Содержание к диссертации
Введение
1. Характеристика угольного района и состояние изученности вопроса обоснования параметров разработки свиты пологих пластов 8
1.1. Характеристика горно-геологических условий разработки пластов Люблинского месторождения 8
1.2. Анализ выполненных исследований по вопросу разработки свиты пологих пластов
1.3. Цель и задачи исследования 22
1.4. Выводы 22
2. Возможные технологические решения при разработке свиты пластов Люблинского месторождения 25
2.1. Оценка сближенности пластов Люблинского месторождения 25
2.2. Характеристика качественных параметров, определяющих технологическую схему разработки свиты сближенных пластов 32
2.3. Формирование вариантов схем разработки свиты сближенных пластов и оценка их технологической целесообразности 42
2.4. Характеристика диапазона изменения количественных параметров групповой разработки пластов и принятые технические и технологические решения при формировании вариантов 58
2.5. Выводы б5
3. Экономико-математическое моделирование вариантов технологических схем групповой разработки свиты пластов 67
3.1. Обоснование и формирование критерия оптимальности вариантов технологических схем группирования пластов 67
3.2. Экономико-математическая модель групповой разработки пластов при погоризонтной подготовке шахтного поля ?3
3.3. Экономико-математическая модель групповой разработки пластов при панельной подготовке шахтного поля 76
3.4. Моделирование капитальных вложений на реализацию вариантов групповой разработки пластов на момент сдачи в эксплуатацию и общая модель вариантов 79
3.5. Характеристика исходной информации и принципы представления ее при оптимизации вариантов групповой разработки пластов 83
3.6. Выводы 91
4. Исследование и выбор оптимальных параметров и вари антов технологической схемы групповой разработки пластов 96
4.1. Методические положения оптимализации параметров и вариантов технологической схемы групповой разработки пластов и принятия конечного решения 96
4.2. Характеристика особенностей и обоснование параметров грушговой разработки пластов
4.3. Исследование параметров группирования
пластов П9
4.4. Оценка оптимальных вариантов группирования пластов 132
4.5. Выводы 143
Заключение 149
Литература 152
Приложения 158
- Характеристика горно-геологических условий разработки пластов Люблинского месторождения
- Оценка сближенности пластов Люблинского месторождения
- Обоснование и формирование критерия оптимальности вариантов технологических схем группирования пластов
- Методические положения оптимализации параметров и вариантов технологической схемы групповой разработки пластов и принятия конечного решения
Введение к работе
В ведущих угледобывающих странах мира развитие угольной промышленности связано с внедрением высокопроизводительной техники и технологии на угольных предприятиях,которое реализуется в направлении: модернизации и реконструкции действующих шахт с приростом и без прироста их производительной мощности; строительства новых шахт в действующих и новых угольных районах.
Особенностью развития угольной промышленности ПНР является значение угля как экспортного продукта. По плану до ІБ85 г. уровень добычи будет достигать 190-200 млн.т угля в год, из которого 30 млн.т предназначено на экспорт.
В настоящее время в ПНР основным угледобывающим бассейном является Верхне-Силезский, мощность шахт которого не позволяет существенно превысить 200 млн.рубеж добычи, поэтому с целью стабилизации, а дальше повышения объема 200 млн.т планируется ввод в строительство и эксплуатацию шахт в новом Люблинском бассейне, который характеризуется большой глубиной залегания пластов, практически горизонтальным их залеганием и весьма большой угленасыщен-ностью. По толщине свиты 395 м (в среднем) расположено 20 тонких пластов, достигающих рабочей мощности. Такая продуктивность свиты требует строительства крупных по мощности шахт с большой концентрацией горных работ при относительно небольших размерах шахтного поля по простиранию и падению. Пласты продуктивной свиты расположены на небольших расстояниях (в среднем 20 м) друг от друга и образуют между собой группы пластов.
В связи с вышеприведенными положениями основной целью диссертационной работы является исследование и выбор оптимальных параметров групповой разработки пластов центрального района Люблинского угольного месторождения.
Исходя из поставленной цели в диссертации рассмотрены следую- щие задачи: разработка методических положений обоснования и выбора критерия оптимальности параметров и вариантов групповой разработки пластов; разработка методики и оценка сближенности пластов для продуктивной свиты и выделение групп пластов; разработка методических положений конструирования вариантов подготовки к групповой разработке пластов, предварительной их оценки и выбора наиболее технически целесообразных; разработка экономико-математической модели подготовки свиты пологих пластов и методических положений оптимизации параметров и вариантов с применением вероятностной характеристики исходной информации, принятия решения в условиях неопределенности и риска; оптимизация и выбор оптимальных параметров и вариантов групповой разработки пластов Люблинского месторождения.
