Обоснование рациональной технологической схемы угольной шахты по критерию трудоемкости работ

Миндубаева, Евгения Наильевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование рациональной технологической схемы угольной шахты по критерию трудоемкости работ
ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Автореферат диссертации по теме "Обоснование рациональной технологической схемы угольной шахты по критерию трудоемкости работ"

На правах рукописи

МИНДУБАЕВА Евгения Наильевна

УДК 622.271 (043)

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ ПО КРИТЕРИЮ ТРУДОЕМКОСТИ РАБОТ

Специальность 25.00.21 - "Теоретические основы проектирования горнотехнических систем"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Московском государственном горном университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор КРАСЮК НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор ХАРЧЕНКО ВИКТОР АЛЕКСЕЕВИЧ кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник КИЛИМНИК ВЛАДИМИР ГРИГОРЬЕВИЧ

Ведущее предприятие - ОАО ПО "Сибирь-Уголь"

Защита диссертации состоится ". . года

в.М...час. на заседании диссертационного совета Д-212.128.03 Московского государственного горного университета по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект,6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан ". . (ШМ/+А.. ..2005 года

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

МЕЛЬНИК ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ

ШЪ^Об

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Чрезвычайно сложной проблемой в условиях современного состояния угольной промышленности является определение путей развития шахтного фонда угольных компаний и отдельных шахт.

Сформировавшиеся организационно-управленческие, инвестиционные, финансовые структуры и механизмы не соответствуют новым условиям хозяйствования и должны быть адаптированы к ним. Такое положение привело к тому, что в угольной промышленности производственный потенциал оказался деформированным, а технический уровень значительно уступает мировому. Все это привело к тому, что угольная продукция перестала отвечать современным требованиям рынка.

В современных условиях хозяйствования от российской угольной промышленности требуется не только количественное наращивание объемов добычи, но и радикальная перестройка структуры отрасли за счет повышения эффективности работы угледобывающих предприятий. Это подтверждается тем, что уровень использования шахтного фонда по России не превышает 80 %, например, по шахтам Центрального района Кузбасса-

Повышение уровня работы шахты возможно с помощью детального изучения всех процессов на шахте, а также взаимосвязи между этими производственными процессами и операциями, осуществляемыми с помощью машин и механизмов по определенной технологической схеме.

В этой связи научная задача обоснования рациональной технологической схемы угольной шахты по критерию трудоемкости работ является актуальной для угольной отрасли.

Целью диссертации является обоснование требований к качеству и методу формирования технологических схем угольных шахт для разработки критериев и методики оптимизации функциональных подсистем шахт, обеспечивающих повышение качеств эсти проектных

85%.

работ.

Основная идея работы заключается в оптимизации технологической схемы угольной шахты как сложной системы с применением принципа ее декомпозиции по функциональному признаку и критерия, отражающего уровень трудоемкости работ.

Основные научные положения, разработанные лично соискателем:

- повышение качества формирования технологических схем угольных шахт достигается на основе их декомпозиции на функциональные подсистемы и оптимизации подсистем выбором рациональных вариантов формирующих технологических элементов;

- оценка качества технологической схемы и ее функциональных подсистем осуществляется по единому критерию - трудоемкости работ, что позволяет, используя метод технологического моделирования, учесть значимость и взаимосвязи функциональных подсистем шахты;

- оптимизация функциональных подсистем технологической схемы угольной шахты осуществляется в соответствии с их значимостью в технологии добычи угля путем выбора рациональных формирующих технологических элементов с прогнозом их технического уровня на период реконструкции или строительства шахты.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлено, что повышение качества технологической схемы угольной шахты как сложной системы может быть достигнуто на стадии ее формирования с применением принципов системности, динамичности, а также качества и трудоемкости проектных работ;

- обоснован критерий качества технологической схемы угольной шахты и ее подсистем в виде трудоемкости работ, обеспечивающий выявление и учет степени значимости качества функциональных подсистем и форгмир^тощих их элементов;

- в условиях применения высокопроизводительного горно-шахтного

оборудования установлены зависимости показателей качества подсистемы "очистные работы" от формирующих ее технологических элементов (мощности пласта, угла падания пласта, действующих очистных забоев, нагрузки на очистной забой, геометрических параметров выемочного участка);

- разработана методика оптимизации функциональных подсистем технологической схемы угольной шахты, учитывающая значимость подсистемы в общей системе шахты, качество формирующих технологических элементов и прогноз их развития на период реконструкции или строительства шахты.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

корректным использованием апробированных методов исследования сложных производственных систем;

- анализом представительного объема статистических данных и фактических технико-экономических показателей работы шахт ОАО "Угольной компании "Кузбассуголь" (19 шахт);

- положительными результатами сравнения расчетных данных, полученными при моделировании с фактическими данными работы шахт (расхождение в пределах 15 - 20%).

Научное значение диссертации состоит в обосновании принципов и разработке процедуры совершенствования технологической схемы угольной шахты путем оптимизации ее функциональных подсистем выбором рациональных формирующих технологических элементов.

Практическое значение диссертации состоит в разработке методики оптимизации функциональных подсистем технологической схемы угольной шахты, использование которой позволяет повысить технический уровень проектных решений и качества технологических схем реконструируемых и проектируемых шахт.

