Введение к работе
Актуальность проблемы. Выбор схемы вскрытия шахтного поля івляется одной из основных-и наиболее сложных проблем при разработке месторождения полезных ископаемых подземным способом. Доля капи-гальных затрат, связанных со вскрытием, составляет 50 - 60 % от общей ;уммы вложений и от 20 до 60 % в себестоимости 1 т руды. Являясь одним п наиболее стабильных и трудно изменяемых параметров горного произ-юдства, неверно выбранная схема вскрытия является одной из основных іричин низкой рентабельности горного предприятия.
В настоящее время подавляющее большинство месторождений юкрываются по одноступенчатой схеме. Существующие методы выбора хем вскрытия гарантируют оптимальное решение для месторождений с дубиной залегания до 400 - 500 м. В то же время в мировой практике наблюдается устойчивая тенденция к разработке глубокозалегающих место-юждений полезных ископаемых. Максимальные глубины горных работ ;остигли 3-4 км, что заставило горные предприятия ЮАР, Индии, Брази-ии, Канады и других стран перейти в раде случаев на использование мно-оступенчатых схем. Многообразие факторов, влияющих на выбор схемы скрытия месторождений, расположенных на больших глубинах, труд-ость их оценки обусловили отсутствие обоснованных методов определе-ия параметров многоступенчатых схем, а также специальных моделей для х оптимизации. Одним из основных критериев установления параметров яогоступенчатых схем являются технические возможности подъемных становок.
Проблема использования многоступенчатых схем актуальна и для гечественных предприятий. Большинство из них оснащено многоканат-ыми подъемными установками, способными поднимать полезный груз с губины до 1500 м. В то же время ряд горных предприятий вышел на пре-гльные глубины, и для дальнейшего увеличения глубины разработки не-эходим переход на многоступенчатые схемы вскрытия.
Кроме того, с увеличением глубины разработки растут объемы гор-ых работ, особенно для пологопадающих месторождений, затраты на зоходку и поддержание вскрывающих выработок. В то же время создание атематических моделей и разработка на их основе методов, позволяющих іределить оптимальные число и параметры ступеней, в схеме вскрытия, эзволило бы существенно уменьшить объемы работ при вскрытии и, сле-)вательно, затраты при разработке и эксплуатации месторождений. По-ому создание теории математического обоснования базовых параметров яогоступенчатых схем вскрытия глубоких горизонтов шахт, под которы-а понимается набор параметров, определяющих топологию схемы вскры-ія, является актуальной проблемой, решению которой посвящена данная ібота.
Целью настоящей работы является создание теории, позволяющеі по заданным горногеометрическим параметрам вскрытия определить тиі схемы вскрытия при оптимальном заложении отметок базовых горизонто в случае выбора многоступенчатой схемы.
Идея работы состоит в создании математической модели множеств вариантов схем вскрытия шахтного поля и принятии по заданному крите рию оптимизации решения о возможности использования при вскрыта многоступенчатых схем.
Задачи исследований. Научная проблема и цель работы определил следующие задачи исследований:
- разработка математической модели множества вариантов схе;
вскрытия шахтного поля комплексом горизонтальных и вертикальны
вскрывающих выработок, учитывающей параметры, определяющие топе
логию схемы вскрытия;
- установление критериев выбора типа схемы вскрытия и разработи
методов определения базовых горизонтов в многоступенчатых схемах
учетом условий залегания месторождения;
- реализация разработанных алгоритмов в рамках пакета программ.
Методы исследования. Использованные в диссертационной работ
методы исследования базируются на теоретико - графовом подходе. Основные научные положения, выносимые на защиту: доказана практическая нерешаемость поставленных задач стандар
ными математическими методами;
разработана теория обоснования базовых параметров многоступеї
чатых схем вскрытия глубоких горизонтов шахт, включающая в себя:
теоретико - графовую модель множества вариантов схем вскрыл шахтного поля комплексом горизонтальных и вертикальных вскрьівающі выработок на основе установленного набора параметров, определяющі топологию схемы вскрытия;
методы определения базовых горизонтов в многоступенчатых сх мах для месторождений простых геометрических форм;
методы определения базовых горизонтов в многоступенчатых сх мах для месторождений со сложноструктурным характером залегания переменной высотой этажа.
