают 8 млрд. т. По этим показателям бассейн является самым крупным в европейской части СНГ и уступает только Кузбассу. На территории бассейна разведано детально 11 из 32 месторождений (табл. 2.5.). Запасы коксующихся углей составляют более 40% от общих балансовых запасов, а их доля в добыче более 50%.
Коксующиеся угли представлены преимущественно марками ГЖО и Ж, в меньшей степени ОС, К и ТС.
Энергетические угли в основном представлены марками Ж Воргашорско-го, Воркутинского и Усинского месторождений, а также марками ГЖО интин-ской свиты отнесены к энергетическим углям. Максимальная годовая добыча энергетических углей (9,2 млн.т) была достигнута в 1988 г. с 1995 до 1998 г. добыча энергетических углей снизилась с 9,368 до 7,78 млн.т в год, в том числе на шахтах ОАО " Воркутауголь" с 1,279 до 0,897 млн. т, на шахтах ОА "Интауголь" с 6,340 до 4,981 млн.т, на шахте "Западная" с 2,063 до 2,102 млн.т. (рис. 2.3).
Объемы добычи коксующихся углей в Печорском бассейне достигли максимальных значений в 1988 г. (рис.2.3.). В этот год было добыто 20,8 млн.т. С 1992 г. Добыча коксующихся углей в печорском угольном бассейне снизилась более чем в 2 раза.
В 1996 г. Объем продаж ОАО "Воркутауголь" коксующихся углей составил 6,98 млн. т, ОА "Шахта "Воргашорская" —1,036 млн. т. Доля Печорского бассейна в общем объеме продаж на рынке коксующихся углей России составила 18,6 %.
С вводом в эксплуатацию печорской ЦОФ производственной мощностью 660 млн. т в год была пересмотрена ее сырьевая база. Принято решение о поэтапном закрытии неэффективных углеобогатительных фабрик и передаче угля на ЦОФ.
Для повышения конкурентоспособности углей ОАО "Воркутауголь" и уменьшения объемов перевозок необходимо рассмотреть вопрос о реконструкции обогатительных фабрик шахт "Северная" и " Воркутинская" и строительстве фильтропрессовых отделений при них. Это позволит весь добываемый уголь обогащать на трех обогатительных фабриках (Печорской ЦОФ, УОФ шахты "Северная", УОФ шахты "Воркутинская").
Использование мощностей Печорской ЦОФ с учетом мероприятий по совершенствованию технологии на действующих фабриках позволяет обеспечить обогащение почти 100% воркутинских углей марки Ж. Весь концентрат будет отгружаться из Воркуты с зональностью до 9% (табл. 2.6).
В ОАО "Интауголь" энергетический уголь марки Д обогащается на двух фабриках: ГОФ "Капитальная" мощностью 3,5 млн. т и ГОФ "Интин-ская" мощностью 4,5 млн.т. Средняя зональность концентрата обогатительных фабрик ОА"Интауголь" по требованиям технических условий составляет 4,4%, зональность отсева 32,5%.
Перспективы развития добычи угля связаны с освоением Усинского, Вор-гашорского и Сейдинского месторождений. На Воргашорском месторождении дополнительно может быть построено четыре шахты суммарной мощностью 16 млн. т в год при запасах коксующихся и энергетических углей 900 млн.т. На Усинском месторождении (1200 млн. т) коксующихся углей проведена раскройка четырех шахтных полей, из них два обеспечены детальной разведкой на получение суммарной добычи 14,7 млн.т в год. Сейдинское месторождение следует рассматривать как дополнительную резервную базу для подземной добычи энергетических углей на случай использования их в европейской части России, на Урале и для экспортных поставок. На Сейдинском месторождении с запасами 6370 млн. т может быть построено 13 шахт (в северной части —4, в южной -9) мощностью 4,5-9 млн.т в год каждая.[43].
Интерес для открытой разработки представляет в Воркутинском пром-районе Верхне- Роговское месторождение энергетических углей , 30 метровый пласт которого залегает на глубине 150 м. Запасы этого месторождения составляют 966 млн. т. Месторождение расположено в 75 км от железной дороги (станция Сейда).
