Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка планировочных решений и параметров горнотехнологической структуры шахты на пластах пологого залегания с дизъюнктивными геологическими нарушениями

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Сараев, Вячеслав Геннадьевич

Введение.

1. Анализ развития подземной добычи на угольных месторождениях.

1.1. Анализ состояния угольной промышленности России.

1.2. Анализ зарубежного опыта реструктуризации угольной промышленности.

2. Закономерности развития и обоснование преобразования горнотехнологической структуры шахты на пластах пологого и наклонного падения.

2.1. Теория эволюции горнотехнологических структур.

2.2. Обоснование преобразования горнотехнологических структур на пластах пологого залегания.

3. Основные научно-технические положения и факторы экономической эффективности комплексно-механизированной добычи угля.

3.1. Нагрузка и экономическая эффективность работы комплексно-механизированного очистного забоя.:.

3.2. Горнотехнические факторы роста нагрузки на комплексно-механизированные очистные забои.

3.3. Методика выбора пространственно-планировочных решений обеспечивающих условия роста нагрузки на комплексно-механизированный очистной забой.

3.3.I. Пространственное размещение выработок выемочных столбов.

3.3.2. Технологическая оценка планировочных решений.

3.3.3. Схема сбора и накопления воды в профилированном выемочном стол

3.4. Исследование работы комплексно-механизированного очистного забоя при отработке запасов с геологическими нарушениями.

4. Исследование и разработка технологических и организационных схем обеспечивающих высокие технико-экономические показатели комплексно-механизированного очистного забоя на пластах пологого залегания. т 4.1. Схемы вскрытия и подготовки угольных пластов пологого залегания.

4.2. Оценка влияния технических и технологических процессов на нагрузку комплексно-механизированного очистного забоя для шахт Кузбасса.

4.2.1. Подготовительные работы.

4.2.2. Очистные работы.

4.3. Разработка схем проветривания длинных секционированных панелей при отработке пластов угля пологого залега

4.3.1. Анализ состояния проветривания шахт Кузбасса.

4.3.2. Технологические схемы проветривания шахт обеспечивающие высокую нагрузку на комплексно-механизированный очистной забой.

4.3.3. Обоснование эффективности проветривания длинного секционированного выемочного столба на примере угледобывающего комплекса "Котинский".

5. Технико-экономическое обоснование преобразования горнотехнологических структур на примере некоторых шахт Кузбасса.

5.1. Байдаевский горнопромышленный район (ш. "Абашевская", ш. "Зыряновская", ш. "Юбилейная".

5.1.1. Существующее положение.

5.1.2. Проектная производственная мощность.

5.1.3. Реконструкция вентиляции.

5.1.4. Подземный транспорт.

5.1.5. Подготовка выемочных блоков (панелей).

5.2. Томь-Усинский горнопромышленный район ш. "Распадская".

5.2.1. Существующее положение.

5.2.2. Анализ существующей горнотехнологической структуры.

5.2.3. Основные направления преобразования горнотехнологической структуры шахты.

5.2.4. Производственная мощность шахты.

5.2.5. Комплекс хранения, ремонта и транспортировки крупнотоннажного оборудования.

Ф 5.3. Томь-Усинский горнопромышленный район ш. им. Ленина. Ц

5.3.1. Существующее положение.

5.3.2. Существующая схема вскрытия шахтного поля.

5.3.3. Системы разработки, применявшиеся на шахте.

5.3.4. Ретроспективный анализ факторов, определяющих производительность очистного забоя.

5.3.5. Цели и основные задачи проекта.

5.3.6. Вскрытие запасов шахтного поля.

5.3.7. Системы и технологии разработки.

5.3.8. Подземный транспорт.

5.3.9. Производственная мощность шахты.

5.3.10 Финансовая деятельность.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка планировочных решений и параметров горнотехнологической структуры шахты на пластах пологого залегания с дизъюнктивными геологическими нарушениями"

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Стабилизация и увеличение объемов производства в реформируемой экономике России, очевидно, будут сопровождаться ростом энергопотребления.

