Выбор параметров вскрытия и подготовки пологопадающих калийных залежей с учетом степени готовности запасов Быкова Луиза Павловна

Содержание к диссертации

Введение

2. Краткий анализ способов вскрытия, подготовки и отработки пологопадающих калийных залежей. Цели и задачи исследований 13

2.1. Горно-геологические условия и особенности разработки пологопадающих калийных залежей. 13

2.2. Вскрытие пологопадающих калийных залежей 16

2.3. Подготовка пологопадающих калийных залежей . 28

2.4. Краткая характеристика основных параметров технологии добычи на калийных рудниках и их взаимосвязь со способами вскрытия и подготовки 36

2.5. Взаимосвязь между параметрами рудника и категорийностью запасов 45

2.6. Обзор работ по оптимизации параметров горных предприятий 51

2.7. Цели и задачи исследований 54-

3. Методика оптимизации параметров вскрытия и под готовки 56

3.1. Выбор методов оптимизации параметров вскрытия и подготовки пологих залежей 56

3.2. Обоснование критерия оптимальности при определении параметров вскрытия и подготовки. 64-

3.3. Учитываемые затраты при оптимизации параметров вскрытия и подготовки пологопадающих калийных залежей 68

3.4. Учет вскрытых запасов 72.

3.4.1. Тип и количество стволов 72

3.4.2. Обоснование метода расчета количества воздуха 74

3.4.3. Ограничения по вскрытым запасам. 74

3.4.4. Стоимостные параметры вскрытия 78

3.5. Учет подготовленных запасов 79

3.5.1. Схемы подготовки 79

3.5.2. Ограничения подготовленных запасов 82

3.5.3. Стоимостные параметры подготовленных запасов 82

3.6. Учет готовых к выемке запасов 85

3.6.1. Связь готовых к выемке запасов с системами разработки 85

3.6.2. Ограничения по готовым к выемке запасам 86

3.6.3. Стоимостные параметры готовых к выемке запасов 87

3.7. Экономико-математическая модель вскры тия и подготовки без учета категорий запасов 88

3.8. Экономико-математическая модель оптими зации категорий запасов 89

3.8.1. Общий вид 89

3.8.2. Метод решения и алгоритм задачи оптимизации вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов 92

4. Исследование взаимосвязи параметров вскрытия и производственной мощностью рудника 98

4.1. Зависимость удельных приведенных затрат с учетом фактора времени по вскрытию от производственной мощности 98

4.1.1. Коэффициенты приведения затрат во времени 98

4.1.2. Стоимостные показатели вскрытия 100

4.2. Взаимосвязь между схемами вскрытия и производственной мощностью 102

4.2.1. Зависимость количества стволов от производственной мощности 102

4.2.2. Зависимость удельных приведенных затрат по вскрытию от производственной мощности и схемы вскрытия 104

4.3. Взаимосвязь между вскрытыми запасами и производственной мощностью 106

4.3.1. Зависимость коэффициентов приведе ния от производственной мощности при частично вскрытых запасах 106

4.3.2. Зависимость удельных приведенных затрат по вскрытию от количества вскрытых в период строительства за пасов 109

5. Исследование взаимосвязи параметров подго товки и параметров рудника .116

5.1. Исходные данные 116

5.1.1. Горно-геологические и горнотехнические факторы 116

5.1.2. Схемы подготовки 118

5.2. Влияние формы шахтного поля на схему подготовки и порядок отработки 118

5.3. Взаимосвязь между параметрами системы разработки и подготовки . 124

5.3.1. Исследование производительности панели .124

5.3.2. Исследование ширины панели 125

. 5.4. Взаимосвязь срока службы рудника с па- раме трами подготовки 127

5.5. Взаимосвязь производственной мощности рудника с параметрами подготовки 132

5.5.1. Стоимостные параметры подготовленных и готовых к выемке запасов .132

5.5.2. Пример определения подготовленных и готовых к выемке запасов 140

5.5.3. Взаимосвязь между подготовкой и производственной мощностью рудника 144

5.6. Взаимосвязь между вскрытием, подготовкой и оптимальными значениями производствен ной мощное ти калийного рудника 149

Заключение 163

Литература 166

• Подготовка пологопадающих калийных залежей
• Учет вскрытых запасов
• Взаимосвязь между вскрытыми запасами и производственной мощностью
• Влияние формы шахтного поля на схему подготовки и порядок отработки

Введение к работе

Постоянное совершенствование производства на основе наиболее полного использования природных ресурсов представляет собой одну из важнейших задач экономической политики Коммунистической партии Советского Союза, сформулированных ХХУІ съездом КПСС в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на І98І-І985 гг. и на период до 1990 года".

Необходимость надежного обеспечения страны продовольствием и сельскохозяйственным сырьем ставит большие задачи перед горнохимической промышленностью в области производства минеральных удобрений /I/. В 1985 г. сельскому хозяйству требуется поставить не менее 115 млн.т минеральных удобрений (в условиях единицах), для чего необходимо увеличить их выпуск до 150-155 млн.т. Значительное место в этом объеме производства принадлежит калийным удобрениям.

Примерно 90$ общего объема сырья для производства калийных удобрений в нашей стране добывается при разработке поло-гопадающих месторождений (Старобинскогц Верхнекамского).

Одной из важнейших . задач повышения эффективности разработки месторождений калийных солей является выбор оптимальных производственных мощностей горнодобывающих предприятий. Правильность решения этой задачи зависит от того, насколько верно выбраны параметры вскрытия и подготовки. Высокие темпы проходки горных выработок, обеспечивающие быструю подготовку запасов, необходимость в ряде случаев перехода на обратный порядок отработки в период эксплуатации, вовлечение запасов новых горизонтов, иногда несоответствие горно-геологических

условий проектным данным - все эти факторы требуют учета і

вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов периодов строительства и эксплуатации с целью обеспечения ввода новых рудников и отдельных участков шахтных полей без за де риски., Поэтому установление оптимальных технологических параметров рудника, объемов вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов является одной из актуальных проблем, решение которой позволит значительно улучшить технико-экономические показатели горного предприятия. Эти вопросы в настоящее время разработаны пока недостаточно.

Целью данной диссертационной работы является разработка методики оптимизации параметров вскрытия и подготовки полого-падающих калийных залежей с учетом степени готовности запасов.

Работа написана на основании исследований, выполненных в 1975-1982 гг. в соответствии с Координационным планом ВНИИГ, утвержденным МХП СССР по темам:

"Оптимизация рудничных процессов, начиная от разведочных

работ до ликвидации рудника на основе применения математиче-

ских методов и ЭВМ", н.-з. ^J ;

7Є-76

"Разработать и внедрить оптимальные параметры калийных предприятий на основе экономико-математических моделей",

_н#-₃. ²5-24? _кщ р _{ГОС#реГ#Б68}9407. 77-80

"Анализ структуры затрат на производство концентрата и основные положения по составлению экономико-математической модели калийного предприятия", н«. H098I8I0002I. Р г.р.8Ю99073.

"Усовершенствовать методы проектирования параметров калийных рудников при комплексном освоении месторождений с учетом прогноза развития техники и технологии добычи калий-

ных руд", н.-з. 003828500730. № гос.рег.01824045912.

"Разработать и создать оборудование по селективной отработке свиты калийных пластов для Верхнекамского месторождения", н.-з. Б047688002ІІ. № гос.рег.01819007721.

Основная научная идея заключается в том, что при выборе оптимальных параметров рудника (особенно производственной мощности) необходимо учитывать степень готовности запасов по периодам строительства и эксплуатации.

Научные положения, защищаемые в диссертационной работе:

методика оптимизации параметров вскрытия и подготовки должна учитывать в периоды работы рудника категории запасов с целью научного управления последними;

значения оптимальных параметров рудника, производственной мощности, срока службы, производительности и размеров панели взаимосвязаны с категорийностью запасов;

оптимизация вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов в период строительства позволяет увеличить значение оптимальной производственной мощности рудника на 30*40$ и уменьшить удельные приведенные затраты с учетом фактора времени.

Достоверность и обоснованность научных положений подтверждается:

удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с практическими данными для существующих рудников Старобинского и Верхнекамского месторождений;

соответствием полученных результатов и проектных показателей для вновь строящихся рудников (ІУ Березниковского калийного завода и Ново-Соликамского завода);

- большим объемом обработанного статистического мате-

риала, используемого для составления исходных данных (были использованы материалы по десяти калийным предприятиям за последние десять лет работы);

- сопоставлением результатов, полученных различными ме
тодами исследований (дифференцирования, прямого перебора ва
риантов и линейного программирования).

Исследования выполнялись на базе анализа данных практики по определению технологических параметров рудников, научного обобщения материалов,опубликованных исследований по параметрам вскрытия и подготовки, широкого применения методов математической статистики и экономико-математического моделирования с использованием ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

разработана методика оптимизации параметров вскрытия и подготовки с учетом степени готовности запасов на базе экономико-математического моделирования с применением методов: вариантов, дифференцирования и линейного программирования;

разработана экономико-математическая модель в виде линейной функции вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов и укрупненных стоимостных параметров. В качестве укрупненных стоимостных параметров при вскрытии используются удельные приведенные затраты с учетом фактора времени на один ствол, а при подготовке - на единицу длины фронта подви-гания горных работ;

получена и исследована математическая взаимосвязь оптимальных величин производительности и размеров панели и коэффициента формы шахтного поля, а также производственной мощности и срока службы рудника.

- 10 -Практическая ценность работы состоит в том, что:

разработана методика, алгоритм, экономико-математическая модель и программы для определения величин вскрытых,подготовленных и готовых к выемке запасов в период строительства и освоения для условий Старобинского и Верхнєкамского месторождений при различных схемах вскрытия и подготовки;

определены величины основных оптимальных параметров рудника при одногоризонтной и двухгоризонтной отработке;

предложена схема вскрытия с уклонами между горизонтами для Старобинского месторождения, использованная при проектировании второй очереди Четвертого Солигорского калийного завода;

'- результаты исследований величин оптимальных параметров рудника по разработанной методике использованы при составлении "Норм технологического проектирования предприятий калий-¹ ной промышленности", а также при проектировании Ново-Соликамского калийного рудника, Четвертого Березниковского калийного завода, ТЭО разработки Нэпского месторождения и Нежинского участка Старобинского месторождения.

