автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Конструкирование рациональных вариантов и комплексное обоснование прогрессивных технологических схем угольных шахт Южного Кузбасса

Р Г Б ОД 1 К ОПТ 1335

На правах рукописи.

БЕГЕЗА Николай Сергеевич

УДК 622.014.1 (043.3)

КОНСТРУИРОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ И КОМПЛЕКСНОЕ. ОБОСНОВАНИЕ ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ЮЖНОГО КУЗБАССА

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных-ийкопаемь^х»-

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических 'наук ■

Москва 1995

Работа выполнена в Московском государственном горном университете и АО УК «Кузнецкуголь».

Научный руководитель докт. техн. наук, проф. МИХЕЕВ О. В.

Научный консультант

канд. техн. наук, проф. ЖЕЖЕЛЕВСКИЙ 10. А.

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, проф. ИЛЬИН В. И. — ИГД им. Скочинского, зав. отделом,

¡канд. техн. наук, доц. БУРЧАКОВ В. А. — МГГУ. Ведущее предприятие — «Лешшскуголь».

Защита диссертации состоится « 1995 г.

/рос

в Ут1. часов на заседании диссертационного совета К-053.12.02 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « . Г» . .-/О.

1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, с. н. с. КОРОЛЕВА В. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАКШ!

Технология добычи угля ползет®.: способом представляет собой слошутэ развивагацуися систему, гибко приспосабливающуюся к изменявшимся горно-геологическт; условиям. В ряду способов изучения данной систени прогностические аспект описания ее динш,гаки играют особую-роль в связи с теп, что они отрагзвт главные этапы развития объекта исследования и позволяют оценить перспективы этого развития, для правильного определения цели исследования и обоснования необходимости его выполнения именно в данно!,;, наиболее вазшом направлении. Рассготречие технологии добычи угля подзешш способом в прогностическом аспекте позволяет проследив ваяние тенденции со развития, такие, как увеличение или уменьсс-ние производственной мощности угольных пахт., рост или сокращек:гз энергоемкости производства и чис.19 • гдллексно-кеханизированных очистных забоев. Технологическая а: '¿71;тура угольных шахт должна изменяться в направлении уменьшения контакта с внешней средой, роста концентрация горных работ и интенсификации производства. Реальные те условия горного производства все более отличаются от тох, ддл которых проектируется современная техника. Услоетение технологии подзеглноЛ угледобычи в процессе технического развития шахты приводит к увеличении вероятности отказов отдельных элементов, в связи с эти.! повышается необходимость в постоянно:1 контроле за их деятельность*). Усложнение управленческих'задач приводит ко все большему услокиешго систем управления. Считается, что технологическая схема угольной шахты состоит из множества взаимосвязанных элементов,, являющихся элементами сети горних выработок вахты и технологических процессов по добыче утля.

Изменчивость п разнообразие горно-геологических условий разработки угольных месторождений предопределяют разнообразие технических и технологических решений и необходимость их постоянной корректировки. В связи с этим высокие требования должны предъявляться к качеству проектирования,,так как при этом определяется облик будущей высокоэффективной пахты с высокой концентрацией гор-пого производства. Одним из путей решения этой проблемы является автриатпзашя предпроектннх и проектных работ, обеспечивающая анализ лвбого необходимого множества вариантов на основе использования экономико-математического моделирования я методов оптимизации проектных решений при выборе наиболее рационального варианта технологической схемы угольной шахты.

Техническое перевооружен:.'о утогтюи от^чс;:::, увеличение Уд; луатационной производите",лоса / го^ик "ткан к механизмов пь ■сходит боне Еальне£со:'о ухуда-'пия ^ор-о-геояогическш: усл:>. лй подземной разработки угольных ¡:ес'Гот:о::;ионпЛ Кузбасса, что 1фяюдот к кесткой эавпсвгоотк тсхшжо-скспахдчесляс показателей риботн шахт ох цршшекнх технически* п технологических решений, а при принят;;:! оипбочнюс рееонпл бо.л.1~с.м элои-лта^: потор-и.

В свете вкаеизлогшшого задача коист^тпрэг-анш расгеьальшк вариантов к комплексное о<$ооног.те прогрзасигнж юхнологнчссгаа схем угольных шахт Сшого Кузбасса лзяяетск т.дуальной научно- " производственной задаче;!.

Цель шботн - установление Kisoj.in.nt г-ачепткснзкх характеристик функционирования угольной сагш ь от прлнл.'.:ас-„шх т стадии проектирования технических в рзкои»;:. длл. г^й расотки методики конструирования рацпопальпгх илр^тц.тов з: кс:лс-лс е.: его обоснования параметров прогресспкшх гехкодогпчеекпг с::'' вахт Юкного Кузбасса, позвешшзях повысить оЕсктнвность г^, ■ ого производства.

1!цея работы заключается в использовании спстег.пшго подхода нр синтезе прогрессивных технических в технологстегатас одсигн-?о:> рациональных вариантов технологической схеми угол-по.! юхгл на базе многоуровневой оценки качества пршшйаеапх ре-ин^.

Основные научные положения, тазработапиш дячко .вдчеюумпгет, и их новизна:

метод выявления прогрессивных элементов технологической схе.\:и угольной шахты базируется на интегральной оценке горнс-гсслошче-кипе, горнотехнических и экономических условий фуняциюировшшя го,, 'ого предприятия и отличается использованием статистических дг,\.нх по шахтам Геного Кузбасса;

поуровневая оценка качества технико-технологических ресений осуществляется с использованием коэффициентов совокупной эсбфектив-нсс"и элементов топологического обрара шахты;

математическая модель варианта технологической схемы шахты реглкзует принцип обеспечения (шимума комплексного критерия эффективности с учетом ограничений на применимость ее элементов б заданных горно-геологических условиях и выполнения условий их сошестиыости.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и т егомендастй подтверждаются:

анализом представительного объема статистической информации (17 шахт АО УК "Кузнецкутоль") о горно-геологических и горнотехнических условиях разработки пологих и наклонных пластов Кйного Кузбасса и технико-экономических показателях работы шахт;

удовлетворительной сходимостью (расхождение не более 10$) теоретических и фактических технических и технологических реше- . imfi, используемых па современных высокопроизводительных шахтах Юшого Кузбасса, добившихся высоких технико-экономических показателей; '

результатами практического использования разработанной методики конструирования, выбора новых и совершенствования действующих технологических схем угольшгс шахт.

ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Научное значейие рабопГсостоит в установления выходных качественных характеристик функционирования угольной шахты в зависимости от приня-;:х ;:ри проектировании технических л технологических решений, использованных при разработке методики конструирования рациональных вариантов и комплексного обоснования прогрессивных технологических схем угольных шахт.

Практическое значение работг заключается в выработке рекомендаций по обоснования перспективных планов и программ развития горных работ с учетом ориентации на прогрессивные элементы технологических схеп угольных шахт Епяого Кузбасса.

Реализаг—: выводов и рекомендаций. Разработанная в г' .сер-тадии "Методик конструирования, вкЗора новых и совершенствования действующих тетлологических схем утольных Еахт" утверждена генеральным директором АО УК "Кузнецкутоль" и принята к использовании на шахтах угольной компании при проектировании работ по дальнейшему развитии горного производстг^.

Практическая апробация указанной методики осуществлена на шахте "Есаульская" АО УК "Кузнецкутоль".

Апробация работы. Основные положения диссерташ! докладывались на научно-технических советах АО УК "Кузнецкутоль" и шахт, входящих в его состав (I99I-I995 гг.), на научных семинарах кафедры "Технология, механизация и организация подземной разработки угля" Московского государственного горного университета (1994-1995 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных статей.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и прилоаения, содержит 100 страниц машинопис-кого текста, 17 таблиц, II рисунков и список литературы из 51 наименования.

ОСНОВНОЕ-С0ДЕРЕАШ1Е РАБОТЫ

В научных работах и многочисленных публикациях уделяется большое внимание вопросам выбора технологической схемы угольной иахты.

Развитие методов экономико-математического моделирования, для решения задач проектирования шахт с привлечением ЭВМ широко' представлено в работах А.С.Еурчахова, Б.М.Воробьева, П.З.Звягина, К.К.Кузнецова, А.М.Курносова, С.М.Ллпковича, А.С.Малкина, И.П.Набродова, Н.И.Устинова и других ученых.

Как следует из этих публикаций, современная шахта представ-Л1ег собой сложную динамическую вероятностную систему. При задан-ккх горно-геологических и горнотехнических условиях поведение такой системы во времени и в пространства характеризуется протеканием общих производственно-технологических процессов, направленных на добычу угля, локальных процессов и подпроцессов в техноло- ' гических звеньях, обеспечивающих добычу угля под влиянием возмущающих факторов, например природных условий/

В основу новых подходов к оптимизации параметров шахт при проектировании бшш положены современные представления о производственно-технологических процессах с учетом структурных особенностей и сложных взаимосвязей. А.С.Малкиным и А.С.Бурчаковш разработаны методы поэтапного проектирования и синтеза новых технологических схем, которые учитывают взаимосвязь и структурные особенности оптимизации проектных решений и' технологических схем при системном подходе. Совместное использование этих методов с методами комплексной оптимизации позволяет говорить о создании науч-\'.их основ проектирования угольных шахт на современном уровне.

В настоящее время задача выбора технологических схем угольных шахт рассматривается как 1,таогокритериальная задача выбора оптимальной технологической схемы исходного множества технологических схем. Общую схему решения задачи выбора оптимальной технологической схемы угольной шахты можно представить следующим образом:

создание набора возможных вариантов технологических схем;

выбор критериев оценки вариантов (интегральный критерий или набор критериев);

создание формальной процедуры выделения подмножества предпочтительных вариантов;

определение оптимального варианта.

Опираясь па достижения в области теории принятия сложных , решений и на метод многокритериальной оптимизации по норме векторов, в ШТУ проф. А.С.Малкинш и к.т.я.Е.Н.Тучковым разработки метод штегральной оценки качества выполненных проектов шахт, который авторы назвали "методом суммарных среднеквадратичных отклонений" с учетом неодинаковей народнохозяйственной значимости частных показателей оценки. Все показатели проектов шахт разделены на три группы: горно-геологические,"производственно-технические и экономические. Коэ^гтлгентц вакности отдельных показателей оценки определялись эгл^гтиш способом.

Проектирование слоеного объекта (например, технологической' схемы сахты) осуществляется расчленением его на несколько взаимосвязанных уровней, характеризующихся последовательно возрастающей от уровня к уровню степенью детализации проектных решений. Вид и количество уровней зависят от сложности проектируемой технологической схемы, ,а твюге от требуемой степени детализации информационных моделей проекта. При этил следует исходить из того, что формирование рациональных вариантов технологических 1~.ем шахт и соответствующего им технологического оборудования - это прежде всего процесс подготовки и обработки информации (горно-геологической, горнотехнической, технологической и экономической), с иомоегьэ которой синтезируют нов^э информацию в виде конструктивных решений процессов отработки технологических зон угольных шахт. Формирование этих вариантов производится из технологических я технических элементов, допустимых по горно-геологическим условиям о учетом их совместимости ыеэду собой.

В угольной промышленности, одной из самых фондоемких и трудоемких отраслей промышленного производства, повышение качества технических и технологических решений, принимаемых на стадии как проектирования новых, так и реконструкции действувдих шахт, является особенно актуальной задачей, в связи с огромным влиянием на технико-экономические показатели работы горнодобывающего предприятия. Эффективность функционирования технологической схемы шахты и отдельных ее технических и технологических элементов во многом зависит от экономичности и надежности проектных решений.

Традиционные методы проектирования шахт, основанные на выборе небольшого числа вариантов и их детальном просчете, не всегда приводят к получению оптимального варианта технологической схемы. Уменьшение вероятности выбора оптимального варианта обусловлено некоторой субъективностью процесса принятия решений, недостаточным анализом и учетом взаимосвязей мезду отдельными объектами и процессами. Существующие в настоящее время методы, дайз с применением ЭШ, не исключают опасности получения неоптимального решения вследствие локальной оптимизации по отдельным процессам и отсутствия совокупного экономического критерия, позволяющего 'оценить эффективность всей технологической схемы угольной шахты.

В соответствии с поставленной целью и на основании проведенного анализа производственного опыта и научно-технических разработок по совершенствованию практики проектирования технологических схем угольных шахт решались следующие основные задачи:

установление перечня уровней и элементов технологической схемы шахты;

разработка структурной модели вариантов технологической схемы, включающей учет совместимости отдельных технологических и технических элементов внутри каждого варианта;

определение области применения элементов технологической схемы шахты;

разработка матрицы совокупных коэффициентов эффективности отдельных элементов технологической схемы на основе статистической отчетности по действующим шахтам и результатов экспертного опроса;

разработка программного обеспечения для формирования допустимых вариантов технологических схем угольных шахт по горно-гео-лотческим и горнотехническим условиям и совместимости отдельных элементов;

определение рационального варианта технологической схемы шахты из множества допустимых вариантов при использовании для оценки совокупных коэффициентов эффективности;

апробация результатов исследований на конкретном горнодобывающем предприятии.

В процессе выполнения диссертационной работы использовался ко:.шлексный метод исследований, включающий всесторонний инженерно-технический анализ производственного опыта и научно-технических

разработок, метода ттсмтлптеской'статистики, метали теории графов .''.тг; построения гр.гТт "кодп-ре^епля" т: йотиаровагога вариантов тохполоптчегсгтх схеч угслт-тпо: я-ахт.

Дзльпе^ео пстт. ст*о э$!Зсктитио<;тп рпботп угсшппс продпркк-тпп Гшого Кузбасса лга-ск'тстао бея гачестпенно нового подхода к росстапэ вопросов ияе ирсоптирог'лг'л, а пмэятго <5лз пряпепеяпя даш • эипс датой 31Т.1 п сопро^гтшг да^стлатячесотх кетодоз. Данные метода нрвзвзнн аодиртегп. ОП«Р Т ЯГ.'-уЯШЯ» ПрОСЖТТфОНП^КОВ и помочь яи полутеть шйотгрцга, пеобходк!^:. для принятая решения, тщательно со пром-а.чкзпроптт. л, такт! обпзш, лтшпшть более обос"'~-ванние решелпл.

Проблема внбота токпопог -четой схеп-' угольной пазик, в частности впборп о;;ам взкргтгап и подготот-кк шахтного поля, тг'.е?

пегашлтелкго но тчгя^то'пЗся .тг......п связана с рзсснотрсчл-

ем целого рлла а.т^ге^ггг.гв. Нот:'- является и объект иг

дгашгЗ, л обоха?гог"п, г, но'.'орэЛ совершается выбор, так как'! ггхт о одппазеепш гогпо-гсологгл'еокп.п условшки, кагдал шау > уникальна. Поэте::/ колю скоот'ь* что при конструировании и би'!о-ро технолоптозскоИ схечн утольаей шахтп ш сталкиваемся с пробло-г.:о:1 уникального и'бора, Характерный! перззокн такого внбора являются.:

уникальность, неповторимость ситуации;

слолицй для оценки характер рассматриваемых альтернатив;

недостаточная определенность последствий принимаемых решений;

наличие совокупности разнородных факторов, которые следует принимать во внимание;

наличие .ища или группы лиц, ответственных за принятие решения.

Постановка задачи формирования вариантов технологической схемы заключается в-следующем: определить такие наперед заданные качественные характеристики будущей технологической схеш, которое позволят обеспечить гяташум комплексного критерия эффективности с. учетом ограничений на применение технологических элементов по горм-геологическим условиям и при выполнении условий совместимо-стн элементов меэду собой.

Целевая функция математической модели формирования вариантов технологической схемы шахты или нового горизонта тлеет вид

-

.....» «>

m

vae Vp - коодшзкский крп?етаг.1 chjcktheuocui р-го гарлапта технологической с;:ша вя»и кда нового горизонта;

I, если В-й тохно„'.-лт:лис1%элсглелг :л :з!пдяе:;а;т fj ^ ,, p-;.iy варианту тед^логочссъой схиш, " V - ■ О, еслк но щйшайх«ийт;

f^p - совокупит; коэф^ацсалт ил?е;тшаосгя ¿-i'o олс— " мента.

На область ' допустамах ' энйчй.^;:! (•.•¿зкцеп Чр иоладепк • ''ледухвде ограничения:

на допустимость стделших одешдтов 'ге::по;;оплеокой ожащ горно-геологическим условкям

п г , „ 1 mm (тс-,:) ь '

'.•••.с L? ГП i .. . j'- 1,шог&ол>о горно-гооло-

гичеектс условий для £-го слег.хгта тешю^огл-ческои схемы;

на совмести:,гость технологических элементов saj.'ßi адаого варианта технологической схемы

ZCp Р = i при п , • 1?,„ - j (3) чк ¿-s/p ¿6Sp Ь

грк 3C£j j - условие совместимости элементов с номерами I?! к fe.

Совокупный коэфрлетент эффективности 1-го элемента техноло-I-, ¡еской схемы определяется по вцразешш •

»¡е

»

относительное отклонение I -го производственно-экономического показателя у 1-го элемента технологической схемы от эталонного показателя;

ф.. - функциональная полезность (важность) конкретного М I -го показателя эффективности-го уровня технологической схемы. Для их установления используется экспертный метод.

УСЛОНПЙ OT.VOU йоглгллтся КЗ сл-ппс BiroCKKX, прогросснв-гсг: пг.гнккгюетих показмо-чей работ rnrr:? за лот. Кз сгатяс-тпчссклх лплтпл: рбоп- ¡ts? ргг"о;, • {р>г <;па) составляется прсдо-утолт-лля гтгрлп л;лл Л'л'лллл гаисл, а за ~Ь лет, распзром nxhtb, гдо /л - -п;сло «".: яс* •••птоло" о; ллш тоятоптческой

ллслл, /1 - лолллл;;— л~\лл n ;л-'лг'л угсансл T:u;ojiG (реглсне). .

Обг?п nccicir.r :зчтнес?г, Т-с; "^огпш'Л оптш/алл-лого л ляо-глсгла рглглолглпллл., лллллгг. - ллллслоглло>т:о;1 сгелп тахти Ь иоогзототг^п со с'; or..:.y;:vy;?"'i:i:!p'! гакяяалась в

олллуллл!:

:/cima2,Timnc.7 пзгс jrw. 7ТМ-, ло.1 " лтов техяолоппес'Л! охелн;

;рлшблтл"<ллэ'л, лтрул^лг" • : " гл.ллантсв технологлчо CKCit с:гс ЛИ. ;Г",7 СО.'.- - •• "0-7.1 отдельные телтаяопгс.-

ckiix слллсллоп. л'лу.; i 'л010 "л ' л

опрздедлллоь о^ллслл лрллслл.;лл ялллзллол технояогпеск'с ore;.':-: гллтл;

глзрлЛл'гл-'-'лгил, лл'лллл; >л;л...idc ко"'(\лилентоз гф^екпл пооти отд'лльлгл л-т:-;";илгл .сллмлаглл^сксл схегц на основе ста-тттоипсоксЗ огкллоолл по .•»{ciiOr.'TTrTEi алглам :г рэзулътат&м экспертного стгр^гл;

ферлирогаг'о:. доп^стпаго карпапти тояюлогячеокоЭ схр'.ш пакты по горно-геллогл псклп и горнотехническим усяоявяя и с^мес-текостл отделыгг: 'ллателтоп;

определялся рлдпопалънЕл вариант тохнояоглчсской схеш пз пгояеетва допустпл'т: Еарлантов и устанавливалось подг.яог.ество вариантов.

Задача конструирования вариантов технологической схег.ш должна рекаться дая всого исследуемого диапазона горно-геологяческих условий, при этом нельзя забивать, что конструирование возможных вариантов техпологической схемы опирается на применимость технологических элементов к условиям создания будущего горгого предприятия. При отборе вариантов технологической схе:,ш в автоматизированном perm,та необходимо тадеть обоснованные области применения элементов, соответствующих ограничениям по горно-геологаческш и горпотезшпческш условиям. Установление таких областей для каждого элемента, участвующего в формировании вариантов, производится на основе практики, результатов иаучно-ясследовательскнх работ, методик и рекомендаций.

В качестве объектов исследования пршяты 17 действующих сахт угольной компашш 'Т.узнецкутолъ'', ^¡я чгго по указан-пет объектам были собрали гор:; -геоаохьзд unie, горнотехнические и техниго-око.чомическле гатьрла.':;; сбъс: .о:.: 58 кг.гго-лет. Из достаточно большого числа горао-гер-.огкмоокях и горнотехнических показателей наиболее тадаш дга оценки ^.ектнаюс:':; функцкшт-рованпя огдеяыовг слсмеягов грхцологпчеоло." вхегш кглти явяякг-ся 45 показателей, характеразушгк: 1фЕродеа:з усхгеш! (угол щдоз-ш и мощность пласта, относительною rasecfcj.bnocTi, сшсгв к т.к.) и горнотехнически!! уровень (глубину ведения гопшх р^бот, размер шахтного поля, длину транспортирования i: ), на основе когорт: разработана качественная характерлопа.Ч1 ьсекадуг зге ^тольгцтх saxe Ясного Кузбасса и фактическая область ят;»ь:шбш:а их эяг.йллоз. 0: мветствие вариантов ресишЁ по *ьята;д г. ¿чне^огкчесшпс cxei: гг ;зю-геологическшл условякм разработки угсклшк ыесгорсудениИ с.-.ределялось исходя из возиоаностй щдоешжя отдея^шк вариантов j ■¿чпенлй в определенных горяо-геолоп;чесз;;;х yazcjzm с учете:.: oOïit-1ит,1знанных областей применения отдельный ваг ..'актов rvxuosortras- ' ch.îx решений. В базовую характеристику тедюлог^чест-'о;! с:-:с..и вас- ; ru вносились все элемента качественных харакгег .огы, ¡ьегротп'.жцее- 1

ся хотя в одном из'ыоделпруешх вариантов, и кидалу акьдаату i .

присваивался свой код.

Определение наиболее типичных условий кссле.чГсгого рлисна Кузбасса производится с целью создания возмоакестеа для наиболее шрокого использования выявляемых оптимальных теаишогячеехкх ре-пзшй. В тшгичных условиях нужно применять типичные разешп, дда «•.Фбенвих, нетипичных условий необходимы инвшвдуальчне да» ках-?.ого условия технологические решения. ;

Различные состояния угольной вахты как слохшо:'; пропззодст-it-нной системы характеризуется большим количеством техшп:о-8Ко:ю-мпческих показателей. При этом если рассматривать вез систему '•угольная шахта" в смысле совокупнсстп отдельных взаимосвязанных элементов, объединенных общей цедыо функционирования, то показатели, относящиеся к разнш элементам, могут иметь противоречивые "Енденции изменения. Такие явления обусловлены различным характерам цели некоторых элементов, что приводит к несовпадении показателей, отвечающих их локальны.: оптимальным состояниям."Для каддо-хч> конкретного технико-экономического показателя существует такое состояние система "угольная вахта", при котором его значение ста- 10 -

нов-лтея озсстрехильвш, т.е. по данному частному критерию достигается лекалыгеЯ оптимум. Оптотадште состоянш система по разлили/ч крптегиял, ¡как правило, не совгтелавт, поэтс:гу Г"Прос построил::» комплексного критерия опт1Гз.шюстп, который псколв; Есссгорсягнв оценить результат процесса функционирования пссле-дуе:.:ого обьедта, ягдяется прлщшшалько бзкпп и очрчт, слояиым.

Ранее ттрсседепше исследования показал:!, что при решении агната пюстт^ирп-ягея г-ариантов 1бхнояогэтосиоЗ схеш: шахты целесообразно з качестве критерия оптимальности лр'гаимать единый для всеЛ уехнслоппоской схеин показатель, вяводакый из совокуя-п»« коп^фпдеятов з|фектявпес?л отдельных элементов. Строкть ссззкущцв коз|фязйевты оЯфеятавностя для угольной технологической схечц предполагается с использованием экспертного опроса, л рпсечтпчпзат! их значения - па ссзого статистического материала по дейсгпущш вахтой исследуемого угольного региона. Прачш не-Пхода.о учес-ь с-авяслтасть ьпачениЗ совокрлых яозраппеятов ггдс.тгкчх элементов от гсрис-геологических условий, пос:;о.::;^с7 ог;ег:;:.::ло, что один ;т тот-'е слемент ::сг.ет слпь более или менее е«этпвен дрц щгдлсксзгп его в разлэтпнх услогпях.

Дкя дальнейшей статистической обработки собиралась следующая и^Горчагая:

гср:;о-гсологичг:екие условия (мощность пластов, угол падения, глубина геденш гораих работ, водообильнссть и др.);

тея-хпсо-зконоапчесхие воказагеяп работы пахты (себестоимость I 1 угля, удельные капнгалышэ вдоззния, приведенные затраты, производительность труда, нагру-ка на лаву п др.);

тозшолегпчеехпе и технические репзния, составляющие технологическую схеку доследуемой вахта (схеш и способн вскрытия и под-готают шахтного поля, елстагн разработки, тип механизации очистных и транспортах работ и т.д.).

Обюя последовательность определения совокупных коэффициентов о:5фекпгы;ости элементов технологической схема иахтн заключалась в следующем:

проводился охспертпый опрос с целью определения стандартизированных рангов производственно-экономических показателей для всех уровней технологической схемы шахты;

формировались матрицы паксимальных и минимальных значений 1-го показателя эффективности 1-го элемента технологической схемы для проектируемой шахты (горизонта) в -м году и условного этало,г;. самых высоких, прогрессивных и экономических показате-

-М -

лей работы пахт лсследгуч.-ого угольного района за Глг-т;

формировалась катрица тактических значений I -гс показатглд эффективности 1-го злелеита технологической схемы хап проектируемой шахты (горизонта) ъ и году;

разрабатпсалась глатепатпческая модель определен;:?! еоьонул-них коэффициентов зффехтпвзостп элементов технологической схс:,г; с пснсльзэсшпда; статистической информации по действу;--:;;' иа;;ти:.: и экспертного опроса;

создавалось программное обеспечение задачи опродслашя совокупных коэффициентов эффективности элементов тсгв©логической сзсс-ш для конкретных горно-геологических условий.

Описанный веток оценки определения совокушг.пс козйтгакентов з$$ектввностй отдельных элементов технологической схе.к пэтеод.-:-ет, во-первых, сущзствешо сократить их объе:.; па пр.здвар:;тзл1.:;.;й стадии проектировали, что положительно вяасе-г ии затрат; иого пржвяк а труда в задачах ^ормкроваг.-'Я вариантов т^те.хог.;-ческой схены, а во-вторпх, исключить вои.^люсть возпг.кыз«заг.ч ошибок при выборе множества альтернативных решений, что нельзя гарантировать при существующих методах, не типзчаидас элементы субъективности. Отличительная его черта (его прза.дп;ес13о) - " ' •• он базируется па статистической шфорацш по дейсг^жзг.". стм Юаного Кузбасса за период с 1935 по 199? г. и его пеп&дьзохлппе при проектировании технологической схем яжя горно-геологическ:-'-: условий, заложенных в модели, но требует повторных расчетов.

Для реализации задачи определения совокуюжх коэффициентов эффективности отдельных элакзнтов технологической схема в различных горно-геологических условиях разработано программе обеспечение, Данная программа была реализована в экономическом управлении АО УК "Кузнецкуголь". Если К1-»0, то 1-й элемент является эффективна,,' Для данных горно-геологичсских условий, т.е. его наличие в технологической схеме 'окажет положительное влкшие на технико-экономические показатели проектируемого объекта и ему следует отдавать предпочтение при выборе рационального сочетания конструктивных элементов. Что из касается определения совокупных коэффициентов эффективности кия нового разработанного варианта в различных горно-геологических условиях, то поскольку о новом элементе не ыояет быть никакой статистической информации, в первое время придется опираться на советы и рекомендации "" экспертов."" '

-/г-

Одиуп из шянейшх условий возможности реализации элементов технояогэтескт схи.1 является усдсвке технологической о.-лести-г'остп алугерпэтпвпзх вариантов ресешй по взаглосвязащпг.» элементам. Год гесогместшостмз вариантов решений по различит ало глеи— тгг? тпхяогспческлх схем «и понимается такал ептуавдя, яоига iívi т.<-лт-эиг.гл варианта другой1, иеальтернатзгашй ему вариант реа-.тгг.огатт- •;о1ч^;:*,о:гло. Все эта своденгя ебтедепенн в ичгрице сов-гостягостя г-.ар:гаптов pecenrít по элекентш технологических схем шахт 3ra yv.'bоргахгля содержатся в виде ограничений (''запретов") в упо-р:1доастп;о;1 форме.

Гезр'ботапная в настоящей работе методика предназначена дат использования на предварительном этапе проектирования технологических схем eixt (вкявгшше рационального сочетания конструтсгив-шй элементов технслоптоесксй exera, t беопэчгаак;г.!х высокие тех-шшо-эконокаяеекпе показателя тх?боты гахтн), кроме того, помет пеполт-зовака дд/г исследования и прегло^ии^ания различных

технологической схемн при реконструкции '-.ахти, подготов-пот-:,1;': горизонтов, впемо-ипк: участков и частей еахтного поли. J репу,~татз се рзолпзациа рекаяясь две основные задачи:

гч .¡струирсганке текполопгческо« схема ¡raro? конкреттгх горне-г::олсг::чссхпх условий из ковстдектЕвних элементов, обеспе-••гиссгг: Етестгзе тсхзпп'о-еково!сггяс'а5б показатели;

управление процессом реконструкции сахтп, подготовки ttcsux гор'дзентоз, вузиочтос участков л частей сзхтного поля с помощью слсмстггсз, обеспечигаизих улучшение экономических показателей.

В результате реалззацял разработанной программы на ЭВМ для условий пахт Естого Кузбасса, разрабатцванщях в основном угольные лластн пологого в наклонного залегания, бита получены сово-:<:/'.т::;:е кеэ|фздаентц эффективности отдельных элементов технологической схемц. В результате анализа совокупных коэффициентов эффективности отдельных элементов были вэделеян на каждом уровне технологической схемы элементы, наиболее целесообразные для конкретных горяо-геологпчеекпх условий.

При конструировании технологических схем угольных шахт следует иметь в виду, что основные технологические элементы отличаются значительным сроком службы, поэтому проектирование этих элементов для обслуживания первого этапа функционирований шахты додано вестись с учетом возможного эффективного и гибкого использова- • ния их на последующем этапе развития шахты.

г'

-

Кегокика конструирования рациональных параметров и комплекс-' ного обоснования прогрессивных технологических схем угашшх шахт была апробирована для оценки технического уровня дсИсгвуэдих шахт АО УК "Кузнецкутоль". в качестве объектов прадварягслших исследований были выбрани ряедувдяе пахты: "Абашевскац". "3::ря-новская", им. 60-лотия СССР ("Аларца"), км." Ленина и участок "Новокузнецкий-Северный" плхтн "Новокузнецкая". Результаты расчетов, выполненные на ЭК« по программе, разработанной спором, показал!, что более высокий технический уровень из вс&чояуеаш: технологических схем шахт имеет шахта "Аларда", у которой кошаекс-ный критерий эффективности равен 2,75483.

Выполненный анализ влияния тех или щяс решений по ашзнтач технологических' схем исследуемых шахт на совокупны!: хоз^фвдент эффективности показывает,что наиболее весомо глляит технические элементы (тип крепи очистного забоя и тойотой машины, тип транспорта угля по выработкш и т.д.). Среднев-Л1,гшешшй козшТ-пцпент эффективности технического элемента во всех исследуемых технологических схемах шахт больше по сравнение с технологическим элементом и находится в пределах 0,09876-0,19406. Именно с этими элементами технологической схемы связаны менее объемные и дорогостоящие горные работы, а следовательно, и затраты на их реализации в период строительства и эксплуатации шахты при хшбозьгш сроке их слукбы и высокой мобильности, поэтому при управлении процессом реконструкции вахты и подготовки новых горизонтов необходимо основное внимание уделять поиску рациональных технических репений с помощью элементов, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели.

Практическая апробация результатов выполненной работы осзгщест-влена на шахте "Есаульская" АО УК "Кузнецкуголь", при этом рассматривались два-альтернативных варианта^" Исходны;.® данными, при выполнении расчетов па ПЭШ слуишш:

- фактическое полоаенае дел на шахте по состоянию на 01.01.95г.;

- основные положения технического проекта строительства шахты, выполненного институтом "Кузбассгипрошахт". в 1994 г.

Для обеспечения .стабильной работы пахты по добыче угля и достижения годовой производственной мощности 1400 тыс.т угля в год необходимо проведение горно-каштальных работ по подготовке пл. 26а, завершение оснащения вертикального клетевого ствола, построение здания главной вентиляторной установки ВОД-'10, строительство

- Нг

железнодорожной станции "Курегеи-2", завершегае на поверхности строительства недостающих объектов технологического комплекса.

Таим образом, при принятой технологической схеме шахты и ее годовой производственной мощности 1400 тыс.т срок службы составит 57 лет, после чего предусматривается приступить к отработке тонких вмиелегащих угольных пластов. За указанный период времени можно с полной уверенностью прогнозировать, будут ли созданы ноЕые очистные комплексы я проходческая техника, позволяющие высокоэффективно подготавливать и отрабатывать такие пласты.

Техническим проектом строительства шахты "Есаульская", разработанным институтом "Кузбассгипрошахт" в 1994 г., принимается годовая производственная мощность 2000 тыс.т ?гля. Проектом предусматривается сохранение действующей схе!.ш вскрытия с использованием путевой и конвейерной штолен и клетевого ствола. Для выдачи исходящей струи воздуха из очистных и подготовительных забоев юго-западного п северо-западного крыльев шахтного поля необходимо проведение дополнительных вскрывающих выработок. Зало-нение дополнительных вскрнватацих выработок для выдачи исходящей струи на флангах кршь'ев шахтного поля у нижней границы пахты влечет за собой необходимость проходки полевкх фланговых игреков на обоих крыльях длиной 2500 и 2300 м для изоляции исходящей струи от выработанного пространства пскароопаспых пластов. Креме того, глубина залегания ниянего пласта 26а достигает в этом районе на юго-западном крыле порядка 600 м и потребуется строительство выработок значительных объемов. Проектом предусматривается проведение одной выработки в центральной части иахтного поля по линии центральных уклонов для выдачи исходящих струй воздуха с обоих крыльев шахтного поля. Для ионтаяа очистного оборудования в лавах проектируемой панели пл.29а по крутой части этого, пласта диагонально предусматривается пройти с поверхности до центральных игреков путевой фланговый наклонный ствол.

В соответствии с календарик* планом развития добычи и графиком проведения подготовительных выработок для воссоздания очистного фронта необходимо ежегодно проходить 10000-12000 м подготовительных выработок и 2000-5000 гл3 по разделке камер,, сопряжений, кроссингов и заездов. Количество подготовительных выработок на 1000 т составит в среднем 6,0 м. Выполнение такого объема подготовительных работ обеспечивается одновременной работой 6 подго-

Таблица I

Сравнительная характеристика совокупных коэффициентов эффективности альтернативных вариантов технологической схемы шахты "Ьоаульокая" АО УК "Кузнецкуголь"

№ уровня технологической схемы Номер 1-го элемента технологической схемы Совокупный коэффициент эффективности 1-го элемента технологической схемы

Вариант, рекомендуемый автором Проектный вариант, разработанный институтом Кузбассгжгро-шахт'"

I 1-0,563 I- -0,563

П 3-0,0122 . 3-0,0122

Ш 6-0,0511 ' 6-0,0511

1У 13-0,0396 13-0 0396

У 14-0,0514 14-0,0514

У1 24-0,0622 24-0,0622

УП 28-0,0967 28-0,0967

УШ 30-0,1180 30-0,1180

IX 33-0,1870 30-0,1870

X 39-0,0540 39-0,0540

■ .XI 41-0,0719 41-0,0719

• хп 42-0,0543 44-0,5914

хш 46-0,3214 46-0,3214

Х1У 49-0,17 53-0,28

ХУ 56-0,3527 56-0,3527

от 57-0,1179 57-0,1179

ХУЛ 63-0,0973 63-0,0973

ХУШ 65-0,0044 65-0,0044

ш 66-0,0828 66-0,0828

XX 80-0,0864. 80-0,0864

XXI 93-0,1779 97-0,2279

ХХП 127-0,0587 130-0,0546

ххш 151-0,0397 153-0,0703

• ХХ1У ■ 179-0,1115 179-0 1115

ХХУ 204-0,0727 203-0,0933

ХХУ1 239-0,1082 239-0,1082

ХХУП 261-0,0941 . 270-0,0682 .

ХХУШ 0 296-0,1680 296-0,1680

хпх 323-0,1031 323-0 1031

Комплексный критерий эффективности технологической схемы (ТС) Критерий эффективности ТС по технологическим элементам .

Критерий эффектив-нбстиТС по техническим элементам

3,4228 2,5943

0,1297х5

0,8285

0,0920

4,2265 3,2214

0,161 1,0051 О,III?

В знаменателе - средневзвешенный совокупный коэффициент эффективности элемента (технологического или технического; технологической схемы исследуемой шахты.

товительных забоев. Увеличение количества подготовительных забоев в сравнении с фактическими вызвано значительным увеличением скорости подвигания очистных забоев, принятой проектом, и объема нарезных работ по подготовке очередных панелей.

Используя вшеизлошпше горно-геологические материалы по шахте "Есаульская" АО УК "Кузнецкуголь", технологические проработки, технические характеристики основного горношаХтного оборудования и результаты исследований настоящей работы, была выполнена на ПЭШ 1Ш PS-486 комплексная оценка обоснованности степе-пи прогрессивности двух рассматриваемых вариантов. Результаты расчетов представлены в таблице I, данные которой наглядно показывает, что из двух альтернативных вариантов развития шахты "Есаульская" АО УК "Кузнецкуголь" , реализуемый пэнастоящее время является наиболее рациональным, так как его совокупный коэффициент эффективности составляет '3,4228, что на 0,1766 меньше, чем у варианта, предлагаемого институтом "Кузбассшпрошахт", он и рекомендуется нами для дальнейшего практического внедрения.

Оценка экономической эффективности результатов исследований представленной работы выполнена в соответствии с действующими нормативными методическими материалами. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения результатов выполненной работы составляет 14,5 млн.руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе дано новое решение актуальной для угольной промышленности научной задачи конструирования рациональных вариантов и комплексного обоснования прогрессивных технологических схем шахт Ккного Кузбасса на основе применения синтеза и анализа технологических и технических решений в автоматизированном режиме, обеспечивающее повышение качества и надежности проектных решений и технико-экономических показателей'функционирования шахт.

Основные научные выводы и практические результаты заключаются в следующем.

I. Выполненный анализ производственного опыта работы шахт АО УК "Кузнецкуголь" показал, что с ухудшением горно-геологических и горнотехнических условий отработки пологих и наклонных угольных пластов tesoro Кузбасса резко возрастает зависимость технико-экономических показателей функционирования горнодобыва-

- и -

ющего предприятия от пр. .шпаемых на стадиях проектирования или перспективного планирования технических и технологических решений.

2. Б результате анализа научно-технических разработок установлено, что методы конструирования технологических схем угольных пихт в целом, особенно выбор качественных характеристик, требует дальнейшего развития из-за присутствия в традиционных методах субъективных факторов и оценок. Формирование рациональных вариантов угольной пахты - это презде всего процесс подготовки

и обработки информации (горно-геологической, горнотехнической, экономической),с помощью которой синтезируют новуа информация) в виде конструктивных технических и технологических решений процессов добычи угля. Для сложной системы, какой является угольная шахта, более значимым является выбор качественных характеристик, а не количественных параметров. Правомерно утольнуп шахту рассматривать как слокную многоцелевую систему, состоящую из значительного числа отдельных элементов, и использовать для выбора технологических схем методы системного анализа.

3. В результате выполненного анализа горно-геологических и горнотехнических характеристик объектов исследования и условий реализации технологических схем угольных предприятий АО УК "Куз-нецкуголь", разрабатывающих, в основном, пологие и наклонные пласты, отобраны 45 наиболее ваяных показателей, характеризущих природные условия и технический уровель гораого производства и являющихся наиболее значимыми для оценки эффективности функционирования отдельных элементов технологической схемы угольной шахты.

4. Разработан метод формирования системы проектирования новых шахт и .участков ¡Отлого Кузбасса, сущность которого заключается в том, что необходимо определить наперед заданные качественные характеристики будущей технологической схемы, которые позволяют обеспечивать минимум комплексного критерия эффективности « учетом ограничений на применение технических и технологических элементов по горно-геологическим условиям и при выполнении условий совместимости элементов мезду собой.

5. Разработана базовая качественная характеристика угольных пахт Юшого Кузбасса и фактическая область применения их технологических и технических элементов, которые определялись исходя из возмояности применения отдельных вариантов решений в определенных горно-геологических условиях с учетом общепринятых областей при-

-чспелпя отдельных вариантов технологически решений.

6. С.'^ряфовани з.'атртпщ условного эталона из са:шх высоких прогреет-aux технологических и зконсических показателей работа

а;люго Кузбасса за 10 лет (ISB5-JS?4 гг.), <г:ктич!'. ткнх тех-м.ко-тсхнслоплеских показателей ;кт::гнос'Хл работы ¿тл'гдоон-предприятий исследуемого региона к ограничений тонологи-чсснзЛ er:-'"етпюстл альтерпат:п:шзх вариантов рекенпл по пзашо-сг г.:;:,ни;/; гдечентсм технологической схе;:ы угольной пахтн.

7. Разработана г:атематическая модель определения совокупных носГДпжектсв оЖехтигнссхн для поуревневей оценки илепентов '^ех-нолсглчс-ской схеш угольной шахт« с использованием статистической ::т;5ор"агп:и л зкепершого опроса. Разработано программное обеспечение задачи определения совокупных коэс&тьпетгов 'пфектпвности злг.'.тяпов технологической схечп дга коняретшве горнс-геодогиче-егдх и горнотехнических условий отработки jrc-amnc пластов аззв

¡0',:юго Î'yc6acca, а таило прсгра:,г,аое сузся'Л-яшз евголэтлярован-погз йог-зтошшя гацнсиплт-тг: вариантов '1'.::лологнчес:л;х схем yrcn-зЬ: сзхт.

0. Предварительная апробация на ЗШ г.рогрекмн автшапккгро-*.:-стого .5ox"."iporar,r,:i рагехтяк-шх таргаатсв т «отологической схемы угольно" гзхтц для условий дейстьувглх предприятий АО УК "Кузнецк-уголь1' (п. "Абапевская1', "Зпротовская", "Аларда", кп.Лента л учаегка "Нозс.^узнецялй-СеверлйГ) позволяет получить сдедустзге осногнт'э г.'гводу.

- более вноетегй ^сглглчесгдй уровень из исследуемых технологических схем сзхт пл^ет сайта "Аларда", у которой комплексный критерий объективности равен 2,75483;

- гльчелненннй анализ влияния тех или иных решений по элементам теглюдотнчэских схем исследуемах шахт на совокупный коэффициент эффективности показывает, что наиболее вУсшо влияют"технические элемента (тип крепи очистного забоя и выемочной машин, тип транспорта угля по выработкам з т.д.). Средневзвешенный коэффициент эффективности технического элемента во всех исследуемых технологических схемах менызе по сравнении с технологическим элементом и находится в пределах 0,09876-0,19406.

9. Практическая апробация исследований настоящей работы осуществлена при комплексной оценке обоснованности степени прогрессивности двух альтернативных вариантов развития шахты "Есауль--екая" АО УК "Кузнегосуголь", в ходе которой установлено, что ва-' риант развития шахты с годовой производственной мощностью

1400 тыс.т угля, предложенный автором и осуществляемый в настоящее время, более перспективен, чем вариант, разработанный институтом "Кузбассгипрошахт", при этом комплексный критерий эффективности технологической схемы равен 3,4228 и меньше второго рассматриваемого варианта на 0,1766. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения результатов выполненной работы составляет 14,5 млн.рублей.

Основные положения диссертации отражены в следуздих публикациях:

1. Еегеза Н. С. Алгоритм формирования рациональных вариантов технологических схем угольных шахт, в автоматизированном режиме. Рукошсь депонирована. й 29/8-185, 1935. "

2. Еежелевский Ю.А., Михеев О.В., Еегеза Н,С. Основные принципы;, конструирования рациональных вариантов технологической схемы угольной щахты. - В сб.: Прогрессивные технологии разработки угольных месторождений. - М.: МГИ, 1992. - C.3-II.

3. Нежелевский Ю.А., Михеев О.В., Еегеза Н.С. Оцешса ваянос-ти критериев эффективности для уровней технологической схемы шахты.' Рукопись депонир. в Горном информационно-аналитическом cforae-тене & 3-4 от 1994 г.

4. Еегеза Н.С., Жевелевский Ю.А., ?,'лхеев О.В. Оценка технического уровня действующих шахт Кузнецкого угольного бассейна.

- В сб.:. Горный информационно-аналитический бюллетень, вып.2, 1994. - С.21-23.

5. Бегеза Н.С. Практическая 'апробация методики л программы конструирования рациональных вариантов и комплексного обоснования

прогрессивных технологдче^жихсхем^ сб. ^ГосикЛ__

инфориациоико-анадаткчвекий бюллетень, вып.'¿, 1995. - С.63-67.