автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Обоснование направления развития горных работ в пределах контуров карьеров при годовом планировании

с

На правах рукописи

ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ГОРНЫХ РАБОТ В ПРЕДЕЛАХ КОНТУРОВ КАРЬЕРОВ ПРИ ГОДОВОМ ПЛАНИРОВАНИИ

(на примере угольных месторождений северного Кузбасса)

Специальность 05.15.03 - "Открытая разработка месторождений полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1996

Работа выполнена в Кузбасском государственном техническом университете.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Ташкинов A.C.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Паначев И. А., кандидат технических наук Кузнецов В.И.

Ведущая организация - институт "Кузбассгипрошахт".

Защита диссертации состоится "26" июня 1996 г. в 1 k часов на заседании диссертационного совета Д 063.70.02 при Кузбасском государственном техническом университете по адресу:650026, г.Кемерово, ул.Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кузбасского государственного технического университета.

Автореферат разослан". US 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.С.Ташкинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. Угольные месторождения Кузбасса представляют собой свиту нарушенных пластов. Порядок разработки месторождений устанавливается по критерию минимума текущего коэффициента вскрыши, что ведет к постоянно меняющейся интенсивности отработки различных частей поля разреза. Трудоемкость открытой разработки таких месторождений обусловлена многими факторами, к которым следует отнести сложные горно-геологические условия разрабатываемых месторождений, несоответствие рабочих параметров выемочно-погрузочного и транспортного оборудования сложному пространственному положению и структуре пластов з забое, несогласное подвигание фронта горных работ по отношению к залеганию пластоз и др. Это приводит к увеличению потерь угля и возникновению вспомогательных горных работ, доля которых на разрезах северного Кузбасса тостигает 65...75 % от объемов вскрыши. На их выполнении задействовано около 1/3 списочного парка экскаваторов.

Прогнозирование производительности выемочно-погрузочного оборудования осуществляется исходя из достигнутой. Недостаточно учитывается сложность ведения "орных работ, их изменчивость от горно-геологических условий, сложность вскрытия эабочих горнзонтоз.

Для снижения потерь угля при зыемке пластов наклонного падения добычные заботы ведутся уступами уменьшенной высоты, что является причиной снижения троизводительности экскаваторов. В этих условиях эффективность открытой шработки месторождений зо многом определяется обоснованностью принимаемых )ешений по динамике развития горных работ.

Анализ развития горных работ на разрезах северного Кузбасса показывает, что юзпадение их фактического положения в пространстве с плановым контуром оставляет 59 % , а выполнение по времени в совпадающих контурах отклоняется на рок до 7,5 месяцез. Следовательно, повышение эффективности добычи угля за счет >ашгонального направления развития горных работ в пределах контуров разреза влястся актуальной научной задачей.

Диссертационная работа выполнялась в рамках исследований по целевой омплексной программе Мкнуглепрома СССР ЦКОП 150805, по региональной :рограмме " Сибирь " АН СССР ( программа " Уголь Кузбасса " ) в соответствии с

планом научно - исследовательских работ Кузбасского политехнического института в период 1981-1989 гг.

Цель работы - повышение эффективности добычи угля открытым способом за счет рационального направления развития горных работ.

Идея работы заключается в том, что при обосновании рационального направления развития горных работ учитываются объемы специфических вспомогательных экскаваторных работ и особенности их появления.

Научные пэлэзжег-'кк. представляемые к защите:

- необходимость в выполнении вспомогательных горных работ, объемы которых находятся в параболической зависимости от угла откоса рабочего борта и высоты рабочей зоны, обусловлена сложноструктурным залеганием пластов, трудностью вскрытия рабочих горизонтов и сложным контуром фронта горных работ;

- порядок развития горных работ, обеспечивающий рациональное использование недр и повышение достоверности планов горных работ, необходимо обосновывать с учетом текущего коэффициента вскрыши, потерь полезного ископаемого, объемов вспомогательных горных работ;

годовую производительность зкекаваторно-автомобильных комплексов необходимо обосновывать во взаимосвязи с порядком развития горных работ и сложностью горнотехнических условий добычи угля, характеризующейся количественной оценкой условий выемки угольных пластов.