Диссертационная работа состоит из введения, заключения и четырех глав.Первая глава является введением.Во второй главе рассмотрены особенности разработки пологопадающих калийных залежей,основные параметры вскрытия и подготовки и связь между параметрами вскрытия и подготовки и параметрами рудников. Кроме того дан краткий обзор литературы по оптимизации параметров горных предприятий.Показано,что между параметрами вскрытия, подготовки,производственной мощностью, сроком службы рудника и системами разработки существует связь, характеризующая количественную оценку категорий запасов, кото-

- II -

рая не находит отражения при проектировании калийных рудников, В третьей главе отражается методика оптимизации вскрытия и подготовки. Обзор литературы по оптимизации параметров вскрытия и подготовки позволяет остановиться на трех основных методах: вариантов, дифференцирования и линейного программирования.

Исследования четырех критериев оптимальности на примере Ново-Соликамского калийного завода позволили виявить наиболее целесообразный из них: удельные приведенные затраты с учетом фактора времени.

По приведенному критерию оптимальности сформированы экономико-математическая модель вскрытия и подготовки калийных рудников для наиболее распространенных и перспективных схем вскрытия и подготовки с учетом степени готовности запасов. Предложен порядок и методы решения задачи оптимизации вскрытия и подготовки, заключающийся в поэтапном исследовании.

В четвертой главе исследована взаимосвязь вскрытия и

производственной мощности рудника. Приведена зависимость ново времени вт эффициентов приведенияізатраИГроиаводотвенной мощности.По

каждому стволу составлен стоимостной параметр, включающий капитальные затраты и эксплуатационные расходы по проходке и креплению стволов, подъему и поверхйому комплексу. Получена зависимость количества стволов от производственной мощности, показывающая возможность частичного вскрытия запасов в период строительства. Стоимостные параметры, количество стволов и коэффициенты приведения позволяют получить зависимость удельных приведенных затрат от производственной мощности по вскрытию с учетом и без учета готовности запасов.

В пятой главе исследуется взаимосвязь подготовки и про-

изводственной мощности рудника с учетом и без учета готовности запасов. Предварительно методом дифференцирования получены выражения оптимальных значений производительности и ширины панели, а также коэффициента формы шахтного поля. Исследованы зависимости удельных приведенных затрат от срока службы рудника и получено его оптимальное значение.

С помощью укрупненных стоимостных параметров, включающих капиталовложения и эксплуатационные расходы по проходке выработок и транспорту на единицу длины фронта подвигания работ и величин фронта подвигания по периодам строительства и эксплуатации получена линейная функция затрат по подготовке. Ограничения, отражающие размеры и площадь шахтного поля, панели и схемы подготовки, позволили выразить степень готовности запасов через фронт подвигания и оптимизировать запасы в различные периоды работы рудника. Решение линейной модели осуществляется методом Гаусса-Зейделя. Решение задачи показывает необходимость минимизации вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов в период строительства.

Исследования, основанные на оптимизации вскрытых, подго
товленных и готовых к выемке запасов, позволили получить ряд
оптимальных значений производственной мощности для различных
схем вскрытия и подготовки, которые оказались выше на 30*40$
при учете степени готовности запасов, чем без учета их при
улучшении экономических показателей и достижением экономиче
ского эффекта, составляющего 424 тыс.руб/год.

- ІЗ -

2. КРАТКИЙ АНАЛИЗ СПОСОБОВ ВСКРЫТИЯ, ПОДГОТОВКИ И ОТРАБОТКИ ПОЛОГОПАДАЮЩИХ КАЛИЙНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Горно-геологические условия и особенности разработки

пологопадающих калийных залежей

Пологие калийные залежи нашей страны в основном представлены Верхнекамским и Старобинским бассейнами.

Старобинское месторождение, расположенное на территории Минской области БССР, занимает площадь около 350 кв.км. Соленосная толща месторождения относится к девонским отложениям, состоит из четырех горизонтов с углом падения пластов от 2 до 4, мощностью 1,5*5,0 м с содержанием КСІ от 15,69 до 33%. Кондиционными являются второй и третий горизонты /2,3/.

Второй калийный горизонт представлен двумя слоями сильвинита по 0,8*1,2 м и разделяющей их пачкой каменной соли мощностью от 0,4 до 1,0 м. Общая мощность пласта 1,8*4,0 м. Глубина залегания -350-600 м. Средневзвешенное содержание КСІ - 20-30%. Третий горизонт состоит из двух пластов: верхнего - мощностью 1,5-4,5 м, со средним содержанием КС1-17% и нижнего, состоящего из шести слоев сильвинита мощностью 0,2-1,5 м каждый. Продуктивными являются второй, третий и четвертый слои мощностью 4,5*7,0 м, с глубиной залегания 350* *900 м. При отработке шахтных полей Старобинского месторождения наблюдаются газодинамические явления в виде выбросов соли и газа, а также обрушений соляных пород с газовыделением. В пределах Старобинского месторождения различают подземные воды в отложениях мезозойского, кайнозойского возраста и в породах глинисто-мергелистой толщи верхнего девона Да боль-

шей площади месторождения в нижней части разреза глинисто-мергелистой толщи породы водоупорны. Верхняя граница водо-упора не установлена. Пласты калийных солей защищены от водоносного горизонта 190-280-тиметровой толщей практически водонепроницаемых пород /4/.

Верхнекамское месторождение, расположенное в Пермской области, сосредотачивает 61,2$ общесоюзных запасов калийных солей /5/. Горно-геологические условия месторождения разнообразны и сложны для разработки. Соленосная толща месторождения разделяется на три зоны: нижней каїленной соли до 400 м, зоны калийных солей до НО м, покровной каменной соли -0,40 м. Мощность пород, перекрывающих соляную толщу, составляет 100-310 м.

Зона калийных солей состоит из сильвинитовой и карналли-товой подзон, каждая из которых сложена серией пластов. Из сильвинитовой подзоны разрабатываются пласты Кр.П и АБ, из карналлитовой - В. Глубина залегания калийных пластов 160 -370 м /I/. Средняя мощность пластов для различных шахтных полей колеблется в пределах: АБ - 2,1*3,7 м; Кр.П-4,6*6,4 м; В-5*5,5 м; расстояние между пластами АБ и Кр.П - 5,4*8,0 м ; содержание KDI по пл.Кр.П-22,6-38,4$, по пл.АБ-33-43$, нерастворимого остатка Кр.П-Ш$, АБ-1,4*7$ /1,2,3,4/.

Газработка калийных пластов сопровождается выделением газа, который находится в них как в свободном, так и в связанном состояниях. Наибольшей газообильностью характеризуется карналлит, наименьшей - сильвинит пласта Кр.П. Газодинамические явления на рудниках связаны с явно выраженными местами геологических нарушений и особенностями структуры /2/.

Физико-механические свойства пород различны - предел

прочности при сжатии солей пл.Кр.П-350, АБ-250, B-I50 кгс/см /2/.

Обводненность пород, покрывающих соляную залежь, является одной из особенностей Верхнекамского месторождения. Трещи-новатость и невыдержанность глинистых прослоев по простиранию в породах уфимского яруса обусловливает наличие единого горизонта подземных вод, водоупором для которых является соляная толща /3/.

На технологию разработки калийных залежей оказывают влияние следующие факторы:

растворимость калийных руд и вмещающих пород;

относительно низкое содержание полезного компонента в

руде;

сложная гипсометрия залегания пластов, смятия и склад-ки(особенно для Верхнє камского месторождения);

вязкость и устойчивость некоторых солей в сочетании с хрупкими солями (например, карналлит с сильвинитом);

большая суммарная мощность пластов для условий Верхнекамского месторождения и малая мощность с большими прослоями глины для условий Старобинского месторождения;

наличие глинистых прослоев, нарушающих однообразие свойств пластов.

Перечисленные факторы в первую очередь приводят к необходимости соблюдения плавности оседания земной поверхности и сохранения сплошности водозащитной толщи /6,7,8/. Выполнение этих требований осложняет управление горным давлением и ограничивает площади обнажений выработанного пространства. Последние условия в свою очередь строго определяют параметры системы разработки (с жесткими или податливыми целиками, с

оседанием кровли при определенном типе закладки), вскрытие (количество вовлекаемых горизонтов), подготовку (количество совместно отрабатываемых пластов). Таким образом, горно-геологические особенности ограничивают количество вариантов вскрытия, подготовки и отработки пологопадающих калийных залежей, и следовательно, количественная оценка запасов приобретает актуальный характер в силу увеличения возможности улучшения технико-экономических показателей рудника.

2.2. Вскрытие пологопадающих калийных залежей

Схемы и способы вскрытия пологопадающих калийных залежей можно разделить по следующим признакам:

взаимному расположению стволов (центральная, центрально-отнесенная и диагональная или фланговая схемы расположения стволов);

характеру и сочетанию вскрывающих выработок (простые и комбинированные способы);

положению вскрывающих выработок по отношению к земной поверхности (вертикальными и наклонными стволами);

количеству вскрывающих рабочих пластов (раздельное и совместное вскрытие);

порядку вскрытия (одновременное и последовательное вскрытие пластов) /9,10,11/.

В соответствии с классификацией можно считать, что основными параметрами вскрытия являются, с одной стороны, тип и расположение выработок; с другой - количественная оценка вскрытых запасов. Однако при проектировании рудников рассматриваются схемы расположения стволов относительно границ шахтного поля и их диаметр.

, Растворимость калийных солей и вмещающих пород приводит к необходимости оставления больших целиков около стволов,по-этому, как правило, принимается центральная схема вскрытия. При этой схеме все стволы располагаются на одной промплощадне в центре шахтного поля с расстоянием между ними 150-200 м (таблица 2.1). Симметрия стволов наблюдается лишь относительно запасов руды, а не содержания полезного компонента. При фланговой схеме на флангах, как правило, располагают вентиляционные стволы. "При размещении всех стволов в центральной части шахтного поля трудно обеспечить устойчивое и надежное проветривание горных участков"... "Поэтому на "старых" рудниках - I Березниковском и I Соликамском пройдены специальные фланговые стволы". /3/. Они пройдены уже в период эксплуатации. Проходка фланговых стволов в период эксплуатации предусмотрена также на ІУ Березниковском калийном руднике.

