Обоснование проектных решений по отработке запасов угольных целиков различного функционального назначения

Тихонов, Антон Викторович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование проектных решений по отработке запасов угольных целиков различного функционального назначения
ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Автореферат диссертации по теме "Обоснование проектных решений по отработке запасов угольных целиков различного функционального назначения"

Тихонов Антон Викторович

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИИ ПО ОТРАБОТКЕ ЗАПАСОВ УГОЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ РАЗЛИЧНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность 25.00.21 - «Теоретические основы проектирования горнотехнических систем»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 МАЙ 2011

Москва 2011

4848267

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный горный университет» на кафедре «Подземная разработка пластовых месторождений»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Агафонов Валерий Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Крашкин Иван Семенович

кандидат технических наук

Езерский Михаил Юрьевич

Ведущая организация:

ЗАО «ПНИУИ» (г. Новомосковск, Тульской области)

Защита диссертации состоится « июня 2011г. в /Лчас. ЗО мин. на заседании диссертационного совета Д 212.128.03 при Московском государственном университете по адресу: 119991, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, д.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан «/3 » мая 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета: доктор технических наук,

профессор

Агафонов Валерий Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В соответствии с современными тенденциями развития технологии подземной угледобычи, ускорения научно-технического прогресса, обеспечения необходимых экологических и социально-экономических требований к труду основными проблемами дальнейшего повышения уровня прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ являются рационализация природопользования и охрана недр.

Основополагающими вопросами в этой области являются повышение полноты извлечения, комплексное и рациональное использование запасов угольных месторождений.

Неполная выемка запасов ведет к значительному прямому экономическому ущербу, заключающемуся в увеличении затрат на 1 т извлекаемых запасов за счет роста непроизводительных затрат на геологоразведочные работы, проектирование и строительство шахты, проведение и поддержание горных выработок и др.

Согласно официальной статистике на шахтах Российского Донбасса, Кузнецкого и Печорского угольных бассейнов значительная часть балансовых запасов сосредоточена в целиках различного функционального назначения (предохранительных, охранных, барьерных, технологических). Их наличие в основном обусловлено особенностями современных технологий отработки угольных запасов и высокой степенью застройки подрабатываемых территорий.

Несомненно, эти запасы вызывают особый интерес с технологической, экономической и экологической точек зрения, так как они являются полностью вскрытыми необходимой топологической сетью выработок общешахтной инфраструктуры и частично подготовленными к очистной выемке.

Вовлечение в разработку запасов угля, сосредоточенных в целиках различного функционального назначения, отнесенных в потери по площади и мощности пласта в пределах шахтных полей действующих шахт и шахт, отработавших основные промышленные запасы, обеспечивает продление без значительных капитальных затрат сроков эксплуатации шахт, увеличение объемов добычи углей, пригодных для

коксования, и сохранение довольно значительного количества рабочих мест.

В обстановке интенсивного поиска дополнительных ресурсов повышения конкурентоспособности и инвестиционной привлекательности горнодобывающих предприятий в настоящее время нельзя не обратить внимание на фактор более полного использования основных и сопутствующих ресурсов.

В соответствии с вышеизложенным диссертация посвящается решению задачи повышения уровня полноты извлечения угольных запасов, прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ за счет выемки целиков различного функционального назначения.

Целью работы является обоснование перспективных технологических и технических решений, экономически целесообразных параметров технологии извлечения целиков различного функционального назначения для повышения полноты извлечения угольных запасов, уровня прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ, обеспечивающих комплексное освоение недр, должную конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность горнодобывающих предприятий.

Основная идея работы заключается в реализации комплексного подхода к формированию научно-методического обеспечения обоснования мобильной технологии выемки запасов из угольных целиков.

Методы исследований: в работе использован комплекс методов, включающий научное обобщение, анализ передового отечественного и зарубежного опыта и результатов ранее выполненных исследований в данной области, методы экономико-математического и имитационного моделирования, математические методы обработки статистических данных и аналитические исследования.

Научные положения, разработанные лично соискателем:

1. Результативность реализации технологических и организационных механизмов повышения уровней прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ должна быть увязана с реализацией перспективных нетрадиционных решений, связанных с повышением полноты извлечения запасов за счет выемки угля из целиков различного

функционального назначения, повышающих перспективы развития технологических схем угольных шахт.

2. Основу методологического и научно-методического обеспечения формирования стратегии обоснования перспективных технологических и технических решений в области выемки запасов из угольных целиков в сложившихся экономических условиях должны составлять методы экономико-математического и имитационного моделирования с критерием оптимальности «чистый дисконтированный доход», предусматривающие наиболее полный учет характерных особенностей пространственно-планировочных и технологических характеристик целиков и синтезирующие в себе известные положительные аспекты анализа и оценки.

3. Общая стратегия решения задачи повышения полноты извлечения угольных запасов реализуется путем создания единой классификации способов отработки целиков различного функционального назначения и конфигурации, характеризующихся различными горно-геологическими и горнотехническими параметрами.

4. Систему организационного обеспечения обоснования перспективных технологических и технических решений для выемки запасов из угольных целиков предложено формировать на основе разработанной экономико-математической модели и методики установления экономически целесообразных параметров целиков и технологических схем их выемки.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- масштабностью объектов исследований и представительным анализом большого объема статистической информации, характеризующей сложившиеся тенденции в вопросе полноты извлечения запасов угля на шахтах филиала СУЭК в г. Ленинск-Кузнецкий,

- корректностью постановки задачи и использования современных эффективных методов исследований (методы экономико-математического и имитационного моделирования, обработки статистических данных, корреляционно-регрессионного анализа и др.) при обосновании технологических и технических решений для извлечения запасов из угольных целиков в сложившихся экономических условиях,

- удовлетворительной сходимостью результатов экономико-математического и имитационного моделирования и результатов, достигнутых при промышленных испытаниях технологических схем.

Научная новизна работы:

предложены научно-методические принципы обоснования технологических и технических решений в области извлечения запасов из угольных целиков различного функционального назначения в разной горно-геологической и горнотехнической среде;

- разработан алгоритм структурной декомпозиции и оценки адаптивных элементов традиционных технологических схем подготовки и отработки выемочных участков применительно к условиям выемки запасов из угольных целиков;

- предложена классификация способов отработки угольных целиков различной конфигурации;

- разработана методика комплексного обоснования перспективных технологических и технических решений повышения полноты извлечения угольных запасов, реализации соответствующих решений на действующих и закрываемых шахтах;

- разработана экономико-математическая модель эффективности отработки угольных целиков с применением бурошнековых установок, проходческих комбайнов, струговых установок и механизированных комплексов.

Научное значение работы заключается в развитии и совершенствовании научно-методической базы обоснования перспективных технологических и технических решений в области извлечения запасов из угольных целиков, реализация которой позволяет осуществлять научное обоснование стратегии повышения полноты извлечения угольных запасов, комплексного освоения недр с учетом закономерностей развития научно-технического прогресса в отрасли и рационального природопользования.

Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций по реализации стратегии повышения полноты извлечения угольных запасов, направленной на извлечение запасов из угольных целиков различного функционального назначения и обеспечивающей

продление сроков службы горнодобывающих предприятий, повышение прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ.

Реализация работы. Научные и практические результаты работы прошли проверку и использованы при разработке программ и планов перспективного развития горных работ, обосновании привлечения к отработке запасов, сосредоточенных в целиках различного функционального назначения на шахтах филиала СУЭК в г.Ленинск-Кузнецкий.

Результаты исследований автора используются в учебном процессе МГГУ при подготовке дипломированных специалистов по направлению 650600 «Горное дело».