Научная критика работы заключается в том что:

- установлена параболическая зависимость между объемом выполнения вспомогательных горных работ, углом откоса рабочего борта и высотой рабочей зоны;

- установлен характер взаимосвязи между величиной текущего коэффициента вскрыши и уровнем эксплуатационных потерь полезного ископаемого при выборе направления развития горных работ;

- определены параметры отклонения производительности экскаваторных комплексов от ее среднего значения з зависимости от вероятностного соотношения объемов горной массы по типу сложности разрабатываемого блока;

- установлены зависимости, позволяющие определять производительность экскаваторных комплексов в конкретных сложных горно-гсологических и горнотехнических условиях вариантов расстановки экскаваторов в пространстве рабочей зоны разреза.

Обоскояздноет?» и досточгркость научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- методами обобщения и анализа теоретических исследований, технико-экономического анализа, математической статистики и подтверждается 95 % надежностью статистических зависимостей технико-экономических показателей работы разреза от результатов планирования горных работ;

- технологическая необходимость и объемы выполнения вспомогательных горных работ экскаваторами кг разрезах Кузбасса обоснованы технико-экономическим анализом, методами математической статистики и аналитической геометрии;

- рациональный вариант порядка развития горных работ с учетом эксплуатационных потерь полезного ископаемого, текущего коэффициента вскрыши и объема вспомогательных горных работ определен на основе математического моделирования месторождений, метода вариантов при совпадении зон выемки с фактом по добыче 68,4 %, по вскрыше 72,7 %, по горной массе 71,7 %;

- рациональный вариант схемы экскавации обоснован технико-экономическим анализом, аналитическим методом и методом линейного программирования при отклонении расчетной величины производительности экскаваторных комплексов от фактической на 8...16% против 16...30 % по существующей методике;

- эффективность технологических решений ведения вспомогательных горных работ подтверждена знедрепкем на разрезе "Черниговский".

Научиод зтачжге работы заключается в установлении закономерностей изменения производительности экскаваторко-автомобилькых комплексов и параметров вспомогательных горных работ от горкотсхнических условий разработки при годовом планировании горных работ.

Прзулгазгкса зкачзкке габзтм заключается в разработке метода расчета порядка развития горных работ, позволяющего иметь рациональный уровень потерь полезного ископаемого, формировать рациональный вариант расстановки экскаваторов в пространстве рабочей зоны разреза, планировать технологически необходимые збъемы вспомогательных горных работ с использованием ЭВМ.

Реализация змзодоз и секоге^даний заботы. Технологические схемы зспомогательных горных работ использованы при разработке отраслевого рабочего юкумента ?Д 12.18.С82-88 "Альбом оптимальных инженерных решений при троизводстве горно-вскрышных работ з нетинозых условиях на строительстве и

рсконструкции разрезов". Технология ведения вспомогательных горных работ внедрена на разрезе "Черниговский" с фактическим экономическим эффектом 42,2 тыс.р (в исках 1985г.).

' Апробация ¡работь;. Основные результаты исследований докладывались и получили одобрение на научно-технической конференции НТО - Горное (Кемерово, 1983г.), на научных конференциях Кузбасского политехнического института, на технических совещаниях инженерно-технических работников разреза АО "Черниговец" (г.Бсрсзовский, 1985,1988гг.) и концерна "Кузбассразрсзуголь" (г.Кемерово, 1985г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 статей.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 84 наименований, 11 приложений, изложенных на 179 страницах машинописного текста, Содержит 35 рисунков, 31 таблицу.

Автор считает приятным долгом выразить благодарность сотрудникам кафедр открытых горных работ Кузбасского государственного технического университета, Московского государственного горного университета, работникам концерна "Кузбассразрсзуголь", разрезов "Кедровский" и "Черниговский" за помощь в организации и проведении исследований; докторам технических наук П.И.Томакову, Н.Н.Медникову, А.С.Ташкинову за полезные консультации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Повышение эффективности добычи угля открытым способом за счет рационального направления развития горных работ при годовом планировании посвящено большое количество научных работ.

Основные принципы планирования и совершенствования открытых горных работ обоснованы и развиты в трудах академика 3.В.Ржевского, докторов технических наук Ю.И.Анистратова, Ю.П.Астафьева, В.И.Ганицкого, Н.Д.Бевз, Д.Г.Букейханова, М.Г.Новожилова, С.С.Резниченко, Б.А.Симкина, М.С.Суменкова, И.Б.Табакмана, В.С.Хохрякова, Е.В.Фрейдиной, А.Д.Школьникова; кандидатов технических наук Е.И.Васильева, А.В.Калинина, И.И.Цепилова, А.С.Ненашева, В.А.Ермолаева, В.Л.Мартьянова, А.М.Танайно, С.М.Гусева, Н.И.Воробьевой, Т.К.Кулубехова, Ю.К.Шкута к других ученых горняков.