Для решения вышеперечисленных задач применены следующие методы исследований: инженерного анализа, теории вероятностей, экспертных оценок, экономико-математического моделирования,аналитических и статистических испытаний на ЭВМ.
Автор выносит на защиту: методические положения предварительной оценки и выбора наиболее технически целесообразных вариантов подготовки шахтного поля и групп пластов; применение методики оценки сближенности пластов; параметры и варианты подготовки шахтного поля к групповой разработке пластов весьма угленасыщенных месторождений с горизонтальным и пологим залеганием пластов.
Научная новизна работы заключается в том, что для отбора наиболее технически целесообразных вариантов подготовки групп пластов предложен интегральный^показатель, учитывающий не только оценку
7 параметров по выделенным критериям, но и степень соответствия параметров этим критериям. Для продуктивной свиты определены сближенные пласты и выделены группы пластов. Установлена зависимость удельных приведенных затрат от способа группирования пластов, которая позволяет установить оптимальный вариант подготовки шахтного поля. Произведена оптимизация вариантов подготовки шахтного поля и доказано влияние группирующих гезенков на удельные приведенные затраты варианта. Доказано, что при увеличивании мощности группы пластов уровень затрат повышается и наоборот.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций основывается на достаточном объеме исходной информации, на применении современных, хорошо апробированных методов инженерного анализа, теории вероятностей, метода экспертных оценок.
В работе широко использовались методические положения оптимизации параметров и вариантов с применением вероятностных характеристик исходной информации, принятия решения в условиях неопределенности и риска.
Практическая ценность работы состоит в установлении вариантов и параметров подготовки пластов к групповой разработке для нового бассейна, содержащего весьма угленасыщенную толщу сближенных горизонтально и полого залегающих пластов.
Основное содержание работы, а также ее отдельные положения докладывались на ІУ республиканской конференции "Молодые ученые -научно-техническому прогрессу в угольной промышленности" (Донецк, 1984 г.).
По материалам диссертации опубликовано 3 научных статьи.
Диссертация состоит из введения, четырех глав,заключения и содержит 45Г страниц машинописного текста, список литературы из 60 наименований, 19 рисунков, 20 таблиц.
Характеристика горно-геологических условий разработки пластов Люблинского месторождения
Люблинский угольный бассейн был разведан Геологическим институтом за период 1964-71 гг. /54, 55, 56, 57, 58, 59, 60 /. Этот бассейн расположен на юго-западном крае докембрийской платформы, которая в решающий способ влияла на седиментацию осадков, на тектоническое строение и метаморфизм углей карбона.
Карбон на этой площади залегает на олдредских отложениях и начинается с верхнего визе мощностью 79,50-114,50 м, представленного отложениями морского происхождения с линническими прослоями.
На визенских отложениях залегает нижний Намюр мощностью 160,00-236,50 м, характеризующийся сходным с визе литологическим составом и классическим циклическим сложением. На нижнем намюре стратиграфически согласно залегает верхний намюр (ВиС) мощностью 209,40-383,00 м, сложенный в основном континентальными отложениями с горизонтами осадков морского происхождения. В верхнем намюре (В) появляются первые промышленные угольные пласты. Вест-фаль А-В, наблюдаемая мощность которого достигает 461,50 м, представлен однообразной серией чередующихся аргиллитов, алевролитов и углей с редкими прослоями песчаников рис. 1.2; 1.3. В нижнем интервале вестфальского яруса залегает последний, считая с подошвы карбона, морской горизонт. Вся толща карбона образует пологую асимметрическую синклиналь простирания СЗ-ЮВ (рис. 1.2) пересеченную продольными и поперечными сбросами.
Оценка сближенности пластов Люблинского месторождения
При разработке свиты пластов очень важное значение имеет угол падения пластов, их расстояние друг от друга и ряд других горногеологических факторов. Угол падения пластов влияет на геометрию формирования мульды сдвижения пород при разработке этих пластов. Рассмотрим свиту 20 пологих пластов исходя из данных Люблинского бассейна, где угол падения пластов колеблется от 0 до 16 на границе месторождения. Особенно значительное взаимное влияние от сближенности наблюдается при разработке горизонтальных и пологих пластов. Четкого определения для сближенности пластов в настоящее время нет. Б общем представлении сближенность пластов характеризуется расстоянием между пластами и степенью их взаимного влияния (подработкой или надработкой) / 40 /. Следовательно, пласты считаются сближенными, если для рациональной разработки необходимо учитывать их совместное залегание. При разработке сближенных пластов необходимо рассчитывать минимальную мощность междупластья, допускающую безопасную разработку подрабатываемого или надрабатываемого пласта, и достаточное опережение очистных работ на пластах по отношению друг к другу (соответственно для случая подработки или надработки).
