Содержание к диссертации
Введение
1. Обобщение производственного опыта и результатов научных исследований технологических схем разработки угольных месторождений брахисинклинально-готипа 15
1.1. Анализ способов и схем вскрытия брахисинклинальных складок 15
1.2. Анализ технологических схем подготовки шахтных и выемочных полей брахисинклинальных складок 23
1.3. Обобщение технологических схем подготовки и отработки выемочных участков угольных пластов, залегающих в брахисинклинальных складках 28
1.4. Результаты научных исследований по созданию прогрессивной технологии отработки угольных пластов с переменными горногеологическими параметрами 34
1.5. Выводы, цель и задачи исследований 36
2. Разработка методрпси совершенствования и реализации технологических схем разработки угольных пластов, залегающих в брахисинклинальных складках 40
2.1. Методика исследований технологических схем отработки брахисинклинальных складок 40
2.2. Технологическая типизация брахисинклинальных складок угленосных месторождений по геологическим и технологическим признакам 43
2.3. Разработка методики разделения брахисинклинальных складок на однородные технологические блоки 50
2.4. Реализация методики разделения брахисинклинальных складок на однородные технологические блоки на примере Казанковской брахисинклинальной складки 61
2.4.1. Создание базы горно-геологических данных 62
2.4.2. Формирование базы технологических и технических параметров способов разработки угольных месторождений 66
Выводы 73
3. Обоснование пространственно-планировочных и технологических решений по подземной разработке угольных месторождений брахисинклинального типа 76
3.1. Развитие существующих и конструирование альтернативных вариантов вскрытия, подготовки и отработки однородных технологических блоков 76
3.1.1. Разработка методики конструирования альтернативных вариантов вскрытия, подготовки и отработки брахисинклинальных складок 76
3.1.2. Развитие существующих и конструирование альтернативных вариантов вскрытия, подготовки и отработки брахисинклинальной складки с одним типом однородных технологических блоков 80
3.1.2.1. Разработка генеральной схемы отработки брахисинклинальной складки с одним типом однородных технологических блоков 80
3.1.2.2. Развитие существующих и конструирование альтернативных вариантов вскрытия, подготовки и отработки брахисинкликом без разделения на шахтные или карьерные поля 87
3.1.2.3. Развитие существующих и конструирование альтернативных вариантов вскрытия, подготовки и отработки брахисинклинальных складок с одним однородным технологическим блоком с разделением его на несколько шахтных или карьерных полей 97
3.1.3. Развитие существующих и конструирование альтернативных вариантов вскрытия, подготовки и отработки брахисинклинальных складок, включающих два типа однородных технологических блоков 104
3.1.3.1. Разработка методики дискретизации на шахтные и карьерные поля брахисинклинальных складок, включающих два типа однородных технологических блоков 104
3.1.3.2. Развитие существующих и конструирование альтернативных вариантов разработки открытым и подземным способами брахисинклинальной складки, включающей два типа однородных технологических блоков 106
3.1.3.3. Развитие существующих и конструирование альтернативных вариантов разработки открытым и открыто-подземным способами брахисинклинальной складки, включающей два типа однородных технологических блоков 114
3.1.4. Развитие существующих и конструирование альтернативных вариантов разработки угольных пластов в брахисинклинальной складке, включающей три типа однородных технологических блоков 119
3.1.4.1. Разработка методики дискретизации на шахтные и карьерные поля брахисинклинальных складок, включающих три типа однородных технологических блоков 119
3.1.4.2. Синтез альтернативных вариантов разработки брахисинклинальных складок открытым, подземным и открыто-подземным способами 121
Выводы 125
4. Шахтные исследования элементов технологии разработки угольных пластов в брахисинклинальных складках 128
4.1. Характеристика объекта и методика шахтных исследований 128
4.2. Разработка и реализация технологических и технических решений по совершенствованию технологии проведения подготовительных выработок в брахисинклинальной складке 135
4.3. Шахтные исследования параметров систем разработки короткими забоями 138
4.4. Разработка и реализация технологических и технических решений по повышению нагрузки на длинные комплексно-механизированные забои 140
4.5. Разработка и реализация технологических и технических решений по повышению эффективности отработки угольных месторождений брахисинклинального типа 149
Выводы 151
Заключение 153
Литература 157
- Обобщение технологических схем подготовки и отработки выемочных участков угольных пластов, залегающих в брахисинклинальных складках
- Разработка методики разделения брахисинклинальных складок на однородные технологические блоки
- Разработка генеральной схемы отработки брахисинклинальной складки с одним типом однородных технологических блоков
- Разработка и реализация технологических и технических решений по повышению нагрузки на длинные комплексно-механизированные забои
Введение к работе
Актуальность работы. В соответствии с программой реструктуризации угольной промышленности эффективность отрасли намечается повысить за счет развития угледобычи на месторождениях, благоприятных для применения высокоинтенсивных технологий. К перспективным отнесены районы и участки месторождений, запасы угля которых экономически выгодно отрабатывать открытым или подземным способами с суточной нагрузкой на очистной забой более 8 тыс.т. При подземном способе добычи такая нагрузка может быть достигнута при отработке пологих угольных пластов средней мощности.