Академих В.В.Ржевский выделяет пять основных уровней управления эазработкой месторождений: проектирование и этапное планирование, годовое тлаиирование, месячное планирование, декадно-суточное и сменное планирование, шеративно-диспетчерсксе управление. На каждом уровне планирования решаются определенные задачи управления горным производством. Годовое планирование орных работ занимает особое место, являясь основой перспективного, квартального и месячного планирования. Поэтому совершенствование планирования горных работ на шнном уровне приведет к улучшению технико-экономических показателей на всех 1тапах разработки месторождения.

Существует связь между отклонением отработки объемов в пространстве и во фемени с отклонением от плана производительности оборудования, объемов добычи I зсхрыши, фактическим временем работы оборудования и его простоями. При течете годового плана определяют производительность экскаваторов, их число и >асстановку. Производительность экскаваторов устанавливается при этом на основе [остигнутой с учетом планируемой величины рабочего фонда времени. Недоучет 1лиякия горнотехнических условий на производительность экскаваторных комплексов фиводит к отклонению фактического выполнения горных работ зо времени и фостранстве. ••-,-.

На разрезах Кузбасса выполняется специфический вид вспомогательных горных >абот - "прочие". Планирование горных работ необходимо осуществлять с учетом лияния фактора сложности горнотехнических условий разработки на фоизводителькость высмочно-погрузочного оборудования и возникновения объемов спомогательных горных работ.

В работе, в соответствии с поставленной целью, решались задачи:

- систематизация вспомогательных горных работ, разработка унифицированной юдели для определения параметров технологических схем и установление ависимостей для планирования их объемов в конкретных горнотехнических услозиях;

- установление критерия выбора направления развития горных работ для ариантоз, отличающихся зеличиной текущего коэффициента вскрыши и ксплуатациокных потерь полезного ископаемого;

- установление закономерностей изменения производительности зкекаваторно-втомобилъных комплексов от сложности горнотехнических условий разработки на снове применения блочной модели месторождения;

-8- оценка методики расчета годового плана горных работ, учитывающей влияние сложности горнотехнических условий разработки месторождения.

Сложноструктурные угольные месторождения Кузбасса характеризуются неравномерной угленасыщенностью как по площади, так и по глубине. Порядок разработки выбирается по минимуму текущего коэффициента вскрыши.Развитие горных работ приводит к чрезмерной концентрации оборудования, перегонам экскаваторов из одной угленасыщенной зоны в другую, измененшо схем вскрытия рабочих горизонтов, строительству и отсыпке трасс для автомобильного и железнодорожного транспорта.

На отдельных участках рабочей зоны угол откоса рабочего борта достигает^ значения, при котором практически отсутствуют рабочие площадки. Рабочий борт на момент приостановки на нем горных работ по своей конструкции подобен временно нерабочему борту, но по назначению существенно от него отличается. Это отличие состоит в том, что временно нерабочий борт служит для перераспределения объемов вскрыши между этапами (7... 10 лет) разработки, а в данном случае с изменением угла откоса борта осуществляют перераспределение объемов вскрыши по годам эксплуатации в этапе.

Отработка как временно нерабочего, так и временно погашенного борта осуществляется горизонтальными или крутыми слоями ограниченной ширины последовательно сверху вниз, начиная с отгона самого верхнего горизонта и кончая нижним, что позволяет произвести выемку угольного пласта. При такой технологии отгона борта "нарезка" нового горизонта осуществляется как с погрузкой вскрышных пород в средства транспорта, так и без нее. Во втором случае осуществляется сброс породы на нижележащий горизонт. Объемы вскрышных работ будут зависеть от угла наклона временно погашенного борта и способа его разработки. Такой способ расконсервации временно нерабочего борта способствует возникновению вспомогательных горных работ.

Перераспределение объемов вскрышных пород по годам эксплуатации сопровождается увеличением объемов работ, выполняемых экскаваторами. Целесообразные объемы выполнения вспомогательных горных работ должны обосновываться как экономическим сравнением вариантов, так и возможной производительностью выемочно-транспортных машин.