Устойчивая стратегия ТЭК России, как показывает опыт США, Австралии, Китая в современных условиях основывается на приоритете угля.

Угольная промышленность России находится в периоде структурных преобразований с целью повышения эффективности производства и улучшения технико-экономических показателей угледобывающих предприятий, в первую очередь шахт. Весьма важное значение будет иметь увеличение годовой нагрузки на комплексно-механизированный очистной забой, которое требует принципиально новых подходов ко многим вопросам техники и технологии добычи угля, проектирования и строительства шахт.

Создание механизированных комплексов с производительностью 1,5-2 млн.т./мес и более, концентрация очистных работ, требуют изменения подходов при вскрытии и подготовке угольных пластов особенно при освоении новых угленосных площадей и реконструкции существующего шахтного фонда Кузбасса.

Наиболее важную роль в горнотехнологической структуре шахты имеет величина первоначальных запасов угля в выемочном столбе и его пространственная ориентация.

Вскрытие и подготовка шахтного поля, параметры и тип горнотехнологической структуры шахты определяют объемы, сроки строительства и эффективность работы предприятия, что в настоящее время является наиболее актуальной проблемой, решение которой обеспечивает достижение на шахтах экономических показателей нового уровня.

Поэтому исследование и разработка планировочных решений и параметров горнотехнологических структур угольных шахт на пластах пологого залегания с дизъюнктивными геологическими нарушениями являются актуальными задачами, решение которых обеспечивает повышение нагрузки на комплексно-механизированный очистной забой.

Исследования выполнялись на шахтах ОАО УК "Кузнецкуголь", ОАО УК "Кузбассуголь", ЗАО ш.'Таспадская", ОАО ш. им. Ленина.

Диссертация выполнена в соответствии с тематическими планами и программами НИР Института угля и углехимии СО РАН по теории и методологии комплексного эффективного освоения недр (1996-2000 гг.), "Уголь Сибири" СО РАН (1996-2002 гг.), "Научное обоснование процессов реструктуризации и развития угольной промышленности" (1998-2003 гг.)

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является повышение уровня устойчивой нагрузки на комплексно-механизированный очистной забой на основе совершенствования параметров горнотехнологической структуры с учетом внедрения современного горно-шахтного оборудования и технологических производственных процессов.

ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в установлении связи роста нагрузки на комплексно-механизированный очистной забой с технологическими параметрами и конфигурацией горнотехнологической структуры при отработке угольных пластов пологого залегания.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:

- изучить влияние среднемесячной нагрузки на комплексно-механизированный очистной забой при отработке угольных пластов пологого залегания на технико-экономические показатели шахты;

- установить зависимость роста среднемесячной нагрузки на комплексно-механизированный очистной забой от величины первоначальных запасов выемочного столба;

- определить технологические параметры и тип горнотехнологической структуры угольной шахты, обеспечивающие наиболее эффективные и безопасные условия работы комплексно-механизированного очистного забоя;

- установить степень влияния пространственного размещения подготовительных выработок выемочного столба на техникоэкономические показатели работы комплексномеханизированного очистного забоя;

- обосновать критерий выбора рациональных технологических схем и параметров отработки запасов выемочного столба, обеспечивающих эффективную работу комплексно-механизированного очистного забоя в сложных горно-геологических условиях с дизъюнктивными нарушениями.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Для решения поставленных задач в работе использован комплекс методов решения задач в горном деле, включающий:

- анализ производственного и научно-технического опыта комплексно-механизированной отработки пологих угольных пластов;

- технико-экономический анализ горно-геологических и горнотехнических условий применения высокопроизводительных механизированных комплексов при отработке пологих угольных пластов Кузбасса;

- системный анализ декомпозиции и агрегирования горнотехнологических структур вскрытия и подготовки угольных пластов шахт различного типа;

- графическое моделирование на компьютере объемно-планировочных решений размещения выемочного столба угольной шахты.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, защищаемые автором:

• Производительность труда рабочих и затраты на добычу угля при отработке пластов пологого залегания определяются в основном нагрузкой на комплексно-механизированный очистной забой.