Фланговая схема вскрытия отличается от центральной как расположением вскрывающих выработок, так и сроками строительства. Изменение срока строительства, например на I год, приводит к экономическим последствиям в 3-5 млн.руб./г./12/. При фланговой схеме расположения стволов время строительства увеличивается за счет проходки вентиляционных выработок, соединяющих стволы как при прямом порядке отработки шахтного поля, так и при обратном (рис.2.1). Время проходки вентиляционных выработок до флангов шахтного поля при прямом порядке отработки шахтного поля обычно составляет не менее года, а транспортных и вентиляционных при обратном порядке -не менее 2-х лет. Разница в приведенных затратах по проходке выработок для различных схем расположения стволов при прочих равных условиях составляет 20-25%. Сократить сроки

_a

_д

Рис.2.I. Схемы вскрытия запасов шахтного поля а - центральная; б - фланговая

Условные обозначения:

У////\ - Подготовленные запасы

- Готовые к выемке запасы

"Граница шахтного поля -вентиляционные выработки

-Отгса точные выработки -Стволы

(продолжение табл. 2.1)

строительства рудника и снизить амортизацию выработок при фланговой схеме возможно если вскрывать запасы очередями. В этом случае потребуется большее число стволов. Такая схема разработана "институтом Госгорхимпроект для ІУ Березниковско-го калийного завода (рис.2.2). Это единственная схема вскрытия, из которой можно заключить, что запасы шахтного поля вскрываются очередями.

Наклонные стволы от поверхности до пластов не применяют-

і-

_Л ся из-за высокого горного давления и большей площади контакта их с водоносными породами по сравнению с вертикальными стволами. До сих пор проектами не рассматривались возможности проходки наклонных стволов между горизонтами, хотя противопоказания к применению такой схемы отсутствуют.

При совместном вскрытии двух горизонтов глубина стволов больше, а значит и время проходки, крепления и армировки стволов увеличивается по сравнению с раздельным вскрытием горизонтов. Схемы вскрытия вертикальными стволами двух калийных пластов показаны на рис.2.3 а,б,в, вертикальными и наклонными - на рис.2.3 г.

Применение схемы вскрытия с уклонами между горизонтами позволяет увеличить производительность рудника за счет уменьшения глубины подъема /13/ На Старобинском месторождении .разница между глубиной залегания второго (Не) и третьего ' ( t{_H) горизонтов составляет 200-300 м. Экономический эффект за счет снижения стоимости проходки вертикальных стволов и ', увеличение производительности рудника составляет 300 * _f 700 тыс.руб/год.

Применение схемы вскрытия с уклонами между горизонтами позволит получить экономический эффект за счет снижения глу-

ЗсґіиаЗньш рудник

^Х^| - Вскрытые запасы

_М^,

Рис.2.2. Схема вскрытия и подготовки запасов шахтного поля ІУ Березниковского

калийного завода

**#*>»

_s-

Z2U.

zs z

Т7ТГ7 /S///////if?/iZL.

Рис.2.3. Схемы вскрытия горизонтов

а - совместное; б - раздельное - подъемными (!) стволами; в - раздельное - подъемными и вентиляционными стволами (2); г - комбинированное - с использованием уклонов (3) между горизонтами ,

Н_В,Н_Н - глубина верхнего и нижнего горизонтов

бины и стоимости проходки вертикальных стволов, а также за счет увеличения производительности подъемных установок и возможности варьирования вскрытых запасов по горизонтам.

Выявление связи между сечением стволов и изменением производственной мощности показало, что суммарное сечение пропорционально изменяется производственной мощности (рис.2.4). Однако отмечается снижение количества стволов в связи с увеличением диаметра.

Например, на Первом Соликамском руднике, построенном в 1934 г., производительностью 3,5 млн.т/год, стволы имеют диаметр 5 м в свету, а на Втором- и Третьем Солигорских рудниках, а также на Втором и Третьем Берзниковских при произво-дительности рудников'7,8-9,1 млн.т/год диаметр стволов составляет 7 м. На Четвертом Солигороком руднике, построенном в , 1980 г., производительностью 10,4 млн.т/год и намеченном уве--. личении ее до 15 млн.т/год,диаметр стволов -8 м. Тенденция увеличения диаметра стволов связана с обоснованием, периода строительства. Дело в том, что по нормам период строительст-. ва зависит от производственной мощности и глубины стволов /IV» Но, чем меньше количество стволов, тем легче обеспечить нормативные сроки, поэтому количественная оценка вскрытых в период строительства запасов выпадает из поля зрения уже на стадии технико-экономического обоснования (ТЭО), когда рассчитывают капиталовложения и принимают сроки строительства нового рудника.

Количественная оценка вскрытых запасов упускается также при рассмотрении очередности вскрытия горизонтов для Старо-бинского месторождения. Традиционным : является опережение ввода в эксплуатацию на 2-3 года верхнего горизонта по срав-

ІБО

I '»J',1

IS

Рис.2.4. Взаимосвязь производственной мощности (/4,) и сечений стволов (5 )

1. - суммарное сечение стволоь рудника

2. - сечение подъемного ствола

г.

нению с нижним.

Количественная оценка правильно вскрытых в первую очередь запасов может избавить от тжелых экономических последствий. Например, общие потери запасов полезного ископаемого при проектировании на комбинате Уралкалий составили 2 млрд.т }из-за того, что шахтные поля располагаются в центре разведанных участков, а краевые части остаются за пределами. Так было для БРУ-2, БКК-3, БКК-4- /15/. Кроме того технические решения первоначального варианта проектов иногда не соответствуют горно-геологическим условиям залегания пластов, что задерживает строительство и ввод новых рудников,например БРУ-2, а также не обеспечивают возможности вовлечения в эксплуатацию новых горизонтов /4,16/. Что касается практики вскрытия зарубежных рудников при отработке пологих залежей, то там применяются как центральные, так и фланговые схемы вскрытия. В этом отношении наиболее представительными являются месторождения Эльзасское во Франции общей производственной мощностью предприятий 12 млн.т/ год и Карлсбадское в США /17/. Из пяти предприятий Эльзасского месторождения, разрабатывающих два горизонта калийных солей, на двух предприятиях стволы расположены на значительных расстояниях друг от друга: на "Амелии" оно равно 915 м, на предприятии "Боливайер - 2500 м. На Карлсбадском месторождении имеется рудник с расстоянием между подъемными и вентиляционными стволами 12,9 км.

Вскрытие осуществляется вертикальными стволами с диаметром в свету вентиляционных стволов от 2,6 до б м и подъемных стволов 4,5-5,5 м. Подъем руды производится скипами грузоподъемностью 18 т.

2.3. Подготовка полorопадающих калийных залежей

Способы подготовки шахтных полей пологопадающих калийных
залежей зависят от:
') - расположения подготовительных выработок относительно

пласта (полевая и рудная подготовка);

- деления шахтного поля на выемочные единицы (панельная и панельно-блоковая подготовка); ..; - порядка отработки шахтного поля и панели ( частичная, полная и комбинированная подготовка) /8/.

Параметры подготовки характеризуются размерами отрабатываемых участков месторождения, типом и сечением выработок, объемом подготовленных запасов.

На Старобинском месторождении преобладает рудная подготовка, на Верхнекамском - сочетание рудной подготовки с полевой (особенно при неустойчивых кровлях и боковых породах на Втором и Третьем Березниковских и Восточном руднике Четвертого Березниковского завода). Рудная подготовка отличается от полевой главным образом тем, что руда от проходки выработок поступает на переработку,также как и от очистных работ, и это позволяет уменьшить стоимость проходки подготовительных выработок на Ю% /18/.

При проходке выработок по пластам калийных солей их кре-пят штанговой крепью с сеткой 1,0x1,0 м . Стоимость комплекса' крепи составляет 2,0 руб при расценке за установку каждо-i ' го комплекта 0,24 руб.

На участках шахтных полей Верхнекамского месторождения, где имеет место электровозная откатка (25% от общего объема перевозок), откаточные выработки как главные, так и панель-

ные проходятся в подстилающей каменной соли (рис.2.5).С пластовых выемочных панельных штреков /I/ на откаточные /2/ руда поступает через специальные рудоспускные гезенки /3/, которые одновременно являются небольшими аккумулирующими емкостями (на 100-800 т). Сечения выемочных штреков, проходимых по руде комбайнами ШБМ-2 или ПК-8, Урал 10 ВС и Урал 20 ВС, изменяются в пределах 8-20 м . На удельные объемы горноподготовительных работ и общие затраты по подготовке тип подготовки практически не влияет. Наибольшее влияние на удельные объемы горноподготовительных работ оказывают размеры шахтного поля и их деление на выемочные единицы (панели, блоки). Шахтное поле обычно подготавливается главными транспортными и вентиляционными выработками, проходимыми от центра к флангам (рис.2.б). Несколько однотипных выработок располагается параллельно друг другу, ширина целиков между ними составляет 5-Ю м. Обычно проходится транспортных выработок 3-5, вентиляционных - 2-3 в зависимости от сечения выработки и количества проходящего по ним воздуха. Выработки соединяются сбойками через каждые 70-100 м. От главных транспортных выработок (I) перпендикулярно к ним проходятся панельные конвейерные (4-), транспортные (5) и вентиляционные (б) выработки с интервалом, зависящим от ширины панели (рис.2.б).

На рудниках Верхнекамского месторождения, отрабатываемого в.основном камерными системами, ширина панели составляет 300-400 м. Выемочные камеры, располагаемые перпендикулярно панельным штрекам, имеют 150-200 м. Вентиляционные панельные штреки /б/ располагаются на флангах панели в количестве 1-2 на каждом. Транспортные панельные штреки (4,5) проходятся в виде трех или пяти параллельных выработок /19/.

и _а «

пл.АБ

_{Л\\\\\\\\\\П\\\\\\\\П^}

_{.к,„ ^}

каменная соль

» X »

_{( V/////////}

_ezzzzzzzs

_>п

_'Ш

3,2

/////////

_ю.