-9В общем случае рабочий борг изменяет свое положение от крутого до проектного значения. При вьгполаживании крутого рабочего борта необходимо стремиться к минимуму объемов вспомогательных горных работ, возникающих при создании рабочей площадки минимальной ширины, которая впоследствии используется как транспортная полоса при узких сквозных заходках. Объемы вспомогательных горных работ тесно взаимосвязаны с порядком разработки и их планирование целесообразно осуществлять путем сравнения приведенных затрат по вариантам отработки.

Для примера, затраты по вариантам с оценкой на конец второго года составят : по первому варианту

31 = 3]'У1 + ЗГУ2 + 32Уз, (1)

где 31 - приведенные затраты по варианту отработки с проектным углом рабочего борта, р; ЗГ - дисконтирозанкые затраты на единицу объемов вскрышных работ в первый планируемый период, р/м3; VI ,У2, Уз - выполняемые объемы вскрышных работ, м3. 32 - затраты на единицу объема вскрышных работ во второй планируемый период, р/м3; по второму варианту

Зп = ЗГУ: + ЗгУз + ЗьгУь + Зг(Уг - Уьс), (2)

где Зи - приведенные затраты по варианту отработки с формированием крутого рабочего борта, р; Зь2 - приведенные затраты на единицу объема вспомогательных горных работ ао второй планируемый период, р/м3; Уь - объем вспомогательных горных работ с учетом работ по ттеревглхе горной массы к отгрузке навалов в транспорт, м3; Уы - объем вспомогательных горных работ по экскавации из массива,м3 Результаты выполненных исследований показывают, что экономически целесообразные объемы вспомогательных горных работ находятся в параболической зависимости от высоты рабочей зоны (высота рабочей зоны определена через количество уступов). Рост объемов характерен для работ по переэкскавации горной массы. Изменение этих объемов от величины фактического угла откоса рабочего борта также находится в параболической зависимости (рис. 1а,б).

Изменение объемов вспомогательных горных работ, определяемых технологической схемой отработки крутого борта, в зависимости от высоты рабочей зоны, происходит прямо пропорционально для работ по выемке пород из развала и

Yef, и )н

Yec.» im

soo &00 m 200

1

/

/

1 t

450 350

d

я'

П

37 M

YBC. M'/M mo

soo 600 m £00

/

/ /

/

I 14

— 1/

/ Г V

ViC ,M3/M

500

4OO

300 200

7 П

' Vl

-чг

Vat, M iH 1000

(00 600 400 100

1 >

А

у V

/у /

/ // /

29 35 У У,граЗ.

Рис.1. Изменение экономически целесообразных и технологически нсобходи-, мых объемов вспомогательных горных работ (VBC) от высоты рабочей зоны (п ) и фактического угла откоса рабочего борта карьера ( ф ):

а,б - мягкие и плотные породы; в,г,д - скальные породы ; 1 - выемка породы из массива или развала; 2 - переэкскавация горной массы; 3 - отгрузка горной массы из насыпи ; - экономически целесообразные объемы;—•—•— технологически необходимые объемы; —«--- экономически целесообразные обьемы, определяемые параметром ф

отгрузки горной массы из кгсыпи (навала), и изменяется параболически для'работ по переэксказации горной массы (рис.1 з,г,д).

Анализ показывает, что эти работы характерны для всех марок экскаваторов, являясь технологически необходимым элементом при выемочпо'-погрузочных работах, выполняя функцию поддержки на заданном уровне работоспособности основных технологических процессов и обусловлены особенностями геологии, технологии, организации горных работ. Выполненный анализ позволил провести их систематизацию, основанную на принципе целостности технологического процесса как системы неразрывных связей. 3 основу систематизации положено рассмотрение схем вспомогательных горных работ, как совокупности отдельных работ их составляющих, отличия по тину формируемого забоя, рассмотрения зида разгрузки и учета марки экскаватора, вида транспорта, способа погрузки транспортных средств.

В структурном отношении технологические схемы вспомогательных горных работ состоят из различного сочетания трех элементарных видов работ: выемка горкой массы из массива или развала и обргзозанке временной насыпи горных пород, отгрузка ее в средстза транспорта, перезкеказация временной насыпи горных пород. Параметры экскаватороз при работе з забое используются, как правило; не полностью.

Проведенная систематизация позволяет обосновать рациональные параметры ' технологических схем вспомогательных горных работ. Основными параметрами, пменение которых приводит к формированию различных схем, являются высота шжнего подуступа и высота засыпки вскрышного уступа, позволяющие установить 1ять моделей схем вспомогательных горных работ з торцевом забое, две модели в ■раншейном забое и дзе модели по перезкекавапки горной массы, взаимосвязанные ■ 1ежду собой и являющиеся частью одной разработанной унифицированной модели. -Га оснозе этих моделей могут быть образованы типовые схемы вспомогательных орных работ для самых разнообразных условий.

