Введение к работе
Актуальность работы. Программой реструктуризации угольной отрасли намечено сокращение доли нерентабельных угольных предприятий, среди которых закрытию подлежат 80 шахт и 27 разрезов. Существенными причинами сокращения числа угледобывающих предприятий являются ограничение инвестиций на использование вскрытых и подготовленных запасов, благоприятных для применения высокопроизводительного отечественного и зарубежного оборудования, а также несовершенство технологических схем из-за сложности их структуры, низкой надежности и недостаточной адаптивности к изменяющимся горно-геологическим условиям и конъюнктуры рынка.
Перспективным направлением выхода из сложившейся ситуации является создание открыто-подземной технологии добычи угля на основе синтеза существующих и новых элементов традиционных и нетрадиционных способов разработки угольных месторождений. Одной из таких технологий является гидравлическая, которая обеспечивает высокие технико-экономические показатели в традиционном виде, но имеет ряд недостатков, в том числе сложность управления, высокую энергоемкость, большие первоначальные капитальные затраты и др.
Одним из путей устранения этих недостатков является создание интегрированных модулей, включающих элементы системы разработки короткими забоями, гидромеханизированной выемки угля, гидротранспорта, подземного обезвоживания горной массы и осветления технологической воды.
Реализация интегрированных модулей сдерживается из-за отсутствия методов их конструирования и научного обоснования параметров. Поэтому исследования,направленные на решение задачи создания технологических схем подземных модулей и методов расчета их параметров являются актуальными, позволяют увеличить объемы извлечения запасов открыто-подземным способом без существенных дополнительных капитальных затрат, что обеспечивает продолжительность эффективной работы угледобывающих предприятий.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с научно-технической программой "Уголь России", проект 0-135 "'Разработка технологий интенсивной и безопасной отработки запасов угольных месторождений с учетом возможностей многоцелевого использования ресурсов недр" (1993-1996гг.).
Целью работы является продление срока службы угледобывающего предприятия за счет повышения извлечения запасов угля подземных интегрированных модулей открыто-подземным способом.
Идея работы заключается в использовании разработанных технологических схем и результатов расчета параметров подземных интегрированных модулей для повышения эффективности извлечения запасов угля подземным способом в граничных зонах открытых горных работ.
Задачи исследований:
разработать методику синтеза подземных модулей из элементов открытой, подземной традиционной и гидравлической технологий добычи угля;
сконструировать альтернативные варианты технологических схем подземных модулей отработки пластов открыто-подземным способом;
разработать алгоритмы расчета параметров и математические модели технологических процессов подземных интегрированных модулей в структуре действующих угольных предприятий;
установить зависимости технологических параметров подземных модулей от горно-геологическнх и техногенных факторов;
провести математическое моделирование технологических процессов для обоснования оптимальных параметров коротких забоев при гидромеханизации.
оценить работоспособность элементов подземных интегрированных модулей в производственных условиях;
обосновать область эффективного применения технологических схем интегрированных модулей.
Научные положения, защищаемые автором:
синтез подземных интегрированных модулей включает в себя декомпозицию традиционных технологий по базовым элементам с последующей их компоновкой, исключающей параллельные и избыточные технологические звенья;
альтернативные варианты подїємньіх модулей формируются путем последовательной структурно-параметрической и временной увязки элементов в единую систему, обеспечивающую поточность технологических процессов и адаптированную к горно-геологическим и техногенным условиям;
математическое моделирование технологических процессов в подземных интегрированных модулях и обоснование их параметров осуществляется на основе алгоритмов последовательной увязки элементов технологии по качественно-количественным характеристикам и параметрам;
зависимости технологических параметров подземных модулей от горно-геологических и техногенных факторов позволяют оптимизировать поточные технологические схемы эффективной отработки запасов в граничных зонах открытых горных выработок;
критерий максимальной производительности выемочных агрегатов, ограничения по деформациям выемочных выработок и потерям угля в очистных заходках позволяют методами математического моделирования установить оптимальные параметры коротких очистных забоев;
работоспособность отдельных элементов гидравлической и традиционной технологий, установленная в производственных условиях, позволяет синтезировать эффективные технологические схемы отработки угольных пластов открыто-подземным способом;
область эффективного применения подземных интегрированных модулей устанавливается на основе математического моделирования техно-
логических процессов с настройкой параметров моделей по результатам шахтных экспериментов.