_ішшш

Рис.2.5 Способы расположения подготовительных выработок относительно калийных пластов

'^"-комбинированный/ пластовые и полевые выработки/-пример ^ерхнекамского месторождения, проходка комбайнами Урал МКС и Урал 20КС. '^"-индивидуальный)(пластовые выработки)-пример Старобинского месторождения,проходка комбайнами ПК-8.

- ЗІ -

Рис,2.6« Типовая схема панельной подготовки

шахтного поля

і,- длина шахтного поля, В,- ширина шахтного поля, В_г- ширина панели

Панельно-блоковая подготовка на Верхнекамских рудниках (рис. 2,7 ) стала применяться с 1978 г. Панельно-блоковая схема подготовки заключается в том, что при ней производится деление шахтного поля на панели (I), а панели на блоки (2) и только в блоке уже производится очистная выемка камерами (3), рис.2.7. Панели в этом случае шире - 0,8-2,0 км, а блоки соответственно вписываются длиной в ширину панели, а шириной в длину камеры. Однако при этой схеме общий объем горноподготовительных выработок больше, чем при панельной, приложение 2.

Панельно-блоковая подготовка на Старобинском месторождении при камерной системе разработки идентична Верхнекамской схеме подготовки. При системе разработки длинными столбами с обрушением отличие от панельно-блоковой схемы для камерной системы разработки заключается в размерах панелей и столбов (рис.2.8). При этой системе от главных откаточных выработок (I) перпендикулярно им подготавливаются панели шириной до 2000 м, а в панели перпендикулярно панельным штрекам (2) нарезаются столбы (3). В целом при существующих схемах подготовки удельный объем подготовительных работ на Верхнекамском месторождении составляет 12-14$, на Старобинском - 20-22$. Такая разница заключается в мощности пласта и извлечении.

Наиболее полно отражает подготовку запасов порядок отработки шахтного поля. Естественное стремление к сокращению сроков строительства и первоначальных капиталовложений приводит к прямому порядку отработки шахтного поля и панелей. А так как порядок отработки шахтного поля и панелей зависит и от горно-геологических условий и, в первую очередь, от устойчивости кровли и боковых пород, то от прямого порядка на

граница шахтного поля

х х

Рис.2,7. Типовая схема панельно-блоковои подготовки

I-отрабатываемая панель,2- блок, 3-камеры.

—— 2 транспортные выработки ——- вентиляционные выработки

-З* -

_{a- a}

_t??

72Г 2_

— Щ- 2Z2

3 .

^sd рґУ//(ґ

Щ І. ZZ2Z

'<$

7-= 7^і

v.s

Ut/t'/'Ъ

///////S/<

/C77

/////-

Рис.2,8. Схема подготовки при системе разработки

с обрушением на Старобинском месторождении

I - выработки главных направлений; 2 - панельные выработки; 3 - выемочный столб; 4- - вентилщионный штрек; 5 - откаточные штреки; 6 - разгрузочный штрек

- ьъ -

ряде рудников через 6-Ю лет отказываются и переходят на обратный, табл.2.I. Основным недостатком такого перехода является его стихийность, приводящая к резким изменениям опорного горного давления, возможности нарушения сплошности водозащитной толщи и потерям калийных руд /20,21,22/.

Опыт эксплуатации рудника БРУ-2 с прямым порядком отработки шахтного поля и панелей показал, что в начальный период эксплуатации остро встает вопрос о поддержании вентиляционных и транспортных штреков в безопасном состоянии,что и определяет перевод рудника на обратный порядок отработки /16,23,2V» Основными недостатками прямого порядка отработки являются повышенные утечки воздуха в главных и панельных выработках, увеличение стоимости поддержания горных выработок, вероятность неблагоприятного оседания земной поверхности в районе стволов и нарушения сплошности водозащитной толщи.

К достоинствам прямого порядка следует отнести сокращение сроков строительства и первоначальных капиталовложений, так как подготавливается только часть запасов, необходимых на короткий срок эксплуатации, рис.2.9а.

При обратном порядке отработки увеличиваются сроки строительства и первоначальные капиталовложения, так как подготавливаются практически запасы всего шахтного поля. Обратный порядок отработки имеет очень серьезные достоинства по сравнению с прямым: позволяет произвести разведку тектонических нарушений, предотвратить выбросы соли и газа и т.п. /22,23/. Однако,и соблюдая обратный порядок отработки, не обязательно подготавливать все запасы шахтного поля. Примером частичной подготовки может служить ІУ Березниковский калийных завод, где независимо от порядка отработки подготавливается часть

запасов шахтного поля, рис.2.2, 2.9, но если на рис.2.2 подготовленные запасы соответствуют вскрытым, то на рис.2.9,в представлено вскрытие запасов полностью с частичной подготовкой.

Таким образом, анализ схем и способов подготовки показывает наличие связи между подготовленными запасами и порядком отработки шахтного поля. Однако количественная оценка такой связи отсутствует.

2.4. Краткая характеристика основных параметров технологии добычи на калийных рудниках и их взаимосвязь со способами вскрытия и подготовки

Системы разработки пологопадающих калийных залежей классифицируются:

по способу управления кровлей (камерные системы с целиками и системы разработки длинными столбами с обрушением кровли);

по способу выемки пластов (системы с валовой выемкой и системы с селективной выемкой);

по технологии очистной выемки (системы с машинной выемкой, системы с буровзрывными работами и системы комбинированной выемки) /3,8,25,26,27/. Камерные системы разработки также различаются по характеру работы целиков (системы с податливыми целиками и системы с жесткими целиками).

К основным параметрам системы разработки, определяющим сроки строительства и первоначальные капиталовложения, следует отнести: производительность участка, извлечение полезного ископаемого из недр (пластов), удельный объем горнопод-

_{" a"}

Рис.2,9. Схемы подготовки запасов шахтного поля при обратном порядке отработки

а - полная подготовка; б - частичная подготовка запасов

-подготовленные запасы шахтного поля

-готовые запасы

-направление отработки шахтного поля и

панелей

- ;>o

готовительных работ и геометрические размеры выемочного участка или панели. Эти параметры характеризуют также степень концентрации и интенсификации производства. Кроме того с параметрами вскрытия и подготовки они связаны через объемы горных работ и количество запасов, готовых к выемке.При камерной системе разработки выемка пластов производится буровзрывным и комбайновым способами,В настоящее время повсеместно осуществляется переход на машинную выемку. Н_а рис.2.10 представлена схема комбайновой выемки пластов Кр.П и АБ Верхнекамского месторождения. Очистные камеры разрабатываются несколькими ходами комбайнов. Ширина комбайнового хода определяется типом и габаритами применяемого комбайна. Ширина междуходовых целиков принимается равной 0,6*2,0 м.Ширина междукамерного целика зависит от ряда факторов и колеблется в пределах 8,0*18 м. Длина камер, определяющая размеры блока при панельно-блоковой подготовке и панели - при панельной, принимается из условий-эффективности доставки руды из камер 150-200 м./28,29,30,31,32/. Параметры блока и панели исследовались по критериям-себестоимость добычи, производительность труда и удельные приведенные затраты по экономико-математической модели "очистная выемка" /33/. По этим критериям упущены такие факторы, как первоначальные капиталовложения и сроки строительства ввиду нечувствительности моделей ко времени

Кроме камерных систем получила большое распространение сиотема разработки длинными столбами с обрушением,рис.2.II. Эта система в настоящее время применяется на Старобинском месторождении наряду с камерными. Система характеризуется высоким извлечением запасов по пластам 80*90% и качеством

Рис.2.10. Варианты очистной выемки камерной системой разработки для

Верхнекамского месторождения

а - трехходовые камеры на пл.Кр.П; б - двухходовые камеры на пл.Кр.П, пройденные: I - комбайном Урал 20КС, 2 - комбайном Урал 10 КС

Рис.2.11 Система разработки длинными столбами с обрушением, применяемая на Старобшіском месторождении

1-очистной комбайн,2-крепь,3-нижняя лава, 4-ворхняя лата,5-обрушенная порода,6-за-боиныи конвейер.

руды 30-35% ВСІ по сравнений с камерной системой в одних и тех же условиях, где разубоживание составляет І0*І2$, а извлечение 50-60$. Геометрические размеры участка при системах длинными столбами с обрушением исследовались рядом авторов и принимаются по ним /25,26,27,30,31,32/. Существующая длина лавы, определяющая ширину столба не превосходит 150 м, а длина столба 1500-2000 м. Размеры участков оптимизируются, как правило, по объемам горноподготовительных работ и не отражают их связи со степенью готовности запасов к выемке /33, 3V» Учитывать взаимосвязь параметров вскрытия и подготовки месторождения с объемами запасов различной степени готовности чрезвычайно важно. Это можно проиллюстрировать примером для Старобинского месторождения. Сокращение срока пуска рудника в эксплуатацию может потребовать подготовки более близких к стволу участков и применения камерной системы с более мобильным очистным оборудованием типа проходческо-очистных комплексов. Подготовка панели может осуществляться с параметрами, отличными от оптимальных (рис.2.12). Из рис.2.12 а видно, что для обеспечения необходимого объема добычи требуется меньший объем горноподготовительных работ,чем на схеме "б". На схеме "а" срок подготовки запасов или срок строительства зависит от ширины панели (I) и длины конвейера (2) на панельных выработках, а на схеме "б" от половины длины шахтного поля и длины панели. При предположении, что сечения панельных выработок схемы "а" равно сечениям выработок столба схемы "б", можно сравнить длины выработок, пройденных в период строительства. Видно из рис.2.12, что подготовка панели значительно быстрее на схеме "а". Если же панель схемы "б" перенести к стволу, то и в этом случае объем горноподготовительных работ будет больше чем на схеме "а^п за счет ширины

Рис.2.12. Схемы первоочередной подготовки запасов шахтного поля при камерной системе разработки (а) и системе разработки длинными столбами (б) (на примере Старобинского месторождения)

Условные обозначения:

- подготовленные в первую очередь запасы

- подготовленные запасы

_^ш-

готовые к выемке запасы

панели в пять раз. Выход на фланги шахтного поля требует не меньше года при длине шахтного поля 8-Ю км, а подготовка столба занимает 14-16 месяцев. В то же время проходка главных выработок на ширину панели 0,4-0,6 км и панельных на длину конвейера 0,5-0,7 км требует 1-2 месяцев/28/. Таким образом, разница во времени в приведении запасов в стадию готовности может составить, например, два года. Увеличение срока строительства на два года приводит к увеличению удельных приведенных затрат с учетом фактора времени на 8-10 млн.руб/год /32/.

