Содержание к диссертации
Введение
2. Предмет, задачи и методы исследования 7
2.1. Анализ критериев и методов оценки режима горных работ 7
2.2. Анализ проектных решений по определению параметров угольных разрезов Вьетнама 21
2.3. Цель, задачи и методы исследований 25
3. Изыскание признака оптимизации решла горных работ разрезов с переменным качеством угля 29
3.1. Обоснование критерия оценки режима горных работ в угольных разрезах 29
3.2. Признак оптимального режима горных работ при заданной производительности разреза 42
3.2.1. Признак оптимального режима горных работ при различных эксплуатационных периодах разреза с переменным качеством угля 42
3.2.2. Признак оптимального режима горных работ при одновременном вскрытии обоих пластов мульды 49
3.3. Усреднение объемов горной массы 57
4. Разработка методики определения оптимального режима горных работ в разрезе с переменным качеством угля 61
4.1. Установление взаимосвязи скоростей развития горных работ двух пластов мульды 63
4.2. Методика определения рационального направления углубки карьера 73
4.2.1. Методика определения оптимальной глубины двух участков разреза при постоянном качестве угля 74
4.2.2. Методика определения рационального режима горных работ в разрезе с переменным качеством 106
5 Установление оптшалъного рема горных работ разреза Као-Шон 119
5.1. Общие сведения о месторождении Као-Шон и исходные расчетные данные 119
5.2. Изыскание оптимального направления развития горных работ в разрезе 123
5.2.1. Обоснование ширины рабочей площадки 124
5.2.2. Выбор оптимального направления развития горных работ в разрезе 130
5.3. Определение скоростей углубки, подвигания гор ных работ и максимально возможной устойчивой производительности разреза 150
5.3.1. Определение скоростей углубки и подвигания горных работ по мере отработки разреза 150
5.3.2. Определение максимально возможной устойчивой производительности по двум участкам разреза 164
5.3.3. Определение показателей интенсивности горных работ при проектной производительности разреза 170
5.4. Составление календарного плана горных работ и расчета ожидаемой экономической эффективности внедрения результатов исследования на разрезе Као-Шон 174
5.4.1. Критерий оценки календарного плана горных работ 174
5.4.2. Составление календарного плана горных работ в разрезе 178
5.4.3. Расчет ожидаемой экономической эффектив ности внедрения результатов исследования.. 190
Заключение 194
Список литературы 197
- Анализ проектных решений по определению параметров угольных разрезов Вьетнама
- Признак оптимального режима горных работ при заданной производительности разреза
- Методика определения рационального направления углубки карьера
- Изыскание оптимального направления развития горных работ в разрезе
Введение к работе
Современный этап развития горнодобывающей промышленности Социалистической республики Вьетнам характеризуется развитием открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых, являющегося основным направлением технического прогресса в горном деле.
В настоящее время начинают строить мощные предприятия с открытым способом разработки. В этих условиях вопросы выбора режима горных работ разрезов Вьетнама приобретают первостепенное значение.
Под режимом горных работ понимается порядок формирования рабочей зоны карьера, характеризующийся направлением и интенсивностью перемещения фронтов горных работ во времени и пространстве.
Главной задачей проектирования является установление режима горных работ. Он определяет степень использования запасов месторождения, мощность разреза, объем вскрышных работ, тип и количество горнотранспортного оборудования и другие не менее важные факторы, влияющие на экономику открытой разработки.
Установление режима горных работ карьера связано с рядом научных задач, решению которых большое внимание уделяли и уделяют ведущие ученые в теории проектирования карьеров: В.В. Вкевский, А.И. Арсентьев, B.C. Хохряков, М.Г. Новожилов, Б.П. Юматов, И.Б. Табакман, С.С. Резниченко, С.Д. Коробов, В.Г. Близнюков и другие ученые и специалисты. Это позволяет заключить, что определение режима горных работ для разрезов с переменным качеством угля является актуальной научной задачей, имеющей большое народно-хозяйственное значение.