Апробация работы. Основные научные положения работы и результаты исследований докладывались и получили одобрение на научных конференциях и симпозиумах: «Неделя горняка» в Московском государственном горном университете (2008-2010 гг.), Межрегиональной научно-практической конференции в г.Киселевске (2009 г.), на научных семинарах кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» МГГУ (2008-2011хт.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 работ, 3 из них в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 24 таблицы, 72 рисунка, список литературы из 95 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Исследованию проблемы повышения полноты извлечения угольных запасов из целиков различного функционального назначения посвящены труды Л.Д. Шевякова, П.З. Звягина, А.П. Судоплатова, М.И. Агошкова, А.Н. Омельченко, В.А. Миткова, А.С.Астахова, Д.А.Казаковского, М.И. Глейзера, НА. Бабокина, М.А. Иофиса, A.B. Волькенау, A.A. Борисова, A.C. Бурчакова, И.С. Крашкина, Г.А. Каткова, В.А. Фрянова, К.Ф. Сапицкого, A.B. Старикова, П.А. Манукяна, А.Н. Медынцева, И.Ф. Воложанина, С.Г. Авершнна, A.C. Микеладзе, А.Е. Видулина, В.Ф. Беседина, Е.В. Беляева, К.А. Ардашева, Н.С.Булычева, В.Н. Каретникова, ВЛ. Корнилкова, ГГ. Литвинского, И.И. Савина, P.A. Фрумкина,

Н.Н.Фотиева, Г.Г. Штумпф, В.Д. Ялевского, Г.В. Лаврик, М.А. Малышева,

A.С. Малкина, А.Г. Саламатина, ВВ. Агафонова, С.Г.Страданченко,

B.И.Сарычева, И.И.Савина, А.Ю.Дюпина, Н.И.Иванова, А.Д. Шумкина и Др.

В ходе исследований стало необходимым решение важных научно-методических и организационных задач, таких как:

- обобщение и анализ производственного опыта по повышению полноты выемки и уровня извлечения запасов на угольных шахтах;

- обобщение и анализ направлений и результатов научных исследований по совершенствованию существующих и нетрадиционных технологий, созданию новых технологических схем выемки запасов из угольных целиков различного функционального назначения;

- обоснование на базе методов объектно-ориентированного программирования, структурно-функционального, экономико-математического и имитационного моделирования, декомпозиции и синтеза концепции формирования технологических и организационных механизмов обеспечения эффективного извлечения запасов из целиков различного функционального назначения с повышением уровня прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ;

- разработка научно-методического обеспечения исследований и оценки эффективности технологических схем извлечения запасов из целиков с различными сочетаниями средств выемки, методики выбора эффективных технологических схем выемки запасов из целиков с обоснованием критерия оптимальности;

- разработка экономико-математической модели эффективности отработки целиков с применением технологии бурошнековой выемки, проходческо - добычными комбайнами, струговыми установками, очистными комбайнами с механизированными крепями с установлением экономически целесообразных параметров технологических схем отработки целиков.

Анализ исследований в данной области показал, что в настоящее время отработка целиков различного функционального назначения осуществляется с целью снижения уровня потерь угля и оптимизации процесса природопользования, при этом повышение полноты извлечения запасов угля осуществляется в большей степени за счет выемки угля из

предохранительных целиков, территориально расположенных под административными и природоохранными объектами (города, поселки, линии электропередачи, водные объекты, промышленные здания и сооружения и т.д.). Это связано с тем, что именно в этих целиках сосредоточены огромные запасы угля, так как технологии, связанные с закладкой выработанного пространства и строительством зданий и сооружений на специальной, устойчивой против проявлений вредного влияния подземных горных работ основе, находили и находят в настоящее время весьма ограниченное применение.

Достаточно серьезное внимание уделяется вопросам отработки околоствольных целиков с достаточно проработанными технологическими и экономическими аспектами выемки, причем радикальным способом уменьшения потерь угля в целиках будущих проектируемых стволов является отработка запасов до начала проходки стволов.

За последние десять лет прослеживается тенденция извлечения целиков, оставляемых у горных выработок, как правило капитальных, что связано с за1фытием и ликвидацией большого количества убыточных шахт, созданием новой мобильной угледобывающей техники, специализированной для выемки целиков, и переходом угольной отрасли на новые рыночные условия хозяйствования.

В то же время анализ комплекса отечественных и зарубежных работ подтверждает разнообразие применяемых технологических схем и технических средств отработки целиков различного функционального назначения, отсутствие единой методической базы для обоснования их параметров и унифицированных типовых решений для различных- горногеологических и горнотехнических условий.

Актуальным может быть переход на более эффективные нетрадиционные геотехнологические способы отработки угольных месторождений (подземная газификация, гидрогенизация, пластификация, гидродобыча с помощью скважин) с земной поверхности или из действующих горизонтов глубоких шахт.

Анализ полноты извлечения и величины потерь при добыче угля показывает, что за последние 10 лет по Кузбассу в целом потери колебались от 16,6 до 20,5 %. На отдельных участках со сложными горно-

геологическими условиями разработки (Прокопьевско-Киселевский район) потери достигали более 50%.

При подземной добыче потери колебались от 22,5 до 30% в год, при открытой - от 9 до 10%. Эксплуатационные потери составили в среднем 13%.

Однако фактические данные о полноте извлечения запасов угля, учитывающие ротацшо различных групп запасов, значительно хуже. Они показывают, что от одной трети до половины запасов качественных разведанных углей не извлекается и навсегда теряется в недрах.

При нынешних технологиях разработки месторождений на перспективу уровень извлечения запасов углей ожидается порядка 65% в целом по Кузбассу от всех балансовых запасов промышленного назначения, в том числе по шахтам - около 60%.

Расчетный уровень намечаемого извлечения запасов при подземных работах из всех балансовых запасов угля категорий А+В+С1+С2 в целом составит около 55%, а с учетом забалансовых - около 50%.

Дня принятия стратегических решений по отработке целиков, по созданию средств механизации и технологических схем очистной выемки необходимо провести систематизацию целиков различного функционального назначения, выявить их представительность на действующих и закрываемых шахтах.

Взаимоувязанное сочетание элементов различных уровней классификации позволяет получить технологические схемы отработки запасов угля в целиках.

Согласно общим признакам технологических схем выемочных полей и методологии объектно-ориентированного моделирования проведена декомпозиция существующих и перспективных разрабатываемых технологий подготовки и отработки выемочных участков угольных шахт.

В процессе декомпозиции технологической схемы выемочного участка использован принцип постепенного (ступенчатого) введения все больших уровней детализации, что позволяет выделить объекты технологической схемы (подготовительные забои, очистные забои, транспорт и др.), основные и вспомогательные процессы и операции. Разработанные модели каждого выделенного элемента на различных уровнях иерархии синтезируются в единую композиционную модель.

Такой методический подход позволяет выделить полный набор элементов и функциональные связи между ними.

Разработанная методика и принципы структурной многоуровневой декомпозиции технологических схем подготовки и отработки выемочных участков при извлечении запасов из угольных целиков реализованы путем разработки моделей объектов, выделенных по пространственно-временному признаку, и субмоделей основных и вспомогательных процессов, выполняемых в пространстве отдельного объекта.

Проведенная декомпозиция существующих технологических схем выемочных участков на альтернативные элементы позволяет установить рациональную область применения каждого элемента технологической схемы с учетом основных горно-геологических и горнотехнических факторов разработки и возникающих при этом осложняющих факторов.

Каждый элемент технологической схемы рассматривается на первом этапе (до начала синтеза общей схемы) обособленно, без учета информационных потоков и интерфейсных связей.

Влияние неизученных закономерностей проявления геомеханических и газодинамических процессов при извлечении запасов из угольных целиков учитывается вектором в виде случайной величины.

Таким образом, на основе разработанного алгоритма можно оценить влияние различных горно-геологических и горнотехнических факторов на возможность использования применяемых технологических схем подготовки и отработки выемочных участков для извлечения запасов из угольных целиков.

На основе проведенного анализа традиционных технологий подземной разработки угольных пластов и обоснования адаптивных к условиям извлечения запасов из угольных целиков элементов этих технологий можно провести синтез новых технологий подготовки и отработки. Для этого была проведена систематизация альтернативных элементов (рис.1). Выделенные элементы являются основой комбинированных систем разработки. В итоге разработана общая блок-схема выбора основных направлений, технологических решений и технических средств при извлечении запасов из угольных целиков (рис.2).

Располагая широким арсеналом средств механизации очистных и транспортных работ, можно для различных горно-геологических условий

отработки целиков создать большое количество разнообразных вариантов технологических схем выемки, из которых можно выбрать не менее одного варианта с высокими (для конкретных условий) технико-экономическими показателями, низкими затратами на выемку 1 т запасов угля в целике, которые не должны превышать предельно допустимых затрат (шахты, региона или бассейна).