• Величина первоначальных запасов выемочного столба, определяет трудоемкость работ по подготовке очистного фронта, объемы горно-подготовительных и монтажных работ, продолжительность производительного использования очистного оборудования, а еледовательно и среднемесячную нагрузку на комплексно-механизированный очистной забой.

• Горнотехнологическая структура шахты с односторонней выемочной панелью обеспечивает наиболее эффективные и безопасные условия работы комплексно-механизированного очистного забоя в отличие от горнотехнологической структуры имеющей двустороннюю выемочную панель.

• При отработке угольных пластов пологого залегания выбор пространственного размещения подготовительных выработок выемочных столбов устанавливает необходимые и достаточные условия работы комплексно-механизированного очистного забоя.

• Оценка альтернативных вариантов технологических схем отработки запасов угля с дизъюнктивными геологическими нарушениями на пластах пологого залегания, позволяет обосновать экономическую эффективность работы комплексно-механизированного очистного забоя.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ДИССЕРТАЦИИ заключается в следующем:

- установлена устойчивая корреляционная связь себестоимости добычи с производительностью труда и нагрузкой на комплексно-механизированный очистной забой;

- установлено влияние величины первоначальных запасов выемочного столба на технико-экономические показатели комплексно-механизированного очистного забоя;

- обоснована горнотехнологическая структура с односторонней выемочной панелью, обеспечивающая рост первоначальных запасов выемочного столба и наиболее эффективные и безопасные условия работы комплексно-механизированного очистного забоя;

- разработаны параметры пространственного размещения подготовительных выработок выемочных столбов в системе горнотехнологической структуры предприятия для пластов пологого залегания;

- разработаны альтернативные технологические схемы отработки запасов выемочного столба с дизъюнктивными нарушениями, обеспечивающие эффективную работу комплексно-механизированного очистного забоя.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ научных положений выводов и рекомендаций подтверждается:

- значительным объемом статистических наблюдений (более 5000) работы комплексно-механизированных очистных забоев на шахтах объединений ОАО "УК" "Кузбассуголь", ОАО "УК" "Куз-нецкуголь", ЗАО ш. Распадская", ОАО ш. им. Ленина.

- анализом данных по переходу 110 дизъюнктивных нарушений в различных горно-геологических условиях шахт Кузбасса;

- корректным и комплексным использованием алгоритмов и программ системного анализа, методов технологического и параметрического прогнозирования структуры высокопроизводительного угледобывающего предприятия;

- высокой степенью достоверности аппроксимации (R2=0,8-0,98);

- положительной практикой разработки и внедрения современных горнотехнологических структур вскрытия и подготовки угольных пластов при технико-экономическом обосновании строительства и горнотехнологического преобразования шахт ОАО "УК" "Кузбассуголь", ОАО "УК" "Кузнецкуголь", ЗАО ш. Распадская", ОАО ш. им. Ленина и др. шахт Кузбасса.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА состоит в:

- определении корреляционной связи производительности труда рабочих с среднемесячной нагрузкой на комплексно-механизированный очистной забой для различных типов горнотехнологических структур;

- установлении зависимости нагрузки на комплексно-механизированный очистной забой от величины первоначальных запасов угля выемочного столба;

- проведении анализа различных типов горнотехнологических структур, при котором определено, что горнотехнологическая структура с односторонней выемочной панелью, обеспечивают наиболее эффективную и безопасную работу комплексно-механизированного очистного забоя;

- разработке технологических схем пространственного размещения подготовительных выработок выемочного столба для эффективной и безопасной работы комплексно-механизированных очистных забоев;

- в научном обосновании рациональных технологических схем работы комплексно-механизированного очистного забоя при отработке запасов с дизъюнктивными геологическими нарушениями на пластах пологого залегания.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ.