Реализация выводов и рекомендаций. Методика оптимизации функциональных подсистем технологической схемы угольной шахты рекомендована к внедрению в практику формирования функциональных подсистем шахт "Первомайская", им.С.М.Кирова и других, работающих в аналогичных горно-геологических и горнотехнических условиях.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались и были одобрены на научно-техническом Совете ОАО УК "Кузбассуголь" (г.Кемерово,2005г), на научном симпозиуме "Неделя горняка" (г. Москва, 2003 - 2005 гг.), на научных семинарах кафедры "Подземная разработка пластовых месторождений" МГТУ (г. Москва, 2003 - 2005 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научные статьи.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 22 рисунка, 13 таблиц, список литературы из 75 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В развитие теории оптимального проектирования угольных шахт существенный вклад внесли известные ученые: А.С.Астахов, К.П. Бетанели, Д Ф.Борисов, В.Е Брагин, Б.Ф.Братченко, А.С.Бурчаков, Б.М.Воробьев, В.Н.Вылегжанин, Н.К.Гринько, Г.И.Грицко, В.В.Гурьянов, В.М.Еремеев,

B.Е.Зайденварг, П.З.Звягин, В.М.Зыков, Н.Г.Капустин, Л.А,Кафорин,

C.С.Квон, А.П.Килячков, Б.В.Красильников, Ю.Н.Кузнецов, А.С.Кузьмич, В.Г.Лаврик, В.П.Мазикин, А.С.Малкин, Ю.Н.Малышев, О.В.Михеев, П.П.Нефедов, С.Р.Ногих, Л.А.Пучков, Е.И.Рогов, А.М.Рыжов,

A.Г.Саламатин, К.Ф.Сапицкий, А.В.Стариков, Е.В.Тучков, М.И.Устинов,

B.А.Харченко, Л.Д.Шевяков и другие. Работы этих ученых составляют теоретическую базу для разработки методов по проектированию, строительству и реконструкции шахт.

В работе детально проанализированы методы по проектированию шахт как сложных систем: метод комплексной оптимизации А.С.Малкина, методология системного анализа А.М.Рыжова, метод определения технологического уровня угольной шахты по динамическому индексу интенсификации производства П.П.Нефедова, метод математического моделирования технологической схемы с использованием информационных свойств сетей Петри В.А.Милевского, разработка и реализация интегрированных подземных технологических комплексов (ИПТК) В.Г.Лаврика, метод на базе искусственных нейронных сетей О.В.Грошенковой и другие.

Проведенный анализ показал, что разработанные ранее методики формирования рациональных вариантов состояния качественных проектных решений затруднительны в использовании в практике проектирования. В результате реализация этого этапа является трудоемким и длительным процессом.

В соответствии с целью диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследование специфики функционирования технологических схем угольных шахт в современных условиях и направлений их совершенствования для повышения уровня использования действующего шахтного фонда.

2. Обоснование требований к процедуре формирования и качеству технологических схем угольных шахт.

3. Обоснование критериев качества и методики исследования технологических схем угольных шахт как сложных систем с учетом развития на прогнозируемый период технологических элементов, формирующих функциональные подсистемы шахты.

4. Установление зависимостей качества функциональных подсистем от формирующих их технологических элементов.

5. Разработка методики оптимизации функциональных подсистем технологической схемы угольной шахты.

6. Апробация разработанной методики на конкретных шахтах Кузбасса и оценка эффективности результатов исследования.

На основе анализа научных исследований вопросов проектирования шахт как сложных систем и требований, предъявляемых к современным технологическим схемам угольных шахт, сформулированы требования к процедуре формирования технологической схемы угольной шахты. Эти требования предполагают принципы системности, динамичности, а также учет качества и трудоемкости проектных работ (рис. 1).

Методика исследования и оптимизации функциональных элементов технологической схемы угольной шахты разработана на базе метода технологического моделирования, который учитывает эти требования. Сущность заключается в том, что осуществляется анализ исходной технологической схемы действующей шахты, включающий выявление подсистем модели, расчет трудоемкости по подсистемам и всей модели, обоснование выбора проектируемой модели по критерию трудоемкости с учетом развития на прогнозируемый период технологических элементов, формирующих функциональные подсистемы шахты.

В качестве основного критерия оценки технологической схемы угольной шахты выбрана трудоемкость работ по добыче угля. Показатель трудоемкости работ дает возможность использовать его не только для системы шахта в целом, но и для каждой из подсистем технологической модели шахты, где функции цели будут определяться их долевым участием в результатах производства. А с помощью такого анализа можно определить появление "узких мест" в общей системе шахты.

1 ш п.р +т м.т.п Тп.пт. +т пл.р ' 4 '

где Г—трудоемкость соответственно:

Тор- очистных работ;

Тпр ' п°Дготовительнь1Хработ;

Ттх п' технологического комплекса поверхности;

13 s r>

a\ о a

Я Я

■о

о е t

'S •е-

•s

s g

о ta О

ft о

и §<

2 в

g tr

о »

Тмтп~ подземного транспорта и подъема;

Тппр' ПР0ЧИХ подземных работ.

При формировании технологической схемы угольной шахты нового технико-экономического уровня дополнительно усханавливае1ся система ограничений, т.е. количественные характеристики области эффективного ее функционировании (установленные на основе предварительных исследований или практического опыта), за пределами которой поведение системы не рассматривается. Нами выбраны ограничения по уровню концентрации и интенсификации горных работ. Ниже представлены расчетные формулы по этим ограничениям: 1000-к

УК —- - уровень концентрации горных работ, (2)

Ащ

где к - общее число очистных забоев в шахте;

Аш -производственная мощность шахты, т/сут.

У =——-уровень интенсификации горных работ, (3) 24 -1-т-у

где / - число действующих очистных забоев; у - средняя плотность угля, кг/м3; ТП - средняя вынимаемая мощность пласта, м.