Рис. 1. Систематизация адаптивных к условиям извлечения запасов из угольных целиков элементов традиционных систем разработки

С учётом общеметодологических положений разработана экономико-математическая модель эффективной отработки целиков с применением технологии бурошнековой выемки, проходческими комбайнами, короткозабойными механизированными комплексами,

Рис. 2. Общая блок-схема выбора основных направлений, технических решений и технических средств при выемке запасов из целиков

струговыми установками, очистными комбайнами с механизированной крепью.

Установление выгодности извлечения запасов из целиков производится прежде всего с позиций конкретной шахты, с учетом конкретных горно-геологических, технологических, экономических условий работы.

В результате, исходя из общей постановки задачи, комплекса исходных данных и номенклатуры оптимизируемых решений, целевую функцию и ограничения экономико-математической модели можно представить следующим образом:

Ка=7(Х,¥1,У2,У3),ех1г, (1)

где Ъ - целевая функция, У] - вектор исходной горно-геологической информации, У2 - вектор исходных технических условий, X - вектор основных оптимизируемых решений, Уз - вектор исходных стоимостных данных.

УзКВД), (2)

где К^ - капитальные затраты по.] - му производственному процессу или объекту, тыс.руб., С) - эксплуатационные затраты по 3 - му производственному процессу или объекту, тыс.руб.

Целевая функция критерия оптимальности - величины интегрального чистого дисконтированного дохода с позиции угольной отрасли ЧДЦуо в этом случае принимает следующий вид:

ЧЩуо = ¿(Р, +4 -С, -Я,-Ипр1 -К,) I , (3)

ы и + А/

где Pt - стоимость реализуемой продукции и услуг (без НДС) в ^м году, руб.;

- величина амортизационных отчислений в Ъ-м году, руб.;

Ф — издержки предприятия (эксплуатационные затраты) на выпуск продукции в ^м году с учетом отчислений на социальные нуяеды, но без учета платы за кредит, руб.;

Ш - налога и обязательные отчисления из прибыли в г-м году, руб.;

ИпрЛ - прочие издержки предприятия в Ь-м году, производимые за счет чистой прибыли, руб.;

Ю — капитальные вложения в Ь-м году, руб.;

Еуо - установленная среднеотраслевая норма дисконта.

Период оптимизации принят равным времени отработки угольного целика:

Т=к^сть (4)

где - общий срок проведения горных выработок в I - м расчетном варианте, лет;

- срок отработки запасов угля в 1 - м расчетном варианте, лет.

Решение задачи в рассматриваемой постановке ввиду возникающих сложностей при большой размерности (числе варьируемых величин параметров) создает определенные трудности в ее реализации, поэтому организация работ в соответствии с логическим порядком (алгоритмом) осуществлялась с применением программного продукта «Альт-Инвест», предназначенного для проведения оценки привлекательности инвестиционных проектов.

В результате реализации программного обеспечения были получены численные значения ЧДД(Ъ1РУ), что дало возможность оценить и проранжировать альтернативные варианты извлечения запасов из угольных целиков в различных горно-геологических и горнотехнических условиях эксплуатации и установить допустимые области применения последних.

Чрезвычайно важно учитывать неблагоприятную тенденцию ухудшения горно-геологических условий разработки на всех шахтах, и в особенности опасных по проявлениям внезапных выбросов. Будет правильно, если эффективность отработки запасов в целиках с благоприятными условиями разработки сравнивать с эффективностью их извлечения в сложных горно-геологических условиях.

Дело в том, что замыкающие затраты по бассейну (региону) устанавливаются из условий рентабельности шахт, из соответствия стоимости их продукции оптовой цене.

Поэтому установленные по критерию замыкающих затрат оптимальные параметры целиков для последующей их отработки обладают значительным резервом выгодности, экономической надежности.

Этот аспект применения данного критерия оптимальности подтверждается и тем, что уголь в настоящее время является замыкающим энергоносителем после нефти и газа, однако приоритет окончательного

критерия оптимальности в условиях' рыночной экономики следует отдавать чистому дисконтированному доходу (ИРУ), а вышерассмотренный критерий отнести в ряд вспомогательных.

Для реализации расчета вспомогательного критерия, предусматривающего сопоставление затрат на выемку целиков с замыкающими затратами, было создано программное обеспечение.

Анализ результатов экономико-математического моделирования позволил выявить следующие основные тенденции: с точки зрения применения критерия ЫРУ (чистый дисконтированный доход), среди анализируемого бурошнекового оборудования, наиболее эффективным оказывается использование бурошнекового комплекса безлюдной выемки КБВ «Вектор» (табл. 1).

В области бурошнековой выемки запасов из угольных целиков среди рассматриваемых варьируемых и привлеченных к учету факторов наиболее существенное влияние на рост нагрузки и снижение затрат на выемку запасов из угольных целиков оказывает скорость бурения скважин, мощность пласта, ширина целика, длина целика (столба) (рис. 3). Так, с увеличением скорости бурения скважин с 0,4 до 1,2 м/мин при мощности пласта 1,0м нагрузка на бурошнековую установку увеличивается на 43% (с 115 до 165 т/сут).

Таблица 1

Результаты экономико-математического моделирования отработки

угольных запасов из целиков бурошнековыми установками

Тип применяемого оборудования Чистый дисконтированный доход ОЧРУ), млн.руб

КБВ-Вектор 40,5

Буран БШК-2ДМ 35,6

БЗМ-1М1 30,4

БШУ-1М 27,8

Согласно критерию МРУ среди анализируемого горношахтного оборудования с экономической точки зрения наиболее эффективным является применение очистного механизированного комплекса 1КМ174 (табл. 2).

Рис. 3. Изменение затрат (Сшв и) на выемку запасов угля из целиков: а) от скорости бурения скважин (И>), б) от ширины целика (1ц), в) от длины пласта Ьц, г) от мощности целика т

Условные обозначения

- экономически целесообразная область выемки целиков

Таблица 2

Результаты экономико-математического моделирования отработки

угольных запасов из целиков механизированными комплексами

Тип применяемого очистного оборудования (1,6 м) 1ЧРУ (чистый дисконтированный доход), млн.руб

2КМ138И 100,4

1КМ174 126,5

2КМКЮ.4-11/32 88,6

4КМ-144К 94,5

Области экономически целесообразных параметров погашения целиков отображены в виде номограмм, которые представляют собой определенную поверхность, каждая геометрическая точка которой соответствует затратам на выемку запасов из целика, имеющего соответствующие линейные размеры, - при этом построение номограмм предусматривает конкретный вид очистного механизированного комплекса, мощность угольного пласта и угол падения. На номограммах важно показать допустимые линейные размеры целиков (их вариации), при которых формируется область оптимальных и экономически целесообразных результатов. Как показал анализ построенных номограмм, на минимально допустимые размеры существенное влияние оказывает мощность угольных пластов и угол падения (рис. 4).

Согласно критерию ЫРУ среди анализируемого оборудования с экономической точки зрения наиболее эффективны варианты с использованием проходческих комбайнов австрийского производства АМ-50,65,75 Фест Альпине и Джой 12СМ11,15,18 (табл. 3).

В области извлечения запасов из угольных целиков с

использованием короткозабойных очистных механизированных

комплексов прослеживаются следующие основные тенденции: в

технологическом аспекте отработка запасов угольных целиков

предусматривается лавами по падению - восстанию и простиранию

угольного пласта; варьируемые параметры по аналогии с

традиционными механизированными комплексами представлены

номенклатурой горно-геологических факторов, включающих: мощность

угольного пласта, ширину и длину целика, угол падения (угол падения

варьировался в пределах 0-18°, мощность угольного пласта в пределах 1,3

- 3,3м при отработке целика лавами по падению - восстанию и

простиранию, ширина целика варьировалась в пределах 20-50м и дополнительно регламентировалась длиной очистного забоя, длина целика варьировалась в пределах 100-500м).

Согласно критерию NPV с экономической точки зрения наиболее эффективно использовать проходческо-добычное оборудование VME-8E фирмы Вестфалия Бекорит и короткозабойный комплекс 1,2KMKJI (Россия), степень отличия которых от вариантов с использованием короткозабойных комбайнов H7.10S фирмы Паурат ГмбХ и ESA фирмы Эйкгофф составляет 18,5 - 21,4% (табл. 4).