Извлечение полезного ископаемого из недр влияет на объемы вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов,т.к. требуемые запасы обратно пропорциональны величине извлечения, а также на сроки строительства, которые зависят от размеров шахтного поля, и панелей. Извлечение запасов калийных месторождений характеризуется низкими показателями. При камерных системах разработки, применяемых на Верхнекамском месторождении, коэффициент извлечения по разрабатываемым пластам составляет менее ЪЩ>* На Старобинском месторождении за счет внедрения систем разработки длинными столбами с обрушением он повысился до 61-66$ /15,22/. Дальнейшее повышение извлечения возможно при применении систем разработки с закладкой выработанного пространства, но в этом случае эконо-.- мический эффект от прироста извлекаемых запасов, рассчитан-^чный по существующим методикам, оказывается ниже стоимости закладочных работ. В настоящей работе параметры вскрытия и подготовки определяются при постоянных величинах извлечения для систем разработки длинными столбами с обрушением и камерной системы с применением машинной выемки.

_{- и -}

Качество добываемой руды отражается на параметрах вскрытия и подготовки через количество добываемой руды и затраты по переработке концентрата. Исследованиями установлено, что себестоимость концентрата обратно-пропорциональна содержанию полезного компонента в рдо и нерастворимого остатка /35/. Но, так как в настоящей работе системы разработки приняты постоянными, то влияние качества руды на категорийность запасов не рассматривается.

Производительность участков определяется производительностью и количеством оборудования на участке. Рядом исследователей установлено, что с точки зрения стоимости очистных работ производительность панели при камерной системе разработки составляет 1,2-2,5 млн.т/год, а производительность столба при системе длинными столбами сооружением I -1,2 млн.т/год /31,32,33,35/. В связи с определением оптимальных вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов необходимо определить оптимальную производительность панели в зависимости от производственной мощности с точки зрения вскрытия и подготовки.

Учитывая, что вскрытие и подготовка характеризуются периодом строительства и капиталовложениями, необходимо при этом оптимизировать готовые к выемке запасы, которые можно характеризовать количеством и производительностью участков и их размерами.

2.5. Взаимосвязь между параметрами рудника и

катнгорийностьго запасов

К основным параметрам рудника могут быть отнесены: производственная мощность, размеры шахтного поля, способ вскрытия, нагрузка на действующий очистной забой, число одновременно разрабатываемых панелей /8/. Перечисленные параметры тесно взаимосвязаны с параметрами вскрытия и подготовки.

Запасы шахтного поля (,) одной стороны,можно представить как функцию производственной мощности и срока службы рудника, а с другой - как зависимость от размеров шахтного поля - длины и ширины. Эта взаимосвязь может быть.выражена следующим образом:

Z, - -Mi- , млн.т (I)

2, = L, &± ^m±fa . МЛН.Т (2)

где /3, - производственная мощность, млн.т/год; 7^- срок службы рудника, лет; Ки - извлечение полезного ископаемого, един.; Si - ширина шахтного поля, км; L_±- длина шахтного поля, км; мг- мощность пластов, м; /, -объемная масса руды в тс/м³. Из равенства левых частей выражений получаем

-g¹ = Z.a^m, f (3)

Введем коэффициент формы шахтного поля, как отношение ширины к длине

V * &-

А* (+)

получаем зависимость размеров шахтного поля от основных па-

раметров рудника - производственной мощности, срока службы, коэффициента формы, мощности пластов и извлечения полезного ископаемого

L~- І К, /^ гп_± у, . км (5)

п „ ДіТі & _{км (б)}

Таким же образом можно получить зависимость длины панели от разделения шахтного поля на /V, части, а также годовое подвигание панели и шахтного поля:

(?)

Йі.

1_лЧТ^т_±^<_а .км/год (8)

где І,_г- длина панели, км; М - деление шахтного поля по ширине, един; Lb ~ годовое подвигание шахтного поля,щ/Ь. ; Lif - годовое подвигание панели, км/г; /г- срок отработки панели, лет.' Получаем аналитического связь между запасами шахтного поля и параметрами рудника, которая позволяет определить оптимальную производственную мощность при ограниченных запасах и при неограниченных определить размеры шахтного поля по оптимальным параметрам

^юпт ⁼ Т, ^МПН»^Т/^ГД (^І0)

lf,_onTm,^^ ^{KU (ІІ)}

І ОПТ

пі опт папт'^-юпт

& m, f , км (12)

где anm - индекс оптимальности.

Фактические параметры калийных рудников - срок службы
и производственная мощность определяют запасы шахтного поля.
Эти же запасы рассматриваются как вскрытые. Именно поэтому
фактические сроки строительства (линии 1,2, рис.2.13) выше
нормативных (линии 3,4). г?

Очевидно, что расположение стволов зависит не только от размеров шахтного поля, но и от его формы. Но ни нормы проектирования, ни нормы продолжительности строительства не предусматривают какой-либо зависимости между схемами вскрытия, производственной мощностью, степенью готовности запасов, размерами и формой шахтного поля /36,37/.

Существующие мощности калийных рудников колеблются в пределах 8-Ю млн.т/год. Мощность Первого Соликамского рудника, построенного еще в 1954 году, составляла в 1965 году 3,5 млн.т/год сильвинита, а мощности вновь вводимых рудников увеличивались последовательно от 8 до 17 млн.т/год.

Прирост запасов шахтного поля соответствует увеличению производственной мощности и сроков службы, но не отражает их очередности вскрытия и подготовки (рис.2.14).

_і

дет ..

12.

/8

мпн.т,

Рис.2.13. Зависимость сроков ( і ) строительства (1,3) и освоения проектной мощности (2,4) от производственной мощности {й, )

1,2 - фактические сроки; 3,4 - по "Нормам продолжительности строительства горнорудных предприятий" (Фактические сроки приняты по исследование: ям ВНИШ?,приложение 7,таблица 5,стр.231.)

І і. J %I :

/?errzl м(\и:т

so-so-

ka зо-

го-

1Q-

Ш-

-I 1-

I t 1 1 -y-~~

5 Z S, II ІЗ iS 17 Д_±ипи,

m.

Рис.2.14. Зависимость срока ( Ті. ) службы рудника (2) и запасов ( Z ) шахтного поля (І) от производственной мощности рудника ( А*. )

- yj

Однако между схемами вскрытия и подготовки с параметрами рудника существует взаимосвязь, выражаемая аналитически через вскрытые, подготовленные и готовые запасы в разные периоды работы рудника, приложение 3.

// + у ⁺о/* =1 (13)

2 * <^s ⁺ о/ 1 (14)

<4<4⁺ «^^ ⁺о^«^ -± (15)

с* >*/* ^о/ъ (16)

c/z+o/s + <*?8^ <4> +J_G +^ (17)

где: с/, <2. <*з - доля вскрытых, подготовленных и готовых

J J /

к выемке запасов шахтного поля в период строительства соответственно; Cy-r-oc_s - доля вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов в период эксплуатации соответственно.

В то время как для существующих схем вскрытия и подготовки эта связь отличается однообразием:

о1%,~ ^- ^ИЛИ * *^^{S =}"^

представляют значительный интерес исследования по выбору правильных параметров вскрытия и подготовки, когда учитывается взаимосвязь между категориями запасов, параметрами рудника и схемами вскрытия и подготовки.

2.6. Обзор работ по оптимизации параметров горных

предприятий

Экономико-математические методы в горном деле с использованием ЭВМ у нас стали применяться в начале 60-х годов. За это время были решены многие задачи (определение оптимальных грузопотоков, схем вскрытия и подготовки, очистные работы и др.). Существенное развитие этих работ нашло отражение в трудах А.С.Бурчакова, А.М.Курносова, П.З.Звягина, А.С.Астахова, Б.М.Воробьева, К.К.Кузнецова, А.С.Кузьмича, В.М.Зыкова, Н.И.Иванова, А.И.Митейко, М.И.Устинова и др. В 1963-1964- гг., наряду с решениями частных задач, перешли к оптимизации параметров предприятий. В последнее время оптимизационные задачи решаются как для действующих, реконструируемых и проектируемых предприятий, так и для шахт и рудников будущего при использовании системного подхода и поэтапного проектирования.

Для настоящей работы представляют особый интерес труды, относящиеся к оптимизации угольных пластов пологого падения и пологих калийных залежей.

В работах /38,39/ рассмотрены вопросы комплексной оптимизации параметров угольных шахт, принципы построения математической модели проекта, оперативного управления. По-новому решена задача оптимизации перспективного проекта развития шахтного фонда бассейна в работе /40/« А.С.Сагинов, К.Н.Ади-лов, С.С.Квон /41,42,43/ оптимизировали схемы вскрытия и подготовки шахтного поля, системы разработки на примере шахт Карагандинского бассейна с учетом фактора надежноети.А.СБур-чаков, В.А.Харченко, Л.А.Кафорин излагают новый метод выбора технологической схемы при проектировании угольных шахт, раз-

- bd -

работанный на основе теории принятия решений /44/- Математическое моделирование производственных процессов очистных забоев и транспорта, а также по газодинамике призабойной зоны пласта изложено в работе /45/.

При проектировании горных предприятий за рубежом решаются задачи оптимизации параметров вскрытия и подготовки шахтных полей, концентрации горных работ, подземного транспорта, способов проходки шахтных стволов и др. Например,в ПНР исследован производственный процесс разработки рудных месторождений камерно-столбовыми системами с целью оптимизации параметров /46/. Разработаны факторная детерминированная математическая модель, система входных и выходных параметров,а также алгоритмы и машинная программа для ЭВМ.