Методика исследования и оптимизации функциональных элементов технологической схемы угольной шахты применена на шахтах ОАО "Угольная компания "Кузбассуголь" "Первомайская" и им. С.М.Кирова. Результаты применения методики на шахтах представлены в табл. 1 и 2. На основании положений метода технологического моделирования нам удалось детально рассмотреть, как изменялась трудоемкость по шахте в целом и по ее подсистемам, а также показать удельный вес подсистем в системе шахты. Из анализа этих результатов видно, что самыми трудоемкими процессами на

Таблица 1

Трудоемкость подсистем шахты "Первомайская"

Годы Численность рабочих (чел) Трудоемкость (вых/1000 т) Удельный вес трудоемкости подсистемы

общая ОР ПР ТКП МТП ППР ОР Г1Р ТКП МТП ППР общая ОР ПР ТКП МТП ППР общая

1999 1227 255 283 413 86 190 39,7 33,4 36,4 24,8 22,4 156,7 0,25 0,21 0,23 0,16 0,15 1,0

2000 1348 261 338 447 100 202 46,7 31,2 32,1 22,8 22,2 155,0 0,30 0,20 0,21 0,15 0,14 1,0

2001 1401 293 315 447 83 263 36,6 29,8 32,1 22,1 22,2 142,8 0,26 0,20 0,22 0,16 0,16 1,0

2002 1381 282 310 450 87 252 31,0 29,8 32,0 22,1 22,2 137,1 0,23 0,22 0,23 0,16 0,16 1,0

2003 1375 280 315 450 82 248 29,2 25,6 32,1 22,1 21,0 130,0 0,22 0,20 0,25 0,17 0,16 1,0

Таблица 2

Трудоемкость подсистем шахты им. С.М.Кирова

Годы Численность рабочих (чел) Трудоемкость (вых/1000 т) Удельный вес трудоемкости подсистемы

общая ОР ПР ТКП МТП ППР ОР ПР ТКП МТП ППР общая ОР ПР ТКП МТП ППР общая

1999 1942 412 405 611 152 362 52,4 44,2 48,4 36,2 38,4 219,6 0,24 0,20 0,22 0,17 0,17 1,0

2000 2058 388 471 652 157 390 46,2 42,4 44,2 33,0 36,2 202,0 0,23 0,21 0,22 0,16 0,18 1,0

2001 2147 380 463 570 164 570 27,6 26,2 42,4 33,0 33,2 162,4 0,18 0,16 0,26 0,20 0,20 1,0

2002 2040 376 420 592 172 480 18,0 16,2 42,4 31,2 33,2 141,0 0,13 0,12 0,30 0,22 0,23 1,0

2003 2022 340 425 602 180 475 18,0 16,2 42,2 31,2 33,0 140,6 0,13 0,12 0,30 0,22 0,23 1,0

шахтах являются очистные работы, магистральный транспорт и подъем, технологический комплекс поверхности.

Следовательно, необходимо разработать такую методику, которая бы позволяла детально изучить технологические элементы, формирующие функциональные подсистемы угольных шахт.

Так как подсистема "очистные работы" является самым динамичным процессом на шахте, то в качестве примера методики оптимизации функциональных подсистем рассмотрена функциональная подсистема "очистные работы". Процедура анализа других подсистем аналогична.

За 1993-2003гг. были проанализированы результаты работы 20 шахт Северного и Центрального районов Кузбасса на предмет влияния технологических элементов, формирующих функциональную подсистему "очистные работы" на трудоемкость ее реализации. С учетом этого анализа были построены зависимости влияния этих технологических элементов функциональной подсистемы "очистные работы" на трудоемкость ее реализации (рис.2). Указанные зависимости получены по аналогии с результатами работ Килячкова А.П., но для современных условий по -показателям работы шахт.

Эти и другие технологические элементы формируют функциональную подсистему "очистные работы". Нами разработана методика оптимизации функциональной подсистемы очистные работы (рис.3), которая заключается в том, что анализируется исходная технологическая схема подсистемы "очистные работы", рассчитывается трудоемкость подсистемы, обосновывается выбор проектируемой технологической схемы подсистемы по критерию трудоемкости с учетом развития на прогнозируемый период технологических элементов, формирующих эту подсистему.

Задача формирования вариантов подсистемы "очистные работы" угольной шахты должна решаться для всего исследуемого диапазона изменения горно-геологических условий. Но формирование возможных вариантов подсистемы "очистные работы" опирается на соответствие рассматриваемых технологических элементов к условиям

■Ю

количество действующих очистных забоев

угол падения пласта

18 25 30 35 угол падения, град

среднесуточная нагрузка на очистной забой

100

л а

1000 1500 2000 2500 3000 3500 А сут, т

80 100 120 140 160 180 200 220 240 1,М

Рис.2. Влияние технологических элементов функциональной подсистемы "очистные работы" на трудоемкость ее реализации

Рис.З.Методика оптимизации функциональной подсистемы технологической

схемы угольной шахты

функционирования будущей (или реконструируемой) шахты.

Апробация методики выполнена для условий шахт "Первомайская", пласт XXVII и им.С .М.Кирова, пласт Болдыревский.

На основе анализа горно-геологических и горнотехнических условий шахт и комплекта современного, используемого на шахтах Кузбасса с аналогичными горно-геологическими условиями, оборудования формируем варианты подсистемы "очистные работы" для шахт "Первомайская " и им.С.М.Кирова. Для каждой шахты сформированы по две технологические схемы выемочных участков с граничными условиями, которые определяются существующими характеристиками шахтных полей. Чтобы выбрать оптимальную технологическую схему подсистемы "очистные работы" для шахт, рассчитываем трудоемкость для каждого варианта. Учитывая ограничения функции цели, мы выбираем технологаческис схемы с минимальной трудоемкостью. В результате выполненной процедуры нами рассмотрено по две технологические схемы выемочных участков для шахт, хотя методика позволяет проанализировать любое количество вариантов технологических схем за приемлемый период времени.