Таблица 3

Результаты экономико-математического моделирования отработки угольных запасов из целиков с использованием проходческих комбайнов

Тип применяемого проходческого оборудования NPV (чистый дпскоитированпый доход), млп.руб

1ГКПС, Россия 12,8

1ГПКСМ, Россия 14,6

КП-25, Россия 16,8

АМ-50 Фест Адьпине, Австрия 25,7

АМ-65 Фест Алъпине, Австрия 25,9

АМ-75 Фест Алышне, Австрия 28,9

ЕТ-110 Атлас Копко Эйкгофф, ФРГ 18,5

ЕТ-120 Атлас Копко Эйкгофф, ФРГ 18,9

ЕТ-150 Атлас Копко Эйкгофф, ФРГ 19,6

ЕТ-220 Атлас Копко Эйкгофф, ФРГ 20,4

WAW 130/160 Вестфалия Люнен, ФРГ 17,2

Джой 12СМ11, Англия 24,7

Джой 12СМ15, Англия 26,8

Джой 12 СМ18, Англия 28,7

т*1,7м

т=1,9и

в)

700 670 640610 Ш

40 60 60 100 120 140 160 180 200

1ц.и

6> ¿ц,м 700 4>

600 - -

500- •

400--

700 300Л-

730 200+760 750

т.

70 ■

щ Ф 1

1 V ш 1 щ

ш т щ 1

щ % щ

1 1 | 1 1

Ш.

5®!ЙЙ

вк> ПО /СО 730 +

1-1-1-1-1-1-Ь

40 60 ВО 100 120 140 160 180 200

/<1М

Условные обозначения

• экономически целесообразная область выемки целиков

• оптимальные параметры целиков по ширине

Рис.4. Номограммы для определения затрат, отнесённых к 1т выемки запасов угля в целике по простиранию пласта механизированным комплексом 1КМ174: а) при мощности вынимаемого пласта 1,7 м; б) при мощности вынимаемого пласта 1,9 м

Таблица 4

Результаты экономико-математического моделирования отработки угольных запасов из целиков с использованием проходческо-добычного

оборудования

Тип применяемого очистного оборудовапия МРУ (чистый дисконтированный доход), млн.руб.

Н7.108 Паурат ГмбХ 56,4

УМЕ Вестфалия Бекорит 87,2

ЕвА Эйкгофф 62,6

ККЛ Россия 85,5

Основное влияние на рост нагрузки на очистной забой и снижение

затрат на выемку запасов из угольных целиков оказывают такие параметры, как длина и ширина целика, наряду с мощностью угольных пластов (лавы работают по падению-восстанию).

Согласно критерию ЫРУ с экономической точки зрения наиболее эффективным оборудованием при использовании струговой выемки является струговая установка СО-75 (табл. 5).

С учетом силы влияния соответствующих факторов на целевую функцию эффективности извлечения угольных запасов из целиков формируется многофакторная зависимость (модель).

Расчеты произведены на ЭВМ с использованием прикладной программы имитационного моделирования и корреляционно-регрессионного анализа.

Таблица 5

Результаты экономико-математического моделирования отработки

угольных запасов из целиков с использованием струговых установок

Тип применяемого очистного оборудования МРУ (чистый дисконтированный доход), млн.руб

УСТ26 56,7

УСМЗ 67,8

УСТ30 76,4

УВТ 80,6

УСТ2М 86,9

СО-75 98,6

УСТ4 88,7

В результате реализации программного модуля получено многофакторное уравнение регрессии

Э = 0,28ет +1,061/, +48,231, +95,б2^ш +0,31у-455,76. (5)

Коэффициент корреляции Ш1=0,865, коэффициент детерминации г = 0,748.

Анализ полученных результатов позволяет утверждать, что в среднем 75% сформированных вариаций связаны с вариациями отобранных горно-геологических и технологических исходных данных.

На основании данных корреляционно-регрессионного анализа построена гистограмма, отображающая влияние каждого из факторов на величину экономического эффекта при выемке запасов из целиков, которое распределилось следующим образом:

1. Вынимаемая мощность пласта ш — 22%; 2. Ширина целика 1Ц — 20%; 3. Длина целика Ьч - 17%; 4. Зольность по шахте Аш - 15%; 5. Плотность угля у - 10%; 6. Прочие факторы -16%.

Произведён выбор и оптимизация технологической схемы извлечения целиков и их параметров в условиях ш. «Распадская» в детерминированной и вероятностной постановках.

В процессе анализа находились три вида целиков:

1. Целики между уклоном и ходками (рис. 56); 2. Целики у магистральных транспортных штреков (рис. 5а); 3. Целики между ходками и выработанным пространством (рис. 56).

Произведён расчет эффективности извлечения этих целиков в детерминированной постановке. Экономический эффект от извлечения запасов из этих целиков положительный, но небольшой. В третьем варианте получен отрицательный результат. Для этого варианта производится расчет в динамической постановке. В результате получен положительный экономический эффект.

Увеличение размеров ширины целиков до 60-100м приводит при последующей выемке к положительному региональному экономическому эффекту, и отработка всего комплекса целиков у наклонных и горизонтальных горных выработок становится оправданной.

Наиболее характерные технологические схемы выемки целиков, применение которых целесообразно на пластах мощностью от 0,7 до 2,5 (3) м с углами падения до 18°, установлены в результате обобщения производственного опыта и аналитической оценки.

Рис. 5 Расчетная схема извлечения целиков: а) у горизонтальных горных выработок: 1 - вентиляционный штрек; 2 -разрезная печь; 3 - транспортный штрек; 4 - ходок; 5 - бремсберг, б) у наклонных горных выработок: 1 - вентиляционный штрек; 2 -бортовые выработки; 3 - ходки; 4 - бремсберг; 5 - транспортный штрек.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные перспективные технологические и технические решения, экономически целесообразные параметры технологии извлечения целиков различного функционального назначения для повышения полноты извлечения угольных запасов, уровня прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ, имеющих важное значение для теории и практики проектирования горнодобывающих предприятий.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. В результате анализа теоретических предпосылок, причинно-

следственных связей, практических исследований установлено, что

результативность реализации технологических и организационных

механизмов повышения уровня прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ должна быть увязана с реализацией перспективных нетрадиционных решений, направленных на повышение полноты извлечения угольных запасов за счет извлечения угля из целиков различного функционального назначения, повышающих перспективы развития технологических схем угольных шахт и обеспечивающих комплексное освоение недр, должную конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность горнодобывающих предприятий.

2. Показано, что теоретическую основу методологического и научно-методического обеспечения формирования стратегии обоснования перспективных технологических и технических решений в области выемки запасов из угольных целиков в сложившихся экономических условиях должны составлять методы экономико-математического и имитационного моделирования с критерием оптимальности «чистый дисконтированный доход», предусматривающие наиболее полный учет характерных особенностей пространственно-планировочных и технологических характеристик целиков и синтезирующие в себе известные положительные аспекты анализа и оценки.

3. В ходе исследований установлено, что общая стратегия решения задачи повышения полноты извлечения угольных запасов реализуется путем создания единой классификации способов отработки целиков различного функционального назначения и конфигурации, характеризующихся различными горно-геологическими и горнотехническими параметрами.

5. На основании выполненных расчётов, реализации экономико-математического и имитационного моделирования установлено:

- оставление предохранительных целиков больших размеров (больше, чем необходимо по геомеханическим требованиям) предопределяет техническую и экономическую целесообразность их

последующей выемки. Целики, оставляемые между основными наклонными выработками, сохранившими свое сечение, как правило, выгодно отрабатывать даже при обычных размерах, если себестоимость добычи на шахте ниже региональных замыкающих затрат. При увеличении же их размеров до 100-200 м эта выгода становится особенно значительной;

отработка целиков, примыкающих к выработанному пространству и имеющих малые (соответствующие геомеханическим требованиям) размеры, как правило, не сопровождается экономическим эффектом, а, наоборот, связана с ущербом. Увеличение их размеров до 60-100м приводит при последующей выемке к региональному экономическому эффекту, и отработка всего комплекса целиков у наклонных выработок становится оправданной.

Основные положения и результаты диссертационных исследований отражены в следующих опубликованных работах:

1. Агафонов В.В., Тихонов A.B. Выбор стратегических направлений и перспектив развития шахтного фонда, И Сборник научных трудов кафедры ПРПМ. - М„ МГТУ, 2007.

2. Тихонов A.B. Извлечение угольных запасов из целиков как фактор улучшения экологического состояния закрывающихся угольных шахт, // Сборник научных трудов факультета РПМ «Горное дело, промышленная безопасность и экология». - М., МГТУ, 2007.

3. Агафонов В.В., Тихонов A.B. Классификация технических решений и технических средств для извлечения запасов из угольных целиков // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008. - №11. - С. 176-179.

4. Агафонов В.В., Тихонов A.B. Выбор стратегических направлений и перспектив развития шахтного фонда // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2010. -№8. - С. 219-224.

5. Агафонов BJ3., Тихонов A.B. Выбор оптимальных параметров очистного оборудования для извлечения запасов из угольных целиков // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2010. - №10. - С. 293-296.

Подписано в печать -//. ¿^Г. 2011г. Формат 60x90/16

Объём 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ Ш^З

ОИУП Московского государственного горного университета Ленинский проспект,6

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Тихонов, Антон Викторович

Введение.5

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ПОЛНОТЫ ВЫЕМКИ ЗАПАСОВ НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

1.1. Анализ производственного опыта по повышению полноты выемки и уровню извлечения запасов на угольных шахтах.12

1.2. Анализ направлений и результатов научных исследований по совершенствованию существующих и созданию новых технических средств и технологических схем выемки запасов из угольных целиков.17

1.3. Анализ направлений исследований по созданию нетрадиционных технологий выемки запасов из целиков различного функционального назначения.33

1.4. Обоснование актуальных задач исследований по развитию технологий выемки запасов из угольных целиков.55

Выводы.57

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА СТРУКТУРНОЙ ДЕКОМПОЗИЦИИ И ОЦЕНКИ АДАПТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИМЕНЯЕМЫХ ТРАДИЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПОДГОТОВКИ И ОТРАБОТКИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ ОТРАБОТКИ ЗАПАСОВ УГОЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ

2.1. Исследование структуры запасов и уровня потерь на шахтах Кузнецкого бассейна.59

2.2. Разработка методики структурной декомпозиции технологических схем подготовки и отработки выемочных полей угольных шахт.70

2.3.Структурная многоуровневая декомпозиция технологических схем подготовки и отработки выемочных участков угольных шахт.75

2.4. Синтез технологических схем выемки запасов из угольных целиков различного функционального назначения.85

Выводы.87

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ АДАПТИВНЫХ К УСЛОВИЯМ ВЫЕМКИ ЗАПАСОВ ИЗ ЦЕЛИКОВ ЭЛЕМЕНТОВ, СПОСОБОВ, СХЕМ ПОДГОТОВКИ И ОТРАБОТКИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ

3.1. Обоснование адаптивных к условиям выемки запасов из околоствольных целиков схем отработки и систем разработки.89

3.2. Обоснование адаптивных к условиям выемки запасов из целиков элементов систем разработки с короткими очистными забоями.104

3.2.1. Технологические схемы отработки целиков на базе камерной системы разработки.104

3.2.2. Технологические схемы на базе камерно-столбовой системы разработки.111

3.2.3. Технологические схемы на базе системы разработки короткими столбами.114

3.3. Обоснование адаптивных к условиям выемки запасов из целиков элементов систем разработки с выемкой угля бурошнековыми установками.126

3.4. Обоснование адаптивных к условиям выемки запасов из целиков элементов систем разработки с выемкой угля механизированными комплексами с очистными комбайнами и струговыми установками. 135-138 Выводы.139

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОТРАБОТКИ ЦЕЛИКОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

УГЛЕДОБЫЧИ

4.1. Разработка экономико-математической модели эффективности отработки целиков с применением технологии бурошнековой выемки, проходческими комбайнами, короткозабойными механизированными комплексами, струговыми установками, очистными комбайнами с механизированной крепью.141

4.2.Обоснование критерия оптимальности эффективности извлечения запасов из угольных целиков.151

4.3. Анализ результатов экономико-математического моделирования. 175

4.4. Выбор и оптимизация технологических схем и параметров целиков в условиях шахты «Распадская».199

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование проектных решений по отработке запасов угольных целиков различного функционального назначения"

В; соответствии с современными; тенденциями развития^ технологии подземной угледобычи, ускорения' научно-технического прогресса, обеспечения необходимых экологических и социально-экономических требований; к труду основными проблемами дальнейшего повышения уровня прогрессивности и экономичности- ведения; подземных горных; работ являются рационализация природопользования и охрана недр.

Основополагающими вопросами; в этой области являются« повышение полноты извлечения, комплексное и рациональное использование запасов угольных месторождений.

Передовые шахты с высокой технико-экономической эффективностью чаще всего отрабатывают запасы, отличающиеся высокой и достаточной технологичностью горно-геологических условий и повышение полноты выемки не требует значительных капитальных затрат.

Анализ показывает, что техника; и технология угледобычи; применяемые до середины 70-ых годов, как правило обуславливали значительные потери угля: по площади и мощности пласта; и особенно велики были потери при разработке мощных пластов, находящихся в зоне и вне зоны влияния очистных работ.

Общеизвестно, что при определении потерь последние могут характеризоваться как безвозвратные (забалансовые), проектные и сверхпроектные (ненормированные). Если первый вид потерь связан с объективными показателями, характеризующими качество и мощность принимаемых к отработке угольных пластов, а последний предопределяется стохастическими; причинами, возникающими в процессе эксплуатации месторождения, то проектные потери нормируются регламентирующими документами и при достаточном обосновании могут быть скорректированы в сторону уменьшения. К этим потерям относятся потери; в барьерных (у границ шахтных полей, блоков) и- предохранительных (для охраны стволов и выработок с, длительным сроком: службы) целиках, у геологических нарушений, в. охранных (под естественными и инженерными сооружениями на поверхности) целиках, плановые эксплуатационные, потери (в.зависимости от мощности,, системы разработки; и подготовки) [1].

Необходимо отметить, что- существующие нормы потерь на угледобывающих предприятиях возросли настолько, что коэффициент извлечения запасов месторождения снизился в отдельных бассейнах до 0,70,6; и с переходом на более глубокие горизонты ожидается рост потерь до 50% [2]. К одной из главных причин можно* отнести увеличение горного давления, проявляющееся в процессе очистной выемки в увеличении зон опорного давления и его влияния на капитальные и подготовительные выработки, что приводит к росту размеров предохранительных целиков. Так, например, в диапазоне глубин от 200 до 1000 м размеры предохранительных целиков для охраны капитальных горных выработок с учетом прочности боковых пород могут изменяться в весьма широких пределах — от 30 до 130 м

3].

В общей структуре проектных потерь максимальные объемы приходятся на потери в околоствольных целиках, размеры которых находятся в зависимости от глубины заложения ствола, параметров деформирования и разрушения пород в пределах мульды сдвижения, характеризуемых углами сдвижения, угла падения пласта, количества принятых к отработке пластов. Так, например, только на шахтах Российского Донбасса в околоствольных целиках сконцентрировано около 60 млн. т угля. При этом данные запасы являются практически подготовленными к выемке [1].

Анализ существующих нормативных документов по определению контуров предохранительных целиков показал, что при разработке наклонных пластов на глубине около 1000 м потери угля только по площади могут достигать 820-1100 тыс. м2.

В целиках, в технологически неудобных участках, в ранее некондиционных площадях, в обусловленных применяемыми технологиями межслоевых, подкровельных и надпочвенных пачках оставлены значительные запасы угля, объемы которых исчисляются сотнями миллионов тонн.

Согласно официальной статистике на шахтах Российского Донбасса, Кузнецкого и Печорского угольных бассейнов значительная часть балансовых запасов сосредоточена-в целиках различного функционального назначения (предохранительных, охранных, барьерных, технологических). Их наличие в основном обусловлено особенностями современных технологий отработки угольных запасов и высокой степенью застройки подрабатываемых территорий.