Практика показала, что качество угля характеризуется зольностью угля, теплотой сгорания горючей массы топлива и сказывает-1 ся на экономике горных предприятий, а следовательно, должно учитываться при выборе режима горных работ угольных разрезов. Добыча угля осуществляется для получения тепловой энергии. Поэтому здесь наиболее экономичным будет вариант разработки с меньшим объемом горных работ на единицу тепла, которое можно получить из добываемого угля.
В связи с этим выдвинута идея - при выборе режима горных работ угольных разрезов комплексно учитывать объемы вскрыши, угля и его качества.
В силу изложенного в диссертационной работе, поставлена цель - разработать методику планирования режима горных работ угольных разрезов Вьетнама при переменном качестве угля.
Для достижения поставленной цели в диссертации защищаются следующие основные научные положения:
1. Технологические критерии оценки режима горных работ угольных разрезов должны отражать комплексное влияние объемов вскрыши, утля и его качества на экономическую эффективность производства конечного продукта тепловой энергии. Комплексное влияние объемов вскрыши, угля и его качества на экономичность производства тепловой энергии при открытом способе разработки отражается показателем "коэффициент горной массы", представляющим отношение количества добываемой горной массы к количеству тепла, которое можно получить из угля, входящего в эту горную массу.
2. Признаком оптимального режима горных работ угольных разрезов является минимальный текущий коэффициент горной массы.
3. Методика выбора режима горных работ угольных разрезов с переменным качеством угля мульдообразной формы залежи должна учитывать комплексное влияние скоростей понижения горных работ по различным пластам угля динамика его мощности и качества на экономическую эффективность производства тепловой энергии.
Исследование теоретических положений и разработанных методов показано на примере разреза Као-Шон Вьетнама.
Итак, на этом разрезе при изменении режима горных работ от проектного к рекомендуемому в процессе исследований можно сэкономить 455 тыс.руб в год.
Диссертация написана по материалам научно-исследовательских работ, проведенных на разрезах Вьетнама и карьерах Кривбасса в течение 1978-1984 гг.
Использовать результаты исследований рекомендуется в проектных институтах Вьетнама и других, занимающихся проектированием открытой разработки с переменным качеством угля.
Материалы диссертации опубликованы в журнале "Уголь Украины" ( № 9, 1983 ) и в книгах тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Развитие прогрессивных методов разработки месторождений железных и марганцевых руд Украинской ССР и применение их на предприятиях отрасли" НИГРИ, февраль 1983 г. и тезисы докладов республиканской конференции "Совершенствование совместной ( открыто-подземной ) разработки рудных месторождений" КГРИ, Кривой Рог 1984.
Диссертационная работа выполнена на кафедре "Открытая разработка рудных месторождений полезных ископаемых" Криворожского ордена Трудового Красного Знамени горнорудного института.
Автор выражает огромную благодарность В.Г. Близнюкову и сотрудникам кафедры открытой разработки рудных месторождений полезных ископаемых и управления производственными процессами и эргономики за большую помощь при написании диссертации.
Анализ проектных решений по определению параметров угольных разрезов Вьетнама
Угольные месторождения Вьетнама относятся к полуантраци-там, антрацитам и бурым углям с переменным качеством по глубине залегания. Они представляют собой мульдообразные залежи, состоящие из многих пластов. Большинство месторождений угля находится в горах. Разрезы имеют большую глубину: верхняя часть карьеров находится на отметках + 250 +450 м над уровнем моря, нижняя часть -70 -105 м ниже уровня моря. На разрезах используются экскаваторы ЭКГ-4,6, ЭКГ-8 с погрузкой в автосамосвалы БелАЗ-540, БелАЗ-548 и конвейеры, которые транспортируют уголь и скальные породы.
Месторождение Као-Шон типичное для угольных месторождений Вьетнама, его геолого-технологическая характеристика присуща и другим месторождениям Вьетнама.