В США /47/ на шахте "Хендвикс" № 22 геометрические размеры панели (длина, ширина) оптимизировались методом экономико-математического моделирования с использованием ЭВМ с учетом основных горно-геологических и горно-технических условий разработки, а также характеристики применяемого оборудования. Наибольшее внимание вопросам оптимизации параметров производственных процессов калийных предприятий за рубежом уделяется в ГДР. Однако до последнего времени эти исследования ограничивались решением локальных оптимизационных задач для действующих рудников, и только в последние 2-3 года начаты работы по оптимизации параметров на уровне предприятия. В работе /48/ производятся результаты исследования функциональной математической модели рудника с учетом процессов добычи, доставки, транспорта по штрекам, шахтного подъема, проветривания и закладки. В качестве критерия оптимальности используется себестоимость добычи I т руды. Определена зона оптимальных значений суточной производительности - 8-24 тыс.т

при максимальных размерах шахтного поля 10x10 км. Выявлено, что решающее значение при определении оптимальной производительности рудника имеют следующие параметры: размеры шахтного поля, производительность добычных участков, размер сменной заработной платы, величина амортизации, рабочее время в забое и извлекаемые запасы.

Растущие потребности сельского хозяйства в удобрениях привели к бурному развитию калийной промышленности СССР.Производственные мощности калийных предприятий наращиваются как за счет реконструкции действующих, так и строительства новых. При этом огромное значение приобретают вопросы поиска оптимальных решений задач, возникающих при определении параметров предприятий на разных уровнях, что требует применения современных экономико-математических' методов с использованием ЭВМ.

Определению оптимальных параметров калийных рудников на основе экономико-математического моделирования посвящен ряд работ института Госгорхимпроект, выполненных под руководством В.М.Еремеева /49,50,51,52/,и ВИЭМСа /53,54/. Кроме того по отдельншл подсистемам рудника велись исследования Пермским политехническим и другими институтами /55,56,57,58,59,60/. В исследуемых моделях не нашли достаточного отражения вопросы продолжительности строительства, освоения проектной мощности, учета качества добываемой руды. Кроме того, делается акцент на буровзрывном способе выемки /50,53/, который рекомендуется авторами в качестве перспективного, что не соответствует современным тенденциям технического прогресса на калийных рудниках. Весьма существенный недостаток работ -отсутствие учета фактора времени в экономико-математической модели, что сводит ее к уровню статической.

Решению задач оптимизации параметров отдельных производственных процессов и подсистем калийных рудников посвящены работы К.Г.Синопальникова и Б.А.Грубияна /55/,Р.С.Пермякова /56/, Е.С.Александрова /57,61/, В.Н.Зеленкина и Б.А.Волкова /21,22/, М.Ф.Масагутова /58/, В.М.Яценко /59/, В.А.Зыкова /55,60/, В.И.Тодорова /68/, З.А.Галушкиной /33/, М.М.Зайцева /62/ и других исследователей.

В указанных работах оптимизируются площади сечения очистных забоев, длина камеры или лавы, геометрические размеры панелей и блоков, нагрузка на участок, пропускная способность конвейерного транспорта с осредняющими емкостями, порядок отработки шахтного поля и панелей, последовательность отработки горизонта. Построение и исследование экономико-математических моделей отдельных подсистем и калийных предприятий в целом велось с помощью методов классического и регрессионного анализа, а также методом сплошного перебора вариантов.

Все работы, в которых решаются вопросы вскрытия и подготовки пологих пластов или залежей, характеризуются серьезным методологическим подходом определения расположения выработок и их сечений (см.гл.3.1). Отсутствует оптимизация параметров с учетом количественной оценки категорий запасов по периодам строительства и нормальной эксплуатации рудника /64/*

Подготовка пологопадающих калийных залежей

Способы подготовки шахтных полей пологопадающих калийныхзалежей зависят от: ) - расположения подготовительных выработок относительнопласта (полевая и рудная подготовка);- деления шахтного поля на выемочные единицы (панельная и панельно-блоковая подготовка); ..; - порядка отработки шахтного поля и панели ( частичная, полная и комбинированная подготовка) /8/.

Параметры подготовки характеризуются размерами отрабатываемых участков месторождения, типом и сечением выработок, объемом подготовленных запасов.

На Старобинском месторождении преобладает рудная подготовка, на Верхнекамском - сочетание рудной подготовки с полевой (особенно при неустойчивых кровлях и боковых породах на Втором и Третьем Березниковских и Восточном руднике Четвертого Березниковского завода). Рудная подготовка отличается от полевой главным образом тем, что руда от проходки выработок поступает на переработку,также как и от очистных работ, и это позволяет уменьшить стоимость проходки подготовительных выработок на Ю% /18/.

При проходке выработок по пластам калийных солей их кре-пят штанговой крепью с сеткой 1,0x1,0 м . Стоимость комплекса крепи составляет 2,0 руб при расценке за установку каждо-i го комплекта 0,24 руб.

На участках шахтных полей Верхнекамского месторождения, где имеет место электровозная откатка (25% от общего объема перевозок), откаточные выработки как главные, так и панель ные проходятся в подстилающей каменной соли (рис.2.5).С пластовых выемочных панельных штреков /I/ на откаточные /2/ руда поступает через специальные рудоспускные гезенки /3/, которые одновременно являются небольшими аккумулирующими емкостями (на 100-800 т). Сечения выемочных штреков, проходимых по руде комбайнами ШБМ-2 или ПК-8, Урал 10 ВС и Урал 20 ВС, изменяются в пределах 8-20 м . На удельные объемы горноподготовительных работ и общие затраты по подготовке тип подготовки практически не влияет. Наибольшее влияние на удельные объемы горноподготовительных работ оказывают размеры шахтного поля и их деление на выемочные единицы (панели, блоки). Шахтное поле обычно подготавливается главными транспортными и вентиляционными выработками, проходимыми от центра к флангам (рис.2.б). Несколько однотипных выработок располагается параллельно друг другу, ширина целиков между ними составляет 5-Ю м. Обычно проходится транспортных выработок 3-5, вентиляционных - 2-3 в зависимости от сечения выработки и количества проходящего по ним воздуха. Выработки соединяются сбойками через каждые 70-100 м. От главных транспортных выработок (I) перпендикулярно к ним проходятся панельные конвейерные (4-), транспортные (5) и вентиляционные (б) выработки с интервалом, зависящим от ширины панели (рис.2.б).

На рудниках Верхнекамского месторождения, отрабатываемого в.основном камерными системами, ширина панели составляет 300-400 м. Выемочные камеры, располагаемые перпендикулярно панельным штрекам, имеют 150-200 м. Вентиляционные панельные штреки /б/ располагаются на флангах панели в количестве 1-2 на каждом. Транспортные панельные штреки (4,5) проходятся в виде трех или пяти параллельных выработок /19/.

Панельно-блоковая поготовка на Верхнекамских рудниках (рис. 2,7 ) стала применяться с 1978 г. Панельно-блоковая схема подготовки заключается в том, что при ней производится деление шахтного поля на панели (I), а панели на блоки (2) и только в блоке уже производится очистная выемка камерами (3), рис.2.7. Панели в этом случае шире - 0,8-2,0 км, а блоки соответственно вписываются длиной в ширину панели, а шириной в длину камеры. Однако при этой схеме общий объем горноподготовительных выработок больше, чем при панельной, приложение 2.

Панельно-блоковая подготовка на Старобинском месторождении при камерной системе разработки идентична Верхнекамской схеме подготовки. При системе разработки длинными столбами с обрушением отличие от панельно-блоковой схемы для камерной системы разработки заключается в размерах панелей и столбов (рис.2.8). При этой системе от главных откаточных выработок (I) перпендикулярно им подготавливаются панели шириной до 2000 м, а в панели перпендикулярно панельным штрекам (2) нарезаются столбы (3). В целом при существующих схемах подготовки удельный объем подготовительных работ на Верхнекамском месторождении составляет 12-14$, на Старобинском - 20-22$. Такая разница заключается в мощности пласта и извлечении.

Наиболее полно отражает подготовку запасов порядок отработки шахтного поля. Естественное стремление к сокращению сроков строительства и первоначальных капиталовложений приводит к прямому порядку отработки шахтного поля и панелей. А так как порядок отработки шахтного поля и панелей зависит и от горно-геологических условий и, в первую очередь, от устойчивости кровли и боковых пород, то от прямого порядка на недостатком такого перехода является его стихийность, приводящая к резким изменениям опорного горного давления, возможности нарушения сплошности водозащитной толщи и потерям калийных руд /20,21,22/.

Опыт эксплуатации рудника БРУ-2 с прямым порядком отработки шахтного поля и панелей показал, что в начальный период эксплуатации остро встает вопрос о поддержании вентиляционных и транспортных штреков в безопасном состоянии,что и определяет перевод рудника на обратный порядок отработки /16,23,2V» Основными недостатками прямого порядка отработки являются повышенные утечки воздуха в главных и панельных выработках, увеличение стоимости поддержания горных выработок, вероятность неблагоприятного оседания земной поверхности в районе стволов и нарушения сплошности водозащитной толщи.

К достоинствам прямого порядка следует отнести сокращение сроков строительства и первоначальных капиталовложений, так как подготавливается только часть запасов, необходимых на короткий срок эксплуатации, рис.2.9а.

При обратном порядке отработки увеличиваются сроки строительства и первоначальные капиталовложения, так как подготавливаются практически запасы всего шахтного поля. Обратный порядок отработки имеет очень серьезные достоинства по сравнению с прямым: позволяет произвести разведку тектонических нарушений, предотвратить выбросы соли и газа и т.п. /22,23/. Однако,и соблюдая обратный порядок отработки, не обязательно подготавливать все запасы шахтного поля. Примером частичной подготовки может служить ІУ Березниковский калийных завод, где независимо от порядка отработки подготавливается часть запасов шахтного поля, рис.2.2, 2.9, но если на рис.2.2 подготовленные запасы соответствуют вскрытым, то на рис.2.9,в представлено вскрытие запасов полностью с частичной подготовкой.

Таким образом, анализ схем и способов подготовки показывает наличие связи между подготовленными запасами и порядком отработки шахтного поля. Однако количественная оценка такой связи отсутствует.

Учет вскрытых запасов

Расчет количества стволов производится в соответствии спроизводительностью подъемных установок и производственной мощностью рудника. Производительность подъемных установок зависит от емкости скипа, режима работы рудника и высоты подъема. Грузоподъемность скипов принимается по аналогии с проектами, выполненными ВНЙИГом для условий Верхнекамского месторождения 20-25 т, для условий Старобинского месторождения -40 50 т.