По оценке ведущих институтов России, Печорский бассейн практически единственный в стране обладает мощным промышленным потенциалом, позволяющим довести добычу угля до 100 млн.т в год. Географо-экономическое положение, запасы угля и широкий диапазон марочного состава позволяют использовать бассейн комплексно для технологических и энергетических нужд при развитии Северо-Запада, районов Центральной части России и Урала [45].
Печорский уголь входит в состав шихты при производстве кокса на 7 из российских предприятий, производящих кокс: Череповецкий, Новолипецкий, Орско-Халиловский, Магнитогорский, Нижнетагильский металлургический комбинаты; Московский и Калининградский коксовые заводы (КГЗ).
К числу основных направлений развития угольной отрасли относится поддержание спроса на угольную продукцию и формирование новых районов сбыта. Маркетинговая оценка, выполненная Институтом конъюнктуры угля, показала[47,50], что среди предприятий европейской части России только ОА "Северсталь" сохранит стабильный уровень потребления коксующихся углей. После 2005 г. потребность в коксующихся углях на европейской части Российской Федерации, по-видимому, будет сокращаться. Это связано, в частности с закрытием Калининградского КГЗ и модернизацией Новолипецкого металлургического комбината.
Перспективными являются уральский и северный рынки (ОА Северсталь). На металлургических предприятиях Урала покрытие дефицита коксующихся углей за счет марок Ж и К только шахтами кузнецкого бассейна не представляется возможным [44]. Развитие Уральского района связывается со строительством железной дороги "Белкомур", закрытием шахт Кизеловского бассейна и ожидаемым сокращением поставок карагандинских коксующихся углей. Предполагается [52] увеличение примерно на 1,5 млн. т использования печорских углей в шихте Новолипецкого металлургического комбината. Общий спрос на коксующиеся угли в 2005 году составит 10,0-10,6 млн.т.
Энергетические угли, добываемые в Печорском угольном бассейне, используются , главным образом, внутри Северного экономического района РФ, имеющего высокую степень специализации на производстве продукции лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно- бумажной промышленности, добыче топлива и горно- химического сырья, производстве металла и др.
Обоснование организационно-технологических решений по обогащению тонкодисперсных углей на Печорской ЦОФ
Усилившаяся конкурентная борьба на рынках сбыта угля технико-технологическая модернизация в современном углепроизводстве, новые производственные технологии в углепроизводстве обусловили реализацию более совершенного углеобогатительного производства на многих углеобогатительных фабриках. Появилось много новых технологических и организационно-производственных решений по проблемам получения самой качественной и соответствующим образом конкурентоспособной конечной продукции по всему циклу углеобогатительного производства, одним на таких решений является широкое внедрение в углеобогатительное производство так называемой спиральной сепарации с применением соответствующих спиральных (винтовых) сепараторов. Постепенное уменьшение величины средней крупности и повышение доли тонкодисперсных классов (шламов и штыбов) в рядовом угле, вследствие все повышающейся механизации добычи угля, оказало значительное влияние на технико-технологическую конструктивную концепцию в производственном функционировании вообще углеобогатительных фабрик [8,9]. Специфичной в углеобогатительном производстве оказалась вышеупомянутая технология спиральной сепарации. Первый сепаратор Гемфри был успешно использован в 1943 г. на соответствующем цикле рудообогатительного производства; впоследствии, этот сепаратор стал применяться и в углеобогатительном производстве.
В США винтовые сепараторы применяются для обессеривания угля с 1945 г. [118].
В работе [119], дается краткий исторический обзор развития в аспекте конструкции различных видов спиральных сепараторов и практического применения их на углеобогатительных предприятиях США, Австралии. ЮАР, и Канады, а также в бывшей Чехословакии, Германии, Индонезии, Польше и Великобритании, подчеркивается, что в конструкции спиральных сепараторов используются материалы из полиуретана, фиброволокна [40]. Рассматриваемые спиральные сепараторы обладают низкими стоимостными показателями, легким весом: их лотковые элементы как нельзя лучше приспособлены к характеристикам и параметрам соответствующим образом перерабатываемого угля. Отмечается, что спиральные сепараторы бывают однолотковые, двухлотковые и трехлотковые. Производительность трехлоткового спирального сепаратора составляет 4 т/час. В работе дается общая характеристика спирального сепаратора как определенного вида углеобогатительного оборудования; демонстрируются области применения в углеобогатительном производстве. Отмечается, что для контроля действенности работы любого спирального сепаратора разработана и практически применяется специальная система аналитического контроля CoalSlurri Analaser (CSA) использованием соответствующих компьютеров.