Научная новизна работы заключается в создании на базе теорети - графового подхода теории математического обоснования базовых пар. метров многоступенчатых схем при вскрытии шахтного поля комплексі горизонтальных и вертикальных вскрывающих выработок.
Практическая ценность работы состоит в реализации разработа ных алгоритмов в виде пакета программ, позволяющего в диалоговом j жиме осуществить экспертизу проектных решений, выбрать оптимальну схему вскрытия, оценить влияние отдельных параметров на ее оптима; ность.
Реализация, внедрение и использование результатов работы.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и ре-эмендаций диссертационной работы подтверждены теоретическими раз-аботками, базирующимися на фундаментальных положениях теории гра-ов, моделированием и внедрением разработок.
Разработанный пакет программ определения базовых параметров ногоступенчатых схем вскрытия глубоких горизонтов шахт использовал-i для обоснования схем вскрытия при реконструкции шахт Североураль-сого бокситового рудника «Красная Шапочка» и «Кальинская».
Адаптированный вариант пакета внедрен в учебный процесс в ральской государственной горно - геологической академии и использует-i при подготовке горных инженеров.
Все внедрения подтверждены соответствующими актами. Суммарен экономический эффект от внедрения результатов исследований составі 85932.8 млн. руб. в ценах 1994 г.
Апробация работы. Основные положения и результаты, получение в диссертационной работе, доложены и обсуждены на 13 и 14 всесо-зных симпозиумах "Логическое управление с использованием ЭВМ" и юрдинационных совещаниях "Математическое обеспечение интеллекту-іьньїх систем САПР - ГАП" (Симеиз, 1990; Феодосия, 1991), 13 Ураль-сом горнопромышленном съезде (Екатеринбург, 1991), 11 международ-эй конференции по автоматизации в горном деле ІСАМС - 92 (Екатерин->фг,1992), на технических советах АО "Севуралбокситруда" (1993, 1994), і 2 всероссийской конференции "Экологические проблемы горного про-шодства, переработка и размещение отходов" (Москва, 1995), на 1, 2 и 3 знференциях "Компьютерные технологии в горном деле" (Екатеринбург, )96, 1997,1998), на 10 всероссийской конференции "Математическое про-эаммирование и приложения" (Екатеринбург, 1997).
Применение многоступенчатых схем при вскрытии глубоких гори-інтов шахт рекомендовано секцией горнорудной и нерудной промышлен-зсти научно - технического совета Госгортехнадзора России: "... признать грспективными ступенчатые схемы вскрытия глубоких горизонтов в свя-[ с дальнейшим ведением горных работ на глубинах, превышающих 1700 ..." (протокол N 11 -22/225 от 12-13.11.91).
В Единые правила безопасности ( 31) внесены дополнения по части
пользования многоступенчатых схем, включающие рекомендации по
доведению горных выработок, доступу людей к шахтному полю и ава-
шному выходу."
2. Внести изменения в Единые правила безопасности при разработке ганых, нерудных и россыпных месторождений подземным способом при с пересмотре в части "применения" по согласованию с Госгортехнадзо-ш России ступенчатой схемы вскрытия горизонтов на рудниках с глуби-
ной отработки более 1500 м " (протокол N 11 -
22/197 от 04.11.92).
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 19 публикациях.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 182 страницы машинописного текста, 36 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 100 наименований, приложение с документами, подтверждающими внедрение.
Автор выражает глубокую признательность научному консультанту проф., д.т.н. Б.Д.Половову за конструктивную помощь в научной работе, академикам РАЕН, проф., д.т.н. В.А.Горбатову, А.Г.Протосене, В.С.Хохрякову, В.П.Чистову, проф., д.т.н. О.В.Славиковскому, доц., к.т.н. В.М.Белуженко, Н.Н.Лещукову за ценные советы и помощь в научной работе.