Угли месторождения относятся к полуантрапитам и антрацитам с переменным качеством по всему месторождению. Наиболее выдержанным с высоким качеством является пласт 14, наибольшая зольность по пласту 17 ( табл. 2.1 ) / 68 /. Значения средней зольности чистого угля изменяется в пределах 12,91$ - 19,70$.
Теплотворная способность углей на горную массу ( Q. составляет в среднем 8400 ккал/кг - 8600 ккал/кг ).
Карьерное поле разреза Као-Шон содержит в себе два участка Као-Шон и Банг-Нау, которые расположены на расстоянии двух километров друг от друга.
Участок Као-Шон представляет собой мульдообразную залежь, которая состоит из трех пластов: 12, 13 и 14. Участок Банг-Нау представляет собой также мульдообразную залежь. К отработке
Разрез Као-Шон разрабатывает угли по транспортной системе разработки. Выемка вскрыши производится экскаваторами ЭКГ-4,6Б и ЭКГ-8И с погрузкой в автосамосвалы БелАЗ-548А грузоподъемностью 40 т. Выемка угля производится экскаваторами ЭКГ-4,6Б с погрузкой в автосамосвалы БелАЗ-540А грузоподъемностью 27 т.
Проектная производительность разреза по углю составляет 2 млн. т/год. При этом срок службы разреза с учетом периода затухания горных работ составит около 40 лет.
При проектировании разреза Као-Шон институт "Ленгипрошахт" производил обоснование порядка отработки карьерного поля на основе критерия "минимума среднего с начала отработки эксплуатационного коэффициента вскрыши".
Анализ проектных решений и литературных источников показывает, что использование текущего коэффициента вскрыши для проектирования угольных разрезов с переменным качеством угля может привести к ошибке.
Так при планировании направления развития горных работ в карьере Као-Шон по коэффициенту вскрыши ухудшаются показатели разработки и исключается возможность решения народнохозяйственной задачи, увеличения производительности карьера.
Выбор режима горных работ без учета качества угля приводит к выемке худших по качеству углей. Максимально-возможное ( по горнотехнологическим условиям ) качество добываемых углей можно получить путем изменения направления развития горных работ в карьере и изменения места начала горных работ в карьерном поле.
Однако, в практике проектирования критерием выбора направления развития горных работ принято считать минимальный коэффициент вскрыши, поэтому к потребителю поступает уголь с высокой зольностью и низкой теплотой сгорания горючей массы.
Таким образом, при планировании режима горных работ угольных разрезов Вьетнама необходимо учитывать наряду с объемами вскрыши следующие факторы:- качество углей: зольность, теплоту сгорания горючей массы;- характер пространственного расположения угольных пластов.
Приведенный обзор литературных источников по вопросу режима горных работ показывает, что вопросам режима горных работ в целом уделяется много внимания.
В рудной промышленности для оценки режима горных работ при переменном качестве руды используют коэффициент горной массы, коэффициент выхода металла. А для анализа режима горных работ рекомендованы графики V-jVr), Г J\M) и Г= f \К).
В угольной промышленности нет критерия, который учитывал бы комплексное влияние объемов вскрыши и качества угля на экономическую эффективность разработки месторождения и дальнейшего использования угля для получения тепловой энергии.