Однако, объемы таких запасов на действующих шахтах ограничены и возникает необходимость проектирования и освоения новых месторождений, значительная часть которых представлена свитой пластов, залегающих в виде брахисинклинальных складок. Особенностями угольных месторождений брахисинклинального типа являются: переменный угол падения пластов; изменение от глубины залегания пластов качества угля, газоносности, водопритока, объема запасов на горизонтах, горного давления и др.
Производственный опыт отработки месторождений брахисинклинального типа показывает, что выемка участков угольных пластов с углами падения свыше 25 или на глубине более 500 м экономически невыгодна (шахты «Шушталепская», «Осинниковская», «Абашевская», «Зырянов-ская» в Кузбассе) и приводит к закрытию шахт по экономическим критериям и условиям безопасности. Существенным ограничением при доработке запасов в мульде брахисинклинальных складок, отрабатываемых несколькими шахтами, является наличие барьерных и предохранительных
целиков, затопленных выработанных пространств выше горизонта горных работ и др.
Следовательно, для проектирования горных предприятий и разработки угольных месторождений брахисинклинального типа необходимо применить системный подход, позволяющий полностью и эффективно отработать угольные пласты за счет использования оптимальных пространственно-планировочных решений, синтеза рациональных и безопасных технологий выемки угля.
Ведущими проектными, научно-исследовательскими и учебными институтами бывшего СССР выполнен и реализован большой объем научных исследований по созданию системы комплексного освоения месторождений брахисинклинального типа. Однако, изменение рыночных отношений и критериев оптимальности технологических решений показало недостаточную эффективность проектных решений и возникла потребность в новых методических подходах для проектирования и освоения месторождений брахисинклинального типа.
В связи с изложенным, проведение исследований, направленных на обоснование пространственно-планировочных и технологических решений, обеспечивающих комплексное и эффективное освоение в рыночных условиях месторождений брахисинклинального типа, имеет важное научное и практическое значение.
Диссертация выполнена по результатам научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ Сибирского государственного индустриального университета в 1996-1999гг., в том числе по региональной программе Кемеровского научно-образовательного комплекса (тема № 27-6), Федеральной целевой программе «Интеграция» - «Освоение и сохранение недр Кузбасса» (контракт №564, гос. per. № 01990000622), ГРАНТу №78 Министерства образования РФ; проектно-конструкторского бюро АОУК
«Кузнецкуголь» (проекты шахт «Есаульская», «Юбилейная», «Ульяновская»). Исследования проводились при участии автора в качестве руководителя и исполнителя.
Целью работы является повышение эффективности и безопасности подземной разработки угольных месторождений брахисинклинального типа за счет применения научно-обоснованных параметров пространственно-планировочных решений и системного подхода для оптимизации схем строительства и эксплуатации шахт.
Идея работы заключается в разделении по разработанной методике брахисинклинальной складки на однородные технологические блоки и однородные монотехнологические блоки с отработкой запасов каждого блока по адаптивной высокоинтенсивной технологии.