На фирме Arch of Illinois Ino. (США), при отсадке, применявшейся на углеобогатительной фабрике, класс -0,25 мм направлялся в отходы [121]. Шламы накапливались в оборотной воде, что снижало эффективность гравитационного обогащения. Для обогащения тонких классов (-1,5 мм) на фабрике внедрены винтовые сепараторы, срок их окупаемости менее одного года. Сепараторы разработаны и изготовлены фирмой Mineral Deposits Ltd. (Австралия).
Классификация производится в гидроциклонах Krebs диаметром 450 мм, обезвоживание - в центробежных сушилках. На Фабрике установлено 48 трехзаходных трехпродуктовых винтовых сепараторов. Концентрат обесшламливается на грохоте по классу —0,15 мм и направляется на сушку. Изменение схемы и установка винтовых сепараторе на фабрике производительностью 40 тыс. т в сутки позволила увеличить выпуск концентрата на 1200 т/сутки и снизить его зольность.
Заявлен способ и установка для обогащения отходов углеобогатительных фабрик [122], преимущественно хвостов флотации, как из хвостохранилищ, так и из текущих потоков. Способ включает классифицирование по зерну 3,0 и 0,5 мм и обогащения класса —3,0 +0,5 мм на винтовых сепараторах и класса -0,5 мм на пневматических флотомашинах, с получением угольных концентратов зольностью 10-12%, пригодных в качестве энергетического топлива для пылеугольных топок. Кроме этого, получают мелкие хвосты зольностью 80 % и более, пригодные для изготовления фасонных камней. Установка включает оборудование для дезинтеграции лежалых хвостов, барабанные грохоты с сеткой 3,0 и 0,5 мм, две ступени винтовых сепараторов и две последовательно установленные флотомашины. Для обогащения мелочи самого высокосернистого бразильского угля из Камбуи, штат Парана, относящегося к битуминозным углям марки А с высоким выходом летучих веществ были использованы винтовые сепараторы Рейхарта, LD 9 [123].
Рядовой уголь имел зольность 50 % и сернистость 6,5 %. Мелкие классы (0-2 мм) подвергали дешламации в гидроциклоне, и далее обогащали в винтовых сепарациях производительностью 12 т/ч. Испытуемый уголь содержат 0,94 % частиц 2 мм и 13,66 % частиц 0,075 мм, имел среднюю зольность 34,42 % и содержание пиритной серы 4,30 %, Содержание пиритной серы возрастало в наиболее тонких классах. Выход концентрата крупностью 0,3-2,4 мм составил 77,9 %, содержание пиритной серы было уменьшено на 63 %, зольности - на 43 %, в классе 0,075 мм снижение сернистости и зольности было около 50 %. Применение винтового сепаратора показало наилучшие результаты при первичной сепарации.
Организация производств по переработке отвальных масс и тонкодисперсной угольной мелочи
Для оценки степени влияния интенсификации горного производства на прирост объемов отходов производства угля - отвальных масс и каменноугольной мелочи, был проведен пассивный эксперимент. С 1988 по 1997 годы поквартально по ОАО "Воркутауголь" фиксировались значения технико-экономических показателей работы шахт, а также объемы накопления отвальных масс и тонкодисперсной каменноугольной мелочи (шламов, штыбов). В качестве показателей работы ОАО "Воркутауголь" приняты объемы добываемой горной массы (Qr.M.), количество действующих очистных забоев (N03.), а также протяженность проводимых эксплуатационных выработок (L). Отходы производства представлены шламами ((Зшл), породой от проходки выработок (Qnn), породой от обогащения угля (Qn0p)- Принятая методика эксперимента позволила отразить в исследованном факторном пространстве практически все показатели, охватывающие перспективные запасы шахт ОАО "Воркутауголь". Данные об исследованном факторном пространстве представлены в табл. 4.16.