На рис.4 представлены рекомендуемые технологические схемы выемочных участков для рассматриваемых шахт. Сверху показаны технологические схемы выемочных участков, которые применялись на шахтах, а ниже - предлагаемые рациональные схемы. На схемах показаны предлагаемые длина лава, длина столба, выемочное оборудование.

Реализация предложенной методики оптимизации функциональных подсистем угольных шахт обеспечит улучшение основных показателей работы шахт по сравнению с фактическими данными. На рис. 5,6 представлены результаты оценки экономической эффективности предлагаемых решений. Установлено, что в среднем возрастает на 12% динамика роста общей добычи угля на шахтах, увеличивается на 14% среднесуточная нагрузка на очистной забой, возрастает производительность труда на 11 %.

45 я

я о

¡а

(В о

го

п> 2 Е о 2 л £ о

со

О)

а §

о я

2 X

Е л

■а о«

Технологическая схема выемочного участка _(очистные работы) ш. "им.Кирова"

Технологическая схема выемочного участка (очистные работы) ш. "Первомайская"

1999 2000 2001 2002 2003 ГОДЫ

Среднесуточная нагрузка на очистной забой

•факт -»-прогноз]

3000,0 £ 2000,0 и 1000,0 0,0

1587,0 1647,2 1889,4 2116,0 3&7,1

1368,0 1052,0 1784,0 1934,0 2203,0

1999 2000 2001 2002 2003

ГОДЫ

Динамика среднемесячной производительности труда рабочего по добыче

1999 2000 2001 2002 2003 годы

Рис. 5. Основные показатели работы шахты "Первомайская"

-факт

-прогноз

5000 4000 5 3000 2 2000 1000 о

3841,0 4526,5

1801,0 2115'1 3627,6

3090,2

1703,3 1907,8

4381,0

1999 2000

2001 2002 ГОДЫ

2003

Среднесуточная нагрузка на очистной забой

-факт

прогноз

6000,0 ь 4000,0 "Р 2000,0

2641,0 2783,0

4159,0 4710!0_|Ш!

3912,0

4453,0 т7'°

2366,0 2540,0

1999

2000

2001 2002 2003 годы

Динамика среднемесячной производительности труда рабочего по добыче

[-♦-факт -»-прогноз|

200 150 100 148,9 157,0_174£«

87,3 91,5 "137,5 142,0 155'°

50 78,6 84,0

1999 2000 2001 2002 2003

годы

Рис.б. Основные показатели работы шахты им.С.МКирова

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной для угольной отрасли задачи совершенствования методов формирования технологических схем угольных шахт как сложных систем, обеспечивающих повышение уровня проектных решений и качества их реализации на реконструируемых и строящихся шахтах.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Особенностью функционирования угольных шахт в условиях реформирования шахтного фонда является одновременное функционирование перспективных, стабильных и неперспективных шахт, соотношение которых соответственно 37%, 47%, 16%. Уровень использования производственной мощности шахтного фонда не превышает 80%, что требует совершенствования технологических схем перспективных и стабильных шахт и своевременной ликвидации неперспективных.

2. На основе анализа научных исследований по вопросу проектирования шахт как сложных систем и требований, предъявляемых к современным технологическим схемам угольных шахт, сформулированы требования к процедуре формирования технологической схемы угольной шахты. Эти требования предполагают принципы системности, динамичности, а также учет качества и трудоемкости проектных работ.

использовать его не только для системы шахта в целом, но и для каждой из подсистем технологической модели шахты, где функции цели будут определяться их долевым участием в результатах производства. Дополнительно установлена система ограничений по уровням концентрации и интенсификации горных работ, т.е. количественные характеристики области эффективного ее функционировании, за пределами которой поведение системы не рассматривается.

4. Исследование и оптимизация функциональных элементов технологической схемы угольной шахты выполнена на шахтах ОАО "Угольной компании "Первомайская" и им.С.М.Кирова. Обосновываясь положениями метода технологического моделирования, проанализировано, как изменялась трудоемкость по шахте в целом и по ее подсистемам, а также показан удельный вес подсистем в системе шахты. Анализ результатов показателей трудоемкости по подсистемам показал, что в их работе наблюдается проявление "узких мест", которые оказывают влияние на деятельность шахты в целом, тем самым, снижая технико-экономическое показатели.

5. Следовательно, методика исследования и оптимизации технологической схемы угольной шахты должна более детально изучить технологические элементы, формирующие функциональные подсистемы угольной шахты.

6. С учетом анализа результатов работы 20 шахт Северного и Центрального районов Кузбасса на предмет влияния технологических элементов, формирующих функциональную подсистему "очистные работы" установлены зависимости трудоемкости реализации подсистемы "очистные работы" от формирующих ее технологических элементов.

7. На примере функциональной подсистемы "очистные работы" разработана методика оптимизации функциональных подсистем

угольной шахты, которая позволяет в конкретных горногеологических условиях выбрать рациональные технологические элементы, формирующие данные подсистемы с учетом развития техники и технологии подземной добычи угля на заданную перспективу. Процедура анализа других подсистем шахты производится аналогичным образом. 8. Реализация методики оптимизации функциональных подсистем технологической схемы угольной шахты применительно к условиям шахт "Первомайская" и им.С М.Кирова ОАО "Угольной Компании "Кузбассуголь" позволит улучшить основные показатели работы шахт: динамика роста общей добычи угля на шахтах возрастает на 12%, среднесуточная нагрузка на очистной забой увеличивается на 14%, среднемесячная производительность труда рабочего по добыче возрастает на 11%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Миндубаева E.H. Анализ методов оптимизации на шахтах. Депонированная

рукопись. -М.: ГИАБ.-2003.-№1.-С.6

2. Миндубаева E.H. Опыт работы шахт в условиях концентрации горных работ. Депонированная рукопись. -М.: ГИАБ.-2003.-№4.-С.11

3. Миндубаева E.H. Методика оптимизации функциональных подсистем технологических схем угольной шахты. - М.: ГИАБ,- 2005.-№4,- С.68.