В приложении 5 даны примеры расчета скиповых подъемных установок по пятипериодной тахограмме и клетевых установок -по трехпериодной тахограмме /123/. Для существующего режима работы рудника получены выражения, по которым определяется количество скиповых подъемных стволов: где Nz -количество скиповых стволов; И - глубина залеганияпласта; а, уг - грузоподъемность скипов первого и второго подъемов соответственно при двухскиповом подъеме, м .

Количество клетевых стволов определяется из выражения: где р, - производительность трудящихся, т/см; - количество клетевых стволов.

Расчет вентиляционных стволов производится в зависимости от пропускной способности скиповых и клетевых стволов по воздуху. Клетевые стволы используются для подачи свежего воздуха, а скиповые - для выдачи исходящей струи /124-/- Дополнительное количество стволов для подачи и выдачи воздуха определяется выражениями: где h/ц , Л(-- количество дополнительных воздухоподающих и воздуховыдающих стволов соответственно; Sj, ,Ss ,S ,vS\,-- сечения скиповых, клетевых воздухоподающих и воздухоподающих стволов в свету соответственно, м ; "е. скорость воздуха в скиповых, клетевых и вентиляционных стволах соответственно.с. Так как вскрытие связано вентиляцией, то необходимо остановиться на целесообразном методе расчета количества воздуха для проветривания рудника.

При определении объемов горнокапитальных работ необходимо рассчитать количество воздуха для проветривания рудника. Для обоснования метода расчета количества воздуха при оптимизации вскрытия и подготовки произведено сравнение различных расчетов в соответствии с методикой /125/. Расчеты проведены по нескольким факторам: добыче, газам от взрывных работ, взрывоопасным газам и минимальной скорости воздуха с учетом разжижения выхлопных газов ( приложение 6, с тр. 215-223 На основании расчетов, представленных в приложении б,исследованы зависимости количества воздуха от производственной мощности. Установлено, что наибольшее количество воздуха требуется по разжижению газов от взрывных работ, график I, рис.3.2. При применении машинной выемки максимальное количество воздуха требуется, исходя из расчета минимально допустимых скоростей при проветривании забоев (2). Учитывая, что перспективные планы горных работ прогнозируются с машинной выемкой /126/ калийных руд, принимается расчет воздуха по минимально допустимым скоростям , рис.3.2.

Известно, что вскрытые запасы составляют часть промышленных запасов, для отработки которых пройдены все вскрывающие выработки /9,10/. Вскрытые запасы можно выразить через запасы шахтного поля где Z.2. вскрытые в период строительства запасы, млн.т; 1 2f запасы, вскрытые в период эксплуатации рудника, млн.т; оС, ( /v+o4) ДЛя вскрываемых запасов в период строительства и нормальной эксплуатации, ед; 2, - запасы шахтного поля, млн.т.

В свою очередь запасы шахтного поля зависят от его размеров Количество вскрытых в первую очередь запасов должно соответствовать требуемой производительности рудника, одного или ряда стволов. Обычно доля вскрытых в первую очередь запасов может колебаться в пределах 0,25 1,0, при этом одна их часть вскрывается в период строительства, остальные - в период эксплуатации рудника.

Таким образом, максимально вскрытые запасы могут быть не больше запасов шахтного поля ? тсі?с - , а минимальные запасы и площади:где Т , - производительность одного подъемного ствола, млн.т/год; Se- площадь вскрытых в период строительства запасов.

Из выражений (27) и (31) получаем определение для доли вскрытых в период строительства запасовгде 0.,( пропускная способность воздухоподающего или воздуховыдающего стволов, пройденных в период строительства, м3/с; Q.ff необходимое количество воздуха для проветривания рудника.

При диаметре стволов в свету 7 м пропускная способность по воздуху составляет: клетевого " 270 , скипового 400 /0, а грузоподъемность одного скипового ствола глубиной 400 м составляет « 5 млн.т/год.Теперь имеем возможность определить минимальные вскрытые в период строительства запасы, если проходится лишь скиповой и клетевой стволы, таблица 3.1.тые запасы зависят от производственной мощности и могут изменятся от 0,25 до 1,0 запасов шахтного поля.

Необходимость выявления стоимостных параметров вскрытых запасов обусловлена правильностью определения оптимальной величины производственной мощности, влиянием распределения капиталовложений по периодам строительства и эксплуатации рудника и связью затрат со вскрывающими выработками.

Стоимостной параметр вскрытия - это укрупненный показатель удельных приведенных затрат с учетом фактора времени на один ствол. Он включает капиталовложения по проходке,подъему, вентиляции и поверхностному комплексу и эксплуатационные расходы по статьям: заработная плата, электроэнергия и амортизационные отчисления.

Удельные приведенные затраты по одному стволу зависят как от типа ствола, так и от периода, в который он возводится, и от производственной мощности рудника.Рассмотрим скиповой ствол глубиной 400 м, диаметром в свету 7 м, производительностью подъемных установок 5 7 млн.т/год.Общие капиталовложения на один ствол составляют 10,53 млн.руб, а годовые эксплуатационные расходы 0,754 млн.руб/год (таблицы 5,6, приложение 8).

Если ствол пройден в период строительства, то удельные приведенные затраты составляют: 0,547; 0,342; 0,289; 0,225 руб./т соответственно для значений производственной мощности рудников 5,10,15,20 млн.т/год и 0,103; 0,095; 0,088; 0,087 руб./т» если такой же ствол сооружается в период освоения проектной мощности, приложение 8.

Получив такой стоимостной параметр для нескольких диаметров и типов стволов и зная количество стволов, необходимое для работы рудника, имеем возможность сравнить минимальные и максимальные вскрытые в период строительства запасы шахтного поля.

Построение зависимости удельных приведенных затрат по вскрытию при полных и частично вскрытых в период строительства запасов по производственной мощности позволит определить влияние вскрытия на ее оптимальную величину.

Известно, что подготовленные запасы - это часть вскрытых запасов /9,10/. Отрабатываемые в первую очередь запасы шахтного поля ( сЗз, ) отражаются на выборе схемы подготовки, рис.3.3. Коэффициент первоочередности отработки составляетя а а при tlL 2 и ,= -— ПРИ 4 2 Поэтому исследование подготовленных запасов производится сучетом схем вскрытия и подготовки.Схемы подбираются так,что изменение доли вскрытых и подготовленных запасов от 0 до I находит в них однозначное отображение, т.к. подготовленные запасы как часть вскрытых можно выразить следующим образом

Взаимосвязь между вскрытыми запасами и производственной мощностью

Схема с уклонами рекомендована и принята для вскрытия горизонта 670 м Четвертого Солигорского калийного завода в связи с пуском второй очереди и расширением производственной мощности. Ожидаемый экономический эффект от внедрения уклонов на второй очереди составляет 424 тыс.руб/год (приложение 9). При одногоризонтной отработке зависимость затрат при центральной и фланговой схемах вскрытия для условий Верхнєкамского месторождения при диаметре ствола менее 7 м аналогична двухгоризонтным схемам. Разница заключается лишь в уровне затрат, они значительно ниже, так как глубина стволов Верхнєкамского месторождения, принятая для исследований, составляет 450 м вместо 700 и 950 м - Старобинского месторождения, рис.4.4, графики 3 и 4/129/.

Таким образом, зависимость удельных приведенных затрат по вскрытию от производственной мощности носит гиперболический характер, что связано,с одной стороны, со сроками строительства, а с другой,-капиталовложениями. Изменение характера зависимости возможно путем сокращения сроков строительства и перераспределения капиталовложений. Этот путь доступен при вскрытии запасов очередями.

Так как коэффициенты приведения являются функцией сроков строительства и производственной мощности, то их значе ниє различно при полном и частичном вскрытии запасов. Выше уже было сказано, что минимально вскрытые запасы соответствуют производственной мощности рудника в 5 шш.т./год Этой величине производственной мощности соответствует нормативный срок строительства б лет. В таблице 4.1 указано, какие коэффициенты приведения периодов строительства, освоения проектной мощности и периода нормальной эксплуатации соответствуют начальному вскрытию одним скиповым и одним клетевым стволом.

Из таблицы видно, что с уменьшением вскрытых запасов в два раза при производственной мощности 10 млн.т/год,а срока строительства на два года коэффициент приведения периода строительства уменьшится с 1,8 на 1,67. Коэффициент приведения периода освоения проектной мощности уменьшается в 1,8 раза, а периода нормальной эксплуатации - в 1,2 раза. Наибольшее уменьшение коэффициентов приведения соответствует минимальному, количеству вскрытых запасов =0,25. Однако чтобы оценить значение частичного вскрытия, необходимо сопоставить стоимостные параметры вскрытых запасов при полном и частичном вскрытии.

При известных зависимостях коэффициентов приведения от вскрытых запасов, количестве стволов и укрупненных стоимостных показателях по каждому стволу можно проследить, как изменяются удельные приведенные затраты с учетом фактора времени по вскрытию от изменения производственной мощности и количества вскрытых в период строительства запасов.

Рассмотрим эти зависимости для глубины стволов 450 м, при центральной схеме вскрытия, т.е. для условий Верхнекамского месторождения, рис. 4.5,приложение 8, с тр.241-242.

Графиком I характеризуется зависимость удельных приведенных затрат при полностью вскрытых в период строительства запасах. Затраты для этого случая изменяются в пределах 1,4 2,1 руб/т при изменении производственной мощности от 5 до 20 млн.т/год. При этом минимальные затраты соответствуют производственной мощности 7,5 млн.т/год, приложение 8, таблица б. Уменьшение вскрытых в период строительства запасов, выражающихся в неполном количестве пройденных вскрывающих выработок приводит к снижению удельных приведенных затрат по вскрытию и к увеличению значения производственной мощности, соответствующей минимальным затратам с 7,5 до 12,5 млн.т/год (рис.4.5, линии 2,3,4). Это объясняется тем, что с ростом производственной мощности появляется больше возможностей изменить количество стволов. При малых мощностях 5 8 млн.т/год, чтобы иметь возможность частичного вскрытия в период строительства, необходимо изменять диаметр ствола.