Таким образом, исходная информация представлена в виде матрицы "объект-свойство". Кроме того, имеется, так называемая, обучающая информация в форме зарегистрированных на объекте (ОАО "Воркутауголь") значений результирующих количественных показателей (в данном случае — объемов производимых отходов).
Целью исследования является построение математических моделей, представляющих собой функциональные зависимости объемов производимых отходов от показателей работы ОАО "Воркутауголь". Требования к моделям - минимизация ошибки прогноза (восстановления) значения результирующей . количественной переменной по значениям описательных переменных (предикторов).
Для решения подобных задач методами математической статистики возможно применение дискриминантного анализа, латентно-структурного анализа, а также регрессионного анализа. Наиболее полно целям исследований отвечает регрессионный анализ, дающий возможность не только оценить значимость предикторов, входящих в регрессионные уравнения, но и по полученным уравнениям при поступлении только "входных" данных о показателях работы ОАО "Воркутауголь" с наибольшей точностью прогнозировать значения "выходов", то есть количество получаемой породы, шламов и метана. Регрессионный анализ и принят в качестве основного метода исследований в данной работе.
Необходимо установить зависимость y=F(x, Xi ,хг ,хз ,X4 ,Xs). Поскольку вид искомой функции F(xj...X5) заранее неизвестен, можно предположить ее в виде степенного ряда: Y = a0 + а,х, + а12х,х2 + апх,2 + а22х2 + а3х3+ ... + anxn, (4.4) где Xi, Х2,.. .Xj..., хп - значения входных переменных (факторов); а.\, a2,...aj..., ап - коэффициенты; Y - значение выходной переменной (отклика). Индексы коэффициентов показывают, перед каким фактором или перед произведением каких факторов стоит данный коэффициент.
Например: коэффициент aj стоит перед фактором Xj; коэффициент ai2 стоит перед фактором х ; коэффициент ац стоит перед произведением Х]Хг или xj2 и так далее.
Такое разложение справедливо, если функция F является непрерывной и гладкой [148]. В этом случае, имея несколько сочетаний независимых переменных xi,...,X5 и соответствующие им значения Y, можно найти коэффициенты ао, aL... и т.д.
При обработке экспериментальной информации, полученной со случайными погрешностями, широко применяется метод наименьших квадратов (МНК), дающий наилучшее приближение аппроксимирующей поверхности к исходной. В качестве критерия близости двух функций используется следующий показатель: сумма квадратов отклонений между известными значениями исследуемой функции и соответствующими значениями аппроксимирующей функции должна быть минимальной. N л 2 F (а0, а„ а2... ап) = (г Yj) = min (4.5) j-i Л N - число замеров, Yj - восстановленное значение Y,-; j - номер замера, Yj — фактическое значение Yj; Подставим (4.4) в (4.5), получим: N 2 F (а0, а„ а2... ая) = ]Г(а0 + а,хи + a2x2j + ... + а5х}і + ...- Yj) =min и Экстремум функции многих переменных находится путем дифференцирования функции по каждой переменной и приравнивания полученных частных производных к нулю.
Особенности горно-геологических условий отработки пластов в донной части мульды Воркутского месторождения
Балансовые запасы перспективных шахт ОАО «Воркутауголь» расположены в основном в донной части мульды Воркутского месторождения. В тектоническом отношении Воркутская мульда представляет собой ассиметричную брахисинклинальную складку северовосточного простирания (рис. 2.2) длина складки по выходам пакета N составляет 34 км, наибольшая ширина 13 км. Углы падения пород на южном замыкании мульды 4 — 6, далее на север, в центральной части восточного крыла наблюдается увеличение углов падения до 15 - 20, затем — до 17 — 25. На западном крыле складки падение пород более пологое и составляет в центральной части крыла 10 - 15, в северной - 15 - 18. На северном, субширотном крыле Воркутской мульды падение пород у выходов угольных пластов крутое, до 50 - 55, на нижних горизонтах, где сейчас ведутся горные работы - пологое или наклонное. В данной части мульды углы падения не превышают 4 — 6. Глубина разрабатываемых горизонтов изменяется от 800 до 1000 м, границами горизонтов являются нижние технические границы шахтных полей, т.е. отработка шахтных полей находится в завершающей стадии. В пределах донной части Воркутского месторождения расположен ряд крупных дизъюнктивных геологических нарушений. Во многих случаях они являются границами шахтных полей, некоторые находятся в пределах отрабатываемых площадей. Расстояние между зонами, в которых развиты крупные нарушения с амплитудами 50 м и более, колеблется от 2 до 5 км.