4. Миндубаева E.H. Обоснование рациональной технологической схемы угольной шахты на основе оптимизации ее функциональных подсистем. -М.: ГИАБ,- 2005.-№5,- С.34.

Подписано в печать 14.04.2005. Формат 60x90/16 Объем 1печ.л,_Тираж 100 экз._Заказ № Ш}...

Типография Московского государственного горного университета. Ленинский проспект,6

83 11

РНБ Русский фонд

2006^4 6014

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Миндубаева, Евгения Наильевна

ВВЕДЕНИЕ.

1.0С0БЕНН0СТИ РАБОТЫ ШАХТ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ.

1.1. Выявление особенностей функционирования угольных шахт в условиях реформирования шахтного фонда.

1.2.Требования к процедуре формирования функциональной подсистемы угольной шахты.

1.3.Основные направления совершенствования технологической схемы угольной шахты.

1.4. Особенности деятельности шахт в условиях реорганизации угольных предприятий и их влияние на формирование элементов технологической схемы угольной шахты.

1.5. Цели, задачи и методы исследования.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

2. ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ.

2.1. Анализ существующих методов выбора оптимальной технологической схемы угольной шахты.

2.2.Характеристика предлагаемого метода.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ МЕТОДОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

3.1. Характеристика объекта исследования.

3.2. Технологическое моделирование угольной шахты и обоснование направлений ее развития.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

4. МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОДСИСТЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УГОЛЬНОЙ

ШАХТЫ, ЕЕ АПРОБАЦИЯ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

4.1 .Предпосылки оптимизации функциональных подсистем технологической схемы угольной шахты.

4.2.Методика оптимизации функциональных подсистем технологических схем угольной шахты.

4.3.Апробация методики и ее эффективность.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование рациональной технологической схемы угольной шахты по критерию трудоемкости работ"

Чрезвычайно сложной проблемой в условиях современного состояния угольной промышленности является определение путей развития шахтного фонда угольных компаний и отдельных шахт.

Сформировавшиеся организационно-управленческие, инвестиционные, финансовые структуры и механизмы не соответствуют новым условиям хозяйствования и должны быть адаптированы к ним. Такое положение привело к тому, что в угольной промышленности производственный потенциал оказался деформированным, а технический уровень значительно уступает мировому. Все это привело к тому, что угольная продукция перестала отвечает современным требованиям рынка.

С 1993 года в России начался процесс реструктуризации угольной промышленности. Стратегической целью является создание в перспективе рентабельного производства, функционирующего в рыночной среде на основе полного самофинансирования. Основными направлениями на начальном этапе реструктуризации явились: 1) выявление предприятий, которые работают с прибылью; 2) выявление предприятий, которые могут работать с прибылью при незначительном финансировании; 3) выявление убыточных предприятий и их закрытие. Такие предприятия можно распределить на группы шахт от общего количества действующих в настоящее время 110 шахт в России, как перспективные- 37 %, стабильные-47 %, неперспективные-16%.

В современных условиях хозяйствования от российской угольной промышленности требуется не только продолжение количественного наращивания объемов добычи, но и радикальная перестройка структуры отрасли за счет повышения эффективности ее работы.

Повысить уровень работы шахты возможно с помощью детального изучения всех процессов на шахте, а также взаимосвязи между этими производственными процессами и операциями, осуществляемыми с помощью машин и механизмов по определенной технологической схеме.

Основные научные положения, разработанные лично соискателем:

1. повышение качества формирования технологических схем угольных шахт достигается на основе их декомпозиции на функциональные подсистемы и оптимизации подсистем выбором рациональных вариантов формирующих технологические элементы;

2. оценка качества технологической схемы и ее функциональных подсистем осуществляется по единому критерию - трудоемкости работ, что позволяет, используя метод технологического моделирования, учесть значимость и взаимосвязи функциональных подсистем шахты;

3. оптимизации функциональных подсистем технологической схемы угольной шахты осуществляется в соответствии с их значимостью в технологии добычи угля путем выбора рациональных формирующих технологических элементов с прогнозом их технического уровня на период реконструкции или строительства шахты.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- в условиях применения высокопроизводительного горно-шахтного оборудования установлены зависимости показателей качества подсистемы "очистные работы" от формирующих ее технологических элементов (мощности пласта, угла падания пласта, действующих очистных забоев, нагрузки на очистной забой, геометрических параметров выемочного участка);

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: корректным использованием апробированных методов исследования сложных производственных систем; анализом представительного объема статистических данных и фактических технико-экономических показателей работы шахт ОАО "Угольной компании "Кузбассуголь"; положительными результатами сравнения расчетных данных, полученными при моделировании с фактическими данными работы шахт (расхождение в пределах 15 - 20%).

Научное значение диссертации состоит в обосновании принципов и разработке методики совершенствования технологической схемы угольной шахты путем оптимизации ее функциональных подсистем выбором рациональных формирующих технологических элементов.

Практическое значение состоит в разработке методики оптимизации функциональных подсистем технологической схемы угольной шахты, использование которой позволяет повысить технический уровень проектных решений и качества технологических схем реконструируемых и проектируемых шахт.