Так, например, клетевой ствол диаметром 5 м в свету по пропускной способности воздуха соответствует производственной мощности 3 млн.т/год, что дает возможность осуществить частичное вскрытие даже при производственной мощности 5 млн.т/год, когда вскрытые в первую очередь запасы могут составлять 0,65 от запасов шахтного поля. Тем более,что стоимость проходки и крепления такого ствола в 1,5 раза дешевле, чем ствола диаметром 7 м /50/. Однако в этом случае общее количество стволов превышает необходимое для производственной мощности 5 млн.т/год количество стволов и затраты могут быть даже больше, чем при полных вскрытых в период строительства запасах. При производственной мощности 10 + X 2,5 млн.т/год вскрытые в период строительства запасы могут колебаться от 30 до 70%, В этом интервале удельные приведенные затраты в связи с частичным вскрытием уменьшаются на 0,4 0,5 руб/т, т.е. почти на 30 . При значении производственной мощности более 12,5 млн.т/год минимальные вскрытые в период строительства запасы могут составить 2.5%, Это приводит к уменьшению удельных приведенных затрат на 0,6 0,9 руб/т или на ЦО 60%,

Таким образом, для условий Верхнєкамского месторождения частичное вскрытие запасов шахтного поля в период строительства приводит к снижению удельных приведенных затрат и к увеличению производственной мощности.

При двухгоризонтной отработке на примере Старобинского месторождения уровень удельных приведенных затрат с учетом фактора времени значительно выше, чем для Верхнекамского. Разница затрат по вскрытию почти в 4 раза связана с глубиной стволов до верхнего горизонта 700 м, до нижнего - 950 м.

Проходка стволов одного диаметра 7 м в свету обходится в два раза дороже, а производительность подъема при одних и тех же скипах грузоподъемностью 25 т в два раза ниже при более высоких капиталовложениях и эксплуатационных расходах на сооружение и оборудование подъема. Кроме того уровень затрат по вскрытию в общих затратах по вскрытию и подготовке имеет больший удельный вес, чем подготовка /130/. Минимизация вскрытых запасов при двухгоризонтной отработке кроме очередности проходки вскрывающих выработок возможна за счет очередности вскрытия горизонтов. Очередность вскрытия горизонтов характеризуется проходкой нового или углубкой пройденных стволов.

Изменение удельных приведенных затрат по вскрытию при полном и частичном вскрытии запасов в период строительства приведено на рис.4.6. При полном вскрытии запасов обоих горизонтов в период строительства при обособленном подъеме руды с каждого горизонта (график I) и при переподъеме руды уклонами (график 3) уровень затрат выше чем при частичном вскрытии в период строительства (графики 2 и 4) при тех же схемах соответственно.

Уменьшение уровня затрат обусловлено снижением коэффициентов приведения, амортизационных отчислений и первоначальных капиталовложений (приложение 8, таблица 7). Минимальные затраты по вскрытию соответствуют производственной мощности 10 млн.т/год, величина которой не зависит от вскрытых в период строительства запасов. Различие в минимальных затратах при частичном вскрытии составляет 70% для центральной схемы с раздельным подъемом по горизонтали и 65% - для центральной сземы с уклонами между горизонтами. Абсолютный

Влияние формы шахтного поля на схему подготовки и порядок отработки

Как указывалось ранее, под коэффициентом формы ( Kt ) шахтного поля принимается отношение его ширины к длине. Так как в функции удельных приведенных затрат ширина шахтного поля прямо пропорциональна корню квадратному из значения ко эффициента формы шахтного поля, а длина - обратно пропорциональна (формулы 5,6), то его значение всегда имеет оптимум, также как функция видаос = \/ 1С± Для решения такой функции необходимо найти первую производную, приравнять ее нулю и определить оптимум коэффициента формы. Минимальное значение функции соответствует величине аргумента, определенного из выражения:где Qi - сумма слагаемых функции, содержащих /к ; -.CL-" сумма слагаемых, содержащих .d V 1

Например, для обратного порядка отработки шахтного поля и панели:Теперь видно, что величина коэффициента формы для обратного порядка отработки взаимосвязана с подготовкой шахтного поля ( //, ), производственной мощностью рудника (Д±) и производительностью панели (-). При количестве панелей 4 6 шт. на горизонте оптимальное значение коэффициента формы с ростом производственной мощности от 5 до 25 млн.т/год уменьшается незначительно от 1,116 до 0,96.

Изменение производительности панели от I до 5 млн.т/год с интервалом в I млн.т/год приводит к соответствующему изменению коэффициента формы: 0,5; 1,0; 1,17; 1,64; 2,0 (таблица 3, приложение 10).

На основании исследований, приведенных в табл.5.3, можно вывести, что увеличение коэффициента формы более единицы приводит к незначительному изменению приведенных затрат. Примечание: таблица 5.3 составлена для следующих условий: ТІ_ = 50 лет, Ъ = 2,0 млн.т/год, Ва= 1,0 км, схема расположения стволов в центре шахтного поля с разделением его на 2 части.

При прямом порядке отработки шахтного поля коэффициент Параметры вскрытия и подготовки тесно связаны с системами разработки через размеры и производительность панели. Внаших исследованиях производительности панели была использована экономико-математическая модель подготовки. Зависимостьудельных приведенных затрат по подготовке от производительности панели носит непрерывный характер и имеет следующийвид: --где Z_.Cc - сумма слагаемых функции,содержащих Jf %EjCj -сумма слагаемых, содержащих2 (таблицы 1,2, приложение 10). Решением такой задачи является определение оптимального значения производительности панели:

При прямом порядке отработки шахтного поля и панели иопределяются из выражений: . . Величины оптимальных значений производительности панели приведены в таблице 5.5.Как видно из таблицы, оптимальное значение производительности панели связано с производственной мощностью рудника и соответствует количеству рабочих панелей на горизонте 4 6 штук, что и принимается при исследовании подготовленности запасов.

Функциональная зависимость удельных приведенных затрат от ширины панели носиттакой же характер как и от производительности панели:где 2е - сумма коэффициентов слагаемых, содержащих Б2 , S Si" Умма коэффициентов слагаемых, содержащих -р— (таблицы 1,2, приложение 10).

Функция легко дифференцируется, а решением является Исследование оптимальных величин ширины панели приведены в таблице 5.6.Как видно из таблицы 5.6, ширина панели при прямом порядке отработки шахтного поля и панели изменяется в широких пределах 0,75-1,8 км, а при обратном - в более узких - 1,3 4-1,5 км и не зависит от производительности рудника.

Поэтому при дальнейших исследованиях подготовленности запасов ширина панели принимается в зависимости от схемы подготовки при кі, = 1,2,3,4, Ьг- 1,6; 1,2; 1,0; 0,8 км, соответственно.5.4. Взаимосвязь срока службы рудника с параметрами вскрытия и подготовкиСрок службы рудника является одним из основных горнотехнических факторов, изменение которого имеет различные экономические исследования. Очевидно, что величина затрат при изменении срока службы зависит от срока строительства, схемы висит от размеров шахтного поля и, следовательно, от срока службы рудника. При обратном порядке отработки шахтного поля или панелей требуется дополнительное время для выхода на фланги, таблица 5.7.строительства на 6-8 мес, А каждый дополнительный год строительства приводит к увеличению приведенных затрат на 4-15$ в связи с увеличением коэффициента приведения, таблица 5.8.

Примечание: в числителе указаны абсолютные значения коэффициента приведения; в знаменателе - в процентах.

Графические зависимости приведенных затрат от срока службы рудника показаны на рис.5.2. Первой составляющей затрат в зависимости от срока слрсбы являются затраты по вскрытию, график I. Эти затраты связаны с амортизацией выработок, зданий и сооружений на поверхности. Для них характерно слабое уменьшение затрат с ростом срока службы рудника. Совсем иначе выглядит зависимость затрат по подготовке (график 2) от срока службы рудника. Затраты возрастают настолько интенсивно, что при обратном порядке отработки шахтного поля и панелей приводят к минимальному значению оптимума по сроку службы, т.е. 30 лет (таблица 7, приложение 10).

При прямом порядке отработки шахтного поля и панелей оптимальный срок службы рудника составляет 40 лет. Учитывая, что сокращение срока службы рудника требует обновления основных фондов, были проведены исследования влияния этого обстоятельства.

Расчеты капиталовложений для строительства нового рудника по истечении срока службы и приведения их во времени показали, что оптимальные значения срока службы могут колебаться в пределах 40 60 лет (табл.7, приложение 10).

Поэтому исследование влияния вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов на производственную мощность производится при сроке службы 50 лет.Как было сказано выше, в качестве стоимостных параметров подготовленных запасов принимаются удельные приведенные затраты на единицу фронта подготовленных запасов. По существу, это укрупненный показатель стоимости выработок главных направлений в зависимости от времени их проходки. Он определяется из выражения:

Похожие диссертации на Выбор параметров вскрытия и подготовки пологопадающих калийных залежей с учетом степени готовности запасов

Обоснование технологии и выбор параметров разработки небольших по запасам золоторудных месторождений ЯкутииПетров, Андрей Николаевич

Оценка несущей способности и выбор параметров шахтных крепей с учетом образования зон дивергенции на контактах крепи с породамиСушков, Сергей Леонидович

Выбор параметров поддержания неустойчивых пород кровли в лавах армополимерной анкерной крепью (для условий пологих пластов Донбасса) Гердвилис Станислав Альфонсович

Выбор параметров групповой разработки пластов в люблинском угольгом месторождении ПНР Парханьский Юзеф

Обоснование и выбор параметров способов поддержания подземных горных выработок в условиях угольных месторождений СРВ Ле Дык Хоа 0

Оценка несущей способности и выбор параметров крепи подготовительных выработок с учетом потери формы сечений и упрочнения металла при неупругом деформированииСокол, Борис Александрович

Выбор параметров технологии выемки угля и вентиляции при высокой метанообильности выемочного участкаКолесниченко, Игорь Евгеньевич

Выбор параметров профилей и узлов податливости шахтной металлической крепиЛунев, Владимир Георгиевич

Влияние устойчивости боковых пород на выбор и параметры систем разработки с магазинированием жильных месторождений Арипов Шукур

Обоснование и выбор рациональных параметров способа управления зоной отжима угля при отработке крутых пластов щитовыми агрегатамиГаврилов, Вячеслав Иванович