Геометрическое расположение выемочных столбов относительно линии простирания пласта нередко обуславливается наличием в пределах данного поля нарушений с амплитудой более 3 м, переход механизированными комплексами таких нарушений проблематичен. Вследствие этого, длины столбов меньше оптимальных значений этого параметра, который для условий шахт Воркуты составляет 1,5-2 км.
Анализ проектов подготовки новых горизонтов на перспективных шахтах показал, что: — более 26 % выемочных столбов имеют длину до 1000м; — около 34 % выемочных столбов имеют длину от 1000 до 1500м; — до 40 % выемочных столбов имеют длину более 1500м.
Так, на шахте "Северная" выемочных столбов длиной менее 1000 м около 20% (северная часть шахтного поля гор.-748м, а также южная часть шахтного поля гор.-565м). На шахте "Заполярная" таких выемочных столбов около 32%, на шахте "Комсомольская" - 22%.
Структура и прочностные свойства массива кровли основных рабочих пластов шахт Воркутского месторождения исследовались с использованием материалов по доразведке реконструируемых шахт и резервных участков, расположенных в центре мульды, а также результаты исследований физико-механических свойств пород и структурного строения массива горных пород, выполненных различными авторами и ПечорНИИпроектом на отработанных и действующих горизонтах в диапазоне глубины 300-800 м.
Прочностные свойства пород, изучались [176] на высоту активной кровли, равной 10 мощностям угольного пласта по 359 пластопересечениям скважин, пробуренных с поверхности, и 180 подземным скважинам. Кроме того, для определения характера изменения литологического строения кровли основных рабочих пластов Тройного, Мощного, Четвертого, Пятого, с углублением горных работ использованы данные по 721 скважине с детальным литологическим описанием.
Лито логический состав кровель в пределах глубины 650-1100 м характеризуется соотношениями содержания аргиллита, алевролита и песчаника по пласту Мощному - 14:56:30, Тройному - 14:42:44, Четвертому — 6:30:64 и Пятому -17:54:29 [176].
Изменение содержания литологических разностей с увеличением глубины по различным шахтопластам и пластам является неодинаковым. Наиболее выдержанный состав характерен для кровли пласта Четвертого, в которой с увеличением глубины на 100 м колебания содержания песчаников и алевролитов в среднем не превышают 12 и аргиллитов - 5%. Для кровель по пластам Тройному, Мощному и Пятому изменение содержания песчаников и аргиллитов соответственно составляет 18 и 12%.
Существенные изменения литологического состава активной кровли наблюдаются на участках пликативных, разрывных нарушений и расщеплений пластов. В интервале глубин 700 - 1000 м содержание песчаников уменьшается по мере приближения к оси мульды. В целом в кровле пластов с глубины 700-1100 м отмечается увеличение содержания алевролитов на 11-12%, снижение содержания песчаников на 7-8 и аргиллитов на 3-4%.
В активной толще кровли изменение доля песчаников и аргиллитов определяет изменение общей прочности кровли по месторождению.
Литологическое строение кровли находится в тесной связи с составом и изменяется по мере приближения к геологическим нарушениям. Пользуясь критериями отнесения кровель к труднообрушаемым по графикам распределения частостей, определено процентное распространение труднообрушаемых кровель по площади шахтопласта или месторождения. По пласту Четвертому распространение труднообрушаемых кровель в среднем достигает 56%, Мощному - 27, Тройному - 50 и Пятому - 25% общей площади их залегания.