Современные технологические схемы ведения очистной выемки и разнообразные технические средства комплексной механизации очистных работ позволяют поставить вопрос о возможности и целесообразности отработки запасов, отнесенных в потери, при первичной отработке пластов разной мощности.

Для принятия стратегических решений по отработке целиков, по созданию средств механизации и технологических схем очистной' выемки необходимо провести систематизацию целиков различного функционального назначения, выявить их представительность на действующих и закрываемых шахтах [4].

Как показал анализ проведенных исследований в этой области, наиболее предпочтительным является- извлечение предохранительных и охранных целиков, как детально разведанных и частично дегазированных массивов угля, оставляемых независимо от принятой технологии угледобычи в удобных с точки зрения транспорта и вентиляции участках шахтного поля.

Основная сложность при их отработке заключается в обеспечении нормальных условий функционирования подрабатываемых объектов на весь срок службы.

В, обстановке интенсивного поиска дополнительных ресурсов повышения конкурентоспособности и инвестиционной привлекательности горнодобывающих предприятий в настоящее время нельзя не обратить внимание на фактор более полного использования основных и сопутствующих ресурсов.

Следует подчеркнуть, что достигнутый уровень извлечения запасов и комплексного освоения ресурсов угольных месторождений в России еще далек от оптимального и изыскание резервов для дальнейшего снижения потерь в сфере постоянного ухудшения горно-геологических и горнотехнических условий эксплуатации становится все более насущным.

В соответствии с вышеизложенным диссертация посвящена решению актуальной и важной задачи повышения уровня полноты извлечения угольных запасов, прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ за счет выемки целиков различного функционального назначения.

Целью работы является обоснование перспективных технологических и технических решений, экономически целесообразных параметров технологии извлечения целиков различного функционального назначения для повышения полноты извлечения угольных запасов; уровня прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ, обеспечивающих комплексное освоение недр, должную конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность горнодобывающих предприятий.

Методы исследований: в работе использован комплекс методов, включающий научное обобщение, анализ передового отечественного и зарубежного опыта и результатов, ранее выполненных исследований в данной области, методы экономико-математического и имитационного моделирования, математические методы обработки статистических данных и аналитические исследования.

Научные положения, разработанные лично соискателем:

1. Результативность реализации технологических и организационных механизмов повышения уровней прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ должна* быть увязана с реализацией перспективных нетрадиционных решений, связанных с повышением полноты извлечения запасов за счет выемки угля, из целиков различного функционального назначения, повышающих перспективы развития технологических схем угольных шахт.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов* и рекомендаций подтверждаются:

-масштабностью объектов исследований и представительным анализом большого объема статистической информации, характеризующей сложившиеся тенденции в вопросе полноты извлечения запасов угля на шахтах филиала СУЭК в г. Ленинск-Кузнецкий,

-корректностью постановки задачи и использования современных эффективных методов исследований (методы экономико-математического и имитационного моделирования, обработки статистических данных, корреляционно-регрессионного анализа и др.) при обосновании технологических и технических решений для извлечения запасов из угольных целиков в сложившихся экономических условиях,

-удовлетворительной сходимостью результатов экономико-математического и имитационного моделирования и результатов, достигнутых при промышленных испытаниях технологических схем. Научная новизна работы:

-предложены научно-методические принципы обоснования технологических и технических решений в области извлечения запасов из угольных целиков различного функционального назначения в разной горногеологической и горнотехнической среде;

-разработан алгоритм структурной декомпозиции и оценки адаптивных элементов традиционных технологических схем подготовки и отработки выемочных участков применительно к условиям выемки запасов из угольных целиков;

-предложена классификация способов отработки угольных целиков различной конфигурации;

-разработана методика комплексного обоснования перспективных технологических и технических решений повышения полноты извлечения угольных запасов, реализации соответствующих решений на действующих и закрываемых шахтах;

-разработана экономико-математическая модель эффективности отработки угольных целиков с применением бурошнековых установок, проходческих комбайнов, проходческо-добычного оборудования, струговых установок и механизированных комплексов.

Научное значение работы заключается в развитии и совершенствовании научно-методической базы обоснования- перспективных технологических и технических решений в области извлечения запасов из угольных целиков, реализация которых позволяет осуществлять научное обоснование стратегии повышения полноты извлечения угольных запасов, комплексного освоения недр с учетом закономерностей развития научно-технического прогресса в отрасли и рационального природопользования:

Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций по реализации^ стратегии' повышения полноты извлечения, угольных запасов, направленной на .извлечение запасов из угольных целиков различного функционального назначения и обеспечивающей продление сроков службы угледобывающих предприятий, повышение прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ.

Апробация работы. Основные научные положения работы и результаты исследований докладывались и получили одобрение на научных конференциях и симпозиумах: «Неделя горняка» в* Московском государственном горном университете (2008-2010 гг.), Межрегиональной научно-практической конференции в г. Киселевске (2009 г.), на научных семинарах кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» МГГУ (2008-2011гг.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 24 таблиц, 72 рисунков, список литературы из 95 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Теоретические основы проектирования горно-технических систем", Тихонов, Антон Викторович

выводы

1. Оставление предохранительных целиков больших размеров, чем необходимо по геомеханическим требованиям, предопределяет техническую и экономическую целесообразность их последующей выемки. Целики, оставляемые' между основными наклонными выработками, сохранившими свое сечение, как правило, выгодно отрабатывать даже при обычных размерах, если себестоимость добычи на шахте ниже региональных замыкающих затрат. Прия увеличении^ же их размеров до 100-200 м эта выгодность становится особенно значительной.

2. Отработка целиков, примыкающих к выработанному пространству и имеющих малые (соответствующие геомеханическим требованиям) размеры, как правило, не сопровождается экономическим эффектом, а наоборот связана с ущербом. Увеличение их размеров до 60-100 м приводит при последующей выемке к региональному экономическому эффекту, и отработка всего комплекса целиков у наклонных выработок становится оправданной.

3. Особенно важно то обстоятельство, что увеличение размеров целиков дает возможность отрабатывать их забоями с оптимальной или близкой к оптимальной длиной лавы, оснащаемой современными очистными комплексами, что, в свою очередь, приводит к выравниванию себестоимостей угля из очистных забоев целиков и из обычных очистных забоев.

4. Чрезвычайно важно учитывать неблагоприятную тенденцию ухудшения горно-геологических условий разработки на всех шахтах и, в особенности, опасных по проявлениям внезапных выбросов. Будет правильно, если эффективность отработки запасов в целиках с благоприятными условиями разработки сравнивать с эффективностью их извлечения в сложных горно-геологических условиях.

Заключение

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные перспективные технологические и технические решения, экономически целесообразные параметры, технологии извлечения целиков различного функционального назначения для повышения полноты извлечения угольных запасов, уровней прогрессивности и экономичности ведения^ подземных горных работ, имеющих важное значение для теории и практики проектирования горнодобывающих предприятий.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1.В результате анализа теоретических предпосылок, причинно-следственных связей, практических исследований установлено, что результативность реализации технологических и организационных механизмов повышения уровней прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ должна быть увязана с реализацией перспективных нетрадиционных решений, связанных с повышением полноты извлечения угольных запасов за счет извлечения угля из целиков различного функционального назначения, повышающих перспективы, развития технологических схем угольных шахт и обеспечивающих комплексное освоение недр, должную конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность горнодобывающих предприятий.

2.Показано, что теоретической основой методологического и научно-методического обеспечения формирования стратегии обоснования перспективных технологических и технических решений в области выемки запасов из угольных целиков в сложившихся экономических условиях должны составлять методы экономико-математического и имитационного моделирования с критерием оптимальности «чистый дисконтированный доход», предусматривающих наиболее полный учет характерных особенностей пространственно-планировочных и технологических характеристик целиков и синтезирующего в себе известные положительные аспекты анализа и оценки.

3.В ходе исследований установлено, что общая стратегия решения задачи повышения полноты извлечения угольных запасов реализуется путем создания единой классификации способов отработки целиков различного функционального назначения и конфигурации, характеризующихся различными горно-геологическими и горнотехническими параметрами.

4. Систему организационного обеспечения обоснования перспективных технологических и технических решений для выемки запасов из угольных целиков предложено формировать на основе разработанной экономико-математической модели и методики установления' экономически целесообразных параметров целиков и технологических схем их выемки.

- оставление предохранительных целиков больших размеров, чем необходимо по геомеханическим требованиям, предопределяет техническую и экономическую целесообразность их последующей выемки. Целики, оставляемые между основными наклонными выработками, сохранившими свое сечение, как правило, выгодно отрабатывать даже при обычных размерах, если себестоимость добычи на шахте ниже региональных замыкающих затрат. При увеличении же их размеров до 100 - 200' м эта выгодность становится особенно значительной.

- отработка целиков, примыкающих к выработанному пространству и имеющих малые (соответствующие геомеханическим требованиям) размеры, как правило, не сопровождается экономическим эффектом, а наоборот связана с ущербом. Увеличение их размеров до 60 - 100м приводит при последующей выемке к региональному экономическому эффекту, и отработка всего комплекса целиков у наклонных выработок становится оправданной.

- особенно важно то обстоятельство, что увеличение размеров целиков дает возможность отрабатывать их очистными забоями с оптимальной или близкой к оптимальной длинами лав, оснащаемых современными очистными комплексами, что, в свою очередь, приводит к выравниванию себестоимостей угля из очистных забоев целиков и из обычных очистных забоев.

6. По результатам моделирования построены номограммы, позволяющие определить экономически целесообразные параметры вынимаемого целика соответствующими средствами выемки (бурошнековые установки, механизированные комплексы, струговые установки, проходческие комбайны, проходческо-добычное оборудование) и установить их экономическую эффективность.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Тихонов, Антон Викторович, Москва

1. Страданченко С.Г., Сарычев В.И., Савин И.И. «Технологии отработки околоствольных целиков» // Изв. вузов. Северо-Кавказкий регион. Новочеркасск, 2004. - 128 с.

2. Проектирование предприятий с подземным способом добычи полезных ископаемых: Справ. / A.C. Бурчаков, A.C. Малкин, В.Н. Еремеев и др.-М.: Недра, 1991. 399 с.

3. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. — Л.: ВНИМИ, 1985.-222с.

4. Агафонов В.В., Тихонов A.B. Выбор стратегических направлений и перспектив развития шахтного фонда // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2010. - №8. - С. 219-224.

5. Беляев Е.В. Отработка околоствольных целиков // Уголь.- 1982.-№1.- С. 17-20.

6. Беляев Е.В., Ельчанинов Е.А. Разработка забалансовых запасов угля // Обзорный информационный выпуск. 1988. - №8. - 36 с.

7. Борецкий М. Опыт польской угольной промышленности в области выемки угля из охранных целиков.- М.:Внешторгиздат,- 1967. 16 с.

8. Бурчаков A.C. Научные основы создания шахты будущего // Уголь. 1988.-№1.- С. 9-13.

9. Бурчаков A.C. Разработка органически безопасной технологии и техники шахтной добычи угля и создание шахты с уменьшенными первоначальными и последующими затратами // Изв. вузов. «Горный журнал» 1990.- №1.- С. 7-12.

10. Бурчаков A.C., Малкин A.C., Устинов М.И. Проектирование шахт: Учебник для вузов. М.: Недра. - 1985. - 399 с.

11. Васючков Ю.Ф., Калфакчиян А.П. Разработка угольных пластов в сложных условиях с применением полимерных композиций / ЦНИЭИуголь. -М., 1992.-200 с.

12. Воронин Б.И., Новиков В.Я. Опыт отработки целиков короткими очистными забоями. Уголь. - 1979. - №6. - С. 15-17.

13. Гапанович Л.Н., Стариков A.B. Разработка угольных пластов системами с короткими забоями. М.: ВИНИТИ, 1960. - 71 с.

14. Малкин A.C. Как не потерять потери?//Уголь. 1990. - №1. - 12 с.

15. Методические рекомендации по формированию внутрифирменных цен на продукцию, работы и услуги акционерного общества «Шахта Распадская». М.: ИГД им. А.А.Скочинского, 1993. - 32 с.

16. Мировые цены на уголь явно растут // Глюкауф.-1994. №4. - 5 с.

17. Рекомендации по техническому и технологическому перевооружению шахт в условиях перехода к рыночной экономике / Сост. Мазикин В.П., Красюк H.H. и др. М.: Росуголь, 1995. - 35 с.

18. Гурьянов В.В. Основные направления научно-технического прогресса в топливных отраслях промышленности // Теплоэнергетика. 1994. -№11.-С. 11-16.

19. Пучков Л.А., Михеев О.В., Сенкус В.В., Атрушкевич В.А. Системный анализ технологий подземной добычи угля. М.: Издательство Академии горных наук. - 148 с.

20. Саламатин А.Г., Михеев О.В., Опыт перестройки угольной промышленности. М.:МГГУ, 1996. - 104 с.

21. Малышев Ю.Н. и др. Реструктуризация угольной промышленности.- М.: Компания «Росуголь», 1996. 586 с.

22. Мирный И.Я., Рудой И.Л., Мамонтов А.Я. Перспективы вовлечения оставленных запасов на отработанных шахтах // Уголь. 1988. -№4.-С. 18-19.

23. Малкин A.C., Пучков Л.А., Саламатин А.Г., Еремеев В.М. Проектирование шахт: Учеб. для вузов. М.: Изд-во РАН, 2000. - 375 с.

24. Стариков A.B. Комплексное освоение угольных месторождений. -М.: Наука, 1990.- 184 с.

25. Хмелев А.Н., Михайлец В.Н. Опыт механизированной выемки межлавных целиков с применением комплекса ОМКТМ. Уголь. - 1971. -№5. - С. 25-27.

26. Ялевский В.Д. и др. Рационально осваивать месторождения угля в Кузбассе // Уголь. №12. - 1986. - С. 18-19.

27. Ремезов- A.B. и др. Определение параметров камерно-столбовой системы при отработке целика угля неправильной формы в пределах горного отвода ОАО « Шахта им. 7 Ноября». Кемерово, 2003. - С. 11-23.

28. Климов В.Г. Отработка оставленных целиков угля на шахтах филиала «Ленинскуголь» ОАО «УК Кузбассуголь» // Уголь. — 2001. №11. -С. 25-27.

29. Торф Ю.Д., Лукашев Т.Е., Дмитриев Т.П., Колодов О.М., Ельчанинов Е.А. Патент №2069266 «Способ подготовки угольных пластов». Заявлено 10.01.94 г., опубликовано 20.11.96 г.

30. Сапицкий К.Ф., Сухань Е.Я., Сивохин В.И. Применение короткозабойных технологий для выемки охранных целиков. С. 22-26.

31. Лиманский A.B. Обоснование технических и технологических параметров выемки тонких пластов угля с применением быстроходной выемочной машины с малым захватом: Диссертация канд. техн. наук: 05.05.06, 25.00.22 Люберцы, 2007. - 137 с.

32. В.В. Беликов, Н.В. Беликова. Направление повышения эффективности отработки тонких угольных пластов на шахтах России / ШИ (ф) ЮРГТУ (НПИ). г. Шахты. - С. 38-41.

33. Технология отработки пологих и наклонных угольных пластов по камерно-столбовой системе в сложных горно-геологических условиях: учебное пособие/Ремезов A.B., Егоров П.В., Калинин С.И. и др. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2005. - 223 с.

34. Литвинский F.F. Комбайн КПФ «MIR» // Уголь.Украины, 2005. -№7. С. 22-24.38; Литвинский F.F. Агрегат для безлюдной выемки тонких пластов угля // Уголь Украины, 2006. №3. - С. 16-19;

35. Литвинский Г.Г. Перспективные научные направления развития горной техники и технологии / ДонГТУ. Алчевск, Украина, 2009: - 10 с.

36. Пучков Л.А., Шаровар И.И., Виткалов В.Г. Геотехнологические способы разработки пластовых месторождений. М.: МГГУ. - 2006. - 318 с.

37. Гайко Г.И. Заев В.В. Разработка способов утилизации тепловой энергии при подземной газификации угольных пластов / ДонГТУ. г. Алчевск. - 6 с.

38. Протокол приемочных испытаний опытного образца автоматизированного стругового агрегата Ф-1. Новокузнецк, 1983. - 45 с.