Методы исследований:
анализ и научное обобщение опыта применения открытой, подземной традиционной и гидравлической технологий при отработке угольных месторождений для формирования вариантов технологических схем,
декомпозиция сложных систем для разработки методики синтеза подземных интегрированных модулей;
адаптация элементов технологических схем для конструирования альтернативных вариантов подземных интегрированных модулей;
математическая и структурно-статистическая обработка данных для моделирования технологических процессов;
математическая статистика и методы геомеханики для установления зависимостей технологических параметров подземных интегрированных модулей от горно-геологических и техногенных факторов;
шахтные наблюдения для оценки работоспособности элементов подземных модулей.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
значительным объемом аналитических и длительных экспериментальных исследований при разработке и внедрении вариантов технологии на подземных интегрированных модулях шахты «Нагорная» АОУК «Кузнецк-уголь», разрезов «Листвянский» и «Кедровский» АООТ «Кузбассразрез-уголь»;
удовлетворительной сходимостью (85-90%) прогнозируемых и фактических объемов добычи угля и технико-экономических показателей при эксплуатации 2-х подземных модулей, использующих элементы разработанных вариантов открыто-подземной технологии;
использованием прогрессивных технологических решений традиционных технологий при конструировании схем и эксплуатации подземных интегрированных модулей;
повышением производительности труда на подземных модулях в 1.7-2.0 раза по сравнению с производительностью на разрезах и в 3-6 раз - на шахтах с традиционной технологией.
Научная новизна работы состоит:
в создании методики синтеза подземных интегрированных модулей;
в синтезе альтернативных вариантов подземных модулей на основе последовательной и структурно-параметрической увязки элементов в единую систему;
в разработке математической модели, обеспечивающей последовательную увязку элементов и параметров технологических схем подземных интегрированных модулей;
в установлении связи технологических параметров подземных интегрированных модулей с горно-геологическими и техногенными факторами;
в разработке целевой функции, выражающей зависимость производительности выемочного агрегатов от основных горно-геологических и гор-
нотехнических параметров при ограничениях по устойчивости выемочных выработок и потерям угля в коротких очистных забоях;
в развитии методики определения работоспособности технологических схем проектируемых подземных интегрированных модулей по надежности отдельных элементов гидравлической и традиционной технологий;
в обосновании области эффективного применения комбинаций элементов различных технологий.
Личный вклад автора состоит в;
методическом обосновании возможности и целесообразности использования элементов различных технологий добычи угля в едином комплексе;
формировании вариантов и синтезе подземных интегрированных модулей;
разработке алгоритмов и математической модели последовательной качественно-количественной увязки элементов и параметров в единую технологическую схему подземного модуля;
установлении зависимостей технологических параметров подземных интегрированных модулей от структурных и техногенных факторов;
математическом моделировании технологических процессов в коротких очистных забоях;
экспериментальной проверке работоспособности элементов подземных модулей на шахтах и разрезах;
обосновании области эффективного применения подземных интегрированных модулей.
Практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты позволяют:
синтезировать подземные интегрированные модули с пространственно-временной и структурной увязкой элементов открытой, подземной традиционной и гидравлической технологий;
устанавливать оптимальные параметры технологических звеньев подземных модулей;
обеспечить поточность технологических процессов подземных модулей и их адаптацию к горно-геологических и техногенным условиям разрезов;
увеличить извлечение запасов по эффективным технологиям и продлить срок эксплуатации угледобывающих предприятий.
Реализация выводов и рекомендаций. Научные результаты и практические рекомендации использованы при проектировании интегрированных модулей разрезов "Листвянский", "Кедровский" АООТ "Кузбассразрезуголь" и шахты "Нагорная" АОУК "Кузнецкуголь"; при эксплуатации 2-х интегрированных модулей АОЗТ "Фэсткол"; в учебных процессах по дисциплинам специальности 090200 в Сибирском государственном индустриальном университете.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на: Научном совете по выполнению государст-
венной научно-техн іческой программы «Прогрессивные технологии комплексного освоения іоидивио-онергетических ресурсов недр России» (Москва, 1994 г.); Мея. гунлродной научно-практической конференции «Перспективы развития і орнодобываюшей промышленности» (Новокччнецк, 1997-1998 гг.); Научных семинарах СибГИУ (Новокузнецк, 1994-1997 гг )
Публикации, пеновные положения диссертации опубликованы в 12 печатных трудах, в \ >м числе в четырех изобретениях.
Структура и омьем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содс| жиг 181 стр., в том числе 44 рис., 23 табл., список литературы из 99 наименований.