Основой текущего и перспективного планирования является исследование режима оркых работ. Взкду сложности к трудоемкости эту задачу целесообразно решать на снове экономико-математических моделей открытой разработки месторождений, 'гольные месторождения Кузбасса, как объекты математического моделирования гносятся к числу наиболее сложных. Применение цифровой (блочной) модели есторождекия, используемой для анализа режима горных работ, обеспечивает по

имеющимск оценкам, погрешность подсчета объемов не более 3...7 %. Программный модуль позволяет на основе блочной модели месторождения установить режим горных работ, необходимый дом обоснованного планирования горных работ.

Расчет порядка развития горных работ в программном модуле осуществляется по критерию минимума текущего коэффициента вскрыши с учетом потерь полезного ископаемого. В качестве ограничения принят предельный угол наклона транспортных коммуникаций (руководящий уклон) между смежными рабочими зонами (ограничение по условиям заезда).Рациональный порядок отработки месторождения необходимо устанавливать с учетом эксплуатационных потерь полезного ископаемого, определяемых в том числе и направлением подвигания фронта горных работ по отношению к залеганию пласта. Наиболее существенное влияние порядка отработки месторождения на эксплуатационные потери полезного ископаемого будет сказываться в зоне применения железнодорожного транспорта. Ввиду того, что расчет порядка отработки месторождения осуществляется в целом для всего разреза, что вызвано необходимостью сохранения технологического единства горных работ, то изменение порядка отработки на участке рабочей зоны, отрабатываемой с применением железнодорожного транспорта, вызовет изменение порядка отработки рабочей зоны, отрабатываемой с применением автомобильного транспорта. Интерес представляют варианты порядка отработки месторождения, отличающиеся величинами текущего коэффициента вскрыши и эксплуатационными потерями полезного ископаемого, которые можно представить следующими соотношениями 1)Кл>Кч, 2) Кп < Кц , П1 > Ц , (3)

где К-п , Ктз - значения текущего коэффициента вскрыши соответственно по 1 и ] вариантам развития горных работ, м3/т; ГЬ , Гц - уровень эксплуатационных потерь полезного ископаемого соответственно по 1 и j вариантам, %.

Эти условия не позволяют однозначно решать вопрос о выборе рационального варианта, так как величины Кт и П находятся в сложной взаимосвязи, которая определяется следующими выражениями

г| Д Щ1-К-П у )

Д Кт = ;- , (4)

у (100 -ПО [100 -Щ 1 + л )]

Д Кт = К'т| - Кп-, ДП = Ц]-П1, (5)

где Д Кт - значение необходимого отклонения текущего коэффициента вскрыши з альтернативных вариантах, м3/т; К'ч - значение допустимой величины текущего коэффициента вскрыши по сравниваемому зарианту,м3/т; ^-поправочный коэффициент вспомогательных факторов к основным для определения величины экономического ущерба от потерь полезного ископаемого (г]=1,05);у .- плотность полезного ископаемого в массиве, т/м3.

Решение о принятии альтернативного варианта в общем случае может быть записано как Д Кгр 5 Д Кт, где сравнивается разность расчетных значений текущего коэффициента вскрыши, полученных на основе горно-геометрического анализа. Отклонение потерь в альтернативных вариантах на 1 % соответствует допустимому отклонению текущего коэффициента вскрыши на 1,25 %.

Выбор порядка раззития горных работ производится с учетом совместного влияния потерь полезного ископаемого и необходимости выполнения вспомогательных горных работ. При этом предполагается, что приведенные затраты на транспортирование, отвалообразование и буровзрывные работы равны по вариантам развития горных работ.Тогда, приведенные затраты на единицу вскрыши, переработанные по типовым технологическим схемам и по схемам вспомогательных горных работ будут отличатся составляющей экскавации горней массы, которая определяется с учетом величины изменения производительности экскаваторов при ведении вспомогательных горных работ. В этом случае разность затрат по двум сравниваемым вариантам (1 и j) порядка развития горных работ можно записать Д3 = / Ктц,Ап-ч,У,с>,} , (6)

где Кт - текущий коэффициент вскрыши, т/ м3; Ап - потери полезного ископаемого, т; Уве - обьем вспомогательных горных работ, м3.