Реализация выводов и рекомендаций. Методика оптимизации функциональных подсистем технологической схемы угольной шахты рекомендована к внедрению в практику формирования функциональных подсистем шахт "Первомайская", им. С.М. Кирова и других, работающих в аналогичных горно-геологических и горнотехнических условиях.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались и были одобрены на научно-техническом Совете ОАО УК "Кузбассуголь" (г.Кемерово,2005), на научном симпозиуме "Неделя горняка" (г. Москва, 2003 - 2005 г.г), на научных семинарах кафедры "Подземная разработка пластовых месторождений" МГГУ (г. Москва, 2003 - 2005 г.г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научные статьи.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 22 рисунка, 13 таблиц, список литературы из 75 наименования.

Заключение Диссертация по теме "Теоретические основы проектирования горно-технических систем", Миндубаева, Евгения Наильевна

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

1. Установлено, что подсистема очистные работы является самым динамичным процессом на шахте. Основными формирующими технологическими элементами этой подсистемы являются геометрические параметры выемочного участка, вынимаемая мощность пласта, количество действующих очистных забоев на шахте и среднесуточная нагрузка на очистной забой.

2. С учетом анализа 20 шахт Северного и Центрального районов Кузбасса на предмет влияния технологических элементов, формирующих функциональную подсистему "очистные работы" установлены зависимости трудоемкости реализации подсистемы "очистные работы" от формирующих ее технологических элементов.

3. На примере функциональной подсистемы "очистные работы" разработана методика оптимизации функциональных подсистем угольной шахты, которая позволяет в конкретных горногеологических условиях выбрать рациональные технологические элементы, формирующие данные подсистемы с учетом развития техники и технологии подземной добычи угля на заданную перспективу. Процедура анализа других подсистем шахты производится аналогичным образом.

4. Апробация методики оптимизации функциональных подсистем технологической схемы угольной шахты проведена на шахтах "Первомайская" и им.С.М,Кирова ОАО "Угольной Компании "Кузбассуголь" .Реализация предложенной методики обеспечила улучшение основных показателей работы угольных шахт: динамика роста общей добычи угля на шахтах возрастает на 12%, среднесуточная нагрузка на очистной забой увеличивается на 14%, среднемесячная производительность труда рабочего по добыче возрастает на 11%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Выявлено, что особенностью функционирования угольных шахт в условиях реформирования шахтного фонда является одновременное функционирование перспективных, стабильных и неперспективных шахт, соотношение которых соответственно 37%, 47%, 16%. Уровень использования производственной мощности шахтного фонда по России не превышает 80%, что требует совершенствования технологических схем перспективных и стабильных шахт и своевременной ликвидации неперспективных.

2. На основе анализа научных исследований по вопросу проектирования шахт как сложных систем и требований, предъявляемых к современным технологическим схемам угольных шахт, сформулированы требования к процедуре формирования технологической схеме угольной шахты. Эти требования предполагают принципы системности, динамичности, а также учет качества и трудоемкости проектных работ.

3. Методика исследования и оптимизации функциональных элементов технологической схемы угольной шахты разработана на базе метода технологического моделирования, который учитывает требования, предъявляемые к процедуре формирования технологической схеме угольной шахты. В качестве основного критерия оценки технологической схемы угольной шахты выбрана трудоемкость работ по добыче угля. Показатель трудоемкости работ дает возможность использовать его не только для системы шахта в целом, но и для каждой из подсистем технологической модели шахты, где функции цели будут определяться их долевым участием в результатах производства. Дополнительно установлена система ограничений по уровням концентрации и интенсификации горных работ, т.е. количественные характеристики области эффективного ее функционировании, за пределами которой поведение системы не рассматривается.

4. Исследование и оптимизация функциональных элементов технологической схемы угольной шахты выполнена на шахтах ОАО "Угольной компании "Первомайская" и им.С.М.Кирова. На основании положений метода технологического моделирования проанализировано, как изменялась трудоемкость по шахте в целом и по ее подсистемам, а также показан удельный вес подсистем в системе шахты. Анализ результатов показателей трудоемкости по подсистемам показал, что в их работе наблюдается проявление "узких мест", которые оказывают влияние на деятельность шахты в целом, тем самым, снижая технико-экономическое показатели.

7. На примере функциональной подсистемы "очистные работы" разработана методика оптимизации функциональных подсистем угольной шахты, которая позволяет в конкретных горногеологических условиях выбрать рациональные технологические элементы, формирующие данные подсистемы с учетом развития техники и технологии подземной добычи угля на заданную перспективу. Процедура анализа других подсистем шахты производится аналогичным образом.

8. Реализация методики оптимизации функциональных подсистем технологической схемы угольной шахты применительно к условиям шахт "Первомайская" и им.СМ.Кирова ОАО "Угольной Компании "Кузбассуголь" позволит улучшить основные показатели работы шахт: динамика роста общей добычи угля на шахтах возрастает на 12%, среднесуточная нагрузка на очистной забой увеличивается на 14%, среднемесячная производительность труда рабочего по добыче возрастает на 11%.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Миндубаева, Евгения Наильевна, Москва

1. Малкин А.С., Пучков Л.А., Саламатин А.Г., Еремеев В.М. Проектирование шахт.: Учебник для вузов :- М.: Издательство Академии горных наук,2000 -375с.: ил.

2. Бурчаков А.С., Малкин А.С., Устинов М.И. Проектирование шахт. Учебник для ВУЗов. -М.: Недра, 1985.

3. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. -М.: Наука, 1968.

4. Гурьянов В.В. Научные основы технологического моделирования как метода оптимизации горного производства. -М.: ИПКОН, 1996.

5. Гурьянов В.В. Основные направления научно-технического прогресса в топливных отраслях промышленности. — Теплоэнергетика, 1994, № 11, с 11-16.