Задачи исследований:
типизировать брахисинклинальные угольные месторождения по параметрам складчатости и горнотехнологическим признакам на основе адаптации открытого, подземного и комбинированного способов разработки к горно-геологическим условиям залегания угольных пластов;
разработать методику разделения брахисинклинальных складок на однородные технологические блоки с использованием алгоритма определения границ блоков по экономическим и технологическим критериям;
обосновать пространственно-планировочные решения по подземной разработке угольных месторождений брахисинклинального типа на основе системного подхода при выборе схем вскрытия, подготовки и отработки угольных пластов;
провести шахтные исследования технологических схем разработки однородных технологических блоков брахисинклинальных складок длинными и короткими забоями с применением традиционного и гидравлического способов отработки угольных пластов;
разработать и реализовать технологические и технические решения по повышению эффективности отработки угольных пластов в брахисинклинальных складках с использованием высокопроизводительной отечественной и зарубежной техники.
Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающий:
системный анализ способов разработки, горно-геологических и горнотехнических параметров брахисинклинальных складок для их типизации;
метод многокритериальной оптимизации для установления границ однородных технологических блоков в пределах брахисинклинальных складок;
метод вариантов для обоснования альтернативных пространственно-планировочных решений по вскрытию, подготовке и отработке месторождений брахисинклинального типа;
хронометражные шахтные наблюдения технологических процессов и статистический анализ результатов для выбора оптимальных параметров технологических схем разработки однородных технологических блоков;
научно-техническое прогнозирование технологических и технических решений для повышения эффективности отработки брахисинклинальных складок.
Научные положения, выносимые на защиту:
интеграция традиционных способов разработки угольных месторождений и уровень их адаптивности к горно-геологическим условиям позволяет типизировать брахисинклинальные складки по параметрам складчатости и обосновать схемы строительства и эксплуатации горнодобывающих предприятий каждого типа складок;
границы однородных технологических блоков и однородных монотехнологических блоков устанавливаются по технологическим и экономическим критериям и используются при разделении брахисинклинальной складки на шахтные поля, выемочные поля и блоки;
высокий уровень пространственно-планировочных решений по подземной разработке угольных месторождений брахисинклинального типа достигается типизацией брахисинклинальных складок, разделением их на однородные технологические блоки и адаптацией способов и средств разработки пластов к горно-геологическим условиям монотехнологического блока;
реализация адаптивных технологических схем разработки однородных технологических блоков в пределах брахисинклинальной складки обеспечивает повышение концентрации работ, коэффициента использования шахтного оборудования и уровня безопасности технологических процессов за счет узкого диапазона изменения горно-геологических параметров блока, сокращения типоразмеров забойного оборудования и специализации трудовых коллективов;
эффективность разработки угольных пластов в брахисинклинальных складках достигается применением последовательно-параллельной и параллельной схем строительства и эксплуатации горнодобывающих предприятий, что обеспечивает сокращение начальных инвестиций и срока их окупаемости.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов работы подтверждается:
высокой адаптивностью традиционного и гидравлического способов отработки Байдаевской и Антоновско-Есаульской брахисинклинальных складок в Кузбассе;
опытом эксплуатации шахты «Юбилейная» при отработке верхних горизонтов Байдаевской брахисинклинали гидравлическим способом короткими забоями и нижних горизонтов длинными очистными забоями с определением границ однородных технологических блоков по технико-экономическим критериям;
успешной практической реализацией пространственно-планировочных решений по вскрытию, подготовке и отработке Байдаевской и Антоновско-Есаульской брахисинклинальных складок шахтами «Юбилейная», «Полосухинская», «Есаульская» и «Антоновская»;
представительным объемом шахтных наблюдений технологических процессов традиционной и гидравлической технологий на шахтах «Юбилейная» и «Есаульская» (за период наблюдений на этих шахтах добыто более 10 млн.т угля);
применением последовательно-параллельной схемы строительства и эксплуатации шахты «Есаульская», на которой в процессе строительства добыто более 1,5 млн.т угля, а затраты на строительство окупились за 7 лет.
Научная новизна работы заключается в:
типизации брахисинклинальных складок по уровню адаптивности способов разработки угольных пластов к горно-геологическим условиям брахисинклинальной складки и интеграции последовательной, последовательно-параллельной и параллельной схем строительства и эксплуатации горнодобывающих предприятий;
разработке методики определения границ однородных технологических блоков по технологическим и экономическим критериям с ограничениями по горно-геологическим и горнотехническим параметрам угольных пластов брахисинклинальных складок;
установлении зависимостей уровня пространственно-
планировочных решений по величине чистого дисконтированного дохода системы действующих в пределах брахисинклинальной складки горнодобывающих предприятий с применением на каждом однородном технологическом блоке технологической схемы с наивысшим уровнем адаптации;
установлении диапазона изменения горно-геологических параметров в пределах однородного технологического блока и однородного монотехнологического блока;
обосновании области применения последовательной, последовательно-параллельной и параллельной схем строительства и эксплуатации горных предприятий в пределах брахисинклинальных складок разных типов.