39. Машины и оборудование для шахт рудников: Справочник. -М.:МГГУ, 1994.-471 с.

40. Пучков Л.А., Козовой Г.И., Михеев О.В., Мельник В.В. Прогрессивные технологические решения скважинной гидравлической добычи угля. М.: Издательство MAC, 2005. - 395 с.

41. Дюпин А.Ю. Обоснование технологических решений для1 повышения эффективности доработки остаточных запасов угля на шахтах. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. — Новосибирск, 2006.- 173 с.

42. Лукьянченко Е.С., Семенов Л.Г., Калюжный A.C., Жученко В.И. Испытания экспериментального i образца гидромониторного; скважинного агрегата АГС-1- // Уголь Украины, 1973: №5. - С. 34-36.

43. Стебунов В:Е., Друпов|Н.А., Лукьянченко Е.С. Гидромониторный* скважинный агрегат АТС на весьма тонком крутом пласте // Уголь Украины, 1981.-№12.-С. 25-26.

44. Атрушкевич A.A. Разработка гибких технологических схем, технологии и техники для гидрошахт нового уровня: Диссертация на соискание ученой степени докт. тех. наук М.: МГИ, 1989. — 27 с.

45. Лурий В.Г. Разработка локальных гидрокомплексов для добычи угля в сложных условиях: Диссертация на соискание ученой* степени докт. тех. наук. М.: МГИ, 1990. - 48 с.

46. Сенкус В.В. Разработка и реализация методической базы проектирования^ гидроучастков с подземным замкнутым циклом обезвоживания угля и осветление воды: Диссертация на соискание ученой степени докт. тех. наук. М.: МГГУ, 1999. - 247 с.

47. Кретов А.П. Обоснование параметров агрегатной выемки угля на гидравлической основе: Диссертация на соискание ученой степени канд. тех. наук. -М.: МГИ, 1985.- 187 с.

48. Концепция шахт закрытого типа с безлюдной технологией горных работ в инертной газовой среде. М.: МГИ, 1989. - 62 с.

49. Мельник В.В. Результаты испытаний агрегатно-гидравлической технологии выемки угля на шахте «Инская» ПО «Гидроуголь» // В сб.:

50. Технология подготовки шахтных полей с добычей угля и метана. М.: МГИ, 1987.-С. 72-75.

51. Создать и внедрить гидравлическую выемочную машину для добычи угля из тонких пластов с углами падения до 35°. Отчет о НИР/МГИ. Ответственный исполнитель Мельник B.B. М.: 1988. - 67 с.

52. Лурий В.Г., Михеев О.В., Никитичев Б.П. Концепция и примеры синтеза технологии добычи и переработки угля. Научно-учебное издание. М.: МГИ, 1993.-73 с.

53. Мельник В.В. Разработка технологических решений, скважинной гидравлической добычи угля: Диссертация на соискание ученой степени докт. техн. наук. М.: МГГУ, 2005. - 346 е.

54. Терминологические схемы,разработки пластов на угольных шахтах. Часть I. Технологические схемы. М.: Минуглепром СССР, 1991. - 205 с.

55. Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах. Выпуск 2. М.: Госгортехнадзор России, 2000. - 320 с.

56. Агафонов В.В., Тихонов A.B. Классификация технических решений и технических средств для извлечения запасов из угольных целиков // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. - №11. - С. 176-179.

57. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях / Минуглепром СССР. М.: Недра, 1981.-288 с.

58. Бурчаков A.C., Гринько Н.К., Ковальчук А.Б. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых. — М.: Недра, 1978.-536 с.

59. Козел A.M., Борисовец В.А., Репко A.A. Горное давление и способы поддержания вертикальных стволов. М.: Недра, 1976. - 293 с.

60. Сидорчук В.К., Сарычев В.И., Шундилиди H.A. Гибкие технологии подземной разработки пологих угольных пластов. Тула: Изд. ТулГУ, 2001.- 152 с.

61. Каретников В.Н., Сарычев В.И. Технологические схемы отработки пологих угольных пластов парными камерами // Симпозиум «Неделя Горняка-98»// ГИАБ / МГГУ. 1998. - Вып. 4. - С.121-123.

62. Каретников В.Н., Сарычев В.И. Геомеханическое обоснование параметров систем разработки угольных пластов под охраняемыми объектами // Горный вестник. 1996. - №3. - С. 21-24.

63. Сарычев В.И. Геомеханическое обоснование параметров систем разработки короткими забоями пологих угольных пластов средней мощности. Автореферат диссертации докт. техн. наук / ТулГУ. — Тула, 2000. -44 с.

64. Разработка угольных месторождений короткими очистными забоями / А.П. Судоплатов, В.Ф. Парусимов, JI.H. Гапанович, A.B. Стариков, А.П. Сахаров. М.: Госгортехиздат, 1962. - 304 с.

65. Бурчаков А.С., Гринько Н.К., Черняк И.Л. Процессы подземных горных работ: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1982. - 423 с.

66. Закладочные работы в шахтах: Справ. / Под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цыгалова. М.: Недра, 1989. - 400 с.

67. Краткий справочник горного инженера угольной- шахты / Под общ. ред. А.С. Бурчакова и Ф.Ф. Кузюкова. М.: Недра, 1982. - 454 с.

68. Машины и оборудование для угольных шахт. Справ./ Под ред. В.Н. Хорина. М.: Недра, 1987. - 424 с.

69. Яцких В.Г., Спектор Л.А., Кучерявый А.Г. Горные машины и комплексы. М.: Недра, 1984. - 400 с.

70. Ходырев Е.Д., Филатов В.Ф. Технические и технологические решения УкрНИМИ в области бурошнековой технологии выемки угля. Transactions ofUkrNDMI NAN Ukraine. № 3. - 2008. - С. 161 - 170.

71. Саламатин А.Г., Шумкин А.Д. Разработка технологических схем выемки запасов в целиках.- М.: МГИ, 1991. 136 с.

72. Шумкин А.Д. Классификация способов отработки предохранительных целиков // Угольная промышленность СССР: Реф. на картах / ЦНИЭИуголь. 1987. - вып. 1.

73. Агафонов В.В. Разработка научно-методического обеспечения формирования стратегии устойчивого развития горнотехнических систем угольных шахт: Диссертация на соискание ученой степени докт. техн. наук. -М.: МГГУ, 2009.-330 с.

74. Шумкин А.Д. Повышение полноты извлечения запасов антрацита на базе мобильной технологии отработки целиков: Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.: МГИ. - 1987.

75. Отраслевая инструкция определения экономической эффективности капитальных вложений в угольной промышленности. М.: ЦНИЭИуголь, 1985.

76. Астахов А.С. Динамические методы оценки эффективности горного производства. М.: Недра, 1973. - 272 с.

77. Бернц В. Руководство по оценке эффективности инвестиций. -М.: Недра, 1997.

78. Ордин A.A. Динамические модели оптимизации проектной мощности шахты. Новосибирск, ИГД СО АН, 1991.

79. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов (вторая редакция). Официальное издание. М.: Экономика, 2000. - 421 с.

80. Шумкин А. Д. Снижение уровня потерь угля на шахтах Антрацитового района Донбасса // Угольная промышленность СССР: Реф. на картах / ЦНИЭИуголь. 1986. - вып. 12.

81. Астахов A.C., Каменецкий JI.E., Чернегов Ю.А. Экономика горной промышленности. М.: Недра, 1982. - 408 с.

82. Шумилин М.В., Гостевских А. Об оценке рисков горного проекта // Журнал «Минеральные ресурсы России». Экономика и управление. — 2001.-№3.

83. Агафонов В.В., Тихонов A.B. Выбор оптимальных параметров очистного оборудования для извлечения запасов из угольных целиков // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2010. - №10. - С. 293296.

84. Козовой Г.И., Кузнецов Ю.Н., Рыжов А.Н. Гибкие технологические схемы высокопроизводительных угольных шахт. М.: МГГУ, 2003.-501 с.

Информация о работе

Тихонов, Антон Викторович
кандидата технических наук
Москва, 2011
ВАК 25.00.21

Диссертация

Обоснование проектных решений по отработке запасов угольных целиков различного функционального назначения - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы