Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка пространственно-планировочных решений для независимого ведения горно-подготовительных и очистных работ в пределах геологического участка

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Разработка пространственно-планировочных решений для независимого ведения горно-подготовительных и очистных работ в пределах геологического участка"

<7 , с Л-

На правах рукописи

(

Кут'цар Татьяна Михайловна

ииа057807

РАЗРАБОТКА ПРОСТРАНСТВЕННО-ПЛАНИРОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ НЕЗАВИСИМОГО ВЕДЕНИЯ ГОРНОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ И ОЧИСТНЫХ РАБОТ В ПРЕДЕЛАХ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО УЧАСТКА

Специальность 25 00 22- Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк 2007

003057807

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет»

Научный руководитель -

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Домрачев Алексей Николаевич

доктор технических наук Сухоруков Владимир Афанасьевич

кандидат технических наук Целлермаер Борис Яковлевич

Ведущая организация -

Институт угля и углехимии СО РАН

Защита состоится «tj}>, IttLC 2007г в ij часов на заседании диссертационного совета Д 212 252 03 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирском государственном индустриальном университете» по адресу ул Кирова, 42, Новокузнецк, Кемеровской обл, 654007, Телефон 74-89-91, Факс (8-3843) 46-57-92, E-mail upro2531@uTcu com ru, kutzar@mail ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет»

Автореферат разослан « fj/t> g/U^UJi 2007г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Чубриков А В

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Попытки повысить концентрацию горных работ на шахтах современного технического уровня посредством размещения в границах шахтопласта одного очистного и трех- четырех подготовительных забоев приводят к увеличению количества и протяженности выработок для исключения последовательного проветривания и разделения грузопотоков основного и вспомогательного транспорта, обеспечения запасных выходов при возникновении аварий или инцидентов Увеличение протяженности выработок наряду с ростом их поперечного сечения обуславливает снижение темпов воспроизводства готовых к выемке запасов и возникновение «разрывов» в очистном фронте

В этой связи заслуживает внимания идея разработки и реализации пространственно- планировочных решений, обеспечивающих деконцентрацию горных работ посредством разделения во времени и пространстве действующих очистных и подготовительных забоев Однако в сложившихся экономических условиях отсутствуют необходимые результаты научных исследований для реализации этой идеи на действующих горных предприятиях

Реализация идеи разделения очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам позволит обеспечить технологическую независимость добычи угля и воспроизводства очистного фронта, повышение темпов подвига-ния подготовительных забоев, упрощение схем проветривания и транспорта, снижение вероятности возникновения аварий и инцидентов

На основании вышеизложенного, разработка пространственно-планировочных решений для независимого ведения горноподготовительных и очистных работ в пределах геологического участка является актуальной научно-практической задачей

Цель работы Разработка и оптимизация параметров технологической системы одной или группы шахт на основе пространственно- планировочных решений по деконцентрации проходческих и добычных забоев за счет разделения горноподготовительных и очистных работ во времени и пространстве

Идея работы заключается в повышении концентрации очистных или горно-подготовительных работ в пределах блока (шахтопласта) при одновременном вовлечении в отработку двух независимых блоков (шахтопластов) в шахтном поле или геологическом участке Задачи исследовании:

1 Выбор и обоснование методологии и принципов синтеза технологической системы одной или группы шахт с разделением очистных и горноподготовительных работ во времени и в пространстве в пределах геологического участка

2 Оптимизация параметров подсистемы «вентиляция» технологической системы одной или группы шахт при исключении последовательного проветривания разделенных в пространстве очистных и подготовительных забоев

3 Разработка технологических схем интенсивной многофронтальной подготовки очистных забоев в технологической системе одной или группы шахт

при максимальной концентрации очистных и подготовительных работ в границах отдельных блоков или шахтопластов

4 Разработка рекомендаций по реализации технологической системы одной или группы шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам и обоснование диапазона горногеологических условий эффективного использования этой технологической системы

Методы исследований. Для решения поставленных задач применены методы анализа существующих и синтеза новых пространственно-планировочных решений, регрессионного анализа, проверки гипотезы о законе распределения случайной величины, нейросетевого моделирования, анализа на основе нечеткой логики и имитационного моделирования

Научные положения, выносимые на защиту.

- разделение проходческих и добычных забоев по блокам или шахтопластам обеспечивает возможность синтеза технологических систем одной или группы шахт без негативного взаимного влияния подсистем «очистные работы» и «горнопроходческие работы» и снижает вероятность «разрывов» во фронте очистных работ,

- концентрация очистных или горноподготовительных работ в независимо проветриваемых блоках или шахтопластах в рамках технологической системы одной или группы шахт позволяет полностью исключить последовательное проветривание очистных и подготовительных забоев при снятии ограничений на количество и пространственное размещение последних в пределах блока (этажа, горизонта),

- технологическая система одной или группы шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам обеспечивает возможность реализации интенсивной многофронтальной схемы горно-подготовительных работ при снятии ограничений на количество подготовительных забоев и их пространственное размещение в пределах блока (этажа, горизонта),

- область рационального применения технологической системы двух шахт с полным разделением очистных и горноподготовительных работ по шахтопластам регламентируется углом падения - до 18°, мощностью - до 1,9м и газообильностью - более 10м3/т разрабатываемых пластов, при мощности пологого пласта от 1,9 до 2,8м может быть реализована технологическая система шахты с разделением очистных и горноподготовительных работ по блокам

Научную новизну работы составляют следующие результаты:

- методотогия синтеза и оценки эффективности пространственно-планировочных решений для полного разделения очистных и горноподготовительных работ по блокам или шахтопластам, отличающаяся возможностью формализации взаимного влияния очистных и горноподготовительных работ в рамках одной или группы шахт;

- пространственно-планировочные решения по исключению последовательного проветривания очистных и подготовительных забоев без дополнительных вентиляционных сооружений, отличающиеся концентрацией в отдель-

ном блоке или шахтопласте только горноподготовительных или только очистных работ при снятии ограничений на подачу необходимого количества воздуха в комплексно-механизированный забой и к всасам вентиляторов местного проветривания,

— интенсивная многофронтальная схема горноподготовительных работ, отличающаяся возможностью проведения подготавливающих выработок несколькими забоями за счет снятия ограничений на количество и пространственное размещение последних по условиям последовательного проветривания и количества воздуха, подаваемого к всасам вентиляторов местного проветривания, посредством отказа от одновременного ведения в блоке или шахтопласте очистных и горноподготовительных работ,

- области применения технологической системы одной или группы шахт с полным разделением очистных и горноподготовительных работ по шах-топластам, определенные на основе зависимости величины диспропорции очистных и горноподготовительных работ от мощности и угла падения пласта

Личный вклад автора заключается в:

- разработке принципов и методологии синтеза и оценки эффективности эксплуатации шахт современного технического уровня в технологических системах одного или группы предприятий в горно-геологических и горнотехнических условиях юга Кузбасса,

- синтезе пространственно-планировочных решений для разделения очистных и горноподготовительных работ по блокам или шахтопластам и размещению подготовительных забоев в границах блока (шахтопласта) с исключением последовательного проветривания и оптимизацией воздухораспределения без дополнительных вентиляционных сооружений при сближенной установке ВМП за счет сокращения длины тупиковой части выработок до 500м,

- обосновании вариантов реализации интенсивной многофронтальной схемы горноподготовительных работ в технологической системе одной или группы шахт с полным разделением отработки и воспроизводства готовых к выемке запасов по блокам или шахтопластам,

- обосновании рекомендаций по повышению эффективности работы шахт юга Кузбасса на основе технологических систем одной или группы шахт с пространственно- планировочными решениями для полного разделения очистных и горноподготовительных работ по блокам или шахтопластам в пределах геологического участка

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- соответствием реализованных при выполнении моделирования математических методов современным направлениям исследований в области геоинформационных технологий компьютерного моделирования процессов горного производства,

- удовлетворительной сходимостью результатов ретроспективного моделирования работы шахт Ерунаковского и Байдаевского районов в режиме отдельного предприятия,

- положительным заключением технического совета филиала «Шахта «Юбилейная» № 194 от 19 01 2005г