Личный вклад автора состоит:
в анализе форм и условий залегания угольных пластов и типизации месторождений брахисинклинального типа;
в разработке методики определения границ однородных технологических блоков в пределах угольных месторождений брахисинклинального типа с использованием технико-экономических критериев оптимизации и ограничений по горно-геологическим параметрам;
в конструировании альтернативных вариантов вскрытия, подготовки и отработки брахисинклинальных складок разных типов и обосновании технологического уровня пространственно-планировочных решений;
в разработке методики, организации и проведении комплексных шахтных исследований технологических схем разработки угольных пластов и обосновании допустимого диапазона изменения горногеологических параметров в пределах однородных технологических блоков;
в разработке и реализации прогрессивных технологических решений нового технико-экономического уровня, обеспечивающих интенсивную отработку брахисинклинальных складок при последовательно-параллельной и параллельной схемах строительства и эксплуатации шахт.
Практическое значение работы состоит в том, что полученные результаты исследований позволяют:
оценивать уровень адаптивности традиционных способов разработки угольных месторождений к горно-геологическим условиям брахисинклинальных месторождений по типу их складчатости;
устанавливать на этапе проектирования границы шахтных и выемочных полей в пределах брахисинклинальных складок по контурам однородных технологических блоков;
обосновывать оптимальные варианты вскрытия, подготовки и системы разработки при отработке месторождений брахисинклинального типа несколькими горнодобывающими предприятиями;
расширить область применения прогрессивных технологических схем отработки однородных технологических блоков путем использования производственного опыта и результатов шахтных исследований;
сократить объем начальных инвестиций и сроки их окупаемости при использовании последовательно-параллельной и параллельной схем строительства и эксплуатации нескольких шахт в пределах брахисинкли-нальной складки.
Реализация работы. Основные положения и результаты исследований использовались при реконструкции шахты «Юбилейная» (1990-1995гг.), расширении шахты «Есаульская» (1996-1999гг.) и техническом перевооружении шахты «Новокузнецкая» (1998-1999гг.) АОУК «Кузнецк-уголь». Оптимальные пространственно-планировочные решения по подземной разработке угольных месторождений брахисинклинального типа
включены в проект строящейся шахты «Ульяновская» АОУК «Кузнецк-уголь» (1998-1999гг.). Методика разделения брахисинклинальных складок на однородные технологические блоки используется в учебном процессе Сибирского государственного индустриального университета (1997-1999гг.).
Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты диссертации докладывались на VI Международной научно-практической конференции "Перспективы развития горнодобывающей промышленности" (Новокузнецк, 1999г.), конференции «Совершенствование подземной разработки» (Кемерово, 1999г.), Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово, 1999г.), Международных конференциях «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (Новокузнецк, 1998-1999гг.), III Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс-99» (Кемерово, 1999г.), технических советах АОУК «Кузнецкуголь» (1991-1999гг.), технических советах шахт «Юбилейная», «Есаульская», «Новокузнецкая» АОУК «Кузнецкуголь» (1991-1999гг.).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 8 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 165 страницах машинописного текста, включает 12 таблиц, 36 рисунков и список литературы из 74 наименований.
Обобщение технологических схем подготовки и отработки выемочных участков угольных пластов, залегающих в брахисинклинальных складках
В настоящее время разработку угольных пластов, залегающих в пределах Байдаевской брахисинклинали, ведут следующие шахты: «Юбилейная», «Зыряновская» и «Абашевская». Шахта «Юбилейная» ведет разработку пластов 16 и 25, шахта «Зыряновская» отрабатывает пласты 14 и 16, шахта «Абашевская» разрабатывает пласты 14, 15, 16 и 26а. Производственная мощность указанных предприятий составляет соответственно 1700, 900 и 2400 тыс.т угля в год.
Применение последовательно-параллельной схемы строительства и эксплуатации горных предприятий позволяет сократить объем инвестиций в период освоения месторождения, накопить финансовые средства для строительства новых шахт, а также улучшить проектные, технологические и технические решения при строительстве новых шахт.