6. Евтушенко А.Е. Алгоритм и программа оптимизации технологической системы производственно-территориального комплекса в условиях перехода к рыночной экономике. -М.: Издательство МГГУ, 1995, 64 с.

7. Зайденварг В.Е. и др. Угольная промышленность за рубежом. -М.: Горная промышленность, 1993.

8. Краснянский Г.Л., Кравченко А.Н., Грач Г.М. Формирование направлений диверсификации производства в предприятиях холдинговой компании по добыче угля. //Горный вестник. -М., ИГД им. А.А.Скочинского, 1992, №2, с. 72-75.

9. Бурчаков А.С., Жежелевский Ю.А., Ярунин С.А.Технология и механизация подземной разработки пластовых месторождений.М.: 1989.-431 с.

10. Краснянский Г.Л., Плакиткин Ю.А. Акционирование и структурная перестройка в угольной промышленности //Уголь, 1994, №3, с. 4-8.

11. Кузьмич А.С., Бетанели К.П., Бутыльков М.Н. и др. Создание шахт нового технико-экономического уровня. -М.: Недра, 1976.

12. Ленинский Е. Правительственная программа реформирования и стабилизации экономики: содержание и план реализации /Рос.экон.журнал, 1994, №1, с. 8-15.

13. Сапицкий К.Ф. и.др. Задачник по подземной разработке угольных месторождений. М.: 1981-311 с.

14. Лурий В.Г. Оценка технологического комплекса добычи угля по уровню безопасности труда. Передовой производственный опыт и научно-технические достижения в угольной промышленности, рекомендуемые для внедрения. -М.: 1989, №8.

15. Мазикин В.П., Решетов С.Е., Красюк Н.Н. и др. Оптимизация хозяйственной деятельности системы предприятий угледобывающего региона. Научно-учебное издание. -М.: МГГУ, 1995, 88 с.

16. Мазикин В.П., Решетов С.Е. Основные направления создания системы социальной защищенности работников и их семей в условиях рыночных отношений. -М.: ЦНИЭИуголь, 1993, 60 с.

17. Мазикин В.П., Решетов С.Е. Развитие вспомогательных производств в условиях реструктуризации угольной промышленности на предприятиях АООТ «Ленинскуголь». -М.: ГИАБ, вып.4, МГГУ, 1995, с.63-66.

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

19. Нормы технологического проектирования угольных и сланцевых шахт. М.:ЦГШ, ИГД и др. 1986.

20. Малышев Ю.Н., Зайденварг В.Е., Зыков В.М. и др. Реструктуризация угольной промышленности (Теория. Опыт. Программы. Прогноз). М.: компания Росуголь, 1996-536с., ил.

21. Основные показатели работы угольной компании «Росуголь» (промышленность). -М.: Росинформуголь, 1996.

22. Положение о угольной промышленности в регионе ЕЭК в 1991-92г. и глобальные перспективы её развития. // Уголь -1994. №3. с.34-41.- №4.

23. Рейнслау Э.Я., Кальювэ Э.Г., Фрайман Я.Б. Экономико-математические модели прогнозирование добычи горючих сланцев.-М.:Наука 1983.

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

25. Стариков А.В. Развитие теории и практики управления горными работами на угольных шахтах. -М.: МГГУ, ГИАБ № 3, 1999. С. 5860.

26. Справочник. Машины и оборудование для шахт и рудников. Под редакцией С.Х.Клорьян, В.В. Старичневой, М.А. Сребный и др.М.: МГГУ. 1994-С.471.

27. Б.Ф. Братченко, М.И. Устинов, А.Н. Гапанович и др. под общ. ред. Б.Ф. Братченко/ Способы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей./ -М.: Недра, 1985. 494 с.

28. Моссаковский Я.В. и др. Экономика горной промышленности.: Учебник для вузов .-М.: Недра , 1988., 367с.:ил

29. Основные направления реструктуризации угольной промышленности России. — Москва 1998 год.

30. Лаврик В.Г. Малозабойные интенсивные технологические схемы угольных шахт. Кемерово: Кузбассиздат, 2000

31. Лаврик В.Г. Совершенствование технологических процессов при технологическом перевооружении угольных шахт в условиях ограниченных инвестиций. РАН. Сибирское отделение института угля.Кемерово, 1995

32. Саламатин А.Г. Обоснование и разработка прогрессивных решений по структурному, ресурсному и технологическому развитию шахтного фонда. Дисс. д.т.н. в виде доклада. М.МГГУ, 1996

33. Решетов Е.С., Красюк Н.Н. Устойчивое и эффективное функционирование УК в период реструктуризации шахтного фонда. МГГУ,2002

34. Бурчаков А.С., Харченко В.А., Кафорин JI.A. Выбор технологической схемы угольной шахты. М."Недра", 1975

35. Рогов Е.Н.Теория и методы математического моделирования производственных процессов в горном деле. Алма-Ата."Наука", 1973

36. Ильюшенко В.Г., Лев Е.Н., Манжула С.А. Повышение стабильности работы угольных шахт (объединений) Донбасса в условиях рыночных отношений.М, 1982

37. Салли В.Н., Малов В.И., Бычков В.И. Поддержание мощности угольных шахт при огромных объемах строительства. М."Недра", 1994

38. Лаврик В.Г., Ногих С.Р., Домрачеев А.Н. Моделирование развития сложных производственных систем. "угольная компания"Кузнецкуголь"-Новокузнецк:СибГИУ, 2000, -49с

39. Лаврик В.Г, Ногих С.Р., Домрачеев А.Н. Разработка модели развития сиситемы угольных предприятий на примере АО "Кузнецкуголь"- Уголь, 2000,№5,с-33-34

40. Домрачеев А.Н. Разработка гибких технологических систем эффективного освоения угленосных складчатых структур.Дисс.д.т.н. -Новокузнецк СибГИУ, 2002,37с

41. Вылегжанин В.Н. Новые представления о проектном обеспечении шахт на весь период их развития и санации.Вестник ГМС РАЕН.-М.,1996, С.159-165.