Минимальную мощность междупластья при которой надработка сказывается весьма слабо, можно определять по формуле А.А.Борисова / 33 /. 26 m - вынимаемая мощность подрабатываемого пласта,м; he - предел свободного опускания пород основной кровли,м; kep- средний коэффициент разрыхления пород непосредственной кровли. Для ориентировочных расчетов по данным практики предел свободного опускания пород основной кровли можно принимать равным 0,1...0,4 от вынимаемой мощности пласта / 34/ при среднем коэффициенте разрыхления пород kep =1,15...1,25. Применительно к конкретным породам непосредственной кровли средний коэффициент разрыхления по В.Д.Слесареву / 37 / следует принимать в зависимости от вынимаемой мощности пласта (табл. 2.1). В этом случае предел свободного опускания пород основной кровли определяется из выражения
Обоснование и формирование критерия оптимальности вариантов технологических схем группирования пластов
Обоснование критерия оптимальности может быть осуществлено путем использования нормативных документов / 23, 38 /, согласно выполненным ранее исследованиям по аналогичным вопросам / 2, 3, 6, 12 / и на базе данных экспертного опроса /45, 46, 47 / с учетом технологического и экономического смысла групповой разработки пластов.
Среди экономических критериев целесообразно рассмотреть только такие, которые наиболее полно отражают сущность решаемых задач в области групповой разработки пластов. К таким критериям относятся:
-первоначальные капитальные вложения. По своей сущности этот критерий требует принятия таких решений, которые имели бы в своей технологической и технической реализации минимальные первоначальные затраты. Таким образом, этот критерий характеризует варианты по их производственной реализации, т.е. только на момент сдачи их в эксплуатацию. В то же время он совершенно не реагирует на эксплуатационные особенности рассматриваемых вариантов и изменение их параметров. Применительно к вариантам технологических схем группирования пластов этот критерий будет отражать только наиболее общие, резко отличающиеся характеристики (собственно наличие группирования или индивидуальная разработка, наличие и количество основных групповых выработок: штреков и наклонных выработок); - эксплуатационные затраты, "характеризуют варианты и их пара метры какв процессе реализации, так и в период эксплуатации. По своей сущности требуют принятия такого решения, которое сопровождалось бы минимальными издержками производства. Этот критерий применительно к технологическим схемам групповой разработки пластов является более чувствительным к изменению сущности варианта (по наиболее общим характеристикам) и его параметров, так как он включает в себя и первоначальные капитальные вложения и последующие эксплуатационные издержки. Он же полностью характеризует и технологическую сущность группирования пластов. Однако этот критерий не учитывает отвлечение капитальных вложений на реализацию собственно варианта подготовки или группирования пластов, в чем его основной недостаток. Суть здесь состоит в том, что варианты разнятся между собой сроком реализации работ к сдаче в эксплуатацию, а также суммой капитальных вложений на реализацию собственно варианта в период его формирования и сдачи в эксплуатацию;
Методические положения оптимализации параметров и вариантов технологической схемы групповой разработки пластов и принятия конечного решения
Ввод в экономико-математическую модель технологической схемы групповой разработки пластов вероятностно-детерминированной информации сводит задачу оптимизации параметров и вариантов этой технологической схемы к случайному процессу. Основным методом решения таких задач является метод статистического моделирования (статистических испытаний или, как часто его называют, метод Монте-Карло). Согласно сущности вероятностного представления исходной информации реализация рекомендуемого или рассматриваемого варианта на практике в конкретных условиях может столкнуться с любой совокупностью характеристик этих условий (в принципе и с такой совокупностью, о которой мы не имеем никакого представления). Естественно, что принимаемый решение должен оценить существующие (предлагаемые конкурентно способные) варианты в условиях, приближенных к той случайной совокупности, о которой он не знает.
Такое приближение может быть обеспечено тем, что каждый рассматриваемый вариант с характерными для него качественными и количественными параметрами оценивается не один, а множество раз (при различных случайных сочетаниях исходных данных, реализуемых по законам распределения случайных величин). Практически происходит моделирование поведения варианта, как будь-то бы этот вариант попадает в различные ситуации. Б результате такого моделирования по каждому расчетному варианту (под расчетным понимается вариант с определенной наборкой качественных и количественных параметров) получается не один, а множество (по количеству статистических испытаний) конечных значений критерия оптимальности. Имея такую наборку по каждому расчетному варианту производят оценку этих значений и по принятому методу дают заключение об окончательно рекомендуемому варианту (оптимальному).
Реализация такого подхода к выбору оптимального варианта сопряжена с весьма большим количеством расчетов, большим расходом машинного времени, трудностью поиска оптимальных решений в силу весьма ограниченной наглядности и определенного искажения закономерностей, присущих тем или другим параметрам и в общем случае зависит от масштабности задачи (количества качественных параметров или вариантов, числа количественных параметров, диапазона и шага их изменения, количества статистических испытаний).