Параллельная схема строительства и эксплуатации горных предприятий, хотя и применяется давно в угольной практике России /39,69/, однако теоретическое обоснование возможности строительства шахты и частичной отработки запасов в пределах шахтного поля выполнено в 80-х годах и опубликовано в работах А.С.Бурчакова, В.В.Ржевского, А.Е.Гонтова /3,26/, В.Д.Ялевского /72,73,74/, В.И.Магдыча, С.В.Мелехина /38/ и других авторов.
Сущность параллельной схемы строительства и эксплуатации шахт состоит в реализации поэтапного подхода /3/: разрабатывается генеральная схема освоения месторождения, выделяются пионерные блоки и оптимизируется очередность их отработки; осуществляется проектирование, строительство и эксплуатация пионерных блоков в соответствии с графиком строительства; параллельно с отработкой пионерных блоков проводятся горнокапитальные работы для вскрытия всего месторождения; осуществляется доработка месторождения по постоянной схеме. Параллельная схема строительства и эксплуатации горного предприятия в пределах брахисинклинальной складки позволяет повысить фондоотдачу капитальных вложений и рентабельность предприятия. В качестве примера применения параллельной схемы строительства и эксплуатации шахт можно привести производственный опыт освоения Антоновско-Есаульского и Кушеяковского геологических участков в Кузбассе /36,47/. На этих геологических участках в настоящее время ведут горные работы шахты «Полосухинская», «Антоновская», «Есаульская», «Абашевская» (Кушеяковский район) и «Новокузнецкая». Устойчивая работа этих шахт подтверждается высокими технико-экономическими показателями. Так, по шахте «Есаульская» в 1999г. производительность труда рабочего составила 106,9 т/месяц, а себестоимость угля - 103,6 руб. Для сравнения, по компании АО УК «Кузнецкуголь» за этот период производительность труда рабочего равна 58,1 т/месяц, а себестоимость угля -155,3 руб.
Опыт применения параллельной схемы строительства и эксплуатации горных предприятий, кроме положительных признаков, показал и следующие ее недостатки: совмещение горных и строительных работ во времени и пространстве всегда приводит к опережению работ по эксплуатации и, как следствие, к применению временных схем; отработка угольных пластов по временным схемам приводит к низкому коэффициенту использования забойного оборудования из-за ограничений по вентиляции, водоотливу, подъему и др.
Как следует из проведенного краткого анализа производственного опыта и результатов научных исследований, в настоящее время отсутствует единая технологическая схема разработки брахисинклинальных складок. 1.2. Анализ технологических схем подготовки шахтных и выемочных полей брахисинклинальных складок
В зависимости от принятой схемы вскрытия, объема вскрытых запасов и горно-геологических условий в настоящее время применяются все известные способы и схемы подготовки шахтных полей брахисинклинальных складок: этажная, панельная, погоризонтная и комбинированная.
На верхних горизонтах брахисинклинальных складок применяется, как правило, этажная подготовка. На шахтах «Байдаевская», «Юбилейная» в Кузбассе вертикальная высота этажа принималась равной 80-150 м при углах падения свиты угольных пластов 30-60.
На рис. 1.4 приведена схема вскрытия и подготовки шахты «Байдаевская», отрабатывавшей западную часть Байдаевской брахисинклинали. Шахта вела разработку пластов, имеющих угол падения от 20 до 60. Мощность отрабатываемых пластов составляла от 1.0 до 3.5 м. Шахта «Байдаевская» была вскрыта вертикальными стволами и квершлагами. По простиранию шахтное поле было разделено на выемочные поля длиной 600-900 м. Проектная мощность предприятия составляла 1500 тыс.т в год.
Панельная подготовка шахтных полей /58,63/ в пределах брахисинклинальных складок применяется на участках пластов с углами падения меньше 25. Из-за переменного угла падения, геологических нарушений, повышенного горного давления, опасности по газодинамическим явлениям и пр. размеры панелей и ярусов редко совпадают с оптимальными. На шахтах Кузбасса часто применяется однокрылая подготовка уклонных полей, что приводит к росту затрат на подготовку, проветривание и водоотлив.