Результаты работы позволяют:

- повысить эффективность подземной добычи угля на основе преобразования типа и параметров традиционной горнотехнологической структуры действующей шахты;

- обосновать технологические схемы пространственной ориентации подготовительных выработок выемочных столбов позволяющие повысить нагрузку на комплексно-механизированный очистной забой, при отработке пластов пологого залегания;

- создавать проекты новых высокопроизводительных угледобывающих предприятий, учитывающих направления технического перевооружения очистных и подготовительных работ при увеличении длины выемочного столба до 2-6 км и запасов до 2-8 млн. тонн угля, с нагрузкой на комплексно-механизированный очистной забой 3-5 млн.т/год;

- выбирать рациональные условия и технологические схемы, обеспечивающие высокие технико-экономические показатели комплексно-механизированного очистного забоя при отработке запасов с дизъюнктивными геологическими нарушениями.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Разработанные научные результаты и выводы диссертационной работы использованы в следующих научно- технических документах:

- технико-экономическое обоснование отработки запасов угля ниже горизонта -300 м Абашево-Байдаевской брахисинклинали ("Кон-верскузбассуголь") 1999г;

- проект преобразования производственной структуры шахты "Рас-падская"("Конверскузбассуголь") 2000г;

- технико-экономическое обоснование инвестиций в строительство блока шахты им. Ленина на пластах средней мощно-сти("Конверскузбассуголь") 2001 г.

- проект строительства объединенного блока №3 пласта Румянцев-ского Анжерского угольного месторождения ("Конверскузбасс-уголь") 2002г;

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные научные положения и практические выводы диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических советах угольных компаний "Кузнецкуголь" 1999г, "Кузбасс-уголь" 1999-2001, ш. "Распадская" 2000г, ш. им. Ленина 2001 г, на международной научно-практической конференции "Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности" (Кемерово, 1999г), международной конференции "Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых". (Новокузнецк: СибГИУ, 1999).

ПУБЛИКАЦИИ. Основные научные результаты диссертации опубликованы в пяти работах

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения списка литературы. Общий объем работы 146 страниц.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Сараев, Вячеслав Геннадьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технологические разработки планировочных решений горнотехнологической структуры угольной шахты и параметров систем подземной разработки на пластах пологого залегания, имеющие существенное значение для геотехнологии.

Основные научные выводы и практические результаты выполненных исследований заключается в следующем:

1. Повышение экономической эффективности подземного способа добычи угля на комплексно-механизированных шахтах отрабатывающих пласты пологого залегания, определяется нагрузкой на комплексно-механизированный очистной забой, рост которой в 2 раза повышает производительность труда рабочего в 1,2 раза, что позволяет снизить себестоимость добываемого угля на 20-40%.

2. Обеспечение стабильной нагрузки 80-120 и более тыс/т в месяц требует наличия первоначальных запасов выемочного столба в размере 15002000 тыс. т. Величина первоначальных запасов выемочного столба определяет трудоемкость работ по подготовке очистного фронта, объемы горно-подготовительных и монтажных работ, продолжительность производительного использования очистного оборудования.

3. Горнотехнологическая структура с односторонней выемочной панелью с увеличенными размерами по простиранию обеспечивает: увеличение первоначальных запасов выемочного столба в 2-5 раз; сокращение объёма проведения и поддержания выработок на 15-30%; повышение надёжности технологических систем шахты (транспорт угля, оборудования, материалов, перевозка людей) за счёт проведения главных, секционных и фланговых вскрывающих выработок.