- наличием заключения экономической службы филиала «Шахта «Юбилейная» об ожидаемом экономическом эффекте 56418290 руб от внедрения предложенных рекомендаций

Научное значение работы заключается в создании комплекса пространственно-планировочных решений по полному разделению горноподготовительных и очистных работ в технологической системе одной или группы шахт для исключения негативного взаимного влияния очистных и проходческих забоев Практическая значимость работы состоит в:

- возможности применения разработанной модели технологической системы одной или группы шахт при дальнейшем развитии горных работ на шахте «Юбилейная» в режиме информационно - советующей системы,

- использовании пространственно-планировочных решений для объединения шахт в технологические системы при проектировании новых предприятий на участках Куреинский, Кушеяковский-13, Ерунаковский-8, Ускатский на Никитинском месторождении, а также реконструкции шахт Юбилейная, Тагарышская, Кушеяковская,

- использовании модели шахты для оптимизации параметров квартальных и годовых программ развития горных работ, а также в учебном процессе вузов при подготовке студентов по специальности 130404 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Реализация работы. Результаты исследований реализованы при разработке перспективных планов развития шахты «Юбилейная» на 2007 год и на период до 2010 года и при разработке проекта «Корректировки горнотехнической части «Технического проекта реконструкции шахты «Юбилейная», подготовки и отработки пласта 1 б до горизонта -500м»

Апробация работы. Основные выводы и результаты научной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов», Новокузнецк, 2004, Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов», Новокузнецк, 2005, IX Международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых», Новокузнецк, 2004, X Международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых», Новокузнецк, 2005, XI Международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых», Новокузнецк, 2006.

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 10 печатных работ, в том числе 6 без соавторов

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 151 странице машинописного текста, содержит список литературы из 93 наименований, 28 таблиц, 35 рисунков

В первом разделе выполнен анализ производственного опыта и результатов научно- исследовательских работ по повышению эффективности отработки пологах пластов средней мощности за счет устранения диспропорций подсистем «горноподготовительные работы» и «очистные работы».

Исследования влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на диспропорцию подсистем «очистные работы» и «горноподготовительные работы» проводились отраслевыми научными организациями - ИГД им А А Скочинского, КузНИУИ, ИГД СО РАН, Институтом угля и углехимии СО РАН и вузами - МГГУ, КузГТУ, СибГИУ и другими Значительный вклад в исследования по повышению эффективности разработки пологих пластов средней мощности внесли А С Бурчаков, Н К Гринько, Г И Грицко, П В Егоров, Ю Н Кузнецов, И Н Лось, А С Малкин, О В Михеев, Л А Пучков, В А Федорин, В Н Фрянов, В Д Ялевский и др

Однако полученные результаты не всегда могут быть эффективно реализованы на современных предприятиях, отрабатывающих пологие пласты средней мощности по схемам «шахта- горизонт», «шахта- лава», «шахта- пласт» Выявленные в ходе выполненного анализа причины диспропорции подсистем «очистные работы» и «горноподготовительные работы» позволяют обосновать необходимость дальнейших исследований в области синтеза оптимальных пространственно-планировочных решений для отдельных шахт и их групп, направленных на устранение данной диспропорции

Во втором разделе разработана программа выполнения исследований, включающая разработку модели технологической схемы шахты, формирование множества допустимых технических и пространственно- планировочных решений по устранению диспропорции между подсистемами «очистные работы» и «горноподготовительные работы», анализ влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на величину указанной выше диспропорции, синтез и внедрение пространственно-планировочных решений, направленных на ее устранение.

В качестве объектов исследований приняты действующие шахты юга Кузбасса, входящие в компанию ЗАО «ОУК «Южкузбассуголь»- «Юбилейная», «Кушеяковская», «Абашевская», «Есаульская», «Аларда», «Тагарышская», горно-геологические условия которых изменяются в следующих диапазонах глубина разработки 260-675м, мощность пластов 0,7- 3,2м, угол падения пластов 5-50°, газообильность 10- 28 м3/т, годовой объем добычи 1028- 2918 тыс т/год, среднесуточная нагрузка на комплексно- механизированный забой 1565- 3739т/сут

На рисунке 1 приведено множество допустимых технических решений по устранению диспропорции между подсистемами «очистные работы» и «горноподготовительные работы»

Для оценки влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на величину диспропорции подсистем «очистные работы» и «горноподготовительные работы» было выполнено моделирование ожидаемого разрыва в очистном фронте с использованием гибридной системы на основе нейронных сетей и нечеткой логики

Я й

Рисунок 1 - Блок- схема множества допустимых технических решений по устранению диспропорции между подсистемами «очистные работы» и «горноподготовительные работы»

В ходе моделирования установлено, что наиболее значимыми факторами, влияющими на величину разрыва в очистном фронте, являются - среднесуточная нагрузка на комплексно- механизированный забой, число пластов в одновременной работе, газоносность пласта (шахты), число проходческих бригад Одним из основных решений задачи сокращения отставания горноподготовительных работ от очистных становится увеличение количества подготовительных забоев в одновременной работе

В ходе выполнения исследований была обоснована необходимость устранения негативного взаимовлияния очистных и подготовительных работ за счет разделения их в пространстве и во времени На шахтах, работающих по схеме «шахта- пласт», такой подход может быть реализован за счет разделения шахто-пласта на блоки или группирования отдельных предприятий в технологические системы

Анализ текущего состояния и перспектив развития горных работ в рамках одной действующей шахты позволил сформулировать концепцию устранения диспропорции развития очистных и подготовительных работ путем реализации технологической системы шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ Основой дня реализации такой технологической системы являются следующие принципы

- базовыми условиями для группирования шахт в технологическую систему являются территориальная близость, единое административное управление, наличие общих объектов инфраструктуры (в том числе горных выработок),

- устранение диспропорции между подготовительными и очистными работами может быть достигнуто за счет минимизации взаимовлияния последних путем снятия ограничений на подачу воздуха в комплексно- механизированный забой и всасам вентиляторов местного проветривания, ликвидации предпосылок для последовательного проветривания очистного и подготовительных забоев, повышения концентрации работ по проходке и добыче угля в отдельном блоке или на одной шахте технологической системы группы шахт,

- разделение очистных и подготовительных работ по блокам или шахто-пластам в рамках технологической системы одной или группы шахт, в первую очередь, призвано сократить сроки подготовки комплексно- механизированного забоя за счет одновременного ввода в эксплуатацию четырех - шести подготовительных забоев с организацией встречного проведения выработок,

- повышение нагрузки на комплексно- механизированный забой может быть достигнуто за счет улучшения проветривания очистного забоя и снижения аварийности вследствие негативного влияния одновременной работы подготовительных забоев

Для оценки эффективности решений по устранению диспропорции подсистем «очистные работы» и «горноподготовительные работы» был разработан аддитивный критерий

Условием перехода к технологической системе из двух шахт при равенстве объемов добычи с индивидуальной работой и работой в технологической системе является

(1,5-2) Уп, 1,5 У„

| ^ ^ ^столба | ^лаяы _ ^столба ^

где -сттСа-+-и™--ВреМЯ ПОДГОТОВКИ

(1,5-2) У„, 1,5 К„,

комплексно-механизированного забоя (КМЗ) при работе в системе шахт, когда невозможны очистные работы,

+Ьти± _ время подготовки КМЗ одиночной шахты, ^и К,

. время отработки КМЗ одиночной шахты,

Укк<!

Ьстопба - Длина КМЗ по простиранию, м, ¿лавы - длина КМЗ по падению,

У„3 - скорость подвигания подготовительного забоя, м/сут, ^кш _ скорость подвигания КМЗ, м/сут Для оценки технико-экономических показателей предлагаемых решений разработана концепция модели шахты, имитирующей процессы горного производства на основе их вероятностных характеристик

В третьем разделе проведены исследования по разработке моделей технологической системы одной или группы шахт для синтеза новых пространственно- планировочных решений по устранению диспропорций подсистем «очистные работы» и «горноподготовительные работы».