Использование блочной модели месторождения при анализе режима горных работ поззо.тяет определить влияние сложности условий разработки на производительность экскаваторных комплексов при планировании горных работ. В соответствии с принятой блочной моделью выделено б типов элементарных блоков: 1-добычной блок; 2 - вскрышной блок; 3 - блок содержит один пласт, при подходе работ к нему с кровли; 4 - блок содержит один пласт, при подходе работ к нему с почвы; 5 -

блок содержит более одного пласта, при подходе работ к пластам с кровли; 6 - блок содержит более одного пласта, при подходе работ с почзы (рис. 2а).

Эксплуатационная производительность экскаваторов в сложных условиях определяется как горно-геологическими и организационными факторами, так и соотношением объемов горной массы в сложных и простых блоках. Это соотношение определяется порядком отработки месторождения и носит случайный характер. Изменение производительности экскаваторных комплексов в сложных блоках в зависимости от горно-геологических и горнотехнических факторов, а также параметров элементарного блока показано на рис. 26 - 2г.

Экстремальные значения производительности экскаваторных комплексов определяются типом блока (его сложностью) и прежде всего количеством угольных пластов в нем (рис.2д). Интервал теоретически возможного отклонения производительности экскаваторных комплексов от среднего значения, в зависимости от вероятностного соотношения объемов горной массы по типу сложности в году, составляет 22,5 . %. Для разреза "Черниговский" возможное изменение производительности экскаваторных комплексов от среднего значения по годам эксплуатации составляет 11,3%. С увеличением вместимости ковша экскаватора средняя производительность экскаваторных комплексов увеличивается по параболе. Изменение марки автосамосвала в комплексе не меняет характер зависимости и приводит к изменению средней производительности на 5...8% .

В комплексах разветвленной структуры при наличии нескольких марок г экскаваторов на отработке блоков разного типа для выявления характера изменения производительности экскаваторных комплексов от величины разности вместимости ковша экскаватора принято разделение на положительные ( + Д Е ) и отрицательные ( - Д Е ) значения. Положительное значение означает, что в простых условиях (элементарные блоки 1 и 2) используется более мощный комплект оборудования, а в сложных условиях (элементарные блоки 3...6) менее мощный комплект. Отрицательное значение означает, что в простых условиях используется менее мощный комплект оборудования, а в сложных более мощный комплект.

' Различной расстановке оборудования технологического комплекса в рабочей зоне для' одних и тех же условий соответствует изменение средней производительности экскаваторных комплексов на 8...10 %, а теоретически возможный интервал изменения производительности при неподтверждешш информации о сложности горнотехничес-

а

£

Рчо\н1

г.*

г./

Л'

1 )—

и] ш ... Д -1-

5 <5 25 35 4-5 с^Град. 2

Рчо\м*

г л

г./

/

/ г

пг д/

50 60 70 ¡0 50 8,м

Рчо\мх

¡л

2,1

7

Ч С

2 4- 6 <? <0 П Э

12 3 4 к

ял

Рис. 2 . Характер изменения производительности экскаваторных комплексов при отработке элементарных блоков :

а - типы элементарных блоков; б, в, г, д - зависимости производительности экскаваторных комплексов соответственно от угла падения пластов ( а ),их средней мощности (т), ширины элементарного блока (В) и количества пластов в элементарном блоке ( Кпл); !.П.Ш - количество пластов в элементарном блоке, соответственно 1,2,3

ких условий 33...36 % . В этом случае расстановка менее мощного оборудования на участке рабочей зоны со сложными горнотехническими условиями приводит к менее устойчивой работе технологических комплексов, но обеспечивает снижение потерь полезного ископаемого.

Анализ ведения горных работ на разрезах Кузбасса показывает, что при годовом планировании горных работ распределение групп выемочно-транспортного оборудования по рабочим горизонтам не является заключительным этапом. Расстановка оборудования производится и по фронту рабочих уступов. В общем случае задача расстановки экскаваторов по горизонтам может быть решена методами линейного программирования.

Целевая функция имеет вид

n i Xni .

Ц = £ I- min, (7)

n=l i=l Qni

где Xni - объем горной массы i -го вида, отрабатываемый п - комплектом на j -том горизонте, м3 ; Qni - производительность п -го комплекта выемочно-транспортного оборудования при отработке горной массы i -го вида, м3 /смену.

Задача состоит в распределении п - групп экскаваторов по j - горизонтам, горная масса на которых представлена i - видами (в соответствии с блочной моделью месторождения). Использование блочной модели месторождения позволяет осуществлять расстановку оборудования в рабочей зоне и определять с учетом этого рациональную производительность экскаваторных комплексов.

Уровень решения задачи является единым как для экскаваторов, так и для транспортных средств, что в свою очередь согласуется с известным методическим положением, при котором первоначально необходимо определять производительность экскаваторных комплексов, а затем уже входящих в него отдельных машин. Решение основных вопросов расчета годового плана горных работ предполагается осуществлять в известной последовательности. Изменение расчета годового плана касается следующих разделов: определение порядка развития горных работ и плана выемочно-погрузочных работ. Определение порядка развития горных работ осуществляется на основе анализа блочной модели месторождения с применением средств вычислительной техники, что позволяет повысить достоверность принимаемых решений. Объем добычи полезного ископаемого при этом устанавлива-

ется директивно. Объем вскрышных работ по расчету характеризуется неравномерным распределением их величины по годам эксплуатации.

Перераспределение объемов вскрышных работ по принятой к расчету блочной модели месторождения может осуществляться только за счет набора блоков типа 2 (блок содержит только вскрышу), так как в противном случае нарушится условие директивного назначения объемов добычи полезного ископаемого. Значит такое перераспределение возможно произвести только в зоне вскрышных работ.

Расчет плана выемочно-погрузочкых работ начинается с - расстановки экскаваторов по горизонтам и группам элементарных блоков, принятых к отработке на основе установленного порядка развития горных работ. Решение этой задачи достигается использованием методов линейного программирования. Задача решается в два этапа. На первом этапе происходит распределение групп экскаваторов по горизонтам, а затем производится расстановка экскаваторов по фронту уступов (группам элементарных блоков). Определение объемов вскрышных работ и производительности экскаваторов заканчивается расчетом планового объема вспомогательных горных работ.

Для оценки разработанной методики выполнены расчеты годового плана горных работ для разреза "Черниговский". Определены его основные технико-экономические показатели и проведено их сравнение с фактическими результатами выполнения горных работ. Анализ разработанного плана горных работ показал, что совпадение величины расчетных и фактических объемов з пространстве (по профилям) составляет: для добычи 68,4 %; вскрыши 72,7 %; по горной массе 71,7 %; В тоже время . направление углубки горных работ ка профилях определяет совпадение расчетных и фактических объемов для добычи 37 %; вскрыши 26,7 %; горной массы 28,9 %. Расчетный угол откоса рабочего борта 12°, фактический - 20...28°. Расчетный коэффициент вскрыши 2,51 м3/т, фактический - 3,48 м3/т. Это свидетельствует о том, что в отработку зовлехаются наиболее угленасыщенные участки, соответствующие критерию минимального текущего коэффициента вскрыши, но порядок отработки этих участков не соответствует этому критерию.

В целом предлагаемая методика расчета годового плана горных работ обеспечивает уменьшение относительного отклонения плановой (расчетной) производительности экскаваторов от фактических величин в 1,2...2,0 раза . Интервал

возможного изменения производительности экскаваторов определяемый возможной ошибкой подсчета запасов полезного ископаемого, составляет 2,3...3,4 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности добычи угля за счет выбора рационального направления развития горных работ в пределах контуров разреза с учетом влияния текущего коэффициента вскрыши, потерь полезного ископаемого, объемов вспомогательных горных работ, имеющей существенное значение для угольной промышленности.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации.

1. Выбор варианта отработки бортов карьера (с проектным углом откоса рабочего борта и с крутым рабочим бортом) необходимо осуществлять с учетом объемов вспомогательных горных работ. Сразкение экономически целесообразных и технологически необходимых объемов вспомогательных горных работ показывает, что для мягких и плотных пород формирование крутого борта возможно практически по всей мощности рыхлых отложений для месторождений северного Кузбасса. Для скальных пород возможная высота крутого борга находится в пределах трехкратной высоты уступа (45...50 м).

2. Установлено, что изменение экономически целесообразных объемов вспомогательных горных работ, в зависимости от высоты рабочей зоны и величины угла откоса рабочего борта, происходит по параболе, причем значительно больший рост объемов характерен для работ по переэкскавации горной массы. Изменение технологически. необходимых объемов вспомогательных горных работ происходит прямо пропорционально для работ по переэкскавации горной массы.