Разработка методики разделения брахисинклинальных складок на однородные технологические блоки
Ко второму типу относятся брахисинклинальные складки, которые можно отрабатывать двумя способами. Возможны сочетания открытого и подземного способов (вариант 2.1.1). Это наиболее распространенный вариант в Кузнецком угольном бассейне и широко применяется в Прокопь-евско-Киселевском, Байдаевском, Томь-Усинском и других угленосных районах. При высокой газоносности, обводненности или нарушенности угольных пластов в мульде брахисинклинальной складки применяется открытый и открыто-подземный способы (вариант 2.2.2 на рис.2.2).
К третьему типу отнесены брахисинклинальные складки, в пределах которых возможно применение трех способов разработки угольных пластов. Вариант 3.1.1 также широко применяется на практике при использовании открытых выработок для проведения вентиляционных фланговых выработок. Однако, в последнее время появились научные разработки /5,37,43,52/, подтверждающие высокую эффективность варианта 3.1.1, приведенного на рис.2.2.
Разработанная классификация позволяет применить системный подход при анализе конкретных горно-геологических и горнотехнических ситуаций и разработке проектов отработки брахисинклинальных складок. В качестве объекта исследований для решения поставленных в диссертации задач были выбраны дорабатываемые, частично отрабатываемые и находящиеся в стадии проектирования брахисинклинальные складки: Байдаевская, Антоновско-Есаульская, Казанковская и Ульяновская в Кузнецком угольном бассейне.
Согласно введенной терминологии однородный технологический блок (ОТБ) - это часть месторождения полезных ископаемых, предназначенная для отработки одним способом. Существенными признаками ОТБ являются однородные горно-геологические условия, совместимые с параметрами одного способа разработки месторождения. Понятие ОТБ предложено М.М. Смиренским /58/ и интуитивно применяется на практике при планировке выемочных полей и блоков на выемочные столбы. Однако, критерии установления границ ОТБ принимаются разные. Во многих работах /2,15,56,58,70 и др./ используется метод усреднения горногеологических условий. При этом границы ОТБ устанавливаются по коэффициенту вариации /58/, критерию адаптации /15,56/, имеющему вероятностную математическую форму или с помощью числовой функции-критерия 121. В работе А.В.Суркова /60/ предлагается для комплексной оценки горно-геологических условий использовать показатель технологичности угольных пластов.
Эффективность применения статистических и вероятностных методов не подтверждается на практике. Например, мелкое дизъюнктивное нарушение в пределах выемочного участка считается переходимым механизированным комплексом и не оказывает существенного влияния на статистические параметры и критерий адаптации выемочного участка. Фактически при переходе разрывного нарушения нагрузка на очистной комплексно-механизированный забой снижается в 2-3 раза. Процесс перехода разрывных нарушений сопровождается высокой аварийностью очистного забоя из-за вывалов пород кровли и отжима угля, повышенного износа оборудования и др. Как правило, после перехода геологического нарушения нагрузка на очистной забой ниже, чем до подхода к нарушению. Известны случаи длительного ремонта или перемонтажа механизированного комплекса, находящегося в зоне геологического нарушения. В качестве примера на рис.2.3 приведены графики изменения объемов добычи угля в комплексно-механизированном забое, подтверждающие снижение производительности забоев в зоне геологических нарушений. Из рисунка следует, что наличие хотя бы одного геологического разрывного нарушения в выемочном участке не позволяет отнести его в один ОТБ, где соседние участки не имеют геологических нарушений. Кроме дизъюнктивных нарушений, необходимо учитывать также другие геологические аномалии: пережимы пласта, твердые включения, обводненные зоны, склонность угольных пластов к газодинамическим явлениям, зоны повышенного горного давления и др.
Следовательно, границы ОТБ необходимо устанавливать не только по качественным характеристикам, но и количественным параметрам. В настоящей работе предлагается использовать качественные характеристики в виде ограничений области применения способа разработки месторождения, а для количественной оценки технологического соответствия геологии и технологии в пределах ОТБ - количественный интегральный показатель.
В качестве альтернативных вариантов интегрального показателя были рассмотрены: нагрузка на забой, производительность труда, себестоимость продукции, прибыль, рентабельность. В условиях свободного, рыночного ценообразования эффективность производства нельзя рассматривать вне связи таких финансовых показателей как: производственные издержки, цены на продукцию, стоимость основных производственных фондов и среднегодовую стоимость нормируемых оборотных средств предприятия.