Если режим горных работ оценивать только по графику V = = J(P/ , то может оказаться, что лучший по коэффициенту вскрыши режим горных работ приведет к выемке худшего по качеству угля. Необходимо исследовать, какое влияние на экономическую эффективность получения тепловой энергии окажет возможное изменение качества угля, и окажет ли это влияние на выбор варианта режима горных работ.Анализ литературных источников по исследуемому вопросу и опыт проектирования показал, что основным технологическим критерием оценки режима горных работ является коэффициент вскрыши. Коэффициент вскрыши характеризует величину одного из основных экономических показателей - себестоимость полезного ископаемого, но он обладает существенным недостатком - не учитывает качества полезного ископаемого и его сортности.Качество угля характеризуется зольностью и теплотой сгорания горючей массы. Добыча угля осуществляется для получения те
Признак оптимального режима горных работ при заданной производительности разреза
Работа крупных горных предприятий проектируется, как правило, на несколько периодов различных как по продолжительности, так и по объему горной массы и качеству угля. Изменение эксплуатационных коэффициентов вскрыши и качества угля в одном или нескольких периодах, что приводит к изменению затрат на производство всей товарной продукции. Во избежание перебора большого числа вариантов при выборе оптимального развития горных работ необходим признак, позволяющий с меньшей трудоемкостью получить вариант, обеспечивающий минимальные затраты на производство всей товарной продукции.
Допустим, что работа разреза осуществляется в два периода с постоянным эксплуатационным коэффициентом вскрыши и качества угля в течение каждого периода. От величины эксплуатационного коэффициента вскрыши и качества добываемого угля зависят ежегодных эксплуатационные затраты на производство горных работ, сжигание угля на заводе, капитальные затраты на приобретение обо рудования, строительство производственных сооружений и транспортных коммуникаций.
Затраты на производство угля равны сумме затрат 3 р на добычу угля и затрат Зе, на сгорание угля. Затраты на добычу угля состоят из капитальных затрат ftr на развитие производственной мощности карьера по горной массе и эксплуатационных затрат Эр на производство горных работ, т.е.
Капитальные затраты на развитие производственной мощности разреза по горной массе в первом и втором периоде работы.где А и - производительность разрезов, ккал; т -зольность добываемого угля первого и второго периода, доли единицы; Ц ]- , Ц (і - теплота сгорания горючей массы топлива первого и второго периода, ккад/т; Пу ПЇЇ - эксплуатационный коэффициент вскрыши в первом и втором периоде работы, т/т; OLr - удельные капитальные затраты на развитие производственной мощности разреза по горной массе, руб/т.
В укрупненных расчетах величина Qr может быть определена по нормативам удельных капитальных затрат на строи тельство разрезов на І т годовой производительности по горной массе / 43 /.Эксплуатационные затраты на разработку месторождения в первом периодегде И ,1 - соответственно продолжительность, первого и второго периода разреза, лет; du - себестоимость добычи угля без затрат на вскрышу, руб/т; "О - себестоимость вскрышных пород, руб/т.
Если во втором периоде работы производительность разрезов по горной массе больше, чем в первом, то в начале второго периода необходимы дополнительные капитальные затраты ( на расширение производственной мощности разреза по горной массе )
При работе разреза в два периода с постоянным эксплуатационным коэффициентом вскрыши и качеством угля количество добываемых пустых пород и угля определяется соответственно погде ПСд - среднеэксплуатационный коэффициент вскрыши, т/т;сср - ОДбдаяя зольность добываемого угля ( за весь период работы), доли единицы; GLcp " средняя теплота сгорания горючей массы топлива ( за весь период работы), ккал; Т - продолжительность работы карьера, годы.
Тогда затраты на разработку месторождения во втором периоде работы можно выразить через показатели первого периода, т.е. ГЇЇ
Капитальные и эксплуатационные затраты вкладываются равно-временно и могут быть сравнимы лишь в случае их приведения к одному моменту оценки /64, 70 /. При оценке возможных вариантов работы карьера можно принять, что капитальные затраты на развитие производственной мощности по горной массе произведены к началу эксплуатации. Если этот момент принять для оценки разновременных затрат, то капитальные затраты останутся без изменения. Приведенные эксплуатационные затраты в первом периодегде Е - коэффициент приведения равновременных затрат к одному моменту оценки ( Е = 0,08 -0,12 ).
Эксплуатационные затраты на производство горных работ во втором периоде, приведенные к началу первого периода, определяются по Дополнительные капитальные затраты на расширение производственной мощности разреза, приведенные к принятому моменту оценки, определяются по формуле:
Методика определения рационального направления углубки карьера
Способ вскрытия карьерного поля характеризуется взаимным расположением вскрывающих траншей, высотой уступа и направлением углубки карьера.
Из полученных ранее зависимостей видно, что наибольшей скорости можно достичь при вертикальной углубке. С другой стороны, направление углубки существенно влияет на величину эксплуатационного коэффициента вскрыши, а значит и на себестоимость добываемого угля.
Наилучшим вариантом является тот, который обеспечивает работу карьера с наименьшим коэффициентом вскрыши. На графике
М Jv / изменения нарастающих объемов пустых пород в зависимости от нарастающих объемов угля по мере углубки карьера этот вариант будет с самым низким положением кривой.
В практике проектирования выбор оптимального развития горных работ проводят путем анализа нескольких вариантов отработки карьера. Этот метод не дает полной уверенности в оптимальности принимаемого решения, так как наилучший вариант мог быть и не рассмотрен.
Как правило, направление углубки принимается по опыту, ре же с помощью расчетных формул. При этом, естественно, возможны ошибки, особенно в случае оценки сложных месторождений / 60 /.
Оптимальное направление углубки, которое в любой момент обеспечит минимальное значение текущего коэффициента вскрыши, может быть установлено при помощи ЭВМ или аналитическим способом.
Дяя упрощения в написании формул, примем следующие обозначения:где Ц - угол откоса рабочего борта карьера, град.; 13 угол падения угольного пласта I, град.; ]J - угол падения угольного пласта П, град..
Рассмотрим поперечный разрез ( рис. 4.5 ).Пусть вскрытие месторождения осуществляется в породах висячего бока пласта I и пласта П. Дно карьера по первому и второму участку будут перемещаться по линии М А и Б N Граница разделения перемещается по точке ft
Итак развитие горных работ двух участков достигает промежуточной границы, при которой определение рациональной глубины двух участков можно проводить по принципу равного текущего ко где Пгх - текущий коэффициент вскрыши пласта I, Щ ; Пгіі -текущий коэффициент вскрыши пласта П, ; Д\/т .- приращение объема вскрыши по первому участку пласта І, м3; АУїї - приращение объема вскрыши по второму участку пласта П, м3; Д Рт -приращение объема угля по первому участку пласта I, м3; ДРй -приращение объема угля по второму участку пласта П, м3.
Из рис. 4.5 очевидно, что площадь угля первого и второго пласта может быть представлена в виде площадей параллелограммаПриращение объема угля пласта I и П определяется по формуламПлощадь вскрыши первого и второго участка может быть представлена трапециями АК КА и К"ББ К .Приращение объема вскрыши определяется по формулам:
Определим глубину первого и второго участка при вскрытии на косогоре. Когда рельеф местности неровный, а наклонный, возможны два случая развития горных работ / 2 /.
При угле наклона местности меньшем угла откоса рабочего борта, горные работы при строительстве карьера можно производить в любом порядке - сверху вниз и снизу вверх. В этом случае положение вскрытия первого участка будет А и второго - Б.Когда угол наклона земной поверхности больше угла откоса рабочего борта, то возможен только один вариант развития - сверху вниз. Тогда положение вскрытия первого участка будет К и второго - б , рис. 4.6.
Из рис. 4.6 приращения угля первого и второго участка может быть представлены в виде параллелограмма М А А М иБ NN Б «Их приращение объема угля определяется по формулам.
Очевидно, что глубина добычных работ первого и второго участка не совпадает. Они могут определяться по формулам:где Мн расстояние между висячими боками пластов по дневной поверхности, м; р угол наклона дневной поверхности к горизонтальной плоскости, град..Из рис. 4.7 видно, что если точку I сдвинуть вправо или
Изыскание оптимального направления развития горных работ в разрезе
Режим горных работ в карьере определяет соотношение объемов вскрышных пород и руды, качества угля при его изменчивости по месторождению и другие показатели, изменяющиеся в процессе эксплуатации месторождения и во многом определяющие экономическую эффективность деятельности горного предприятия. Поэтому оптимизация режима горных работ в карьере является одной из важных задач планирования.
При проектировании разреза Као-Шон институт Ленгипрошахт обоснование порядка отработки карьерного поля производил методом последовательной оптимизации проектных решений на основе критерия "минимума среднего, с начала отработки, эксплуатационного коэффициента вскрыши". В диссертации для оценки режима горных работ использован критерий "минимума текущего коэффициента горной массы", учитывающий при оценке направления развития горных работ как объемы вскрышных работ, так и качество угля
В разрезе Као-Шон, если при выборе направления развития горных работ учитывать изменение качества угля, то критерием оценки можно использовать показатель по формуле ( 3.3 ), (3.4 ).
Таким образом, в карьере Као-Шон целесообразно планировать развитие горных работ в направлении, обеспечивающем минимальное значение коэффициента горной массы по мере отработки месторождения. Этим будем достигнуто минимальное значение эксплуатационных затрат на рубль произведенной товарной продукции.
Ширина рабочей площадки является параметром системы разработки, во многом определяющем показатели эксплуатации месторождения: объемы вскрышных работ и выход различных видов полезных ископаемых. С целью уменьшения текущих объемов вскрышных работ ширину площадки стремятся планировать минимальной. Нормы технологического проектирования / 43 / ограничивают уменьшение ширины рабочей площадки условием безопасной работы горнотранспортного оборудования. Минимальную ширину рабочей площадки принимать из условия размещения развала взорванной горной массы, но не менее ширины транспортной бермы.
Скальные породы карьера Као-Шон относятся к породам ІУ категории по трещиноватости. Поэтому минимальная ширина рабочей площадки в скальных породах принята равной 45 м ( по табл. 5.5 ).
Работа с минимальной шириной рабочей площадки допускается лишь в отдельных случаях и на непродолжительный период: в этом случае из-за отсутствия запасов горной массы, готовой к выемке, остановка работ на любом уступе карьера приводит к нарушению технологии разработки и опасным условиям труда. Выполняя эти условия, ширину рабочей площадки проектируют постоянной на весь период нормальной работы карьера. Почти на всех карьерах Вьетнама наблюдается значительное отклонение ширины рабочей площадки в сторону ее уменьшения.
Уменьшение ширины рабочей площадки на карьерах Вьетнама в некоторой степени оправдано, так как с увеличением глубины разработки увеличивается число добычных уступов, возрастает протяженность фронта добычных работ и появляется возможность выдерживания нормируемых запасов при меньшей ширине рабочей площадки. Уменьшаются также текущие объемы вскрышных работ.
Для определения рациональной ширины рабочей площадки, удовлетворяющей требованиям нормируемых запасов, рассмотрим схемы формирования запасов полезного ископаемого / 4, 21 /.
С целью обеспечения карьера подготовленными запасами, нормы технологического проектирования обязывают на верхнем уступе оставлять площадки угля ( рис. 5.2 ). В этом случае запасы угля подготовленного к выемке, определяются по формулегде П. - высота добычного уступа угля, м; о{ - запасная площадь угля на і -ом добычном уступе, м2; L[ - протяжен-ность фронта добычных работ на 1-м уступе, м; П - число добычных уступов.
Для повышения надежности работы карьера готовые к выемке запасы целесообразно иметь на всех добычных уступах. При одинаковой на всех уступах нормальной ширине рабочей площадки (большей минимальной ширины ) объем подготовленных запасов определяется по формуле / 13, 21 /.Как видно из рис. 5.2 для создания подготовленных запасов на всех добычных уступах потребуется извлечь большее количество пустых пород на величину 11При круглогодовой работе по скальной горной массе обеспеченность