4. Выбор пространственного размещения подготовительных выработок выемочного столба при планировании горных работ, особенно в сложных горно-геологических условиях определяется вариантными проработками с последующим принятием того варианта, который обеспечивает: наибольшие первоначальные запасы выемочного столба; углы наклона подготовительных выработок выемочного столба, относительно изогипс данного пласта 2-5°; низкие объемы проведения подготовительных выработок 2-4м на 1000 т. запасов угля; снижение объемов монтажно-демонтажных работ, длину вентиляционной струи, расстояние транспортировки угля и др. В целом совокупность данных параметров при эффективном размещении подготовительных выработок выемочного столба дает прирост нагрузки на комплексно-механизированный очистной забой на 20-40% и более.

5. Нагрузка комплексно-механизированного очистного забоя при отработке участка выемочного столба с геологическими нарушениями зависит от: числа геологических нарушений в выемочном столбе, при увеличении числа которых, в зависимости от величины первоначальных запасов, снижается нагрузка на КМЗ от 10 до 60%; мощности пласта и нарушения на 30-60%; угла встречи с нарушением в 3-4 раза; типа применяемого комплекса в 1,5-2,5 раза.

6. Оценка экономической эффективности схемы отработки запасов выемочного столба с дизъюнктивными геологическими нарушениями определяется расчетом, по результатам которого, принимается схема, обеспечивающая наиболее высокие показатели работы комплексномеханизированного очистного забоя и отвечающая условию Нзп >

Нзр.

7. Переход нарушения с амплитудой более 2-Зм и длиной более 5-7м, как показывает расчет, в большинстве случаев не оправдан, более приемлем подготовленный и организованно выполненный перемонтаж комплекса, что обеспечивает рост нагрузки комплексно-механизированного очистного забоя в 1,3-2 раза, при наличии достаточных запасов в выемочном столбе.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Сараев, Вячеслав Геннадьевич, Кемерово

1. Стрекачинский Г.А. Теория и численные модели вскрытия месторождений. -Новосибирск: Наука, 1983.

2. Стрекачинский Г.А. Оптимальное размещение транспортных сетей на поверхности шахт/ Ордин А.А., Федорин В.А.// Новосибирск: Наука, 1981.

3. Федорин В.А. Научно-техническое обоснование проекта новой шахты Кузбасса (на основе модульных горно-технологических структур) / Ялевский В.Д. // Кемерово 1994.

4. Ялевский В.Д. Модульные горно-технологические структуры в проектах новых шахт Кузбасса / Шимотюк В.Д., Смирнов В.Д., Рохмистров С.В. // Уголь. 1998. № 4. - С.36-38.

5. Ялевский В.Д. Генеральные схемы преобразования горных работ шахт Кузбасса / Рохмистров С.В., Смирнов В.Д., Рыжов A.M. // Уголь. -1998 №12. С.20-23.

6. Малышев Ю.Н. Реструктуризация угольной промышленности. (Теория. Опыт. Программы. Прогноз) / Зайденварг В.Е., Зыков В.М., Крас-нянский Г.Л., Саламатин А.Г., Шафранник Ю.К., Яновский А.Б. // М.: компания "Росуголь", 1996. 536 с.

7. Саламатин А.Г. Угольная промышленность России: проблемы и возможности устойчивого развития // Уголь. 1999 №8. - С.3-7.

8. Зайденварг В.Е. Угольная сырьевая база России: состояние и перспективы развития / Навитный A.M., Твердохлебов В.Ф. // Уголь. 1999 №9. - С.10-13.

9. Брагин В.Е., Влияние горно-геологических и горнотехнических факторов на эффективность работы комплексно-механизированных забоев // Вопросы безопасности при разработке угольных месторождений Кузбасса: Сб. науч. тр. Кемерово, 1991 №4 - С. 9 - 73.

10. Белов В.П. Оценка влияния горно-геологических условий залегания угольных пластов на эффективность применения мехкомплексов на шахтах Кузбасса / Мазикин В.П. // Сб. науч. тр. Кемерово: Кузбас-суглетехнология, 1994. - С. 114-118.

11. Гридчин B.C. Проблемы подземного транспорта, пути их решения в ОАО УК "Ленинскуголь" // Уголь. 1999 №11 - С.28-31.

12. Стрекачинский Г.А. Новый критерий структурной сложности сети / Кортелев О.Б., Чеханков Ю.С. // Новосибирск. Препринт № 16, Институт горного дела СО АН СССР, 1987, 24 с.

13. Басакер Р. Конечные графы и сети // Саати Т. М., Наука, 1974. 368 с.

14. Горбачев Д.Т. Совершенствование горного хозяйства на действующих шахтах (Обзор) / Ликальтер Л.А., Каганович М.Н. и др. // М. ЦНИЭИ-Уголь, Вып. 7, 1998г.

15. Ялевский В.Д.,Отчет по научно исследовательской работе: "Разработка технических решений, обеспечивающих безопасность работ при отработке длинных секционированных панелей" / Мурашев В.И. // Кемерово, 1997г.

16. Красноштейн А.Е. Новая концепция оптимизации проветривания шахт рудников / Файнбург Г.З. // Всемирный горный конгресс "Перспективы развития горной промышленности", 1992, стр.103.

17. Ялевский В.Д. Исследование факторов роста производительности труда на комплексно-механизированной шахте (На примере шахты "Зыряновская" комбината "Южкузбассуголь") // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Кемерово.

18. Бурчаков А.С. Технологии подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых / Гринько Н.И., Ковальчук А.Б.// М.: Недра, 1978.

19. Краткие итоги работы угольной промышленности России за 1999 год //Уголь. 2000 №3 - С.41-50.

20. Федорин В.А. Разработка модульных горнотехнологических структур вскрытия и подготовки шахтных полей Кузнецкого бассейна // Кемерово 2000.

21. Мазикин В.П. Перспективы развития горнодобывающейся промышленности * Вылегжанин В.Н. // Уголь 1999 - №4 - С. 14-17

22. Меррит П.К. Разработка лавами в США в 1990 г. // Глюкауф 1991 -№15/16-С 18-30

23. Состояние и развитие угольной промышленности зарубежных стран // М. ЦНИЭИуголь, 1994

24. Рубан А.Д. Основные тенденции развития угольного производства и энергетическая безопасность России / Гранин И.В., Козловчунас Е.Ф. // Горный вестник 1998 - №6 - С. 3-9

25. Малышев Ю.Н. Современные подходы к рентабельному освоению угольных месторождений // Уголь 2000 - №3 - С. 37-42

26. Ульрих Пашедаг Новые параметры техники очистных работ // Уголь1999-№5-С. 65-68

27. Саламатин А.Г. Угольная промышленность надежды возрождения // Уголь - 2000 - №8 - С. 3-8

28. Астахов А.С. Преодолеть тенденцию свертывания отраслевой экономической науки / Климов C.JT. // Уголь 2000 - №3 - С. 37-42

29. Технология подземной разработки месторождений полезных ископаемых. Учебник для вузов / Под общ. ред. Бурчакова; 3-е изд. перераб. и доп. М.: Недра, 1983;

30. Технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. Часть 1. Технологические схемы. Минуглепром СССР, ИГД им. А.А. Скочинского, М.: 1991;

31. Технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. Часть 2. Набор модулей и пояснительная записка. Минуглепром СССР, ИГД им. А.А. Скочинского, М.: 1991;

32. Франкевич Г.С. Анализ использования и состояния горнопроходческих машин на шахтах Кузбасса / Григоренко Ю.Д., Винокуров Г.Ф. // Уголь 2000 - №10 - С. 45-48

33. Брагин В.Е. Влияние нарушенности угольных пластов Кузбасса на нагрузку в комплексно-механизированных забоях / Лермонтов Ю.С // Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых/ Межвуз. науч.-тех. сб. / СибГМА Навокузнецк, 1995.