автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Моделирование процесса проведения подготовительных выработок с полным оставлением породы в шахте

РГ6 од

. п цл^ 199^

Тосударственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский государственный горный университет

На правах рукописи РАДЖИВ КУМАР РАНДЖАН

УДК 622.268.13.001.57 : 622.273.2.17 "12(043)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРО. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК С ПОЛНЫМ ОСТАВЛЕНИЕМ ПОРОДЫ Е ШАХТЕ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Московском государственном горном университете. .

Научный руководитель проф., докт. техн. наук ГРИНЬКО Н. К. Официальные оппоненты: . проф., докт. техн. наук ФЕДУНЕЦ Б. И., канд. техн. наук КОЗЛОВЧУНАС Е. Ф.

Ведущее предприятие — Центргипрошахт.

Защита диссертации состоится « .02. » . 1994 г.

в УЗ. час. на заседании специализированного совета

К-053Л2.02 в .Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, В-49, Ленинский (проспект,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

д. 6.

Автореферат разослан

1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук КОРОЛЕВА В. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Разработка угольных пластов на глубоких горизонтах связана с повышенным горньм давлением, выбро-соопзснастыо, высокими температурами ззСся и значительней газоносность«). Все эти природные факторы существенно усложняют технологию разработки угольных пластов на глубоких горизонтах и ставят под сомнение вопрос о целесообразности добычи угля на глубоких учзстках шахт Донбасса. Исходя из этого, актуальным является создание высокопроизводительной, - безопасной и безотходной технологии добычи угля на глубоких горизонтах. Законодательством о недрах предусматривается усиление охраны окружающей среды. Больной вред природе причиняют горящие породные терриконы, обгем которых может Сыть снижен за счет уменьшения породы, выдаваемой на поверхность^ Уменьшением выдачи пустой породы из шахты на поверхность достигается повышение пропускной способности стволов, следовательно, увеличится добыча угля и вырастет производительность труда, так как рабочие, занятые по выдаче породы-и обслуживанию породного комплекса, будут заняты на добыче угля.

Для Донецкого угольного бассета закладка выработанного пространства осуществляется при выемке запасов в сложных гер-но-геологических условиях, при этом необходимо учитывать, что затраты на осуществление закладки выработанного пространства должны быть минимальными.

Создали? технологии с закладкой дзет возможность осуществить выемку угля из целиков, уменьшить затраты на противопожарные мероприятия, значительно снизить выбрососпасность и об-рушаемссть пород,- затраты на'рекультивация земель, расходы на крепление выработок, утечки воздуха и сократить объемы проведения, поддержания и охраны подготовительных выработок. Все это поззолит решить. проблему разработки угольных месторождений более безопасны.«! 'системами, осуществить управление горным давлением на уровне требований по охране недр и окружающей среды. "" --------.....

С этой целью на шахте им. А.А.Скочинского поставлен зке-

перимент новей технологии, которая совместила-очистные, подготовительные и закладочные работы в короткой лаве, являющейся составной частью новой комбинированной системы отработки выб-росоопаонсго пласта. Наиболее сложной задачей является совмещение работ по' формированию подготовительных выработок вслед 'га очистным забоем с полной закладкой породы в выработанное пространство как наиболее трудоемкой операции проходческого цикла.'

Поэтому весьма актуальной является проблема по созданию новой технологии, которая обеспечивала бы рациональное праве-" дение подготовительных выработок ведэд за очистным забоем с размещением породы в выработанные пространства и обеспечение экономически эффективного подвигания очистного забоя.

Цель работы. Установление зависимости минимальней расчетной продолжительности цикла от параметров технологического процесса, формирования подготовительных выработок с полной закладкой породы для моделирования и оценки параметров, обеспечивающей значительное сокращение времени циклами повышение производительности труда рабочих.

Идея работы заключается в использовании аналитического и имитационного моделирования для определения эффективней технологии при формировании подготовительных выработок с полной закладкой породы в сахте. >

Научные положен;«;. разработанные лично диссертантом, и новизна: ,

комбинированный метод моделирования процесса проведения выработок о оставлением породы в шахте на основе применения имитационных и аналитических моделей, обеспечивающий наряду с использованием процесса и его укрупненную оценку параметров графо аналитическим методам;

имитационная модель процесса, отличающаяся учетом различного набора оборудования, степени надежности, характеристик организации работ, обеспечивающая оценку реальных параметров его функционирования;

зависимости минимальной расчетной продолжительности цикла

от несовмещенной трудоемкости работ по проходке с учетом дробления и закладки;

новая технологическая схема и ее параметры обеспечивают значительнее улучшение- техника-экономических показателей по . сравнению с существующим уровнем.

Особенность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций педтзержд зстся:

использованием представленного объема экспериментальных данных, (охватывающих более 30 забоев/смен);

удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных данных при моделировании процесса на ЭВМ (расхождение 5-105).

Значение работы. Научное значение использования состоит в разработке комплексной модели технологического процесса проведения подготовительных Еыработск с полным оставлением породы в пахте.

• Практическое значение работы заключается 'в возможности использования модели для оценки рациональных параметров процесса введения закладочных работ в конкретных условиях шакт, а также для проектирования аналогичных процессов, связанных с оставлением породы в ¡пахте.

Реализация выводов и рекомендаций.

Модель и выгоды зегли в сводный отчет по экспериментальному участку .вахты им. А.А.Скочикского института'. ИГД ¡пл. А.А.Сксчикокого с последующей'передачей проектной организации для использования при конкретном проектировании.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на научно-практических конференциях (г.Москва) и научно-техническом семинаре кафедры "Технология, механизация и организация подземной разработки угля" (МГГУ, 1990-1994 гг.

Публикации." По результата.1.! выполнениях исследований опубликовано пять научных работ, содержащих ссноыше положения

диссертации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на страницах машинописного текста, содержит' 9 рисунков, /о таблиц, список использованной литературы иэ наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Институтом "Донгипрошахт" выполнен проект экспериментального участка на шахте им. А.А.Скочинского, технологии отработки пласта коротким очистным забоем с оставлением пароды в шзх-те в схеме подготовки и системе разработки пласта с оставлением породы в шачте. Проектом предусмотрены два этапа освоения технологии: 1-й этал с выемкой двух полос и суточным псдвига-нием 1,2 м и 2-й этап о.суточным подвиганием 2,4 м. Шахта им. А.А.Скочинского - одна иэ сложных шахт'Донбасса, которая отрабатывает выбросоопасный пласт Ь.а Смоляниновский мощностью 1,4-1,5 м на глубине свыше 1000 м. Сложность освоения технологии связана с выполнением противсвыбросных мероприятий, при выполнении которых другие процессы (выемка угля, прохождение подготовительных выработок) осуществляться не могут. Для освоения 2-го этапа, а именно псдвигаиия на 2,4 м, выполнена работа по моделировании процессов формирования транспортного штрека с размещением породы в выработанном; пространстве.

Нами.рассмотрены технологии возведения закладки при индивидуальной и механизированной крепи, скреперная и гидравлическая закладка. .

1 Однако ни одна из рассмотренных технологий не обспечивает заданным услоеийм.при наших параметрах, а именно:

- вынимаемая мощность, м - 1,4^

- угол падения пласта, град - 12

- длина очистного забоя, м - 60

- глубина вруба, м - 0,63

- длина ниши, м . -7.0

, г способ управления кровлей - полная

ЗА»*«.*«

м

- шаг зайладки, и - 1,2

- сечение -штрека в свету, м2 - 10,0

- сечение штрека в проходке, м2 - 25,6.

В последние годы особую актуальность приобретают вопросы охраны окр'/.частей среды, в том числе и связанные с отходами горных предприятии, количество которых увеличивается в связи с систематически абсолютным и относительным ростом количества выдаваемой ка поверхность породы.

На территории Донбасса насчитывается более 1000 породных отвалов, которые занимают б тыс.га, а с учетом охранной зоны 36 тыс.га плодородной земли.

Учитывая важность вопросов закладки выработанного пространства для Донецкого бассейна, га последние годы принята и претворяются а жизнь мероприятия, направленные на создание технической базы для осуществления закладки ■ выработанного пространства.

Весьма важным в 'обеспечении поставленных требований к закладке и затратам на ее возведение является применяемый способ проигводггзз .закладочных работ, который должен соответствовать как характеру и свойствам применяемых закладочных материалов, так и горно- геологическим условиям отрабатываемого' меотсрсждения.

В настоящее время при разработке угольных месторождений применяется на пологих пластах скреперная, пневматическая и гидравлическая закладка выработанного пространства.

Анализ технологических схем с применением скреперной закладки показывает ее низкую производительность, и в насей технологии'' большое сечений подготовительных выработок (более 16 мг) сна не обеспечивает требуемых темпов подвиганкя.

. Исходя.из требований охраны сооружений, наиболее эффективней принято считать гидрозакладку, позволяющую создавать массивы с малой усадкой. В последние годы проводятся работы з премцоленном- масштабе по использованию при гвдрозакладке шахтных- пород при отработке крутых пластов.

Опыт пр::менения гидравлической закдадяи выработанного пространства показал, что, в сравнении с пневматической зак-

ладкой, ее применение на пластах пологого падения имеет следующие недостатки:

- поступление большого количества воды, что приводит к. раамоканию пород;

- при обычных известных способах намыва не представляется возможность обеспечить возведение плотного массива по кровле;

- подача закладочного материала с перерывами, вызванными необходимостью укорачивания забойного трубопровода, требует значительного увелотения времени на возведение массива;

- поступление большого объема воды в выработанное пространство приводит к. интенсивному выносу мелких фракций материа-

■ ла и заиливанию прилегающих выработок и водосборников;

- значительное отставание закладочного массива от забоя снижает эффективность гидравлической закладки из-за больших опускании кровли в призабойном пространстве до возведения массива.

Приведенные недостатки ограничивают применение гидравлической закладки на шзхтах Донецкого бассейна с пологим залеганием пластов.

Таким образом, как в-настоящее время, так и на ближайшую перспективу развития закладочных работ, в бассейне наиболее рациональным и, по сути дела, единственным видом закладки при отработке тонких пластов Донбасса является пневмазакладка.

Анализ технологии лневмозаклздки выработанного пространства зри отработке тонких пологих пластов показывает, что дальнейшее ее совершенствование- может идти по пути применения и совершенствования механизированных крепей.

■ С целью определения параметров ц возможности моделирования технологических процессов нами .проанализированы технологии пневмозаклэдки в очистном эабое с индивидуальной и механизированной крепью, фронтальной выгрузкой закладочного материала и боковым выпуском. ;

Целью моделирования технологических процессов нз угольных шахтах являются оценка и выбор рациональных технологических параметров для различных условий ведения горных работ, разных наборов технико-технологических решений,

Сложность' и многофакторность процессов, разнообразие условий и самих технологических вариантов не позволяют ссущест-

влять выбор рациональных решений на основе каких-либо типовых рекомендаций или исключительно нз основе накопленного инженерного опыта. Для ревения данной задачи необходимо применение методов моделирования, позволяющих оценить возможные варианты технологических' решении, степень влияния на них горно-технических факторов и обоснованно определить рациональный для конкретных факторов условий набор технико-технологических решений.

Развитие исследований в данной области в течение последнего десятилетия ало в направлении создания новых моделей технологических процессов, углубления существующих технологических моделей, совершенствования методов разработки моделей и их реализации нз ЭВМ.

Исторически- прежде всего разрабатывались укрупненные, чисто аналитические или чисто статистические модели процессов.

Однако в первом случае отсутствует возможность достаточно полно отразить комплексное влияние горнотехнических факторов, во втором - получаемые статистсяеские зависимости не стрзжаят внутренние технологические связи.

Дальнейшее углубление разрабатываемых .технологических моделей связано с развитием методов пспроцессного, а затем пооперационного моделирования - в частности, применительно к технологическому процессу проведения выработок.

В то же время указанные методы моделирования не позволяют в полней мере оценить надежность технологии, учесть влияние различных потоков отказов и восстановления технологического прсцессз..

■ Такой учет становится-особенно важным по мере возрастания степени; механизации производственных-'процессов, увеличения количества и рсста сложности .применяемых мааин и механизмов.

В связи с этим в последнее время расширяется использование методов имитационного моделирования, позволяющих воссоздать достаточно сложные технологические процессы, "проиграть" на SEM различные варианты течения процессов в разных условиях при.разных наборах оборудования, разных параметрах потоков отказов и восстановлений и т.д.

Использование имитационных моделей не отменяет другие методы моделирования, они лишь позволяют углубить и детализирс-

.-' f

вать описание процесса, приблизить его к конкретным условиям шахт:

В то же время до гн пор отсутствует модель технологического процесса проведения подготовительных выработок с полным оставлением породы в щахте, позволяющая обоснованно оценивать ' и выбирать рациональные параметры данного процесса в конкретных условиях шахты.

Разработку такой модели целесообразно вести о использованием накопленного опыта, рекомендуемых принципов моделирования - в частности с помощью имитационного моделирования технологии на ЭВМ.

В соответствии с целью исследования, в диссертационной работе решались следующие с-снозные задачи при технологии формирования конвейерного штрека:

- анализ технологических процессов, связанных с оставлением породы в пахте (рис. 1);

■ - разработка моделей технологического процесса проведения выработок с оставлением породы в шахте;

- обоснование технологических решений по оставлению породы и их взаимосвязь.

Наблюдаемый -в последнее время рост объемов получаемой в шахте породы обусловлен рядом объективных факторов: переходом шахт на отработку пластов меньшей мощности, увеличением глубины разработки, горного давления-и газоносности и другие.

В связи с этим в ближайшие годы следует ориентироваться на увеличение выхода породы-из шахт, которая помимо огромных затрат трудовых и материальных ресурсов на транспортировку и складирование такого объема породы, эе размещение на поверхности требует отчуждения земельных участков, а наличие в пар-оде горючей массы сказывает крайне отрицательное влияние на окружающую среду.

' Приведенные факты указывают на важность и большое народнохозяйственное значение поиска технологических решений по снижению гак затрат на породные работы, так и объемов выдачи и складирования породы на поверхности.

Целесообразность разработки угольных месторождений с зак-.ладкой выработанного пространства шахтной породой зависит от возможности ее реализации на базе технических решений. Оборудование для возведения закладочного массива и для пневмотранс-

1С

г'. .^-¿т

« -41

ЦПА-2М

РАЗРЕЗ 1-1

Ж?

Ж

МП РНУ-10

Т1

РАЗРЕЗ А-А

Я-* -л

УН-35 ПнЕВМОЛИТ УШС-О ВП-70М ТИШ-1М 1ППН-5

I

\4ЛП-2м

1-й ЗАП. НОиВЕЙЕРМЫЙ ШТРЕК СПГ-ШВ

Рае. I. Технология формирования конвейерного штрека

порта закладочных работ применяется серийноеЛ прошедшее апробацию в промышленных условиях и позволяющее производить закладку породы в выработанное пространство как у места ее получения, так и на расстояние.

Для закладочных рабо'г Донгипроуглемашем создан уникальный пневмозакладочный комплекс оборудования "Титан", предназначенный дла механизации закладочных работ в забоях подготовительных выработок, проводимых вслед за очистным забоем или с небольшим опережением. Для погрузки породы из забоя в дробиль-но-закладочную машину используется порода от проход™ подготовительного забоя. Дробленая порода через загрузочный аппарат подается в пневмозакладочный трубопровод, по которому сжатым воздухом транспортируется в.выработанное пространство.

.Для загадки выработанного пространства используются разборные или шарнирно изгибающиеся трубопроводы с Соковыми выпусками закладочного материала. Принцип действия последних заключается в следующем: закладочный материал сжатым воздухом транспортируется по трубопроводу вдоль лавы; в местах устансв-. ки боковых впусков направление движения аэросмеси изменяется и • материал направляется в сторону выработанного пространства.

Анализ технологических схем и технических решений, выполненный институтами ИГД им. А. А.СкочинскогоДонуги и другими, позволил разработать исходные данные для проектирования экспериментального участка на шахте им. А.А.Скочинского для реализации технологии проведения спаренных выработок широким забоем с полным оставлением породы в шачте.

Задачами эксперимента являются:

- технологическая увязка серийного и разработка нестандартного,, оборудования для полной механизации очистных, подготовительных и закладочных работ в короткой лаве;

- отработка технологических параметров закладочных работ с цёльс обеспечения благоприятна условий для отработки выбро-соопаоного пласта, а также без ремонтного поддержания выработок большого сечения.

Для проведения эксперимента, как отмечалось выше', предусмотрено два этапа ведения работ. На первом этапе эксперимента необходимо накопление опыта отдельных технологических операций и технологических схем. На втором этапе реализовывается нсезя технологическая схема, которая обеспечивает заданные параметры

подвигания 2,4 м/сут. Нзми произведено моделирование технологического процесса проведения конвейерного штрекз с полным оставлением породы в шахте с отработкой технологических параметров.

Данный технологический процесс обладает такими свойствами как многооперационность, цикличность, наличие ручных и механизированных операций, существенная зависимость параметров операции от горнотехнических фзкторов, наличие нескольких источников отказов (нарушение нормального течения процесса). С учетом этого не представляется возможным непосредственное использование аналитических моделей данного процессз. В соответствии с современными тенденциями в области моделирования, наиболее предпочтительным представляются разработки и использование имитационных моделей процесса проведения подготовительных выработок с полным оставлением породы в шахте, указанные модели позволяют воссоздать картину производственного цикла, отразить взаимосвязь операции, ограничения на порядок и условия их выполнения, осуществить имитацию процесса в течение необходимого числа смен, с учетом реальных потоков отказов и восстановлений процесса.

В то же время, в ситуациях, когда необходимы исследования значительного количества технологических вариантов процесса, щирокое варьирование их параметров, использование чисто имитационных моделей требует определенного времени; во-вторых, каждый прогон моделей может осуществляться лишь при жестко фиксированных значениях всех параметров. В связи с этим предлагается' использовать комбинированный графоаналитический метод моделирования, сочетающий применение имитационных и аналитических моделей. .

На первом этапе производится цикл расчетов по имитационным моделям процесса проведения подготовительных выработок с полным оставлением породы в шачте, с изменением важнейших его параметров в определенных диапазонах.

Затем результаты моделирования' подвергаются стзтксинес-

кой обработке и.строятся зависимости выходных показателей процесса ст варьируемых параметров.

Указанные зависимости являются базовыми для быстрой (без SEM) сравнительной оценки различных вариантов технологического

процесса. При этом влияние остальных, факторов, не отраженных в базовых зависимостях, учитывается путем построения дополнительных зависимостей, отражающих степень воздействия этих факторов на главные' варьируемые параметры, либо непосредственно на конечный результат (в виде поправочного коэффициента).

В-соответствии с предлагаемым подходом задача моделирования технологического процесса проведения подготовительных выработок с полным оставлением породы в-шахте может быть'рагде-лене на два этапа: разработка и реализация на ЭВМ ..алгоритма имитационного моделирования данного процесса; построение графоаналитической модели.процесса.

Исходными для разработки алгоритма имитационного моделирования проведения подготовительных выработок с полным оставлением порода в шахте явились результаты технологического исследования данного процесса, а также результаты 'экспериментальных исследований по оценке конкретных параметров данного процесса в шахтных условиях. Поскольку задачей имитационного моделирования является воссоздание картины протекания исследуемого технологического процесса при различных значениях исходных параметров, в качестве типового этап ("такта") работы . имитационной модели может быть принят переход процесса из текущего в следующее состояние за определенный интервал времени. В рамках настоящего исследования этот интервал, времени был' принят равным одной минуте. ~

На рис. 2 представлена структура разработанной имитационной' модели. В качестве исходных характеристик модель учитывает (вход). При определении параметров моделей для конкретных условий определяются: состав операции (зависимости от применяемой технологии), типы отказов и условия их возникновения (т.е. сведения о том, при какой операции может возникнуть тот или иной отказ), численность рабочих на устранение., отказов, разрешенные операции во время отказов; задается порядок выполнения операции,!:, е. каждой операции может ставится в соответствие другая операция, после завершения которой она может начаться, естественно, задается интенсивность потоков-'отказа и

восстановлений (т.е. частота возникновения соответствующих событий в единицу времени).

КСнкретный перечень операций определяется .применяемой

CR

S И

cl S

Рио. 2. Структура имитационной модели

технологией проведения подготовительных зыработок с оставлением породы в шахте. В данном исследовании в качестве базовых рассматривались два варианта технологии, отличавшихся наличием (технслсгия*2) или отсутствием (технология-1!) ручных операций по сокращению и наращиванию отдельных секций трубопрозсдз. Последний вариант является, естественно, более перспективным и обеспечивается применением специальных конструкций трубопроводов, вклочалщях шаровые клапаны.

Начальное состояние мсжет быть в прг.нцкпе задзно различным образом - если мы хотим выполнить моделирование процесса начиная с какого-то определенного момента в проходческом цикле. В типсвсм случае все операции имеют одинаковый индекс состояния:

- "не начата", креме указанного могут быть исполъзсганы следующие индексы состсянпя:

- "закончена";

- "не выполняется из-за отказа";

- "нэ начата";

- "выполняется";

, - "временно приостановлена".

Трудоемкость операций может определяться на сснсве хрснс-метражных данных, либо рассчитывается с пемещью пмперацкзнньк моделей. Организация рабст характеризуется таг-зле общей 'чис-леннестыо рабочих и диапазонами изменена на отдельных спера-циях. В соответствии с разработанным' алгоритмом имитация процесса прсксходит поминутно в течение кегбхедпмого количества смен. В ка*.дый данный момент анализируется ситуация в забое, состояние операции, наличие отказов, распределение рабочих и определяется режим выполнения очередного минутного "такта", после чего этот "такт" отрабатывается и процедура повторяется сначала.

Описанный алгоритм был реализован ка д=2М PC XT/AT в йэдв диалоговой системы, рассчитанной-на непрограммирующего пользователя-специалиста. Результаты работы системы представляется в виде гистограммы распределения продолжительности прсхсдческого цикла и типовых графиков организации работ. Система позволяет

проводить циклы расчетов с изменением исходны;« данных и управляющих параметров. Среднее машинное время-имитации,анализкруе-

мого технологического процесса в течение 50 смен - 2 минуты.

В соответствии о принятым методическим подходом построение графоаналитической модели базировалось на цикле расчетов по разработанной имитационной модели. Всего было проведено 32 расчета (16 расчетов для технологии 1 и 16 расчетов для технологии 2) со средней продолжительностью имитации процесса в каждом случае равной 30 сменам.

В ходе указанны;« расчетов варьировались базовые параметры трудоемкости процесса и определялись соответствующие значения минимальной (без учета простоев) продолжительности проходческого ци)сла. При этом в качестве базовых параметров были приняты трудоемкость несовмещенных операций по креплению выработки (Т№.н) и трудоемкость операции "разрусекие-дробление-закладка") TD.. Величины указанных трудоемксстей задавались в чел;мин на одну заходку (раму, при расстоянии-между рамами 0,81 м); продолжительность цикла в целом определялась из расчета подзигания за^оя за цикл на 2,4 м (т.е. на 3 рзмы). Исходя из хронсметражных данных и оценок по пооперационным моделям, варьируемые значения трудоемкости несовмещенного.крепления изменялись от 170 до 260 чел-мин , значения трудоемкости операции "разрушение-дробление-закладка" - от 23Q до 350 челтмин.

Ка следующем этапе в ходе статистической обработки полученных данных были построены регрессионные зависимости, связывающие значения TuiUn, TD, TKß.H. Соответствующие результаты представлены на рис. 3 .

Полученные,зависимости позволяютв частности,определить , при каких сочетаниях значений Тс (трудоемкость разрушения дробления и закладки в расчете на одну заходку 0,8 м) и Тир" (трудоемкость несовмещенного крепления в расчете на одну раму) может быть достигнута та или иная продолжительность проходческого цикла Тцт1п (в расчете на подвигание забоя на 2,4 м, без учета простоев).

Укрупненная оценка реальной продолжительности цикла требует, естественно, дополнительного учета -фактора надежности. Как отмечалось, в данном исследовании учитывались 4 вида отказов:

1) отказ комбайна;

2) отказ закладочной машины "Титан";

1S-

ТЕХНОЛОГИЯ I

ТГ

ТЕинолпгиа 2

Т.".

дю, '

Рио. 3. Результат имитационного моделирования :

Т.(Т"') - трудоемкость разруления-и дробления-залолненпл

(крепления) в расчете на одну заходку (раму), чел.-мин;

Т„ - минимальна? (без учета простоев) 4 продолжительность цикла из

трех заходок, мин.

3) отказ систем по«ии воды и воздуха;

4) забучивание трубопровода.

Каждый вид характеризуется саответствуюп^ми интенсивнос-тями потоков отказов и восстановлений ц^.

8 соответствии с формулами теории надежности выражения для суммарной интенсивности потока сткагсв и потека восстановлений (при параллельном выполнении операции) имеют вид:

Лоощ.- Лг + + ^з + ^4 ;

Мобщ. -

Кг.

общ.

XI + \2 + Яэ + *4

Ъ. + ^ + ^ + Ъ

И1 И2 113- М

Нобд. Доба.

На рис. 4 дана также зависимость коэффициента готовности тех-НОЛ1. л, характеризующая вероятную степень разброса фактической продолжительности вокруг своих средних значений.

В целом представленные данные позволяют без ЭВМ выполнить укрупненную оценку значительного числа технологически вариантов проведения выработок с оставлением породы в шахте, отличающихся набором основного и вспомогательного оборудования, технологией и организацией процесса (включая параметры его'надежности) .

На заключительном этапе исследования с использованием разработанной модели осуществлялось варьирование возможных и выбор рационального технологического варианта процесса удовлетворяющего заданным требованиям.

При варьировании технологии проведения подготовительных выработок с оставлением породы в шахте анализировались вариан-

V

1 1 ! 2 !

1 / ! \S-LA

1 I . ! у ! Ж т / ' / / |// л

1 3 |

1 1

У 12 и • м . ЛО М' \2 « 1.4 Нг - коэффициент готовности теннологической схемы

А/(ЛУ -ТЕНиШАЯ (бдзаадя) ИНТЕНСИВНОСТЬ ПОТОНА ОТНАЗОВ ГО НИЛА ^(ДО) -ТЕКУЩАЯ (ВАЗОВАЯ) ИНТЕНСИВНОСТЬ ПОТОКА ВОССТАНОВЛЕНИЙ /-Г0 ВИЛА Ниц-КОЗФОИиИЕНТ ВАРИАЦИИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЦИКЛА

1 -ОТКАЗ КОМВАЙНА 3-ОТКАЗ СИСТЕМ ПОДАЧИ ВОДЫ И ВОЗДЫКА

2 -ОТКАЗ .ТИТАНА* < - ЭАВУЧИВАНИЕ ТРУВОПРОВОДА

Рио. 4. Оценка надежности технологии

ты, отличающиеся применением технологии 1 или технологии 2, использованием комбайна 4ПП-2М или более перспективного (в качестве которого рассматривался комбайн КП25); степенью механизации операции по креплению выработок (ручное крепление - вариант 1, частичная механизация, доставки - вариант 2, полная механизация доставки - вариант 3, полная механизация достав-ки+частичнзя механизация установки - вариант 4, полная механизация доставки+полная механизация установки - взриантгй).

Всего рассматривалось 20 вариантов. Для каждого варианта графоаналитическим методом определялась минимальная продолжительность проходческого цикла (с построением вспомогательных графиков зависимости Тцт1п от при фиксированных значени-

ях Тр с последующей интерполяцией необходимых значений), рис.5.

Выбор указанных вариантов базировался, в частности, на предшествующих исследованиях по оценке перспектив развития комбайновой технологии проведения Еыработск. Первым этапом оценки каждого варианта являлся расчет трудоемкости и несовмещенного времени основных операций проходческого цикла с помощью пооперационных моделей трудоемкости.

В рамках данной работы рассмотрены варианты вплоть до полной механизации работ по доставке и установке крепи - например, на базе использования консольной секционной крепи КСК.

Варианты с временной механизированной крепью.не рассматривались, поскольку до сих пор отсутствуют соответствующие решения, прешедшие производственную проверку. Однако при необходимости эти варианты также, естественно, могут быть оценены с-, помощью предложенной модели.

Проходческие комбайны типа 4ПП-2 (4ПП-2М) уже длительное время применяются на угольных шахтах отрасли для проведения подготовительных выработок с присечкой пород крепостью до б по шкале проф. М.М.Протодьякснсва, сечением до 25 м2. В-то же время эти комбайны уступают по своим характеристикам ряду зарубежных машин (например, типа АМ-75), в связи с чем в отрасли уже ряд лет ведутся работы по созданию белее совершенных мз-щин, В частности, прешел испытания комбайн типа КП-25, обладающий по сравнению с комбайном 4ПП-2М более высокой (нз 20-2531) производительностью и надежностью. Указанное обстоятельство

ТЕ«МС1ЛС]ГИЯ 1 комбайн 4ПП-2М «омвайн МП-22

425^3 4пе

ЗБ8 ь ... .

ф ф ® со (1) в Л |

¿¡□П 390 383

Ф

@

®

34Б 322

@

ТЕХНОЛОГИЯ 2 КПМВАЙН 4ПП-2М комвайн ЙП-23

483 473 4ЕН 452 *7Э

ф

(I)

®

®

®

¿ИЗ 403

■ ^

Ф @ ® ® {

интерполяция данным

Т*ям

и

т

0 50 100 »0 200 230 300

ф_ РУЧНОЕ КРЕПЛЕНИЕ

®/@ - ЧАСТИЧНАЯ/ПОЛНАЯ МЕМАМИЗА11ИЯ ДОСТАВКИ

£)/(§) - ЧАСТИЧНАЯ/ПОЛНАЯ МЕИАНИЗАЧИЯ установки

«23

-РАСЧЕТНАЯ продолжительности промал-чЕсиага ииклА, мим

Рио. 5. Оценка альтернативных' технологических

вариантов :

2.0 ,

обсулсвидо включение технологических схем с комбайном КП-25 в перечень рассматриваемых вариантов.

Расчеты проводились при равной надежности технологии, как видно из данных при Кг - 0,8, могут быть обеспечены требуемые показатели процесса проведения выработок с закладкой.

На основании -приведенных исследований были получены конкретные рекомендации применительно к условиям пахты им. А.А.Скочинского, для технологии формирования подготовительных выработок с полным оставлением породы в выработанное пространство с темпами подвигания 2,4 м/смену;

- серийно применяемый комбайн 4ПП-2, при подвигании в 2,4 м/сут,рзботает на пределе возможного, более выгодные параметры у вновь создаваемого комбайна КП-25;

- дробильно-закладочный комплекс "Титан" по своей производительности обеспечивает заданные параметры подвигания;

- технология возведения закладочного массива при разборном трубопроводе не обеспечивает заданных параметров и требует перехода на п-арнирно-изгибающийся трубопровод с боковым выпуском, что повлечет за собой изменение в конструкции . применяемой механизированной крепи;

- надежность всей системы комбайн-дробильно-заклэдочный комплекс-трубопровод должна ¡алеть коэффициент готовности не менее 0,8.

»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

«

В диссертационной работе дано новое решение актуальной для угольной промышленности научной задачи использования модели для сценки рациональных параметров процесса ведения закладочных работ в конкретных условиях шахт, а также для проектирования аналогичных процессов, связанных с оставлением породы в шахте.

Основные научные выводы и практические- результаты работы заключаются в следующем:

1. Анализ технологических процессов, связанных с оставлением породы в ¡лачте, показал, что существующие технологии закладки (скреперная, гидравлическая) не обеспечивают требуемых параметров закладки , а именно времени производства зак-

ЛЭ£КИ.

2. Проектная проработка вариантов закладки в течение смены, выполненная институтом,Донгипрспахт^показывает, что необходимо производить много-вариантное исследование и Выборг технологических схем для .конкретных условий производства, что возможно только с применением моделирования и с применением ЭВМ.

3. Применительно к технологическому процессу проведения подготовительных выработок с полным оставлением породы.в и—<?е предложен комбинированный метод моделирования, соч-такщий применение имитационных и аналитических мед-лей. Предложенный подход сочетает преимущества детального имитационного исследования процесса и укрупненные оценки его параметров графами -лктическим метсдом.

4. Разработан я реализован нз^ЭЕМ в виде диалоговой системы алгоритм имитационного моделирования, позволяющий воссоздать реальную картину данного технолггическото пр-оцессз с учетом состава и взаимосвязи операции, влияния потеков стказсз и восстановления оборудования, организационных параметров. Предложенный алгоритм может быть таете использован при моделировании 'аналогичных технологических прсцессс-з. Выходом системы является оценка продолжительности технологического цикла и расчет типового графика организации работ, при различных исходных данных и управляющие параметрах. Среднее машинное время имитации технологического процесса в течение 50 смен - 2 мин.

5. В результате статистической обработки результатов :а.т-тационного моделирования получены зависимости дляЗсценки минимальной продолжительности цикла Тц|Г,:п от несовмещенной трудоемкости работ по рзгрушент-дроблег-пк-гаклздке (Тс.) и работ по креплению выработки (ТКр.н). Устансзленс, что возрастание 'Тр и Ткр.я на 10? приводит к среднему увеличению Тцст'п соответственно на 7-37. и 8-9Х. • •

6. Установлены коэффициенты эластичности влияния ннтен-сивностеи рззл1тых потеков стказсз и восстановлений на коэффициент готовности технологии, сеставляЕгяе соответственно:

для отказов Титана - 0,15-0,20

для отказов по причине забучивзния трубопровода - 0,1-0,15

для отказов комбайнз - 0,03-0,08 ■

для отказов системы подачи

воды и воздуха - 0,04-0,05.

Построенная на основе полученных зависимостей графоаналитическая модель позволяет без 5ЕМ выполнить укрупненную сценку значительного числа технологических вариантов проведения выработок с оставлением породы в юахте, отличающихся набором сснсвного и вспомогательного оборудования, технологией и организацией процесса (включая параметры его надежности).

7. С использованием разработанной модели выполнен 'анализ 20 технологически вариантов проведения подготовительных выработок с оставлением породы в пахте, отличакщюс-зя тнпсм проходческого комбайна степени механизации крепления операциями по сокращению и наращивая:® трубопровода.

Относительное изменение минимальной продолжительности цикла при переходе от менее прогрессивных й более прогрессивным технологическим вариантам составляет:

- для замены комбайна 4ПП-2М на КП-25 - 2-8?; (для технологии 2) и 4-102 (для технологии 1), при этом эффект замены комбайна увеличивается.с "ростом механизации крепления;

- для механизации крепления - 10-152 (для технологии"?)' и 14-172 (для технологии 1);

- для перехода к технологии 1 (без операции по кзращгеа-нкв и сокращению трубопровода) - 12-172.'

9. При значениях коэффициента готовности технологии в диапазоне 0,5-0,продолжительность проходческого цикла Судет приближаться к двум сменам, что не позволит обеспечить требуемые показатели технологии з целом. Сменное подвигание забоя, равное 2,4 м, не сможет быть также обеспечено при использовании технологии 2, характеризующейся наличием операции по сокращению н наращиванию трубопровода - даже при применений перспективных проходческих комбайнов и рассмотренных средств механизации крепления.

Достижение сменной скорости подвигами забоя, разной 2,4 м (3 еахсдки по р,3_м)1 может быть обеспечено при коэффициенте готовности технологии, сзстав.йЕЩгм--примерно 0,3 и тогда будут обеспечены требуемые технике-экономические показатели.

9. Технологическая модель, обеспечивающая проведение подготовительных выработок с темпами 2,4 м.'смену, состоит из про-

1Ъ

хэдческого комбайна 4Ш-2 или КП-25, дробильно-закладочного комплекса "Титан", безразбсрного трубопровода с боковым выпуском породы при коэффициенте готовности не менее 0,8.

10. Реализованная в работе модель может быть использована в конкретном проектировании аналогичных технологии, она вошла в сводный отчет по экспериментальному участку, составленный институтом ИГД им. А.А.Сксчинского для передачи институту "Донгипрошахт".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах;

1. Радхив Кумзр Ранджан. Имитационное моделирование процесса проведения подготовительных выработок с полным оставлением породы в шахте. - Депонир. в МГГУ, 1994, N 9-12.

2. Рзджив Кумар Ранджан. Оценка технологии проведения спаренных выработок по угольным пластам с полным оставлением породы в ша;:те. - Депонир. в МГГУ, 1994, N 9-12.

3. Скороход М.А.. Рзджив Кумар Ранджан. Влияние обновления основных фсндов на технико-экономические показатели работы шахт ПО "Донецкуголь". - В сб.: Прогрессивные технологии подземной разработки угольных месторождений.- М,: МГИ, 1992, с. 62-65.

4. Скороход М.А., Рзджив Кумзр Ранджан Экономическая эффективность технологии извлечения запасов угля из охранного целика с полной закладксй вырабстанного пространства. - В сб.: Разработка способов и технологических репенкй, обеспечивающих экологическую чзстоту шахт. - М. : МГИ, 1992, с. 34-38.

5. Сводный отчет института ИГД км. А.А.Сксчинского по экспериментальному участку шахты им. А.А.Сксчинсксго за 1993 г. с. 85-88.

Подписано в печзть 11.05.94. Фермат 60x90/16 Объем 1 печ.л. Тираж 100 -экз. Заказ M

Типография Московского государственного горного университета. Ленинский пр., 5

2«4.