Разработка моделей технологической системы одной или группы шахт обеспечивает углубленную декомпозицию технологической схемы шахты (ТСШ) при установке соответствия между отдельными элементами ТСШ и формализующими их структурными составляющими модели, всесторонний анализ связей между элементами ТСШ в ходе формирования массива входных и выходных параметров и элементного состава модели, возможность оценки взаимного влияния подсистем «очистные работы» и «горноподготовительные работы», которое не может быть выражено в виде одной аналитической зависимости

В качестве базы для разработки моделей принят редактор ЭтиЬпк среды Ма11аЬ б Укрупненная структурная схема модели технологической системы из двух шахт приведена на рисунке 2

Модель шахты базируется на унифицированной модели процессов горного производства, которая адаптируется для имитации очистных и подготовительных работ Использование унифицированной модели позволило сократить размерность и упростить компьютерную реализацию моделей шахты и технологической системы

Структура и элементный состав модели допускают моделирование технологических систем одной или группы из двух шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам

и

Рисунок 2- Укрупненная структурная схема модели технологической системы двух шахт

В четвертом разделе выполнены синтез и оптимизация пространственно-планировочных решений в рамках технологической системы одной или группы шахт с разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам, и разработаны рекомендации по реализации полученных решений на угледобывающих предприятиях юга Кузбасса.

Установлено, что при работе в технологической системе одной или группы шахт с полным разделением очистных и горноподготовительных работ по блокам или шахтопластам подготовку выемочных участков на шахтах могут одновременно вести до шести подготовительных забоев, которые обеспечивают более быстрый ввод комплексно-механизированного забоя по сравнению с традиционными схемами (рисунки 3-5)

Рисунок 3- Технологическая система с полным

разделением очистных и горноподготовительных работ по блокам для одной шахты, работающей по схеме шахта-пласт

1 1 А ! к 1000м3/мин | L _J промежуточная секция (готовится после секций №1 и №2) 1000м3/мин после подготовки секции 2 i-j t А А ЮООм'/мин 10ООм'/мин t

—— 1 I —— •—— I

1 \ 1 » i ] 111 III , , д^газационнце , , , У\ скважины ,Л\ , Iii Iii Iii 1 -1 1 ■ . > секция 11 . Iii til j 1 --------- а секция 2 |

- -^ -- —»- I

1000м I до 500м 1000м

Рисунок 4- Схема многофронтальной подготовки для группы из двух «молодых» шахт и новостроек

^4*550 = 2200м* / мин

Рисунок 5 - Схема многофронтальной подготовки для группы из двух действующих шахт

Подготовка комплексно-механизированных забоев встречными забоями обеспечивает возможность увеличения длины выемочного столба до 2,5км (рисунок 4), что позволяет объединить поля смежных шахт с ликвидацией части поверхностных комплексов и отработкой дополнительных запасов в барьерных и охранных целиках

С точки зрения промышленной безопасности предлагаемые пространственно-планировочные решений имеют следующие преимущества

- повышается устойчивость проветривания за счет уменьшения количества шлюзов и кроссингов, наличие резерва воздуха, подаваемого в шахту и распределяемого только для одного вида работ (подготовительных или очистных), уменьшает вероятность загазирований подготовительных и очистных забоев, выемочных участков и действующих выработок,

- при работе встречных подготовительных забоев длина тупиковой части выработки составляет менее 500м, что упрощает проветривание и снижает вероятность загазирования выработок

Работа шахты в технологической системе создает предпосылки для увеличения нагрузки на комплексно- механизированный забой путем подачи в забой дополнительного количества воздуха за счет отказа от одновременного ведения очистных и подготовительных работ Объем дополнительно подаваемого воздуха может составить до 1000 м3/мин (прирост по шахтам «Южкузбассугля» до 50 %), что позволит повысить нагрузку на комплексно-механизированный забой, оснащенный отечественным оборудованием до 7000 т/сутки за счет устранения ограничений по газовому фактору и исключения простоев при разгазировании прилегающих подготовительных забоев и поддерживаемых выработок

Технологическая система из двух шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по шахтопластам может быть эффективно реализована на предприятиях, разрабатывающих пологие пласты мощностью от 1,5 до 1,9м и газообильностью более 10м3/т м с использованием отечественного очистного и проходческого оборудования

Для пологих пластов мощностью от 1,9 до 2,8м может быть реализована технологическая система с полным разделением очистных и горноподготовительных работ по блокам

Реализация разработанных в диссертации пространственно-планировочных решений на шахтах «Юбилейная», «Тагарышская», «Абашевская», поле шахты «Зыряновская» позволяет устранить диспропорцию подсистем «очистные работы» и «горноподготовительные работы» и за счет этого повысить объем добычи на 10-18% (таблица 1)

Заключение

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой решена задача разделения очистных и горноподготовительных работ по блокам или шахтопластам с устранением негативного взаимного влияния подготовительных и очистных забоев, имеющая существенное значение для совершенствования технологии подземной добычи угля

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем

Таблица 1 - Оценка целесообразности группирования шахт с различными горно-геологическими и горнотехническими условиями

Шахта Мощность пласта, м Длина столба, м Длина лавы, м Крепость пород Сечение выработок , м2 Годовая добыча одной шахты, ты с, т/год Годовая добыча при работа в технологической системе, тыс.т/год

1 2 з 4 5 6 7 8

Абашевская 1,65 800 210 5 15,3 901,3 930,2

поле шахты Зыряновская 1,5 700 210 6 15,3 742,8 788,4

Есаульская 2,1 900 250 6 15,3 1526,1 1322,0

Антоновский-3 1,9 800 250 6 15,3 1132,0 1052,7

Тагарышская 2,8 1500 2500 6 15,6 1972 1222

Абашевская 1,65 800 210 5 15,3 901,3 930,2

Юбилейная 1,6 980 220 6 15,3 820,5 844,0

- шахты, рекомендуемые к группировке в технологические системы

1 Основой решения задачи ликвидации диспропорции развития очистных и подготовительных работ является реализация технологической системы одной или группы шахт на основе полного разделения очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам, устранения негативного взаимовлияния очистных и подготовительных забоев по факторам проветривания и основного транспорта, интенсификации подготовки комплексно- механизированного забоя за счет снятия ограничений на число подготовительных забоев, находящихся в одновременной работе

2 В среде Simulmk разработана модель технологической системы одной или группы шахт, составляющими которой являются модели шахт, работающих в режиме ведения только очистных или только подготовительных работ. Обоснован алгоритм адаптации модели к реальным горно-геологическим и горнотехническим условиям на основе выбора параметра блока Uniform Random Number по величине вариации суточных объемов очистных и темпов подготовительных работ

3 Реализация технологической системы одной или групы шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам обеспечивает повышение устойчивости проветривания за счет уменьшения числа шлюзов и кроссингов, исключает последовательное проветривание очистных и подготовительных забоев, обеспечивает возможность дополнительной подачи в комплексно- механизированный забой до 1000м3/мин воздуха, что позволяет повысить допустимую нагрузку по газовому фактору, а также снизить вероятность загазирования очистного забоя и прилегающих выработок

4 Разработаны многофронтальные технологические схемы подготовительных работ, реализация которых на шахтах, работающих с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам, позволит сократить длительность подготовки яруса (подэтажа) в 1,5-2 раза

На основе результатов моделирования обоснованы достоинства многофронтальных схем подготовки запасов угля

- увеличение длины крыла панели до 1000-2500м без увеличения длины тупиковых выработок более 500м,

- исключение последовательного проветривания забоев при одновременном ведении работ 4-6 проходческими бригадами,

- снятие ограничений на длину наклонной выработки при проходке разрезной печи (длина может составлять до 500м),

- сокращение объема проведения подготовительных выработок на 1000 т запасов за счет снятия ограничений на длину разрезной печи по фактору проветривания

Реализация технологической системы двух шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по шахтопластам обеспечивает сокращение численности работников, занятых на подготовительных работах на 30-40% (при полной реализации предлагаемых организационных и пространственно- планировочных решений две шахты будут обслуживаться одним проходческим участком, включающим 4-5 проходческих бригад) На шахтах компании «Южкузбасс-

уголь» экономия от сокращения численности занятых на проходческих работах может на 50-70% компенсировать потери от дополнительных простоев очистного оборудования

5 Группирование шахт в технологическую систему обеспечивает снижение простоев комплексно- механизированного забоя из-за неисправности оборудования на 80-85 % за счет исключения прямого перемонтажа не прошедшего техническое обслуживание очистного механизированного комплекса из одного очистного забоя в другой, а также увеличения сроков и расширения номенклатуры технического обслуживания во время ведения на шахте подготовительных работ

6 Установлено что, технологическая система шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по шахтопластам характеризуется продолжительностью работ по воспроизводству очистного фронта 70-130сут, что сопоставимо с простоями очистных работ из-за разрывов очистного фронта на действующих шахтах ЗАО «ОУК «Южкузбассуголь» (50-150сут) Потери добычи от простоя комплексно- механизированного забоя в период ведения работ по воспроизводству запасов, готовых к выемке, компенсируется увеличением нагрузки на очистной забой за счет исключения взаимного влияния очистных и подготовительных забоев по факторам проветривания, основного транспорта, а также за счет изменения сложившихся подходов к техническому обслуживанию очистного механизированного комплекса при переходе из забоя в забой

7 Технологическая система одной шахты с полным разделением очистных и горноподготовительных работ по блокам может быть реализована на шахтах, отрабатывающих первые горизонты при мощности пластов от 1,9 до 2,8м, газообильности от 10м3/т и угле падения до 20°

8 Оптимальными для группирования в технологическую систему являются шахты, отрабатывающие пологие пласты мощностью 1,5-1,9 м, при газообильности от 10м3/т до опасных по внезапным выбросам угля и газа и глубине ведения горных работ до 600м Важным дополнительным требованием при формировании производственных систем является территориальная близость шахт и более молодой возраст одной из них При расстоянии между шахтами более 55км транспортные издержки на перевозку проходческого оборудования с одной шахты на другую сводят к минимуму эффект от группирования шахт в технологическую систему

9 Анализ возможности перехода ряда шахт компании «Южкузбассуголь» на технологическую систему одной или группы шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам показал, что такой переход сопряжен с минимальными капитальными затратами Все необходимые для такого перехода выработки могут быть проведены в рамках годовой программы развития горных работ за счет средств предприятия Технологическая система одной шахты с разделением очистных и подготовительных работ по блокам может быть реализована на шахте «Тагарышская» Наиболее перспективными для группирования являются шахты Абашевская, Юбилейная, поле шахты Зыряновская, Кушеяковская

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Кузярина Т М Проблемы совершенствования технологии добычи угля в длинных комплексно- механизированных забоях на шахтах юга Кузбасса / Т.М Кузярина // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов Материалы Междунар научно-практич конф - Новокузнецк СибГИУ, 2004 - С 108-109

2 Кузярина Т М Проблемы внедрения малозабойных технологических схем на шахтах Ерунаковского района Кузбасса / Т М Кузярина // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых Тр IX Междунар конф - Новокузнецк СибГИУ, 2004 - С.50-52.

3 Кузярина Т М К вопросу об обеспечении воспроизводства фронта очистных работ в динамических системах из нескольких шахт / Т М Кузярина // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов Материалы Междунар научно-практич конф -Новокузнецк СибГИУ, 2005-С38-41

4 Кузярина Т М Разработка алгоритма моделирования очистных и подготовительных забоев в динамической системе из нескольких шахт / Т М Кузярина, А Н Домрачев // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов Материалы Междунар научно-практич. конф - Новокузнецк СибГИУ, 2005 - С 41-43.

5 Кузярина ТМ К вопросу об эффективности динамической системы из двух шахт, работающих по раздельной схеме / Т М Кузярина // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых Тр X Междунар конф - Новокузнецк СибГИУ, 2005 - С 17-19

6 Кузярина ТМ К вопросу моделирования производственной системы из двух шахт / ТМ Кузярина, АН Домрачев // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых Тр X Междунар конф - Новокузнецк СибГИУ, 2005 - С 40-42

7 Кузярина Т М Результаты моделирования производственной системы из двух шахт / Т М Кузярина // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых- Тр X Междунар конф - Новокузнецк СибГИУ, 2005 - С 38-40

8 Домрачев А Н Построение компьютерной модели взаимодействия подсистем «очистные работы» и «подготовительные работы» /АН Домрачев, Т М Кузярина // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых Тр IX Междунар конф - Новокузнецк СибГИУ, 2004 - С 55-58

9 Кутцар Т М К вопросу организации технического обслуживания и ремонта горношахтного оборудования в технологической системе из двух шахт / Т М Кутцар // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых Тр XI Междунар конф - Новокузнецк СибГИУ, 2006 - С 30-32

10 Лукин КД Обоснование целесообразности группирования шахт ЗАО ОУК «Южкузбассуголь» в технологические системы с работой в режиме одного производственного процесса / К Д Лукин, Т М Кутцар // Горный информационно-аналитический бюллетень - М • Изд-во МТТУ, 2007, №1 - С. 72-75

КУТЦАР Татьяна Михайловна

РАЗРАБОТКА ПРОСТРАНСТВЕННО-ПЛАНИРОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ НЕЗАВИСИМОГО ВЕДЕНИЯ ГОРНОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ И ОЧИСТНЫХ РАБОТ В ПРЕДЕЛАХ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО УЧАСТКА

Автореферат

Изд лиц №01439 от 05 04 2000 г Формат бумаги 60x84 1/16 Уел печ л 1,1 Уч -изд л 1,24

Подписано в печать 09 04 2007 г Бумага писчая Печать офсетная Тираж 100 экз Заказ

ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный универститет» 654007, г Новокузнецк, ул Кирова 42 Издательский центр ГОУ ВПО «СибГИУ»

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Кутцар, Татьяна Михайловна

Общая характеристика работы.

1 Анализ интенсивных технологических схем и технических средств отработки запасов пологих и наклонных пластов.

1.1 Анализ прогрессивных схем вскрытия и подготовки шахтных полей с пологим залеганием пластов.

1.2 Анализ прогрессивных технологических схем воспроизводства готовых к выемке запасов.

1.3 Анализ технологических схем очистных работ.

1.4 Анализ пространственно-планировочных решений в современных горно-геологических условиях.

1.5 Анализ современных технологий дегазации и газоуправления.

1.6 Цель и задачи исследований.

1.7 Выводы.

2 Разработка концепции и основных принципов синтеза модели технологической системы из двух шахт.

2.1 Выбор и обоснование объектов исследований.

2.2 Анализ текущего состояния и перспектив развития горных работ в рамках одной шахты, работающей по схеме шахта-пласт.

2.3 Выбор и обоснование критерия эффективности технологической системы с полным разделением очистных и горноподготовительных работ по блокам или шахтопластам.

2.4 Выбор и обоснование методологии оценки эффективности технологической системы из двух шахт.

2.5 Выводы.

3 Разработка имитационных моделей технологической системы одной или группы шахт с независимым ведением очистных и горноподготовительных работ.

3.1 Разработка моделей подготовительного и очистного забоев.

3.2 Разработка модели шахты с традиционной технологической схемой.

3.3 Разработка модели технологической системы из двух шахт, связанных единой системой пространственно-планировочных решений.

3.4 Выводы.

4 Синтез технологической системы одной или группы шахт, работающих в режиме полного разделения очистных и горноподготовительных работ.

4.1 Моделирование и оценка взаимовлияния очистных и горноподготовительных работ независимых шахт.

4.2 Выбор и обоснование технических и пространственно планировочных решений для повышения эффективности подсистемы "горноподготовительные работы"

4.3 Моделирование и оценка эффективности работы технологической системы одной или группы шахт с полным разделением очистных или горноподготовительных работ.

4.4 Разработка рекомендаций по реализации технологической системы одной или группы шахт с полным разделением очистных и горноподготовительных работ по блокам или шахтопластам на предприятиях компании "Южкузбассуголь".

4.5 Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка пространственно-планировочных решений для независимого ведения горно-подготовительных и очистных работ в пределах геологического участка"

Актуальность работы. Попытки повысить концентрацию горных работ на шахтах современного технического уровня посредством размещения в границах шахтопласта одного очистного и трех- четырех подготовительных забоев приводят к увеличению количества и протяженности выработок для исключения последовательного проветривания и разделения грузопотоков основного и вспомогательного транспорта, обеспечения запасных выходов при возникновении аварий или инцидентов. Увеличение протяженности выработок наряду с ростом их поперечного сечения обуславливает снижение темпов воспроизводства готовых к выемке запасов и возникновение «разрывов» в очистном фронте.

В этой связи заслуживает внимания идея разработки и реализации пространственно- планировочных решений, обеспечивающих деконцентрацию горных работ посредством разделения во времени и пространстве действующих очистных и подготовительных забоев. Однако в сложившихся экономических условиях отсутствуют необходимые результаты научных исследований для реализации этой идеи на действующих горных предприятиях.

Реализация идеи разделения очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам позволит обеспечить технологическую независимость добычи угля и воспроизводства очистного фронта, повышение темпов подвигания подготовительных забоев, упрощение схем проветривания и транспорта, снижение вероятности возникновения аварий и инцидентов.

На основании вышеизложенного, разработка пространственно-планировочных решений для независимого ведения горноподготовительных и очистных работ в пределах геологического участка является актуальной научно-практической задачей.

Цель работы. Разработка и оптимизация параметров технологической системы одной или группы шахт на основе пространственно- планировочных решений по деконцентрации проходческих и добычных забоев за счет разделения горноподготовительных и очистных работ во времени и пространстве.

Идея работы заключается в повышении концентрации очистных или горно-подготовительных работ в пределах блока (шахтопласта) при одновременном вовлечении в отработку двух независимых блоков (шахтопластов) в шахтном поле или геологическом участке.

Задачи исследований:

1. Выбор и обоснование методологии и принципов синтеза технологической системы одной или группы шахт с разделением очистных и горноподготовительных работ во времени и в пространстве в пределах геологического участка.

2. Оптимизация параметров подсистемы «вентиляция» технологической системы одной или группы шахт при исключении последовательного проветривания разделенных в пространстве очистных и подготовительных забоев.

3. Разработка технологических схем интенсивной многофронтальной подготовки очистных забоев в технологической системе одной или группы шахт при максимальной концентрации очистных и подготовительных работ в границах отдельных блоков или шахтопластов.

4. Разработка рекомендаций по реализации технологической системы одной или группы шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам и обоснование диапазона горногеологических условий эффективного использования этой технологической системы.

Методы исследований. Для решения поставленных задач применены методы анализа существующих и синтеза новых пространственно-планировочных решений, регрессионного анализа, проверки гипотезы о законе распределения случайной величины, нейросетевого моделирования, анализа на основе нечеткой логики и имитационного моделирования.

Научные положения, выносимые на защиту:

разделение проходческих и добычных забоев по блокам или шахтопластам обеспечивает возможность синтеза технологических систем одной или группы шахт без негативного взаимного влияния подсистем «очистные работы» и «горнопроходческие работы» и снижает вероятность «разрывов» во фронте очистных работ;

- концентрация очистных или горноподготовительных работ в независимо проветриваемых блоках или шахтопластах в рамках технологической системы одной или группы шахт позволяет полностью исключить последовательное проветривание очистных и подготовительных забоев при снятии ограничений на количество и пространственное размещение последних в пределах блока (этажа, горизонта);

- технологическая система одной или группы шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам обеспечивает возможность реализации интенсивной многофронтальной схемы горно-подготовительных работ при снятии ограничений на количество подготовительных забоев и их пространственное размещение в пределах блока (этажа, горизонта); область рационального применения технологической системы двух шахт с полным разделением очистных и горноподготовительных работ по шахтопластам регламентируется углом падения - до 18°, мощностью - до 1,9м и газообильностью - более 10м3/т разрабатываемых пластов; при мощности пологого пласта от 1,9 до 2,8м может быть реализована технологическая система шахты с разделением очистных и горноподготовительных работ по блокам.

Научную новизну работы составляют следующие результаты:

- методология синтеза и оценки эффективности пространственно-планировочных решений для полного разделения очистных и горноподготовительных работ по блокам или шахтопластам, отличающаяся возможностью формализации взаимного влияния очистных и горноподготовительных работ в рамках одной или группы шахт;

- пространственно-планировочные решения по исключению последовательного проветривания очистных и подготовительных забоев без дополнительных вентиляционных сооружений, отличающиеся концентрацией в отдельном блоке или шахтопласте только горноподготовительных или только очистных работ при снятии ограничений на подачу необходимого количества воздуха в комплексно-механизированный забой и к всасам вентиляторов местного проветривания; интенсивная многофронтальная схема горноподготовительных работ, отличающаяся возможностью проведения подготавливающих выработок несколькими забоями за счет снятия ограничений на количество и пространственное размещение последних по условиям последовательного проветривания и количества воздуха, подаваемого к всасам вентиляторов местного проветривания, посредством отказа от одновременного ведения в блоке или шахтопласте очистных и горноподготовительных работ;

- области применения технологической системы одной или группы шахт с полным разделением очистных и горноподготовительных работ по шах-топластам, определенные на основе зависимости величины диспропорции очистных и горноподготовительных работ от мощности и угла падения пласта.

Личный вклад автора заключается в:

- разработке принципов и методологии синтеза и оценки эффективности эксплуатации шахт современного технического уровня в технологических системах одного или группы предприятий в горно-геологических и горнотехнических условиях юга Кузбасса;

- синтезе пространственно-планировочных решений для разделения очистных и горноподготовительных работ по блокам или шахтопластам и размещению подготовительных забоев в границах блока (шахтопласта) с исключением последовательного проветривания и оптимизацией воздухораспределения без дополнительных вентиляционных сооружений при сближенной установке ВМП за счет сокращения длины тупиковой части выработок до 500м;

- обосновании вариантов реализации интенсивной многофронтальной схемы горноподготовительных работ в технологической системе одной или группы шахт с полным разделением отработки и воспроизводства готовых к выемке запасов по блокам или шахтопластам;

- обосновании рекомендаций по повышению эффективности работы шахт юга Кузбасса на основе технологических систем одной или группы шахт с пространственно- планировочными решениями для полного разделения очистных и горноподготовительных работ по блокам или шахтопластам в пределах геологического участка.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- соответствием реализованных при выполнении моделирования математических методов современным направлениям исследований в области геоинформационных технологий компьютерного моделирования процессов горного производства;

- удовлетворительной сходимостью результатов ретроспективного моделирования работы шахт Ерунаковского и Байдаевского районов в режиме отдельного предприятия;

- положительным заключением технического совета филиала «Шахта «Юбилейная» № 194 от 19.01.2005г.

- наличием заключения экономической службы филиала «Шахта «Юбилейная» об ожидаемом экономическом эффекте 56418290 руб от внедрения предложенных рекомендаций.

Научное значение работы заключается в создании комплекса пространственно-планировочных решений по полному разделению горноподготовительных и очистных работ в технологической системе одной или группы шахт для исключения негативного взаимного влияния очистных и проходческих забоев.

Практическая значимость работы состоит в:

- возможности применения разработанной модели технологической системы одной или группы шахт при дальнейшем развитии горных работ на шахте «Юбилейная» в режиме информационно - советующей системы;

- использовании пространственно-планировочных решений для объединения шахт в технологические системы при проектировании новых предприятий на участках Куреинский, Кушеяковский-13, Ерунаковский-8, Ускатский на Никитинском месторождении, а также реконструкции шахт Юбилейная, Тагарышская, Кушеяковская;

- использовании модели шахты для оптимизации параметров квартальных и годовых программ развития горных работ, а также в учебном процессе вузов при подготовке студентов по специальности 130404 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».

Реализация работы. Результаты исследований реализованы при разработке перспективных планов развития шахты «Юбилейная» на 2007 год и на период до 2010 года и при разработке проекта «Корректировки горнотехнической части «Технического проекта реконструкции шахты «Юбилейная», подготовки и отработки пласта 16 до горизонта -500м»

Апробация работы. Основные выводы и результаты научной работы докладывались и обсуждались на: Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов», Новокузнецк, 2004; Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов», Новокузнецк, 2005; IX Международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых», Новокузнецк, 2004; X Международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых», Новокузнецк, 2005; XI Международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых», Новокузнецк, 2006.

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 10 печатных работ, в том числе 6 без соавторов.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 151 странице машинописного текста, содержит список литературы из 93 наименований, 28 таблиц, 35 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Кутцар, Татьяна Михайловна

4.5 Выводы

1. Разработанная блочная модель технологической системы из двух шахт хорошо адаптируется к реальным условиям действующих предприятий и может быть эффективно использована как для выполнения исследований, так и для принятия решений в реальных производственных условиях в качестве информационно - советующей системы.

2. С точки зрения промышленной безопасности переход к технологической системе одной или двух шахт имеет следующие преимущества:

- повышается устойчивость проветривания за счет уменьшения количества шлюзов и кроссингов;

- для технологической системы двух шахт наличие резерва воздуха, подаваемого в шахту и распределяемого только для одного вида работ (подготовительных или очистных), уменьшает вероятность загазирований подготовительных и очистных забоев, выемочных участков и действующих выработок;

- при работе встречных подготовительных забоев длина тупиковой части выработки составляет менее 500м, что упрощает проветривание и снижает вероятность загазирования выработок.

3. Работа в технологической системе из двух шахт создает предпосылки для увеличения нагрузки на комплексно-механизированный забой путем подачи в забой дополнительного количества воздуха за счет отказа от одновременного ведения очистных и подготовительных работ. Объем дополнительно подаваемого воздуха может составить до 1 ООО м3/мин (прирост по шахтам «Южкузбассуг-ля» до 50 %), это позволит повысить устойчивую нагрузку на комплексно-механизированный забой, оснащенный отечественным оборудованием до 7000 т/сутки за счет устранения ограничений по газовому фактору и исключения простоев при разгазировании прилегающих подготовительных забоев и поддерживаемых выработок.

4. При работе в технологической системе одной или двух шахт подготовку выемочных участков на шахтах могут одновременно вести до четырех-шести подготовительных забоев, которые обеспечивают более быстрый ввод комплексно-механизированного забоя по сравнению с традиционными схемами. При переводе проходческого оборудования с одной шахты на другую повышается коэффициент его использования и снижается срок окупаемости, что создает предпосылки для модернизации парка.

5. При подготовке выемочных столбов встречными забоями появляется возможность увеличения длины выемочного столба до 2-2,5км. Это позволит объединить поля смежных шахт с ликвидацией части поверхностных комплексов и отработкой дополнительных запасов в барьерных и охранных целиках. При объединении полей смежных шахт в технологическую систему угледобывающих предприятий с полным разделением очистных и подготовительных работ по шахтопластам может быть объединено три или даже четыре технических единицы.

6. Незначительное снижение продолжительности работы в длинном комплексно-механизированном забое в технологической системе из двух шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по шахтопластам компенсируется повышением нагрузки на забой, исключением простоев вследствие негативного влияния подготовительных забоев и загазирований в очистном забое и выемочных выработках.

7. Технологическая система двух шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам может быть эффективно реализована на предприятиях, разрабатывающих пологие пласты мощностью 1,51,9 и газообильностью более 10м3/т м с использованием отечественного очистного и проходческого оборудования. При мощности пласта 1,8-2,8м для молодых шахт может быть реализована технологическая система одной шахты с разделением очистных и горноподготовительных работ по блокам.

8. Эксплуатация технологических систем одной или двух шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам открывает целый ряд дополнительных возможностей по повышению концентрации и интенсификации очистных и подготовительных работ, особенно при реализации предлагаемых решений на молодых шахтах. Наиболее перспективными для реализации технологической системы с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам для одной шахты является шахта «Тагарыш-ская», для реализации технологической системы из двух шахт с полным разделением очистных и горноподготовительных работ по шахтопластам - шахты «Юбилейная», «Абашевская», «Кушеяковская», поле шахты «Зыряновская» ЗАО «ОУК «Южкузбассуголь».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой решена задача разделения очистных и горноподготовительных работ по блокам или шахтопластам с устранением негативного взаимного влияния подготовительных и очистных забоев, имеющая существенное значение для совершенствования технологии подземной добычи угля.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Основой решения задачи ликвидации диспропорции развития очистных и подготовительных работ является реализация технологической системы одной или группы шахт на основе полного разделения очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам, устранения негативного взаимовлияния очистных и подготовительных забоев по факторам проветривания и основного транспорта, интенсификации подготовки комплексно- механизированного забоя за счет снятия ограничений на число подготовительных забоев, находящихся в одновременной работе.

2. В среде Simulink разработана модель технологической системы одной или группы шахт, составляющими которой являются модели шахт, работающих в режиме ведения только очистных или только подготовительных работ. Обоснован алгоритм адаптации модели к реальным горно-геологическим и горнотехническим условиям на основе выбора параметра блока Uniform Random Number по величине вариации суточных объемов очистных и темпов подготовительных работ.

3. Реализация технологической системы одной или групы шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам обеспечивает повышение устойчивости проветривания за счет уменьшения числа шлюзов и кроссингов, исключает последовательное проветривание очистных и подготовительных забоев, обеспечивает возможность дополнительной подачи в комплексно- механизированный забой до 1000м3/мин воздуха, что позволяет повысить допустимую нагрузку по газовому фактору, а также снизить вероятность загазирования очистного забоя и прилегающих выработок.

4. Разработаны многофронтальные технологические схемы подготовительных работ, реализация которых на шахтах, работающих с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам, позволит сократить длительность подготовки яруса (подэтажа) в 1,5-2 раза.

На основе результатов моделирования обоснованы достоинства многофронтальных схем подготовки запасов угля:

- увеличение длины крыла панели до 1000-2500м без увеличения длины тупиковых выработок более 500м;

- исключение последовательного проветривания забоев при одновременном ведении работ 4-6 проходческими бригадами;

- снятие ограничений на длину наклонной выработки при проходке разрезной печи (длина может составлять до 500м);

- сокращение объема проведения подготовительных выработок на 1000 т запасов за счет снятия ограничений на длину разрезной печи по фактору проветривания.

Реализация технологической системы двух шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по шахтопластам обеспечивает сокращение численности работников, занятых на подготовительных работах на 30-40% (при полной реализации предлагаемых организационных и пространственно- планировочных решений две шахты будут обслуживаться одним проходческим участком, включающим 4-5 проходческих бригад). На шахтах компании «Южкузбассуголь» экономия от сокращения численности занятых на проходческих работах может на 50-70% компенсировать потери от дополнительных простоев очистного оборудования.

5. Группирование шахт в технологическую систему обеспечивает снижение простоев комплексно- механизированного забоя из-за неисправности оборудования на 80-85 % за счет исключения прямого перемонтажа не прошедшего техническое обслуживание очистного механизированного комплекса из одного очистного забоя в другой, а также увеличения сроков и расширения номенклатуры технического обслуживания во время ведения на шахте подготовительных работ.

6. Установлено что, технологическая система шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по шахтопластам характеризуется продолжительностью работ по воспроизводству очистного фронта 70-130сут, что сопоставимо с простоями очистных работ из-за разрывов очистного фронта на действующих шахтах ЗАО «ОУК «Южкузбассуголь» (50-150сут). Потери добычи от простоя комплексно- механизированного забоя в период ведения работ по воспроизводству запасов, готовых к выемке, компенсируется увеличением нагрузки на очистной забой за счет исключения взаимного влияния очистных и подготовительных забоев по факторам проветривания, основного транспорта, а также за счет изменения сложившихся подходов к техническому обслуживанию очистного механизированного комплекса при переходе из забоя в забой.

7. Технологическая система одной шахты с полным разделением очистных и горноподготовительных работ по блокам может быть реализована на шахтах, отрабатывающих первые горизонты при мощности пластов от 1,9 до 2,8м, газообильности от 10м3/т и угле падения до 20 .

8. Оптимальными для группирования в технологическую систему являются: шахты, отрабатывающие пологие пласты мощностью 1,5-1,9 м, при газообильности от 10м3/т до опасных по внезапным выбросам угля и газа и глубине ведения горных работ до 600м. Важным дополнительным требованием при формировании производственных систем является территориальная близость шахт и более молодой возраст одной из них. При расстоянии между шахтами более 55км транспортные издержки на перевозку проходческого оборудования с одной шахты на другую сводят к минимуму эффект от группирования шахт в технологическую систему.

9. Анализ возможности перехода ряда шахт компании «Южкузбассуголь» на технологическую систему одной или группы шахт с полным разделением очистных и подготовительных работ по блокам или шахтопластам показал, что такой переход сопряжен с минимальными капитальными затратами. Все необходимые для такого перехода выработки могут быть проведены в рамках годовой программы развития горных работ за счет средств предприятия. Технологическая система одной шахты с разделением очистных и подготовительных работ по блокам может быть реализована на шахте «Тагарышская». Наиболее перспективными для группирования являются шахты: Абашевская, Юбилейная, поле шахты Зыряновская, Кушеяковская.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Кутцар, Татьяна Михайловна, Новокузнецк

1. Трубецкой К.Н. Стратегия развития угольных энергоресурсов России и экологически чистых технологий их освоения // Экономические стратегии.-2002,- №2.-С.38-41.

2. Малышев Ю.Н. Реструктуризация угольной промышленности. (Теория. Опыты. Программы. Прогноз) / Ю.Н.Малышев, В.Е.Зайденварг, В.М.Зыков.-М.: Компания «Росуголь», 1998.- 536с.

3. Яновский А.Б., Скрыль А.П. Реструктуризация угольной отрасли России: предпосылки, опыт, проблемы, перспективы // Уголь.- 1999,- №7.- С. 14-18.

4. Балашов И.Б., Худин Ю.Л., Козловчунас Е.Ф., Носенко В.Д. Перспективы развития подземной угледобычи на шахтах Российской Федерации // Уголь,-2000,-№11.-С. 13-18.

5. Трубецкой К.Н., Гурьянов В.В. О некоторых актуальных вопросах развития угледобычи в России // Уголь,- 2004.- №6.- С.44-46.

6. Малышев Ю.Н., Зыков В.М. Угольная промышленность в России в XXI веке // Уголь,- 2000,- №11.- С.51-55.

7. Диколенко Е.Я., Рубан А.Д., Крашкин Н.С. Концепция технологического развития подземного способа добычи в Российской Федерации //Уголь.-2002,- №10.-С.23-25.

8. Брагин В.Е. О состоянии и развитии шахтного фонд Кузбасса / В.Е.Брагин, Е.М.Галанин // Сб. науч.тр./ Кузбассуглетехнология,- Кемерово., 2000.-Вып.16,- С.9-17.

9. Домрачев А.Н. Освоение угленосных складчатых структур в сложных горно-геологических условиях / А Н.Домрачев- Кемерово, 2002.- 162с.

10. Золотых С.С. Кемеровская область вчера, сегодня, завтра // Уголь 2005.-№4.-С.13-16.

11. Отечественный опыт. Добыча и переработка угля. Новые способы вскрытия и подготовки неосвоенных месторождений Кузбасса // Экспресс-информация / М., 1990,- Вып. 19.- С.5-10.

12. Ялевский В.Д. Модульные горнотехнологические структуры вскрытия и подготовки шахтных полей Кузбасса / В.Д.Ялевский, В.А. Федорин.- Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. 224 с.

13. Ялевский В.Д., Федорин В.А. Высокопроизводительные горнотехнологические структуры угольных шахт / В.Д.Ялевский, В.А. Федорин // Сб.науч.трудов ИУУ СО РАН / Кемерово, 1999.-Вып.1.- С. 15-18.

14. Ялевский В.Д, Федорин В.А. Научное обоснование горнотехнологической структуры угольных шахт мирового технико- экономического уровня в Кузбассе // Уголь,- 1998,- №9,- С.33-34.

15. Рыжов A.M. Повышение эффективности горного производства на базе гибких технологических систем угольных шахт: автореф.дис. д-ра техн.наук / А.М.Рыжов.- М, 1999.- 36с.:граф.-Библиогр.:С.36 (14 назв.)

16. Способы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей / Под ред. Братченко Б.Ф./ М.: Недра, 1985,- 494 с.

17. Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03). Серия 05. Выпуск 11/ Колл.авт.-М. Государственное унитарное предприятие» Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003.-296с.

18. Вылегжанин В.Н. Мазикин В.П. Ивлев И.А. Стратегический путь модернизации шахт обеспечение высокой эффективности и концентрации производства // Уголь,- 2001.- №2,- С.61-63.

19. Баклашов И.В. Механика подземных сооружений и конструкций крепей: Учебник для вузов /И.В.Баюташов, Б.А.Картозия // 2- изд., доп и перераб.-М.:Недра, 1992.-543с.

20. Майхерчик Т, Гайко Г.И, Малковский П. Исследование деформационных процессов вокруг подготовительной выработки при движении фронта очистных работ // Уголь,- 2002,- №11.- С.27-28.

21. Артемьев В.Б. Основные положения стратегии развития угольной промышленности России // Уголь,- №2.- 2004.-С.З-7.

22. Лангольф Э.Л. Проблемы эффективности реструктуризации угольной промышленности Кузбасса /Э.Л.Лангольф, И.И.Вылегжанина, В.Г.Мазикин,-Кемерово: Кузбассвузиздат, 1997,-248с.

23. Шередкин Д.М., Акимбеков Л.К. Система разработки, снижающая объемы проходки подготовительных выработок // Уголь,- №11.- 2002,- С.25-27.

24. Прогрессивные технологические схемы проведения горных выработок (для предприятий, входящих в состав Угольной компании «Юзкузбассуголь»).-Новокузнецк, 2003г.-32с.

25. Ремезов А.В., Харитонов В.Г., Ануфриев В.М., Калашников А.В., Тем-норусов В.Г. Многоштрековая подготовка производительных очистных забоев и окупаемость затрат на проведение горных выработок // Уголь,- №10.-2004,-С.16-18.

26. Авершин С.Г. О влиянии глубины разработки на процессы сдвижения и давления горных пород. Разработка угольных месторождений на больших глубинах / С.Г.Авершин// Сб.научн.тр./ Углетехиздат- М., 1995.-Вып.5.-С.100-107.

27. Волошин В.А. Геомеханический прогноз устойчивости подготовительных выработок в зонах геологических нарушений и повышенного горного давления: автореф.дисс. .канд.техн.наук / В.А.Волошин; СибГИУ.-Новокузнецк., 2002.-24с.:граф.-Библиограф.: С.24 (11назв.)

28. Лаврик В.Г. Прогресс техники и технологии угледобычи на шахтах Южного Кузбасса. / В.Г.Лаврик, С.Р.Ногих, Ю.П.Кушнеров- Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000.- 178с.

29. Лаврик В.Г. Малозабойные интенсивные технологические схемы угольных шахт / В.ГЛаврик- Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. -74с.

30. Титов С.В. Оценка эффективности и конкурентоспособности очистного оборудования // Уголь,- №9,- 2005.-С.58-61.

31. Килячков А.П. Технология горного производства. / А.П.Килячков -М.:Недра, 1992.-415с.

32. Братченко Б.Ф., Никонов Е.С. Некоторые проблемы перспективного развития угольной промышленности России // Уголь.- №12,- 1999.-С.45-50.

33. Федунец Б.И., Симонов В.М. Эффективность отработки пологих пластов/ Б.И.Федунец, В.М. Симонов М.:Недра, 1982.- 177с.

34. Козовой Г.И. ОАО «Распадская»- лидер российской угдедобычи // Уголь,- №8.-2006.-С.16-20.

35. Лаврик В.Г., Кушнеров Ю.П., Ногих С.Р. Система развития экономического и производственного потенциала угольной компании «Кузнецкуголь» // Уголь. -2001,-№4,- С.10-12.

36. Лаврик В.Г. Совершенствование технологии горно-подготовительных работ на шахтах АО УК «Кузнецкуголь» / В.Г.Лаврик, С.Р.Ногих Перспективы горно-металлургической индустрии,- Новосибирск: Сибирские огни, 1999.-С.225-227.

37. Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах М.: ИГД им. А.А.Скочинского, 1980.-С. 147-203.

38. Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. Часть 2. Пояснительная записка М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1979.-244с.

39. Нормативы нагрузки на очистные забои действующих шахт при различных горно-геологических условиях и средствах механизации М.:ИГД им. А.А. Скочинского, 1982,- 48 с.

40. Никишичев Б.Г. Технология монтажа и демонтажа механизированных комплексов нового технического уровня / Б.Г.Никишичев М.:Экспресс-Информ. ЦНИЭИуголь, 1990. - 28 с.

41. Чубриков А.В., Шабловский А.В., Хайдуков В.А., Мансуров A.JI. Технология канатного анкерования кровли с полным заполнением шпуров полимерной смолой // Уголь,- №12.- 2003,- С.9-11.

42. Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах: Сборник документов- М.: ГП НТЦ по безопасности в промышленности Госгортех-надзора России, 2000,- 320с.

43. Шарипов Н.Х., Семенова Л.П. Способ перехода очистными забоями горно-геологических нарушений / Н.Х.Шарипов, Л.П.Семенова // ЦНИЭИ уголь.- М., 1985.- Вып. 18.-С. 14-25.

44. Руководство по переходу геологических нарушений механизированными комплексами Прокопьевск, 1982.- 78 с.

45. Руководство по подготовке к переходу очистными забоями ранее пройденных выработок и зон геологических нарушений Караганда, 1981.- 25 с.

46. Чубриков А.В., Марков А.С., Хрипков В.В. Технология упрочнения зон нарушения полимерной смолой для сохранения высоких нагрузок на очистной забой // Уголь.- №5,- 2005,- С.69-71.

47. Тарасов Б.Г. Прогноз газообильности выработок и дегазация шахт / Б.Г.Тарасов- М.: Недра, 1983.-207с.

48. Лаврик В.Г. Разработка рекомендаций по управлению метановыделе-нием при отработке высокогазоносных угольных пластов / В.Г.Лаврик, С.Р.Ногих, М.И.Радиковский Новокузнецк: АО УК «Кузнецкуголь», 1998.-9с.

49. Лаврик В.Г., Ногих С.Р. Раработка рекомендаций по управлению мета-новыделением при отработке высокогазоносных угольных пластов // Уголь.-1999,-№3.- С.34-36.

50. Ногих С.Р., Павлов А.Н. Влияние скорости подвигания очистного забоя на метановыделение из вмещающих пород и пластов- спутников // Уголь. -2001,-№4,-С.31-34.

51. Руководство по проектированию и вентиляции угольных шахт. Макеевка- Донбасс, 1989.-319с.

52. Руководство по дегазации угольных шахт. М.: Изд-во ИГД им.А.А.Скочинского, 1990.- 186с.

53. Васючков Ю.Ф. Совершенствование управления метановыделением в очистных забоях микробиологическим способом / Ю.Ф. Васючков // Сб.научн.тр. / ЦНИЭИуголь-М., 1989. Вып. 1,- С.35-37.

54. Мясников А.А. Управление газовыделением при разработке угольных пластов./ А.А.Мясников, А.С.Радченко, В.А.Садчиков- М.: Недра, 1987.- 217с.

55. Квон С.С, Роот Э.Г, Алиев С.Б. Методы нейтрализации сложных газодинамических процессов в Карагандинском бассейне // Уголь.- №2.-2003,- С.62-63.

56. Квон С.С, Алиев С.Б. Технико- технологические решения повышения эффективности разработки угольных пластов Карагандинского бассейна // Уголь,-№5.-2003.-С.10-11.

57. Павеленко С.В, Косарев В.В. ТПК «Укруглемаш» на 12-й Международной выставке «Уголь России и Майнинг -2005» // Уголь,- №4.- 2005.- С.51-56.

58. Ногих С.Р. Воспроизводство шахтного фонда действующих, строящихся и восстанавливаемых шахт / С.Р.Ногих -Томск: Изд-во Томского университета, 2002.-240с.

59. Ногих С.Р. Повышение эффективности производственного потенциала действующих, строящихся и ликвидированных шахт // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: Матер. IV Междунар.науч.-практ.конф. Кемерово, 2001,- С.275-277.

60. Логинов А.К. К 70-летию промышленного освоения Печорского угольного бассейна// Уголь.-№8. -2004.-С.43-49.

61. Проектное задание строительства гидрошахты «Байдаевская- Северная №1»- ВНИИ Гидроуголь-Новокузнецк, 1959.-425с.

62. Технический проект реконструкции шахты «Юбилейная» производственного объединения «Гидроуголь». ВНИИгидроуголь- Новокузнецк, 1978,-686с.

63. Корректировка горнотехнической части «Технического проекта реконструкции шахты «Юбилейная». Подготовка и отработка пласта 16 до гор.-500м». Новокузнецк.- ЗАО «УК «Южкузбассуголь»-ПКБ, 2003.-366с.

64. Дополнение №1 к «Корректировке горнотехнический части Технического проекта реконструкции шахты «Юбилейная» подготовки и отработки пласта 16 до гор.-500м». Новокузнецк- ЗАО «Промуглепроект», 2005.-389с.

65. Проект строительства ОАО «Шахта «Ульяновская». Кемерово,- ОАО «Кузбассгипрошахт», 2000.-Том 1 .-Книга1 .-560с.

66. Проектирование предприятий с подземным циклом добычи полезных ископаемых: Справочник / А.С.Бурчаков, А.С. Малкин, В.М. Еремеев, и др,-М.: Недра, 1991,- 399 с.

67. Бурчаков А.С., Малкин А.С., Устинов М.И. Проектирование шахт / А.С.Бурчаков, А.С.Малкин, М.И.Устинов М.: Недра, 1985,-399с.

68. Бурчаков А.С. Технология подземной разработки пластовых месторождений / А.С.Бурчаков, Н.К.Гринько, А.Б.Ковальчук М.:Недра, 1978.- 312с.

69. Гузеев А.Г. Основы проектирования и реконструкции шахт /А.Г.Гузеев М.:Недра, 1982.-256с.

70. Резниченко С.С., Подольский М.П., Ашихмин А.А. Экономико-математические методы и моделирование в планировании и управлении горным производством / С.С.Резниченко, М.П.Подольский, А.А.Ашихмин М.: Недра,1991.-429с.

71. Отраслевая инструкция определения капитальных вложений в угольную промышленность М.: Недра, 1987.- 215 с.

72. Лебедкин Н.А. Влияние инвестиций на цену продукции и прибыль вводимых в действие предприятий // Уголь.-1994.-№4.- С.21-22.

73. Эталоны ТЭО строительства предприятий по добыче и обогащению уг-ля-М.:Недры, 1999.- 230с.

74. Кочадзе Д.В., Фрянов В.Н., Домрачев А.Н. Рентабельность шахт и качество угля / Д.В. Кочадзе, В.Н. Фрянов, А.Н. Домрачев и др. М.: Недра, 1998. -168 с.

75. Баканов М.И. Теория экономического анализа / М.И. Баканов, А.Д. Шеремет- М.: Финансы и статистика, 1997,- 416 с.

76. Дьяконов В.П. MATLAB 5.3.1 с пакетами расширений / В.П.Дьяконов, И.В.Абраменкова, В.В.Круглов- М.: Нолидж, 2001.-880с.

77. Гультяев А.А. Визуальное моделирование в среде Matlab: Учебный курс / А.А.Гультяев- СПб.:Питер, 2000.-230с.

78. Фрайман Я.Б., Бедин В.И. Организация производства на высокомеханизированных шахтах Кузбасса / Я.Б. Фрайман, В.И.Бедин Кемерово: Кемеровское книжное издательство, 1981.-152с.

79. Кузярина Т.М. Результаты моделирования производственной системы из двух шахт / Т.М.Кузярина // Нетрадиционные и интенсивные технологииразработки месторождений полезных ископаемых: Тр. X Междунар. конф,-Новокузнецк:СибГИУ, 2005.- С.38-40.

80. Ташкинов А.С., Корякин А.И., Сысоев А.И. Основные направления совершенствования и развития открытой угледобычи в Кузбассе // Уголь,- №9.2005,- С.24-26.