Разработка генеральной схемы отработки брахисинклинальной складки с одним типом однородных технологических блоков
По каждому пласту вычерчиваются планы изолиний горногеологических и горнотехнологических параметров угольного пласта и вмещающих пород: мощности; угла падения; глубины разработки; газоносности; водообильности; механических и геометрических параметров пород ложной, непосредственной и основной кровель; механических параметров пород почвы; строения пласта; амплитуд разрывных нарушений и др. Построение каждого плана осуществляется в виде слоев с помощью компьютерных программ, например SURFER. Возможно также табличное представление в базе данных исходной информации с использованием единой системы координат.
Формируется база технических и технологических параметров открытого, подземного традиционного, подземного гидравлического, открыто-подземного традиционного, открыто-подземного гидравлического способов разработки угольных месторождений. В табл.2.4 приведена матрица исходных данных технологической схемы отработки пласта длинными очистными забоями. Для схемы отработки пласта короткими забоями вводятся характеристики выемочных и транспортных машин, применяемых при этих системах разработки. При формировании базы горнотехнических параметров технологических схем проведения горных выработок рекомендуется исходные данные представлять в виде табл.2.5.
Определяются стоимостные параметры элементов способов угледобычи, указанных в предыдущем пункте.
Путем перебора на ЭВМ в циклах по способам разработки, технологическим и техническим параметрам на планах изолиний горнотехнологических свойств устанавливаются границы однородных технологических блоков для каждого способа разработки. 7. Определяется рентабельность действующего горного предпри ятия, отрабатывающего однородные технологические блоки, и вычерчиваются изолинии рентабельности для каждого способа разработки в пределах всей брахисинклинальной складки. Для нового строительства определяется чистый дисконтированный доход. 8. По максимальной рентабельности или чистому дисконтированному доходу выбираются окончательно границы ОТБ, способы разработки всех пластов в пределах брахисинклинальной складки и устанавливается ее тип. 9. Формируется база стоимостных, технических и технологических параметров альтернативных вариантов технологических схем отработки каждого однородного технологического блока. 10. Путем перебора на ЭВМ в циклах по вариантам технологических схем на планах изолиний технологических свойств устанавливаются границы однородных монотехнологических блоков для каждой технологической схемы. 11. Определяется нагрузка на выемочный участок и участковая себестоимость для каждого ОМТБ и вычерчиваются изолинии нагрузки на выемочный участок и участковой себестоимости. 12. По заданному критерию (нагрузка на забой или себестоимость) выбирается оптимальная технологическая схема и уточняются границы ОМТБ. 2.4. Реализация методики разделения брахисинклинальных складок на однородные технологические блоки на примере Казанковской брахисинклинальной складки В настоящем подразделе применительно к конкретному месторождению приведен пример реализации методики разделения брахисинклинальных складок на однородные технологические блоки. В качестве объекта исследований принята Казанковская брахисинклинальная складка Восточной части Кузнецкого угольного бассейна (рис.2.4). Складка в плане имеет овальную форму, вытянута в меридиональном направлении. Длина складки по границам выхода под наносы пласта 34 составляет около 5 км, ширина - 2 км. В пределах брахисинклинальной складки рассмотрены пласты Тагарышские 37, 36. 35, 34. Для апробации методики разделения брахисинклинальной складки принят нижний пласт Тагарышский 34, который имеет среднюю мощность 2,8 м. Пласт состоит из трех угольных пачек, разделенных породными прослойками мощностью 0,1-0,5 м. Угол падения пласта под выходами под наносы достигает 60 и резко уменьшается с глубиной (рис.2.5). Угольный пласт угрожаемый по горным ударам, не опасный по внезапным выбросам угля и газа, опасный по пыли. Марка угля Гб, коэффициент крепости 0,6. Глубина залегания пласта Тага-рышского 34 достигает 300 м (рис.2.6). Углепородная толща включает алевролиты и песчаники с коэффициентом крепости 3-8. В непосредственной кровле пласта залегают неустойчивые алевролиты, склонные к размоканию. Мощность наносов достигает 50 м. Разрывные геологические нарушения установлены в северо-западной части складки. Для реализации методики разделения Казанковской брахисинклинальной складки на однородные технологические блоки выполнены следующие этапы.
Разработка и реализация технологических и технических решений по повышению нагрузки на длинные комплексно-механизированные забои
По графикам рис.2.7-2.9 трудно выделить область рационального применения каждой технологии разработки пласта 34. Эта задача упрощается при выборе границ однородных технологических блоков с помощью ЭВМ. Для чего по разработанной программе проводится сравнение себестоимости добычи угля в каждой точке пласта 34 и выделяются признаки технологии выемки пласта, при реализации которой достигается минимальная себестоимость. Результаты такой обработки базы горногеологических и горнотехнических параметров пласта 34 Казанковской брахисинклинали приведены на рис.2.10.
Из рисунка следует, что принятое в проекте шахты «Казанковская» решение о разработке пласта 34 длинными очистными забоями было ошибочным. Это было установлено в процессе строительства шахты и строительство было прекращено.
Следовательно, применение разработанной методики выделения однородных технологических блоков позволит на этапе проектирования выбрать оптимальный вариант разработки месторождения.
Разработана методика исследований технологических схем отработки угольных пластов в брахисинклинальных складках. Методика включает разделение брахисинклинальных складок на однородны технологические блоки, обоснование схемы строительства и эксплуатации шахт в пределах месторождения брахисинклинального типа. В качестве критерия оптимальности при выборе рационального варианта разработки брахисинк-линальных складок принят чистый дисконтированный доход, а ограничениями являются горно-геологические параметры.
Установлены типы брахисинклинальных складок по технологическим признакам. Тип складки определяется по уровню адаптивности открытого, подземного и комбинированного способов разработки к горногеологическим условиям и экономической возможности интеграции последовательной, последовательно-параллельной и параллельной схем строительства и эксплуатации горнодобывающих предприятий.
Разработана методика определения границ однородных технологических блоков, шахтных полей и блоков в брахисинклинальной складке. Каждый однородный технологический блок характеризуется узким диапазоном изменения горно-геологических условий, благоприятных для отработки угольных пластов в блоке по одной технологии. 4. Введено понятие однородного монотехнологического блока, который является частью однородного технологического блока и предназначен для отработки запасов угля по одной технологической схеме. 5. Установлены эмпирические параболические зависимости участковой себестоимости шахт от угла падения и глубины разработки пласта для систем разработки длинными комплексно-механизированными забоями и короткими забоями с гидротранспортом горной массы. Зависимости позволяют в автоматизированном режиме на ЭВМ устанавливать границы однородных технологических блоков в пределах брахисинклинальной складки. При увеличении глубины разработки от 200 до 300 м участковая себестоимость возрастает на 3; 5 и 4,5 руб/т. Соответственно, при отработке пологих пластов длинными комплексно-механизированными забоями (ДСО); короткими забоями с механогидравлической выемкой (КСОК) и корткими забоями с высоконапорной гидроотбойкой (КСОГ). На участках брахисинклинальных складок с переменным углом падения от 10 до 20 участковая себестоимость увеличивается при прочих равных условиях на 15; 12 и 6 руб/т соответственно при отработке угольных пластов ДСО, КСОК, КСОГ. 6. Методика разделения брахисинклинальной складки на однородные технологические блоки реализована на примере Казанковской брахисинклинальной складки, где выделены три однородных монотехнологических блока с отработкой длинными очистными забоями (10% запасов), короткими забоями с комбайновой выемкой (45% запасов) и короткими забоями с высоконапорной гидроотбойкой (45% запасов). В настоящем разделе развиты существующие и разработаны новые альтернативные варианты вскрытия, подготовки и отработки однородных технологических блоков. Установлена область применения последовательной, параллельной и последовательно-параллельной схем строительства и эксплуатации горнодобывающих предприятий на месторождениях брахисинклинального типа. После выделения границ однородных технологических блоков, а также объема запасов в пределах каждого блока, устанавливается тип бра-хисинклинальной складки (см. рис.2.2.). В зависимости от числа типов однородных технологических блоков и принятых к анализу схем строительства и эксплуатации горнодобывающих предприятий формируются альтернативные варианты разработки угольных месторождений брахисинклинального типа. Совокупность возможных вариантов разработки брахисинклинальных складок систематизирована в виде графа (рис.3.1), разработанного в соответствии с методическими рекомендациями /9.10,42/.