3. Систематизация вспомогательных горных работ позволяет определить их место и значимость в технологии открытой разработки сложноструктурных угольных месторождений Кузбасса. Разработана унифицированная математическая модель технологических схем вспомогательных горных работ для экскаваторных комплексов, на основе которой разработаны типовые схемы. Установлены аналитические зависимости объемов вспомогательных горных работ в технологических схемах при

примснении различных марок экскаватороз-мсхлопат от параметров системы разработки.

4. Выбор порядка развития горных работ необходимо осуществлять с учетом совместного влияния потерь полезного ископаемого, зависящих от согласованного подвигания фронта горных работ по отношению к залеганию угольных пластов, и необходимости выполнения вспомогательных горных работ. Для альтернативных вариантов, отличающихся величиной потерь полезного ископаемого, разница потерь в 1 % соответствует допустимому отклонению текущего коэффициента вскрыши на 1,25 %, а изменение на 1 % объемов вспомогательных горных работ приводит к изменению разности затрат на 0,2 %.

5. Разделение пространства поля разреза на элементарные блоки, по объему равные месячной производительности экскаватора, поззоляет определить характер изменения производительности экскаваторных комплексов в зависимости от сложности разрабатываемого блока, определяемой количеством угольных пластоз в рабочем блоке, их мощностью, углом падения и шириной блока.

6. Увеличение разности вместимости ковша экскаватороз па отработке простых и сложных блоков увеличивает интерзал возможного отклонения производительности экскаваторных комплексов от среднего значения в зависимости от сложности горнотехнических условий отработки месторождения.

7. Различной расстгшозке оборудования технологического комплекса з рабочей зоне для одних и тех же условий соотзетстзует изменение производительности экскаваторных комплексов на 8...10 %, а теоретически возможный интервал изменения производительности при неподтверждении информации о сложности горнотехнических условий разработки 33...36 % . Расстанозка менее мощного оборудования па участке рабочей зоны с более сложными горнотехническими условиями приводит к менее устойчивой работе технологических комплексов, но обеспечивает снижение потерь полезного ископаемого.

8. Разработанная методика расчета годозого плана горных работ обеспечивает уменьшение относительного отклонения плановой (расчетной) производительности эксказаторов от фактических величин в 1,2...2 раза. Интервал возможного изменения производительности экскаваторов, определяемый возможной ошибкой подсчета запасов полезного ископаемого, составляет 2,3...3,4 % .

-209. Результаты исследований использованы в отраслевом рабочем документе Минуглспрома (РД. 12.18.082-88), предназначенном для строящихся и реконструируемых разрезов, а также при годовом планировании горных работ на разрезе "Черниговский". Внедрение рекомендаций позволило получить фактический экономический эффект 42,2 тыс.р. (в ценах 1985г.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Петров А.И. Обоснование порядка отработки разреза "Черниговский" // Совершенствование технологии, механизации и организации производства при добыче угля: Всесоюз.науч.-техн.конф. молодых ученых и специалистов угольн. пром-ти 11-13 мая 1983 г.: Тез.докл./ М„ 1983, С. 120.

2. Разработка типовых технологических схем вспомогательных горных работ для разрезов Кузбасса / А.В.Калинин , С.И.Протасов , А.Й.Петров и др. // Икформ. листок Кемеровского межотраслевого ЦНТИ. - Кемерово, 1984. - №194-84. - С.З.

3. Петров А.И. Исследование технологических схем вспомогательных горных работ, выполняемых экскаваторами на разрезах Кузбасса/ Кузбас.полктехн.ин-т. -Кемерово, 1985. - 52 с. - Деп. в ЦНИЭИуголь 09.09.85, № 3434 уп.

4. Петров А.И. Влияние порядка отработки месторождения на производительность экскаваторных комплсксоз при разработке сложно-структурных угольных месторождений Кузбасса // Новое в технологии открытой угледобычи: Межвуз.сб.иаучн.тр./ Кузбас.политехн.кн-т. - Кемерово, 1986. - С.59-65.

5. Петроз А.И. Взаимосвязь порядка отработки месторождения и эксплуатационных потерь полезного ископаемого //Открытая разработка угольных месторождений: Межвуз.сб.каучн.тр./Кузбас.политехи.ик-т. - Кемерово, 1986. - С.67-71.

6. Петров А.И. Планирование объемов вспомогательных горных работ на разрезах Кузбасса //Интенсификация горных работ на угольных разрезах: Межвуз.сб.научн.тр./Кузбас.подитехн.ин-т. - Кемерово, 1988. - С.94-102.