42. Шундулиди И.А. Разработка интегрированных технологических систем двустадийной отработки запасов мощных угольных пластов.МГГУ, 2002.

43. Козлова И.Д. Обоснование комплекса технологических решений по совершенствованию производства в угольной компании на основе анализа перспективности шахтного фонда. Канд.дисс.МГГУ,2001.

44. ОАО УК "Кузбассуголь", статистические журналы за 1999-2002гг.

45. Бегеза П.С. конструирование рациональных вариантов и комплексное обоснование прогрессивных технологий.М.1995.

46. Тулеев A.M., Шатиров С.В. Уголь в России В XXI веке. Проблемы и решения.М.2002,304с

47. Абрамов В.М., Западинский JI.A. и др. О повышении уровня извлечения запасов угля в Кузбассе. //Уголь. -1986.

48. Астахов А.С., Москвин В.Б. Повышение экономической эффективности капитальных вложений в угольной промышленности. -М: Недра, 1969г.

49. Бурчаков А.С., Малкин А.С., Еремеев В.М. и др. Справочник. Проектирование предприятий с подземным способом добычи полезных ископаемых.М.Недра. 1991

50. Михеев О.В., Виткалов В.Г., Козовой Г.И., Атрушкевич В.А. Подземная разработка пластовых месторождений. МГГУ,2001,487с, с ил.

51. Пучков JI.A., Красюк Н.Н., Решетов С.Е. Методологические принципы и решения по развитию угольных шахт. М.: МГГУ-2003г.

52. Гурен М.М. Хозрасчетные отношения в горнодобывающей промышленности. -М.: Недра, 1998, 143 с.

53. Мазикин В.П. Техническое и технологическое перевооружение горных предприятий в условиях перехода к рыночной экономике. М.:МГГУ, 2001г.

54. Журнал "Уголь" №1-11, 2004

55. Козовой Г.И., Кузнецов Ю.Н., Рыжов A.M. Гибкие технологические системы высокопроизводительных угольных шахт. М.:2003г.-501с.

56. Грошенкова О.В. Обоснование параметров технологических систем шахт при формировании программ развития горного производства. Дисс.к.т.н. М,2003г.

57. Акимов JI.M. Обоснование эффективности технологических схем, обеспечивающих повышение качества добываемого угля. Дисс. к.т.н. Новочеркасск, 2003

58. Краснянский Г.Л., Гаркавенко Н.И., Цыбко С.С. Принципы введения свободных цен на угольную продукцию. //Уголь, №12, 1993, с. 3-6.

59. Милевский В.А. Разработка методов и средств математического моделирования технологических схем с использованием формальных свойств сетей Петри. Дисс.к.т.н. Кемерово. 1999г.

60. Бурчаков А.С., Воробьев Б.М. динамическая модель поэтапного проектирования с применением теории графов. В кн.: Научные основы проектирования горных предприятий. М.: Наука, 1968, с 5461.

61. Золотдинова Ю.О, Формирование в автоматизированном режиме вариантов технологических схем угольных шахт и обоснование их характеристик. Дисс. Ктл. М.:1987

62. Мазикин В.П., Решетов С.Е. Опыт формирования средств на оплату труда и регулирование доходов работников в условиях рыночной экономики. -М.: ЦНИЭИуголь, 1994,47 с.

63. Мировые цены на уголь явно растут. // Глюкауф. 1994. №4, с.5.

64. Нефедов П.П. Повышение эффективности использования производственных мощностей шахт со сложными горногеологическими условиями и некондиционными запасами угля. Дисс. д.т.н. М.:МГГУ, 1996г.

65. Положение о государственной поддержке предприятий угольной промышленности Российская угольная компания. 1993. -Депонир. МГГУ. №28/93 от 15.09.1993.

66. Нефедов П.П. Основные направления реструктуризации шахтного фонда и диверсификации угольной отрасли. Караганда: Национальное агентство по делам печати и массовой информации., 1996.

67. Рыжов A.M. Повышение интенсивности горного производства на базе гибких технологических систем угольных шахт. Дисс.д.т.н. М.: МГГУ, 1999г, 412с.

68. Килячков А.П. Технология горного производства. М.: Недра, 1992. 415 с.:ил.

69. Адилов К.Н. Совершенствование технологии подземной добычи пластовых месторождений. М.:Недра, 1979,-.с.6-11.

70. Бурчаков А.С., Зыков В.М. Оптимизация систем разработки на угольных шахтах. М.:Недра, 1977,-198с.

71. Блинов В.М., Козовой Г.И., Галкин В.А., Макаров A.M. Реструктуризация предприятия: понятие и содержание// Проблемы реструктуризации угледобывающих предприятий: Труды НИИОГР .Вып.1.- Челябинск: Рекпол, 1996, с. 15-17.

72. Малкин А.С., Саламатин А.Г., Жмуровский. Квалиметрическая оценка уровня прогрессивности технологической схемы угольной шахты.

73. Малкин А.С.Разработка методов поэтапного проектирования, оптимизации параметров и интегральной оценки проектов угольных шахт. Дисс д.т.н.М. 1972г,321с с ил.

Информация о работе

Миндубаева, Евгения Наильевна
кандидата технических наук
Москва, 2005
ВАК 25.00.21

Диссертация

Обоснование рациональной технологической схемы угольной шахты по критерию трудоемкости работ - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы