автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Обоснование рациональных показателей извлечения разубоженного угля на разрезах

>Г8 Ой

На правах рукописи

2 г: '

СЫСОЕВ Андрей Александрович

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РАЗУБОЖЕННОГО УГЛЯ НА РАЗРЕЗАХ

Специальность 05.15.03 - «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово 1998

Работа выполнена в Кузбасском государственном техническом университете

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Бирюков Альберт Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук ведущее предприятие -

Косолапов Александр Иннокентьевич,

Проноза Владимир Григорьевич, Фрейдина Елизавета Васильевна, институт "Кузбассгипрошахт".

Защита состоится 3 июля 1998 года в 10 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.

/ОС

Автореферат разослан " ^^_1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д. т н., проф. '

А.С. Ташкинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Развитее рыночных отношений в угледобывающей промышленности предопределяет необходимость поиска резервов производства, позволяющих обеспечить дополнительный прирост прибыли. В настоящее время для большинства угольных разрезов, разрабатывающих месторождения с меняющимися параметрами пластов, одним из таких резервов является увеличение объемов добычи разубоженного угля с последующим его .обогащением. Эффективность этого направления связана в первую очередь с улучшением экономических показателей. Вторичный эффект обусловлен сокращением отчуждаемых площадей и снижением количества возгораний угля на отвалах.

Наряду с обогатительными фабриками, которые уже давно функционируют на разрезах «Черниговский», «Кедровский», им. Вахрушева и «Междуреченский» , в последние годы построено значительное количество обогатительных установок, предназначенных для обогащения именно высокозольных разубоженных углей (разрезы «Моховский», «Бачатский», «Черниговский», «Кедровский», «Красный Брод», «Таллинский», «Листвянский», «Сартаки»), Планируется строительство таких установок и на других разрезах.

Их возникновение и существование уже в течение нескольких лет реальной рыночной экономики говорит о том, что этот путь является не искусственным и экономически оправдан.

С другой стороны очевидно, что увеличение добычи разубоженных углей не беспредельно не только из соображений ограниченности их ресурсов, но и из соображений экономической целесообразности - увеличение объемов разубоженного угля связано с увеличением коэффициента засорения и следовательно, с ухудшением показателей обогащения.

Отсюда возникают предпосылки к решению целого ряда задач, связанных с определением рациональных поеазателей извлечения разубоженного угля.

Если на обогащение отправлять уголь, не содержащий минеральных примесей, равно как и чистую породу, то в результате обогащения не произойдет прироста стоимости, но будет иметь место ущерб за счет затрат на обогащение. Следовательно, существуют предельные значения, которые определяют экономически допустимый диапазон изменения коэффициента засорения, когда прирост стоимости компенсирует затраты, связанные с обогащением.

В силу того, что при отработке некоторой части запасов на обогащение поступает уголь с различным коэффициентом засорения в экономически допустимых пределах его значений, то можно говорить об оптимальном количестве из-

влекаемого разубоженного угля, а также об оптимальном среднем коэффициен те засорения.

Так или иначе часть разубоженного угля по уровню засорения будет пре вышать максимально допустимое значение и его необходимо вывозить в отвал Поэтому можно говорить об оптимальных эксплуатационных потерях угля.

Обогащение разубоженного угля предопределяет возможность более многообразной забойной технологии. Наряду с вариантом селективной отработки пласта можно рассматривать различные технологические варианты выемки угля совместно с породой, которые отличаются количественными, качественными и, следовательно, стоимостными и конечными экономическими показателями.

На разрезах, как правило, существуют ограничения на количество разубоженного угля, которое можно переработать, и/или качество получаемого концентрата. Очевидно, что в процессе оперативного планирования отработки по-родоугольных блоков и при выборе экономически целесообразных технологических вариантов эти ограничения необходимо учитывать.

Каждый технологический вариант и соответствующая ему технологическая схема могут быть оптимизированы по параметрам, влияющим на их эффективность. При валовой отработке пластов с использованием наиболее распространенных в Кузбассе экскаваторов типа ЭКГ таким параметром является высота забоя, от которой зависит как производительность экскаватора, так качество и количество разубоженного угля и, следовательно, экономическая эффективность варианта. Высота забоя должна выбираться таким образом, чтобы ущерб от снижения производительности экскаватора компенсировался снижением затрат на обогащение разубоженного угля.

Существующие тенденции развития выемочного оборудования в направлении роста его единичной мощности и ухудшение горно-геологических условий разработки угольных месторождений не способствуют снижению засорения добываемого угля.

Современное состояние исследованности вопросов обоснования показателей извлечения и переработки разубоженного угля находится на уровне общей постановки оптимизационной задачи и решения частных вопросов выбора забойной технологии с учетом процесса обогащения.

Это свидетельствует об актуальности проблемы повышения экономической эффективности работы разрезов за счет оптимизации перечисленных выше технологических показателей извлечения разубоженного угля, предназначенного для обогащения.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ - разработка методологии обоснования рациональных технологических показателей извлечения разубоженного угля на разрезах на основе адекватных процессу производства экономико-математических

моделей.

ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются технико-экономические взаимосвязи между процессами добычи и обогащения разубоженного угля, а также совокупность адекватно описывающих их экономико-математических моделей.

ИДЕЯ РАБОТЫ состоит в использовании закона распределения коэффициента засорения добываемого угля и экономически целесообразных пределов его изменения для разработки методологии обоснования рациональных технологических показателей извлечения разубоженного угля на разрезах.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Обосновать существование предельных значений коэффициента засорения разубоженного угля, разработать методы их расчета и практические рекомендации их использования на разрезах.

Исследовать закономерности формирования засорения угля на разрезах и доказать возможность их применения при планировании рациональных показателей извлечения разубоженного угля.

Разработать методику расчета оптимальных объемов добычи разубоженного угля, коэффициента его засорения и эксплуатационных потерь запасов.

Разработать методику определения экономически целесообразных границ применения различных технологических вариантов отработки пластов.

Исследовать влияние горно-геологических факторов на принятие технических и технологических решений при планирования добычи разубоженного угля.

МЕТОДОЛОГИЯ РАБОТЫ включает в себя общенаучные и частные методы исследования.

Постановка цели и задач, формулировка научных положений, выводов и рекомендаций выполнены на основе анализа проблемы и результатов ее исследования. Этот метод использован также при решении и других задач поставленных в работе.

При построении математической модели формирования качества добываемого угля и эксплуатационных потерь на уровне разреза использован вероятностный метод описания коэффициента засорения элементарных выемочных объемов. Дальнейший переход к определению функциональных зависимостей зольности добываемого угля от полноты извлечения производится методом дедукции.

Исследование зависимостей затрат на производство, полноты извлечения запасов, качественных и количественных показателей переработки углей от ос-

новных влияющих факторов, оптимизация параметров добычи и обогащения угля, а также решение других задач производилось с использованием экономико-математического моделирования.

Разработка экономико-математических моделей выполнена с привлечением ряда количественных методов анализа, включающих в себя статистическую обработку экспериментальных и отчетных данных, а также метода линейного программирования.

При аппроксимации функциональных зависимостей качественных и количественных параметров процессов добычи и переработки разубоженных углей использованы данные анализов пласгово-дифференшальных проб, характеристики добываемого по всем разрезам Кузнецкого бассейна угля и концентрата по фабрикам и установкам концерна «Кузбассразрезуголь» и ряда других объединений.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Разубоженный уголь имеет два предельных значения коэффициента засорения (Rmùi. Rmax ), которые определяются равенством прироста стоимости товарного угля и прироста затрат, связанных с обогащением. Для углей разрезов Кузбасса эти значения составляют Rmin = 0.19 - 0.27 и Rraax = 0.7 - 0.8.

Формирование засорения добываемого разрезами угля подчиняется (3-распределению с параметрами т=1 и п>0.

Методологической основой для планирования экономически целесообразных объемов добычи разубоженного угля, предназначенного для обогащения, и его засорения служат закон распределения и предельные значения коэффициента засорения.

Валовый и селективно-валовый способы отработки пластов всегда более эффективны по сравнению с селективным, поскольку коэффициент засорения разубоженного угля, извлекаемого при зачистке нарушенных в результате взрывных работ породоугольных контактов, находится в экономически допустимом диапазоне его изменения.

При отработке наклонных и крутопадающих пластов прямыми механическими лопатами с емкостью ковша 5.0 - 12.5 и3 наибольшая эффективность совместной выемки угля и породы достигается при высоте подуступа 3 - 5 м, когда ущерб от падения производительности экскаватора компенсируется снижением затрат на обогащение за счет меньших объемов разубоженного угля.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

Доказано существование минимального и максимального значений коэффициента засорения разубоженного угля, предназначенного для обогащения, и разработаны методы их расчета.

Найден закон распределения коэффициента засорения разубоженного угля для условий угольных месторождений, разрабатываемых открытым способом.

Установлено, что в основе методологии планирования добычи разубоженного угля на разрезах и среднего его засорения лежит закон распределения и предельные значения коэффициента засорения.

Доказано, что экономически целесообразные границы различных технологических вариантов отработки пластов определяются углом падения пласта, его мощностью и среднепластовой зольностью.

Доказано существование оптимальной высоты подустула при валовой отработке наклонных и крутопадающих пластов экскаваторами типа прямой механической лопаты.

ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ научных положений, сформулированных в работе, подтверждается:

- применением для описания и анализа изучаемых технико-экономических процессов методов математического моделирования с обоснованием адекватности элементов математической модели;

- результатами статистической обработки отчетных данных разрезов Кузбасса о качестве добываемого угля и пластово-дифферешшальных пробах по всем отрабатываемым пластам, а также опытных данных о коэффициенте засорения угля при отработке конкретных породоугольных блоков;

- соответствием результатов технико-экономических расчетов с ранее выполненными исследованиями, проектами, а также параметрами существующей организации добычи и переработки угля;

- использованием результатов исследований в отраслевых нормативно-методических документах, на предприятиях концерна "Кузбассразрезуголь" и в проектных институтах.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА заключается:

- в обосновании существования и методе расчета предельных значений коэффициента засорения разубоженного угля, предназначенного для обогащения;

- в аналитическом построении вероятностной модели формирования засорения разубоженного угля и эксплуатационных потерь, методе ее конкретизации для запасов, отрабатываемых с технологической присечкой вскрышных пород;

- в установлении функциональной взаимосвязи между предельным и средним коэффициентами засорения разубоженного угля с одной стороны и общими эксплуатационными потерями с другой;

- в разработке методики оценки оптимальных технологических показате-

лей разубоженного угля в условиях меняющихся цен;

- в разработке методики определения границ селективной и валовой вы емки при отработке угольных пластов открытым способом;

- в обосновании оптимальной высоты подуступа при отработке наклон ных и крутопадающих пластов.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ работы состоит в том, что ее результаты позволяют:

- определять оптимальный объем обогащения разубоженного угля и соответствующее ему засорение;

- выбирать экономически целесообразные технологические варианты отработки пластов с последующим обогащением разубоженного угля;

- осуществлять планирование отработки пластов при наличии ограничений на количество разубоженного угля и качество концентрата;

- оптимизировать высоту подуступа при отработке наклонных и крутопадающих пластов прямыми механическими лопатами;

- осуществлять оперативный контроль за коэффициентом засорения разубоженного угля.

В совокупности это обеспечивает максимизацию технологической прибыли в процессе текущего и оперативного управления.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты выполненных исследований по оценке экономической эффективности способов и технологических вариантов утверждены в качестве отраслевой методики определения границ селективной и валовой выемки угля Минуглепромом СССР (1985 г.), которая разослана в объединения и проектные институты как нормативно-методический документ.

Разработаны нормативы засорения угля при отработке угольных пластов карьерными механическими лопатами , которые утверждены компанией «Росуголь» для разрезов отрасли (1993 г.).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались: на Всесоюзном семинаре по оптимизации горных работ (Новосибирск, 1989), на Всесоюзном семинаре по рациональному использованию недр ("Мельниковские чтения", г. Сарапул, 1988), на конференции "Технический прогресс на открытых горных работах Кузбасса" (Кемерово, 1984), на научно - практической конференции "Эколого-экономические проблемы разработки угольных месторождений Кузбасса" (Кемерово, 1991), на научно-технической конференции "Со-) вершенствование техники , технологии и организации добычи угля открытым способом" (Кемерово, 1980), на технических советах концерна "Кузбассразрезуголь", разрезов Кузбасса, проектных институтов "Сибгирошахт"

и "Кузбассгипрошахт".

ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения исследования опубликованы в монографии и 22 научных статьях.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация включает введение, семь глав, заключение и приложение, изложена на 250 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, 41 рисунок и список литературы из 220 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. Оптимизация параметров процессов добычи и переработки угля является комплексной проблемой, непосредственно связанной с экономическими результатами деятельности предприятия, рациональным использованием, недр и снижением экологического ущерба при добыче и переработке угля, актуальность которых постоянно возрастает. Первым наиболее значительным исследованием в этом направлении следует считать работу выполненную в конце 30-х годов под руководством академика A.M. Терлиго-рева и посвященную установлению уровня и структуры потерь при добыче угля и руд, выявлению источников и разработке рекомендаций по их определению и учету.

Дальнейшая постановка проблемы и направления ее решения сформулированы в работах академиков Н.В. Мельникова, М.И. Агошкова, В.В. Ржевского. В частности, детальное исследование экономики производства на всех стадиях процесса подготовки к выемке, добыче и переработке полезного ископаемого, выполненное в работах М.И. Агошкова, послужило теоретической основой разработки действующей в настоящее время методики экономической оценки последствий потерь и разубоживания.

Рассматриваемые вопросы получили методическое развитие как для многокомпонентных рудных залежей, так и для угольных пластов и месторождений в работах П.И. Городецкого, Г.М. Малахова, Р.П. Каплунова, А.Н. Омель-ченко, К.Л. Пожарницкого, Г.В. Секисова, Б.П. Юматова, A.C. Астахова, Я М. Адигамова, И. Глайзера, A.A. Сергеева, В.В. Куликова, Г.Г. Ломоносова, П.И. Томакова и других авторов.

В результате исследований указанных авторов создана научная база обобщенных методов оценки систем разработки месторождений полезных ископаемых и вариантов забойных технологий с учетом потерь и разубоживания добываемого сырья, основным принципом которой является получение максимальной прибыли в процессе производства. В прикладном отношении это позволяет экономически оценивать технологические варианты отработки, норми-

ровать потери и разубоживание полезных ископаемых, обеспечивая тем самым высокоэффективную эксплуатацию месторождений открытым способом. Разработанные подходы и методические принципы используются при проектировании горнодобывающих предприятий и анализе эффективности эксплуатации рудных и угольных месторождений.

Для условий разрезов Кузнецкого бассейна впервые анализ совместной выемки угля и породы выполнен в работах A.B. Калинина и И.И. Цепилова (КузПИ), расчеты ресурсов разубоженных углей представлены в проектах институтов «Сибгипрошахт» и «Кузбассгипрошахт», эффективность валовой отработки пластов для разрезов Центрального Кузбасса рассматривалась в работах П.И. Томакова и С.С. Федорова (МГИ).

Используемая к настоящему времени методология характеризуется двумя основными отличительными чертами. Это, во-первых, детерминированный подход к расчету количественных и качественных показателей извлечения, при котором контакт между породой и полезным ископаемым , а также траектория черпания ковша принимаются прямолинейными Рассматривается ограниченное число вариантов оконтуриваяия залежи и расчет производится по каждому из них. Во-вторых, окончательным критерием выбора варианта является тот или иной экономический показатель, который рассчитывается по возможно более полному перечню затрат.

Реализовать данную методологию в полной мере для условий сложно-структурных угольных месторождений, каковыми являются почти все месторождения Кузбасса, не представляется возможным. Поэтому способы оптимизации потерь и засорения полезных ископаемых и, в частности, угля продолжают привлекать внимание исследователей. На важность и актуальность решения этой проблемы указывают многие ученые, отмечая стохастичность формирования показателей полноты и качества извлечения угля, а также необходимость разработки натуральных показателей для анализа эффективности процесса производства.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАСОРЕНИЯ УГЛЯ. Объектом исследования является разубоженный уголь , поступающий из добычных забоев и представляющий собой совокупность элементарных выемочных объемов. Под элементарным выемочным объемом понимается минимальный объем горной массы, по отношению к которому может решаться вопрос о его кондиционности.

Общая постановка задачи, принятая в настоящей работе, впервые сформулирована применительно к рудным месторождениям французским ученым Ж. Матероном (Matheron G.), который рассматривал эту задачу, как один из разделов геостатистики. Ж. Матерон не конкретизировал понятие элементарного

объема. Их должно быть достаточно много, что бы статистическая выборка была представительной.

Будем считать , что коэффициент засорения угля в пределах элементарных выемочных объемов является случайной величиной х распределенной на интервале [0;1] по закону Г(х). Обозначим через хтах браковочный предел такой , что при х < Хаи* горная масса включается в добычу, а при х > хтах соответствующие запасы списываются в потери. Тогда потери запасов, содержащихся в горной массе с разубоживанием х > хтах могут быть записаны

Гхшах

х-Дх) с1х

---- (2)

где Р - потери угля, дол. ед.;

М - математическое ожидание коэффициента засорения угля (среднее значение на интервале [0;1]), дол. ед.;

Р(х) - интегральная функция распределения.

В производственных условиях возникает необходимость оценивать величину потерь по среднему засорению добываемого полезного ископаемого. С математической точки зрения речь идет о среднем значении выборки из усеченной генеральной совокупности на интервале (0; Хш*). Если g(x) - плотность распределения усеченной совокупности, то

с 1 Г 1

х-Г(х) с!х»Г(х)- х^(х) с!хвГ(х)-х

•> х

где х - средний коэффициент засорения в интервале (0;х).

С учетом этого формула (2) принимает вид:

1 - М

Записанные соотношения имеют простую геометрическую интерпретацию (рис.1). Площадь соответствует количеству добываемого разубоженно-го, коэффициент засорения элементарных выемочных объемов которого удов-

ч а с т о т а

^нох

коэффициент засорения

Рис. 1. Геометрическая интерпретация вероятностной модели формирования коэффициента засорения и эксплуатационных потерь угля

летворяет условию х < хшах. Величина х при этом является средним значением коэффициента засорения угля на интервале [0; х^х]. Площадь Бг соответствует количеству разубоженного угля, вывозимого в отвал и предопределяющего потери содержащихся в нем балансовых запасов.

Изложенный подход позволяет также определять и другие показатели необходимые при оптимизации технологических параметров разубоженного угля.

Количество добываемого угля с коэффициентом засорения от Х|До х^:

От'

в

"*2

1 - м

ад ах

(4)

где В - количество отработанных балансовых запасов , т. Коэффициент извлечения угля:

К =—---

и 1 - М

(1 - х)^(х) ах

(5)

Среднее значение коэффициента засорения на интервале от Х| до х2:

V

1 ->х1

(1 - хИ(х)(Ьс

*2

- х.

Г3^

X, " I

(6)

ад <к

' ФОРМИРОВАНИЕ ЗАСОРЕНИЯ ДОБЫВАЕМОГО УГЛЯ. Использование полученных соотношений для решения конкретных практических задач возможно в том случае, когда известен вид интегральной или дифференциальной функции распределения коэффициента засорения элементарных выемочных объемов и ее параметры. В частности, для рудных залежей Ж. Матерой и Ласки С.Ж делали акцент на том, что предлагаемый ими подход эффективен при одномодальности распределения и использовали в своих работах логнормальное распределение.

Анализ фактических данных о качестве добываемого угля на разрезах показывает, что распределение коэффициента засорения угля в целом по разрезу может быть как одномодалышм, так и полимодальным (рис.2). Важно что на основе статистического сравнения средних всегда можно выделить такую часть запасов, при отработке которой распределение будет одномодалышм. Показано что, для разубоженного угля распределение коэффициента засорения адекватно описывается ^-распределением

1Г(х) = С •хт (1 - х)п, (7)

где С - нормирующий множитель;

ш>-1, п>0 - параметры распределения.

Более того, гипотеза об адекватности по критерию у2 не отвергается при значении т= 1 с доверительной вероятностью 0.85 - 0.9 для разубоженных боковыми породами углей и углей из сложных и распачкованных пластов. А поскольку ¡"(х) интегрируема в конечном виде, то показатель степени п может быть определен на основе фактических значений среднего коэффициента засорения Яф и эксплуатационных потерь Рф исходя из формулы

(1-ЗЯф)-Рф

п =

(Ы*ф)-рФ

13 19 11 19 29 31 А г % 4 £ I 10 12 14

Рис. 2. Гистограммы и теоретические функции распределения зольности добываемого угля на разрезах «Кедровский» (а) и «Бачатский» (б)

При исследовании адекватности данного распределения , а также других наиболее распространенных распределений (нормальное, Вейбула, Стьюдента и др.) мы не ставили себе задачу найти наилучшее из них. Наряду с адекватностью необходимыми условиями были также интегрируемость функций в конечном виде, возможность получения достаточно простых с математической точки зрения и наглядных расчетных формул. В частности, для доли запасов, извлекаемых с технологической присечкой пород зависимость среднего уровня засорения от максимального его значения и функциональная зависимость потерь от этих параметров имеет вид:

П-3 \ п.3

X".............ь------------- (8)

/ Г / \ П 1 ' ■ 1

\1 - X/-1 - Хтаз} ' '¡Хпш^11- О ' 1

Р=1--=------—77----' (9)

1 - м

где хтах - браковочный предел;

М =2/(п+3) - математическое ожидание коэффициента засорения. На рис.3 - 5 представлены графические интерпретации записанных соотношений.

ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАСОРЕНИЯ. Отделение угля от породы происходит как при добыче, так и при обогащении. Обогащение

з

О 0.3 1

Коэффициент засорения, %

Рис. 3. Вид функции распределения при различных степенях п: 1,2,3,4 - соответственно п=1, 2, 3, 4.

0.2 0 4 0 6

макс. коэф. засорения

Рис. 4, Зависимость среднего коэффициента засорения ра-зубожениого угля от максимального его значения при различных степенях п: 1,2,3,4 - соответственно п=1, 2, 3,4

0.7 0 4 0.6

макс. коэф. засорения , %

Рис. 5. Зависимость потерь от максимального коэффициента засорения

является процессом который изменяет стоимость извлеченного угля. Величина этого изменения зависит от качества исходного продукта, технологии обогащения и обогатимости угля. Очевидно, например, что если исходный продукт представляет собой уголь зольностью близкой к материнской, то зольность концентрата останется практически такой же, а ценность угля в результате переработки не изменится. Понесенные в этом случае затраты будут определять ущерб от применения процесса обогащения. Таким образом, обогащать необходимо только такой уголь, стоимость которого возрастает при этом на величину большую по сравнению с затратами связанны ми с обогащением.

Необходимость обогащения предлагается определять по показателю эффективности обогащения, который представляет собой разность между приростом стоимости угля и приростом затрат, связанных с переработкой угля.

При этом возможны два случая. Первый случай соответствует такому предельному уровню засорения , когда стоит вопрос о целесообразности обогащения угля или реализации его без обогащения. Будем называть его наименьшим предельным уровнем засорения и обозначать через Ятт Поскольку все предыдущие затраты, включая погрузку, одинаковы, то критерием для его определения будет выражение

^-^■[(С^-АЬ-^^-О (Ю)

где - стоимости концентрата и цена исходного разубоженного угля, руб./т;

С0б, Стр - удельные затраты на обогащение и транспортирование, руб./т и руб./ткм.;

ДЬ - разность расстояний транспортирования до угольного склада и ОФ, км.

Во втором случае стоит вопрос о целесообразности обогащения разубоженного угля или вывозе его в отвал, т.е. будет ли стоимость компенсировать прирост затрат связанных с обогащением. Критерий для определения максимально допустимого коэффициента засорения 11тах запишется в виде

М^-г^-^ЯгрЦ-гв-0 (п)

где АЬ - расстояние транспортирования до ОФ, км.

Максимальный и минимальный коэффициенты засорения разубоженного угля однозначно определяют оптимальный объем добываемого разрезом разубоженного угля, предназначенного для обогащения. Поскольку экономически целесообразно обогащать любой элементарный выемочный объем, удовлетворяющий условию 11ю1„ < х < Ята1 , то оптимальное количество угля, которое обеспечит максимальную прибыль в процессе добычи и переработки будет

рассчитаваться по формуле (4) при XI = Ящ^ и Хг= Ятях.

Таким образом, оптимизация производства угля, т.е. достижение максимальной прибыли, обеспечивается соблюдением предельного уровня засорения элементарных объемов разубоженного угля в процессе отработки пласта.

В настоящее время обогащение разубоженных углей на разрезах Кузбасса осуществляется с использованием трех основных технологий: противоточная, тяжелосредная и отсадка. Противоточная технология реализуется в крутонаклонных сепараторах (КНС ) для рядовых и средне-крупных классов углей. Особенностью ее являются относительно небольшой выход концентрата ( по сравнению с другими технологиями ) и.низкое качество концентрата при засорении исходного разубоженного угля более 40 %, высокие потери при обогащении за счет мелких классов. Например на действующих на разрезах Кузбасса КНС перерабатывается уголь с коэффициентом засорения 0.4 - 0.6. При этом выход не превышает 0.23 , а зольность концентрата 14 - 25 % при зольности чистого угля 4 - 8 %.

Обогащение в тяжелых средах с использованием сепараторов СКВ и СКВП применяется на действующих обогатительных фабриках и установках для сортированных углей крупностью не менее 13 мм.

И наконец, обогащение основанное на отсадке характеризуется высоким извлечением горючей массы (до 98%).

В этой части работы не ставилась задача исследования технологии обогащения углей. Цель ее заключалась в построении математической модели для описания качественно-количественных показателей обогащения в зависимости от засорения исходного разубоженного угля.

На основе отмеченных особенностей различных технологий и с использованием фактических данных о работе обогатительных фабрик и установок на разрезах Кузбасса было установлено, что с достаточной степенью точности для целей экономико-математического моделирования выход и зольность продуктов обогащения описываются системой уравнений, включающей уравнения балансов общей и горючей массы (12), а также полуэмпирические формулы вида (13), полученные с использованием фактических данных.

1

1

где 1 - индекс соответствующий различным классам угля;

Аи- зольность исходного угля, для которого производится расчет, %;

Ао - зольность чистого угля, % ;

Ап - зольность засоряющей породы , %;

11 - выход 1-го класса после рассева чистого угля , % ;

А^ - зольность ¡-го класса, %;

щ - эмпирические коэффициенты, которые устанавливались по фактическим данным работы ОФ, ед.

С использованием этого метода расчета баланса продуктов обогащения были определены зависимости показателей эффективности обогащения от коэффициента засорения разубоженного угля обогатительных фабрик разрезов концерна "Кузбассразрезуголь". В частности для разрезов «Черниговский», «Кедровский», им. Вахрушева и «Междуреченский» предельные коэффициенты засорения составляют Кт|п = 0.19 - 0.27, Е1тах = 0.7 - 0.8 (уголь марки СС, расстояние транспортирования Ь = 5 -7 км).

Исследованы также зависимости показателя эффективности обогащения и предельных коэффициентов засорения от дальности транспортирования и оптовой цены на уголь. Характерные графики, рассчитанные с использованием цен на угли марки СС разрезов Центрального Кузбасса и удельных затрат 1991 года, представлены на рис.6.

Важным на наш взгляд является вопрос об оценке предельного уровня засорения разубоженного угля в условиях постоянно меняющихся цен на угольную продукцию, сырье, материалы и другие виды затрат. Это характерно для нашей экономики в настоящее время и , видимо, сохранится в ближайшие годы. Для того чтобы оценить влияние этого фактора при решении поставленных в работе задач были выполнены следующие рассуждения.

На основании исследования закономерностей изменения стоимости угля на различных этапах его производства было показано, что стоимость товарного угля аддитивна по отношению к коэффициенту засорения исходного для обогащения разубоженного угля и в общем случае может быть записана как

г^^ь-РОО, (14)

где ?-ко - цена угля при 11=0, руб./т;

Р(В.) - функция снижения цены, дол. ед.

Параметры линейной функции ) неодинаковы для различных вариантов обогащения.

При полном обогащении до 0 мм: Р(11) = (1 - Я).

При частичном обогащении до 13мм: Р(Л )= Ьо '(1 - Л) + (1- Ь0 }(1 ^'Л),

10

я

0

1-1-г

//Л.-

I н * V'

-.1? \ I

'¿к

О 4 8 12 16 20 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

оптовая иена угля, руб/т . . коэфф. засорения, дол. сл.

Рис. 6а. Влияние оптовой цены на предельные коэффициенты засорения ра -зубоженного угля при обогащении до 0 мм (+.+ +) и ло 13 мм (-----).

Рис.66. Влияние коэффициента засорения разубоженного угля на показатель эффективности его обогащения при различных расстояниях транспортирования: --0 км, + + + -10 км, ООО - 20 км.

где Ьо - содержание класса >13 мм в угле с Я=0; g - постоянный коэффициент (в частности, для угля марки ОС разрезов Центрального Кузбасса $5=2).

Возможность применения рассматриваемого подхода. для условий меняющихся цен обусловлена тем, что все стоимостные и затратные показатели можно привести к безразмерному виду путем отнесения их к какому-либо одному показателю. Это обеспечивает более высокую их стабильность во времени и позволяет с большей надежностью оценивать предельные значения коэффициента засорения угля предназначенного для обогащения. В качестве нормирующей величины принята цена угля Ък0 рассчитанная при условии полного отсутствия засорения.

Предлагаемый прием с использованием цены угля при полном отсутствии засорения является искусственным. Тем не менее он позволяет получить достаточно простые формулы для оценки предельных коэффициентов засорения разубоженного угля в зависимости от относительных стоимостных показателей.

В частности, при обогащении до 0мм.:

1 - (С + Ь СТ)/

К так = - > Д°л- ЗД-,

Ьо- + 8 '(1 - Ьо)

(с-ыхтугк0

Япип» - , дол. ед., (18)

ё-Ьо

где Ст - себестоимость транспортирования, руб./тем.;

Ь ■ расстояние транспортирования, км.

ЭКОНОМИЧЕСКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНЫЕ ОБЪЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ РА-ЗУБОЖЕННЫХ УГЛЕЙ НА РАЗРЕЗАХ КУЗБАССА. Вероятностный характер формирования уровня засорения добываемого угля и существование предельных значений коэффициента засорения предопределяют существование экономически целесообразных объемов разубоженного угля. Этот уголь представляет собой совокупность элементарных выемочных объемов , коэффициент засорения которых не превышает максимально допустимого значения и в то же время больше минимально допустимого их значения. Т.е. коэффициент засорения угля в пределах элементарного выемочного объема должен удовлетворять условию Ят1п <х<Ктах.

В настоящем разделе рассматривается и формулируется разработанная методика оценки экономически целесообразных объемов добычи разубоженного угля и результаты ее применения для разрезов Кузнецкого бассейна.

С этой целью выполнен анализ структуры засорения добываемого угля фактически имеющий место на разрезах в настоящее время. Последовательность определения структуры засорения заключалась в следующем. По каждому разрабатываемому пласту по пластово-дифференциальным пробам определялось содержание породы в прослоях различной мощности. Общий коэффициент засорения угля при выемке пласта по данным о зольности чистого угля, добытого угля и засоряющих пород.

Общий коэффициент засорения является суммой коэффициентов обусловленных засорением прослоями до 0.2 м, 0.2-0.4м и более 0,4 м:

К- = К>0.2 + 2-0.4 + Ко.4, Д°л' ед. (21)

Известно, что прослои размером до 0.2 м применяемой в настоящее время на разрезах техникой не могут быть извлечены селективно, а при наклонном залегании пластов вместе с углем извлекаются и прослои до 0.4 м . Соответствующие коэффициенты находились по пластово-дифференциальным пробам. По известному общему коэффициенту засорения Я и составляющему, напри- ! мер, Я>о.2 определялся коэффициент засорения породой из междупластий и прослоев, которые могут быть извлечены селективно. Исходными данными для выполнения расчетов служили также отчеты разрезов о качестве добываемого угля по шахтопластам и маркам по форме 5-К.

По такой методике были обработаны пластово-дифференциальные пробы за 1985-86 годы ( 250-300 проб ) по более чем 100 пластам на 13 разрезах концерна "Кузбассразрезуголь". Структура засорения в целом по разрезу определялась с учетом долевого участия пласта в общей добыче.

Полученные результаты позволили получить количественную оценку структуры засорения добываемого угля для разрезов с различным залеганием и строением угольных пластов. В частности, разрезы южной части Кузбасса отличаются относительно высоким содержанием породных прослоев мощностью до 0.2 м. Поэтому коэффициент засорения этими прослоями составляет 0.038 -0.06,4. Вместе с тем за счет пологого залегания пластов и возможности использования при их зачистке бульдозеров здесь довольно низкое засорение породой из более крупных прослоев и междупластий.

Запасы разрезов Центрального Кузбасса представлены в основном простым и по строению пластами. Засорение происходит главным образом в результате присечки вмещающих пород при выемке большого числа маломощных пластов. Хорошее качество угля зольностью 7- 11 % достигается за счет неполной выемки запасов.

Засорение угля на разрезах Северного Кузбасса связано с имеющимися в структуре пластов крупными породными прослоями и присечкой вмещающих пород в связи с наклонным залеганием пластов. Наличие на разрезах обогатительных фабрик обуславливает выемку прослоев мощностью 0.7 - 1.2 м совместно с углем.

Как было показано выше, для определения ресурсов разубоженных углей и целесообразных объемов их добычи необходимо знать такой коэффициент засорения, при котором полностью исключаются эксплуатационные потери угля. Практически во всех работах, посвященных исследованию потерь и засорения угля при открытой добыче, разработке и анализу существующих технологических схем отмечается свойство симметрии теряемых объемов угля и пресекаемой породы при зачистке породоугольных контактов. Это означает, что полное исключение эксплуатационных потерь соответствует технологическому засорению Мх= 0.6 - 0.64 . Кроме того, засорение происходит из породных прослоев, которые не извлекаются селективно. Для пластов, отрабатываемых разрезами Кузбасса эта составляющая, как показывает анализ структуры засорения добываемого угля составляет М2= 0.01 - 0,14.

На основе этих данных, а также результатов оценки предельных значений коэффициента засорения выполнена оценка ресурсов разубоженных углей на разрезах Кузбасса и экономически целесообразных объемов их обогащения по состоянию на 1991 год, когда еще существовала наиболее полная и коммерчески не запрещенная отчетная и статистическая информация о технико-экономических показателях работы угледобывающих предприятий (табл. 1).

Ресурсы и оптимальные объемы обогащения разубоженного угля на разрезах концерна "Кузбассразрезуголь"

Табл. 1

разрез Ресурсы разу-боженных углей на 1 млн. Т запасов Оптимальные объемы обогащения На 1 млн. т запасов тыс. Т Оптимальные эксплуатационные потери, %

«Кедровский» 1270 1053 7.1

«Черниговский 1235 1019 3.5

«Моховский» 455 300 1.2

«Колмогоровский» 242 158 1.2

«Сартаки» 147 95 0.8

«Бачатский» 278 200 1.1

«Краснобродский» 306 220 1.2

«Ново.сергеевский» 306 220 1.2

«Киселевский» 361 259 1.5

Им.Вахрушева 694 500 2.8

«Таллинский» 1190 1020 1.6

«Байдаевский» 375 231 2.2

«Листвянский» 323 176 2.4

«Красногорский» 345 184 2.5

«Томусинский» 323 ,, 187 2.1

«Междуреченский» 1401 1057 3.7

«Сибиргинский» 258 152 1.6

«Калтанский» 324 200 2.0

«Осинниковский» 324 200 2.0

В расчете на 1 млн. т. погашаемых балансовых запасов ресурсы и оптимальные объемы обогащения изменяются в пределах соответственно от 147 и 95тыс.т. (разрез "Сартаки") до 1400 и 1160 тыс. т. (разрез "Междуреченский").

Полученные данные показывают, что оптимальный объем добычи разу-боженных углей в концерне "Кузбассразрезуголь" ( при мощности соответствующей 1991 году ) составлял около 25 млн.т. вместо 8-9 млн.т. фактически. При этом дополнительный объем производства - около 4 млн. т товарного угля, а прирост товарной продукции в ценах 1990 года более 120 млн. руб.

ПЛАНИРОВАНИЕ ДОБЫЧИ РАЗУБОЖЕННОГО УГЛЯ. Полученная оценка ресурсов разубоженного угля и оптимального его количества для обогащения при фактическом состоянии горных работ на разрезах Кузбасса по-

зволяют получить формулу для расчета этих величин на стадии перспективного планирования, когда добыча либо проектируется впервые, либо ожидается изменение параметров залегания пластов. На основе исследования горногеологических условий на разрезах установлено, что, в частности, ресурсы ра-зубоженного угля могут быть определены по формуле

а а

<3 = В-<.....Ьх + (---- + 1 ) ( 1 - )), тыс. т.

т2

где В - количество запланированных к отработке запасов, тыс. т.;

а - постоянная величина, зависящая от угла падения пластов ( при углах падения 0-17°, 17-45°, 45-90° соответственно а = 1.05; 1.98; 1.80.);

Ш}, т2 - средняя мощность пластов отрабатываемых селективно-валовым и валовым способом, м.;

Ь>1 - доля запасов, отрабатываемых селективно-валовым способом, дол. ед.

Исхода из ресурсов определяется оптимальный объем обогащения разу-боженного угля с использованием предельных значений коэффициента засорения. Погрешность расчета по приведенной формуле по сравнению с расчетами, выполненными на основе закона распределения коэффициента засорения угля не превышает 15%.

Для целей текущего и оперативного планирования задача в значительной степени упрощается в связи с наличием фактических данных за предыдущий плановый период. Оптимальное количество добычи разубоженного угля устанавливается по формуле, которая является следствием закона распределения коэффициента засорения:

1 " Ропт "

Оопт = Уо-В------------------------, ТЫС. т.,

1 " ^опт

где Ропт - оптимальные эксплуатационные потери, дол. ед.; &опт - оптимальный коэффициент засорения, дол. ед.; и0 - доля отработанных за предыдущий плановый период запасов, которая реализована без обогащения, дол. ед.

РЕШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РАЗУБОЖЕННОГО УГЛЯ. Возможность обогащения разубоженных. углей значительно расширяет перечень технологических вариантов отработки пластов. Наряду с традиционным селективным способом отработки пластов применяются раз-

личные варианты, предусматривающие в той или иной мере совместное извлечение угля и породы. Поэтому сравнение их по экономическим показателям и выбор наиболее целесообразного является одной из основных задач технологического обеспечения оптимизации параметров извлечения разубоженного угля.

В качестве критерия для экономической оценки сравниваемых вариантов принята прибыль по технологической схеме П , которая представляет собой разность между объемом производства в оптовых ценах предприятия после отработки рассматриваемого породоугольного блока О и прямыми эксплуатационными затратами на добычу и переработку угля С :

Прямые эксплуатационные затраты определяются в первую очередь объемами и грузопотоками горной массы по соответствующим звеньям технологического процесса: взрывной подготовки, экскавации и погрузки, транспортирования, обогащения, отвалообразования.

Естественно, что для решения поставленных в работе задач эти объемы и грузопотоки должны быть выражены в терминах качественно-количественных параметров извлечения угля из рассматриваемого породоугольного блока. К ним относятся: И. - коэффициент засорения разубоженного угля, дол. ед.; Р -эксплуатационные потери, дол. ед.: % - доля угля, извлекаемая без технологической присечки боковых пород.

На основе решения системы уравнений, включающей принцип сохранения горной массы и определение коэффициента засорения получено, что количество угля извлекаемого без присечки пород (М0), количество разубоженного угля (М^), и количество породы вывозимой в отвал (М2) рассчитываются по формулам:

П = Б-С

(22)

Мо = и0у0-(2б

1-Р-ио

Мх =

■ Уо<Зб

1 -а Р-Я(и0-1)

м2=

•Уо-<2б+ • Уо'(0 -<36)

1-Я

где 0 - объем отрабатываемого блока, м.куб.; С)б - объем запасов угля в блоке, м3.;

у0> 71- удельный вес угля и породы, т/м8.

Полученные формулы позволяют исходя из удельных значений затрат по отдельным технологическим процессам и качественно-количественных характеристикам разубоженного угля при использовании принятых технологических вариантов определять прямые затраты , а также сумму реализации товарного угля. Таким образом , удельная прибыль (на 1 т отрабатываемых запасов) может быть определена по формуле:

1-Р-ио Р1

. П = ио-Цо + -Ъ Ц1-- [Сбвр -кг кв + С (к, + 1/уо) +

1-Я 100

Р1 1-Р-ио

+ Ст0 -ь0 и0 +( С0б + СтГ Ьх + (1 - 2 — ) -СтГ Ц- +

100 1-Я

1 Р-Щи0.1)

+Ст2 -Ъ2 +С0ТЕ — )(-+ кв-ув)], руб./т.,

У1 1-Я

где Ц^ - прейскурантная цена ¡-го класса, руб./т.;

(3; - выход j-гo после рассортировки рядового угля, %;'

:. Сбвр- себестоимость буровзрывных работ, руб./м3; ■ кв - отношение объема отрабатываемого блока к количеству содержащегося в нем угля, м3./т; Уо - удельный вес угля, м3/т;

Ст0)Ст1,Ст2 - стоимость транспортирования соответственно чистого угля, разубоженного угля, вскрышных пород, и отходов обогащения, руб./ткм.

Разработанная модель применима для любого технологического варианта. Об адекватности ее свидетельствует опытно-промышленная проверка методики определения границ селективной и валовой выемки угля на разрезах, расчет величины прибыли П при граничных Р, Я, и0, а также характер качественного изменения прибыли при увеличении или уменьшении исходных факторов.

Основные результаты исследования и отдельные элементы экономико-математической модели представлены в виде "Методики определения границ селективного и валового способов выемки угля на сложноструктурных месторождениях" и утверждены (1985г.) Минуглепромом СССР в качестве отраслевого нормативного документа.

На основе этой методики на стадии опытно-промышленной проверки разработаны рекомендации по выбору способов и технологических вариантов отра-

ботки маломощных крутопадающих пластов экскаваторами ЭКГ на разрезах им. Вахрушева и «Бачатский» концерна "Кузбассразрезуголь".

Рассмотрены варианты валовой отработки с оконтуриванием пласта (рис.' 7.1), валовой отработки с сортировкой горной массы в торцевом забое (рис.7.11), селективно-валовой (рис. 7.Ш) и селективной (рис. 7.1\0.

Рис. 7. Технологические варианты отработки крутопадающих пластов:

I - валовая отработка с оконтуриванием пласта; II - валовая отработка торцевым забоем с сортировкой горной массы; 111 - селективно - валовая; IV - селективная

Аналогичные варианты рассмотрены для обратных гидравлических экскаваторов (ЭГО), как перспективного выемочного оборудования, с целью получения сравнительной оценки и определения экономически целесообразных условий применения вариантов совместной выемки угля и породы.

Выбор того или иного варианта определяется совокупностью горногеологических параметров пласта: углом падения, мощностью и среднепласто-вой зольностью, как фактором, учитывающим наличие породных прослоев. На рис. 8 представлены границы применения технологических вариантов при отработке пластов простого строения мощностью 3 - 5 м. при высоте уступа 8 м.

В частности, следует отметить, что при любых параметрах залегания пластов наиболее эффективными способами являются валовый или селективно-валовый. При отработке наклонных и крутопадающих пластов и наличии обо.

а, град а а, град

2 4. 6 т1 м 2 i 6 ш, м

Рис. 8. Экономически целесообразные границы применения технологических вариантов отработки наклонных и крутопадающих пластов экскаваторами ЭКГ (а) и ЭГО (б) :

I, II, III - соответственно валовый с оконтуриванием, валовый с сортировкой в забое, селективно-валовый.

гатительных мощностей нет условий, в которых селективный способ был бы наиболее приоритетным. Это объясняется тем, что даже наиболее засоренный уголь, извлекаемый при зачистке породоугольных контактов, имеет коэффициент засорения меньше предельно допустимого и поэтому его экономически выгодно обогащать. Исключение могут составлять пологие пласты с падением до 20° , для которых можно применить бульдозерную зачистку породоугольных контактов.

Каждый технологический вариант и соответствующая ему технологическая схема могут быть оптимизированы по параметрам, влияющим на их эффективность. При отработке пластов с технологической присечкой породы основным таким параметром является высота забоя.

Из соображений подобия очевидно, что уменьшение высоты забоя в к раз сопровождается сокращением количества присекаемой породы в к2 раз, т. е. сокращаются объемы разубоженного угля и затраты на его обогащение. Наряду с этим происходит увеличение затрат на экскавацию и погрузку в связи со снижением производительности экскаватора.

Исследование производительности экскаваторов в зависимости от высоты забоя и расчет коэффициента засорения угля показали, что при отработке наклонных и крутопадающих пластов прямыми механическими лопатами с емкостью ковша 5-12.5 мэ наибольшая эффективность совместной выемки угля и породы достигается при высоте подуступа 3 - 5 м, когда ущерб от падения производительности экскаватора компенсируется снижением затрат на обогащение за счет меньших объемов разубоженного угля.

Рис. 9. Зависимость прибыли по технологической схеме от высоты забоя: 1, 2, 3 - соответственно для экскаваторов с емкостью ковша 5, 8, 12.5 м3 .

На рис.9 представлены зависимости прибыли по технологической схеме от высоты забоя для экскаваторов с емкостью ковша 5.0 - 12.5 м3.

Выбор технологического варианта возможно производить по предельным показателям качества. При различных способах качество отгружаемого угля характеризуется определенным коэффициентом засорения. При селективном способе это только засорение селективно извлекаемого угля за счет внут-рипластовых прослоев породы с коэффициентом Я^. Селективно-валовый дополнительно характеризуется коэффициентом засорения разубоженного угля, извлекаемо го при зачистке породоугольных контактов Кмч. И, наконец , валовый способ предопределяет отгрузку из забоя только разубоженного угля с некоторым коэффициентом засорения 11ра1.

Процедура выбора наиболее эффективного способа выемки и определения необходимости дальнейшего обогащения угля заключается в сравнении коэффициентов засорения отгружаемого угля с предельными значениями. Селективное извлечение угля (селективный или селективно-валовый способы) и реализация его без обогащения целесообразно в том случае, если Япл^шт- Дальнейший выбор зависит от степени засорения разубоженного угля, извлекаемого при зачистке породоугольных контактов. Если его засорение не превышает максимально допустимого значения КрЯ1< , то выбор делается в пользу селективно-валового способа. В противном случае эффективна селективная выемка.

Исходя из аналогичных соображений валовый способ целесообразно применять при отработке пластов сложного строения, когда одновременно К-гат^гм^Ктах И Ят^К-зач^та! ■

В практической деятельности разрез непрерывно отрабатывает несколько породоугольных блоков. Поэтому невозможно осуществить автономное обогащение и реализацию угля из одного блока.

Разубожениый уголь перед обогащением неизбежно усредняется в месте

его складирования, что приводит к усреднению коэффициента засорения, от которого зависит выход и качество концентрата и, следовательно, сумма реализации. В работе показано свойство аддитивности стоимости товарной продукции по отношению к коэффициенту засорения исходного разубоженного угля.

Это означает, что при отсутствии каких-либо ограничений выбор наилучшего варианта отработки отдельных породоугольных блоков автоматически обеспечивает максимизацию прибыли по совокупности породоугольных блоков.

Вместе с тем многие разрезы имеют недостаточные мощности по обогащению разубоженного угля или на качество концентрата накладываются ограничения, связанные с требованиями потребителя угля. Поэтому возникает необходимость планировать добычные работы с учетом этих ограничений. При этом ограничения на качество всегда влекут за собой ограничения на количество. Решение сформулированной задачи получено методом линейного программирования при следующей ее постановке.

На некоторый период времени Т запланирована отработка п добычных блоков . Для каждого породоуголыюго блока можно выбрать наиболее эффективный вариант отработки. Рассматриваются только те породоугольные блоки, извлекаемый уголь из которых требует обогащения.

Для форматизации оптимизационной задачи введены обозначения:

Пг удельная прибыль по оптимальному технологическому варианту для ¡-го породоугольного блока руб. /т;

^ - ресурсы разубоженного угля в пределах 1-го блока, т;

XI - доля балансовых запасов, содержащихся в разубоженном угле, предназначенном для обогащения, д. ед.

Тогда целевая функция и ограничения будут иметь вид: п

X П} Х| —^ шах 1

п

1

XI >0; п=1...п.

где п - количество запланированных к отработке блоков; Ч*- ограничение на мощность обогатительной установки, т.

Первое выражение представляет собой целевую функцию - достижение мак-

симальной прибыли по совокупности всех породоугольных блоков.

Неравенства являются ограничениями на область изменения величин х;. Первое неравенство связано с ограниченностью обогатительных мощностей. Второе и третье ограничения означают, что для максимизации целевой функции может потребоваться неполная выемка угля в некотором количестве блоков.

Совокупность неравенств < 1, х{ £ 0 определяет куб в п-мерном пространстве, а неравенство х^ £ q* - гиперплоскость соответствующей размерности. В их пересечении находится многоугольник, часть вершин которого совпадают с вершинами куба, а другие лежат на его ребрах.

Из геометрического смысла задач линейного программирования известно, что максимум целевой функции находится в одной из вершин многогранника, определяемого совокупностью неравенств, исключая вершину х^= 0, которая соответствует заведомо неподходящему тривиальному решению. Из этих соображений очевидно, что пронумеровав соответствующим образом оси системы координат, оптимальное решение будет находиться в вершине с координатами (1,...,1, хк ,0,...,0), где хк =1, если вершина многоугольника совпадает с вершиной куба и хк <1, если она лежит на одном из его ребер.

В результате решения поставленной задачи показано, что критерием приоритетности включения блока в план отработки является неравенство

Пх П,.

->-

ск Ч]

На этой основе разработана методика оперативного планирования добычи разубоженного угля, которая является составной частью утвержденной методики определения границ селективной и валовой выемки угля на сложнострук-турных месторождениях.

КОНТРОЛЬ ЗАСОРЕНИЯ РАЗУБОЖЕННОГО УГЛЯ В ПРОЦЕССЕ ОТРАБОТКИ ПЛАСТОВ. Понятие элементарного выемочного объема, как объема горной массы по отношению к которому можно принимать решение о его кондиционности или некондиционности, в предыдущей части работы не конкретизировалось поскольку разработка методов определения рациональных параметров извлечения разубоженного угля для различных этапов планирования не требовала такой конкретизации. Вместе с тем обоснование величины элементарного выемочного объема и разработка рекомендаций по определению коэффициента засорения в его пределах позволяют в практических условиях обеспечивать постоянный контроль за эффективностью отработки пластов.

Исходя из соображений подобия и вероятностной постановки общей оп-

тимизадионной задачи ясно, что чем меньше величина этого объема, тем меньше средний коэффициент засорения разубоженного угля при отработке запасов и, следовательно, тем выше конечные экономические показатели.

Для разрезов Кузбасса существует три основных объекта, которые могут рассматриваться в качестве элементарного выемочного объема. Они обусловлены использованием выемочной техники цикличного действия с погрузкой полезного ископаемого, как правило, в автомобильный или, в исключительных случаях, железнодорожный транспорт. К ним относятся:

- емкость ковша экскаватора; емкость кузова автосамосвала;

- подготовленный к отработке породоугольный блок;

Первый вариант является наиболее приоритетным с точки зрения относительно небольшой величины объема. В настоящее время использование этого варианта на основе технических средств контроля коэффициента засорения невозможно из соображений отсутствия таких промышленных средств. Поэтому в процессе непосредственной отгрузки разубоженного угля контроль его засорения предлагается производить по относительной высоте забоя по углю (отношение высоты обнажения угля в забое к общей его высоте), которая в зависимости от зольности чистого угля должна составлять

1 - Ктях

Ь --, дол. ед.

1 -ЯтачО " Уу/Уп)

При использовании автомобильного транспорта наиболее целесообразно в качестве элементарного выемочного объема принять непосредственно кузов автосамосвала. Паспортная загрузка автосамосвала, которая регламентирует последовательность и количество загружаемых ковшей горной массы, обеспечивает постоянство ее объема. Поэтому за счет разницы удельных весов чистого угля и породы по количеству горной массы в кузове можно судить о величине коэффициента засорения находящегося там разубоженного угля.

Предельные значения коэффициента засорения однозначно определяют диапазон изменения количества разубоженного угля в кузове автосамосвала, предназначенного для обогащения, который должен удовлетворять следующему неравенству

^пасгг

Отт — ~ 5 Ртах

Я

Уп

1-Я

Ту

р

где Упасп - паспортный объем загрузки кузова а/с, м3 ; кр - коэффициент разрыхления, дол. ед.;

Уп ,Уу - удельный вес породы и угля, т/м3.

На рис. 10 в качестве примера показана зависимость количества разубо-женного угля в кузове автосамосвала грузоподъемностью 110 т. от коэффициента засорения при кр = 1.4, уп = 2.2 т/м3, уу = 1.35 т/м3. Горная масса отправляется на ОФ при 73 < (Зри < 97 т., на склад чистого угля при С^, < 73 т., в отвал при Орат > 97 т.

Рис. 10. Зависимость количества разубоженного угля кузове автосамосвала грузоподъемностью 110 т. от коэффициента засорения

Основанный на этом подходе оперативный контроль коэффициента засорения угля в кузове автосамосвала является практическим средством обеспечения текущей эффективности извлечения разубоженного угля.

Третий вариант основан на использовании паспортов отработки породо-угольных блоков, предусмотренных утвержденной в отрасли комплексной системой управления качеством угольной продукции. Паспорт предусматривает порядок извлечения горной массы на каждом этапе отработки пласта, с целью обеспечения требований к засорению отгружаемого из забоя угля.

При использовании железнодорожного транспорта он является единственно возможным вариантом контроля коэффициента засорения . Основная сложность при этом возникает при отработке крутопадающих пластов в связи с различными углами попадания пласта в заходку экскаватора. При наиболее вероятных уголах встречи (15-30°) установлено, что, например, при использовании экскаватора ЭКГ-8И коэффициент засорения разубоженного угля при отработ-

ке пластов мощностью 2-7м составляет 0.8-0.94. Применение экскаваторов с большими линейными параметрами приводит к увеличению коэффициента засорения. Такие значения заведомо выходят за рамки экономически целесообразного его предела.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации разработаны теоретические положения по планированию рациональных технологических показателей извлечения разубоженного угля на разрезах, включающие: оценку ресурсов разубоженного угля; определение предельных значений коэффициента засорения угля, предназначенного для обогащения; определение оптимальных объемов обогащения; обоснование условий экономически эффективного применения возможных технологических вариантов отработки пластов; оптимизацию их параметров; контроль засорения в процессе отработки, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии открытого способа разработки угольных месторождений.

Основные научные и практические выводы заключаются в следующем.

1.Закон распределения коэффициента засорения разубоженного угля содержит достаточную информацию для установления функциональной взаимосвязи между эксплуатационными потерями и засорением добываемого угля, определения ресурсов разубоженного угля на разрезах, планирования объема его добычи и производства товарного угля, получаемого в результате обогащения.

В частности, ресурсы разубоженных углей на разрезах Кузнецкого бассейна в расчете на I млн. т. погашаемых запасов составляют 145- 1400 тыс. т.

2.Сокращение потерь угля в процессе добычи способствует увеличению объемов производства как в натуральном, так и стоимостном выражении. Вместе с тем это вызывает рост затрат на отделение угля от породы в процессе обогащения. Наличие двух противодействующих в формировании прибыли тенденций обуславливает существование оптимального соотношения между эксплуатационными потерями и уровнем засорения угля, а также оптимального объема добычи угля, предназначенного для обогащения.

3.На основе исследования свойств затрат и стоимости товарной продукции показано существование двух предельных значений коэффициента засорения угля, предназначенного для обогащения и Ягаах.

Минимальный коэффициент засорения определяет нижнюю границу, когда прирост стоимости в результате обогащения равен приросту соответствующих затрат. Если коэффициент засорения добываемого угля меньше Ять , его целесообразно реализовывать без обогащения.

Максимальное значение Ктах характеризует такой уровень засорения до-

бываемого исходного угля , при котором стоимость конечной угольной продукции ровна приросту затрат, связанных с обогащением. Превышение этого уровня означает, что обогащать разубоженный уголь экономически не выгодно и содержащиеся в нем запасы необходимо списывать в потери. По существу этот показатель является признаком эксплуатационной кондиционности извлекаемого угля.

4.Предельные значения коэффициента засорения разубоженного угля в совокупности с законом его распределения являются достаточными данными для определения и планирования оптимальных объемов добычи разубоженкых углей.

Для разрезов Кузнецкого бассейна оптимальные объемы в расчете на 1 млн. т. запасов составляют 95 - 1160 тыс. т.

Кроме того, предельные показатели качества позволяют значительно упростить процедуру нормирования потерь и засорения угля, исключить трудоемкие технико-экономические расчеты при выборе способов отработки пластов, а также упростить решение других задач, связанных с рассматриваемой проблемой.

5.При сравнении способов и технологических вариантов отработки пластов прямые эксплуатационные затраты пропорциональны соответствующим объемам горной массы: угля, извлекаемого в чистом виде; разубоженного угля; горной массы, вывозимой в отвал. Их значения могут быть рассчитаны по качественно-количественным показателям извлечения угля при отработке сложных породоугольных блоков в зависимости от параметров отрабатываемого пласта и применяемого выемочного оборудования.

Разработанный на этой основе метод расчета затрат по отдельным технологическим звеньям позволяет увязать показатель экономической эффективности технологических вариантов с количественными и качественными показателями извлечения угля..

6.Совокупность разработанных методов является инструментом обоснования рациональных показателей извлечения разубоженного угля на разрезах на различных этапах планирования производства, а также в процессе непосредственной отработки пластов.

7.Анализ эффективности способов выемки в различных горно-геологических условиях при существующем оборудовании показывает, что при любых параметрах залегания и строения пластов наиболее эффективными являются валовый или селективно-валовый способы. При наличии обогатительных мощностей нет условий, в которых селективный способ был бы наиболее приоритетным. Это объясняется тем, что даже наиболее засоренный уголь, извлекаемый при зачистке породоугольных контактов, имеет коэффициент засорения меньше предельно допустимого и поэтому его экономически выгодно

обогащать.

8.Наибольшая эффективность процессов добычи и обогащения разубо-женного угля достигается при отработке породоугольных блоков подуступами с уменьшенной высотой забоя. Экономический ущерб от снижения производительности погрузочного и транспортного оборудования компенсируется меньшими объемами и засорением разубоженного угля. Расчетами установлена оптимальная высота подуступа для существующих экскаваторов, которая составляет 3 - 5 м.

Научные результаты диссертационной работы представлены в 23 научных публикациях

1. Сысоев A.A., Приезжев Н.С., Великанов A.M. Экономико-математические модели в задачах оптимизации добычи разубоженных углей. Кемерово: Кузбассвузиздат, 1997. 116 с.

2. Сысоев A.A. Отработка маломощных пластов и обогащение угля на разрезах Кузбасса // Добыча угля открытым способом: Обзорная информация./ ЦНИЭИуголь. М„ 1985, 32 с.

3. Сысоев A.A. О некоторых закономерностях формирования развала породы при взрывании уступов скважинными зарядами .//Разработка месторождений открытым способом. Межвузовский сб., вып.З/ КузПИ. Кемерово, 1972.

4. Репин Н.Я., Сысоев A.A. Методика определения параметров развала при взрывании уступов скважинными зарядами.// Разработка месторождений открытым способом. Межвузовский сборник, вып.4/ КузПИ. Кемерово, 1976.

5. Сысоев A.A., Королев Ю.А., Шугалов Б.С. Обоснование параметров оборудования экскаваторно-автомобильного комплекса при селективной отработке маломощных пластов // Тезисы докладов к научно-технической конференции молодых ученых: Сб. научных трудов/ Кемерово, 1980. С. 37.

6. Сысоев A.A. Об оптимальной емкости ковша экскаватора // Уголь. -1981. - N б. С. 21.

7. Сысоев A.A., Бирюков A.B., Буданов В.Е. О влиянии разубоживания на качество угля при валовой выемке маломощных пластов // Совершенствование технологии открытых разработок угольных месторождений: Межвузовский сб. вып.8/ КузПИ. Кемерово, 1981. С.41-44.

8. Сысоев A.A., Муромцев И.Л. Об эффективности перспективной технологии на разрезах Кузбасса // Уголь. 1982. N10. С. 20-22.

9. Сысоев A.A., Семенов В.В. К систематизации способов выемки маломощных и сложных пластов // Открытая угледобыча в Кузбассе. Итоги. Проблемы. Перспективы: Сб. научных трудов/ Кемерово, 1984. С. 52-56.

10. Сысоев A.A., Шугалов Б.С. Программное обеспечение методики по определению границ селективной и валовой выемки угля // Добыча угля откры-

тым способом: Рефераты на картах . Вып.2/ ЦНИЭИуголь. М., 1984.

11. Сысоев A.A., Семенов В.В. Предельный уровень разубоживания при валовой выемке маломощных пластов // Открытая угледобыча в Кузбассе. Итоги. Проблемы. Перспективы: Сб. научных трудов/ Кемерово, 1984. С. 86 - 89.

12. Королев Ю.А.6 Сысоев A.A., Родикова Т.Н. К исследованию себестоимости грузоперевозок большегрузными автосамосвалами // Открытая угледобыча в Кузбассе. Итоги. Проблемы. Перспективы: Сб. научных трудов/ Кемерово, 1984. С.117-121.

13. Томаков П.И., Сысоев A.A., Рыбаков Б.Н. Способы выемки крутых пластов экскаваторами типа ЭГО // Уголь. 1985. N 12. С.20-24.

14. Сысоев A.A. Направления оптимизации параметров добычи и обогащения угля // Технический npoipecc на открытых горных работах Кузбасса : Тезисы докладов конференции/ Кемерово, 1984, С. 104-105.

15. Сысоев A.A., Егоров М.Ф., Муромцев И.Л., Семенов В.В., Кухарь B.C. Временная методика определения границ селективной и валовой выемки угля на сложноструктурных месторождениях./ Минуглепром СССР, НИИОГР. Челябинск, 1985. 57 с.

16. Сысоев A.A. Нормировании потерь угля // Уголь. 1986. N9. С.20-22.

• 17. .Сысоев A.A., Семенов В.В. К вопросу о выборе добычных схем // Открытая разработка угольных месторождений: Межвузовский сб. научных трудов. - Кемерово, 1987. - с.93-97.

18. Корякин А.И., Сысоев A.A., Федотенко С.М. Проблемы управления качеством угля на разрезах Кузбасса Н Уголь. 1987. N 12. С.53-55.

19. Сысоев A.A., Семенов В.В. О выборе способов отработки породо-угольных блоков при дефиците обогатительных мощностей // Совершенствование технологии и организации открытой угледобычи в Кузбассе: сб. научных трудов/ Кемеровское книжное издательство. Кемерово, 1988. С. 89-93.

20. Сысоев A.A. Оптимизация количественных и качественных показателей извлечения угля при открытой разработке // Оптимизация горных работ и фрагменты САПР: Сб. научных трудов/ ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1990. С. 63-64.

21. Сысоев A.A. Взаимосвязь качества добываемого полезного ископаемого и эксплуатационных потерь // Горный журнал: Известия ВУЗов. N 10. 1989.

22. Сысоев A.A. Качество угля как фактор хозрасчетной эффективности // Проблемы открытой добычи угля в Кузбассе: Сб. Научных трудов/ Кемерово, 1990. С. 92-97.

23. Сысоев A.A., Корчуганова Е.А. Определение экономически целесообразных объемов обогащения разубоженных углей Кузбасса // Горный вестник. МГИ.М. 1993.С.67-68.

С. 37-39.

4 & ✓ /■■

^^ ~ &

/

/

г «

Кузбасский государственный технический университет

На правах рукописи

СЫСОЕВ АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ЛОКАЗАТЕЛЕЙ

ИЗВЛЕЧЕНИЯ РАЗУБ0ЖЕНН0Г0 УГ,

Специальность-

65.15.'03 - "От под-

\\

V

дРЙЗРЕЗАХ

этка месторождении сЬп/аемыхи.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.................................... 5

1. АНАЛИЗ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ................................16

1.1. Залегание и строение угольных пластов. Природное качество углей...............................................16

1.2. Выемочное оборудование............................................19

1.3. Качество добываемого и реализуемого угля............................23

1.4. Средства и способы обеспечения качества товарного угля..............................................................................................31

Выводы............................................................................................36

2. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ КАЧЕСТВЕННЫХ И КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДОБЫВАЕМОГО УГЛЯ НА РАЗРЕЗАХ.

ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ............................... 38

2.1.Этапы, принципы и критерии экономической оценки

месторождений полезных ископаемых..................... 38

2.2. Совокупность факторов, влияющих на качество угля............50

2.3. Задачи и методы исследования.......................................56

Выводы.........................................................59

~ 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ЗАСОРЕНИЯ РАЗУБ0ЖЕНН0Г0

УГЛЯ С ЕГО КОЛИЧЕСТВОМ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ПОТЕРЯМИ........ 61

3.1. Статистические показатели качества

добываемого угля...................................... 61

3.2. Исследование формирования засорения добываемого угля на разрезах.............................. 70

3.3. Конкретизация вероятностной модели................... 78

3.4. Оценка засорения разубоженного угля в зависимости

от эксплуатационных потерь............................ 87

Выводы................................................ 90

4. ОПТИМИЗАЦИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ И КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ДОБЫЧИ РАЗУБОЖЕННЫХ УГЛЕЙ НА РАЗРЕЗАХ...................... 93

4.1. Критерий экономической эффективности.................. 94

4.2. Расчет качественных и количественных показателей обогащения разубоженного угля......................... 101

4.3. Закономерности изменения стоимости угля............... 120

4.4. Предельные значения коэффициента засорения разубоженного угля.................................... 128

4.5. Оценка оптимального засорения разубоженного

угля в условиях меняющихся цен........................ '135

4.6. Ресурсы разубоженных углей и оптимальные объемы их

обогащения для разрезов бассейна....................... 145

Выводы................................................ 150

5. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЕЙ ОТРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ........... ........................ 152

5.1. Последовательность решения задач оперативного планирования добычи разубоженного угля................ 152

5.2. Систематизация способов и технологических вари-

антов отработки угольных пластов..................... 155

5.3. Эффективность отработки породоугольных блоков

при наличии ограничений............................... 159

5.4. Структура и расчет затрат на добычу и переработку угля............................................... 170

5.5. Алгоритмизация расчетов по определению экономической эффективности технологических вариантов отработки пластов..................................... 175

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВАРИАНТОВ ОТРАБОТКИ КРУТОПАДАЮЩИХ ПЛАСТОВ............................ 180

6.1. Анализ засорения в процессе подготовки пласта

к выемке.............................................................180

6.2. Технологические варианты отработки пластов.............185

6.3. Качественно-количественные показатели извлечения

угля при различных технологических вариантах.......... 189

6.4. Производительность экскаватора,как один из факторов выбора технологического варианта отработки пласта. .... ..................................... 194

6.4. Экономически целесообразные условия применения технологических вариантов отработки пластов для существующего выемочного оборудования................ 203

6.5. Экономически целесообразные условия применения технологических вариантов отработки пластов для перспективного выемочного оборудования................ 209

6.6. Оценка экономической эффективности результатов рекомендаций по выбору технологических вариантов отработки крутопадающих пластов.......................212

7. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ,

УПРАВЛЕНИИ И НОРМАТИВНОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ ДОБЫЧИ РАЗУБОЖЕННОГО УГЛЯ...................................................216

7.1. Перспективное планирование объема и засорения разубоженного угля....................................216

7.2. Методика расчета рациональных технологических параметров при текущем и оперативном планировании.....221

7.3. Выбор технологических вариантов по предельным значениям коэффициента засорения разубоженного угля...232

7.4. Оптимизация и исследование некоторых частных параметров............................................ 234

7.5. Нормативы засорения угля при селективной и

валовой отработке пластов............................ .238

7.6. Контроль засорения угля в процессе отработки пластов..242

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................. 245

ЛИТЕРАТУРА.......................................................249

ПРИЛОЖЕНИЕ................................................. 271

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Развитие рыночных отношений в угледобывающей промышленности предопределяет необходимость поиска резервов производства, позволяющих обеспечить дополнительный прирост прибыли. Для угольных разрезов, разрабатывающих месторождения с меняющимися параметрами пластов, одним из таких резервов является оптимизация технологических параметров извлекаемого разубоженного угля, предназначенного для обогащения. Эффективность этого направления связана в первую очередь о улучшением экономических показателей. Вторичный эффект обусловлен сокращением отчуждаемых площадей и снижением количества возгорания на отвалах.

Наряду с обогатительными фабриками, которые уже давно функционируют на разрезах "Черниговский", "Кедровский", им. В.В. Вах-рушева, и "Междуреченский", в последние годы построено значительное количество обогатительных установок, предназначенных для обогащения высокозольных разубоженных углей (разрезы "Моховс-кий", "Бачатский", "Черниговский", "Кедровский", "Красный Брод",, "Талдинский", "Листвянский", "Сартаки"). Планируется строительство таких установок и на других разрезах.

Их возникновение и существование уже в течение нескольких лет реальной рыночной экономики говорит о том, что этот путь является не искусственным и экономически оправдан.

С другой стороны очевидно, что увеличение добычи разубоженных углей не беспредельно не только из соображений ограниченности их ресурсов, но также из соображений экономической целесообразности - увеличение объемов разубоженного угля связано с уве-

личением коэффициента засорения и, следовательно, с ухудшением показателей обогащения.

Отсюда возникают предпосылки для решения целого ряда задач оптимизации технологических параметров извлечения разубаженного угля.

1. Если на обогащение отправлять уголь," не содержащий минеральных примесей, равно как и чистую породу, то в результате обогащения не произойдет прироста стоимости, но будет иметь место ущерб за счет затрат на обогащение. Следовательно из соображений -здравого смысла существуют' предельные значения, которые определяют экономически допустимый диапазон изменения коэффициента засорения, когда прирост стоимости компенсирует затраты, связанные с обогащением.

2. В силу того, что при отработке части запасов на обогащение поступает уголь с различным коэффициентом засорения в экономически допустимых пределах его значений, то можно говорить об оптимальном количестве извлекаемого разубоженного угля подлежащего обогащению, а также об оптимальном среднем коэффициенте засорения. '

3. Так или иначе часть разубоженного угля по уровню засорения будет превышать максимально допустимое значение и его необходимо вывозить в отвал. Поэтому можно говорить об оптимальных эксплуатационных потерях угля.

4. Обогащение угля предопределяет возможность более многообразной забойной технологии. Наряду с вариантом селективной отработки плаз та можно рассматривать различные технологические варианты выемки угля совместно с породой, которые количественными, качественными и, следовательно, стоимостными и конечными эконо-

мическими показателями.

5. На разрезах, как правило: существуют ограничения на количество разубоженного угля, которое можно переработать, и/или качество получаемого концентрата. Очевидно, что в процессе оперативного планирования отработки породоугольных блоков и при выборе экономически целесообразных технологических вариантов эти факторы необходимо учитывать.

6. Каждый технологический вариант и соответствующая технологическая схема могут быть оптимизированы по параметрам, влияющим на их эффективность. При валовой отработке пластов с использованием наиболее распространенных в Кузбассе экскаваторов типа ЭКГ таким параметром является высота забоя, от которой зависит как производительность экскаватора, так качество и количество разубоженного угля и, следовательно, экономическая эффективность варианта. Высота забоя должна выбираться таким образом, чтобы ущерб от снижения производительности экскаватора компенсировался снижением затрат на обогащение разубоженного угля.

Существующие тенденции развития выемочного оборудования в направлении увеличения единичной мощности и ухудшение горно-геологических условий разработки угольных месторождений не способствуют снижению засорения добываемого угля.

Современное состояние исследованности вопросов управления параметрами извлечения и переработки разубоженного угля находится на уровне общей постановки оптимизационной задачи и решения частных вопросов выбора забойной технологии с учетом процесса обогащения.

Это свидетельствует об актуальности проблемы повышения экономической эффективности работы разрезов за счет оптимизации

технологических параметров извлечения разубоженного угля, предназначенного для обогащения.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ - разработка методологии обоснования рациональных технологических показателей извлечения разубоженного угля на разрезах на основе адекватных процессу производства экономико-математических моделей.

ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются технико-экономические взаимосвязи между процессами добычи и обогащения разубоженного угля, а также совокупность адекватно описывающих их экономико-математических моделей.

ИДЕЯ РАБОТЫ состоит в использовании закона распределения коэффициента засорения угля и экономически целесообразных пределов его изменения для разработки методологии оптимизации технологических параметров извлечения разубоженного угля.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Обосновать существование предельных значений коэффициента засорения разубоженного угля, предназначенного для обогащения и разработать методы их расчета.

Исследовать закономерности формирования засорения угля на разрезах и доказать возможность их применения при планировании рациональных показателей извлечения разубоженного угля.

Разработать методику расчета оптимальных объемов добычи разубоженного угля, коэффициента его засорения и эксплуатационных

потерь заласов.

Разработать методику определения экономически целесообразных границ применения технологических вариантов отработки пластов.

Исследовать влияние горно-геологических факторов на принятие технических и технологических решений при добычи разубожен-ного угля.

МЕТОДОЛОГИЯ РАБОТЫ включает в себя общенаучные и частные методы исследования.

Постановка цели и задач, формулировка научных положений, выводов и рекомендаций выполнены на основе на основе анализа проблемы и результатов ее исследования. Этот метод использован также при решении других задач, поставленных в работе.

При построении математической модели формирования качества добываемого угля и эксплуатационных потерь на уровне разреза использован вероятностный метод описания коэффициента засорения элементарных выемочных объемов. Дальнейший переход к определению функциональных зависимостей зольности добываемого угля от полноты извлечения производится методом дедукции.

Исследование зависимостей затрат на производство, эксплуатационной полноты извлечения запасов, качественных и количественных показателей переработки углей от основных влияющих факторов, оптимизация параметров добычи и обогащения угля, а также решение ряда других задач производилось с использованием эконо-

мико-математического моделирования.

Разработка экономико-математических моделей выполнена с привлечением ряда количественных методов анализа, включающих в себя статистическую обработку экспериментальных и отчетных данных, а также метода линейного программирования.

При аппроксимации функциональных зависимостей качественных и количественных параметров добычи и переработки разубоженных углей использованы данные анализов пластово-дифференциальных проб, характеристики добываемого по всем разрезам Кузнецкого бассейна угля и концентрата по фабрикам и установкам концерна "Кузбассразрезуголь" и ряда других объединений.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Разубоженный уголь имеет два предельных значения коэффициента засорения (Рш г п^тах), которые определяются равенством прироста стоимости товарного угля и прироста затрат, связанных с обогащением. Для углей разрезов Кузбасса эти значения составляют йп1п=0.19-0.27 И Ртах=0.7-0.8.

Формирование засорения добываемого разрезами угля подчиняется 0-распределению с параметрами ш=1 и п>0.

Методологической основой для планирования экономически целесообразных объемов добычи разубоженного угля, предназначенного для обогащения, и его засорения служат закон распределения и предельные значения коэффициента засорения.

Валовый или селективно-валовый способы отработки пластов всегда более эффективны по сравнению с селективным, поскольку

коэффициент засорения разубоженного угля, извлекаемого при зачистке нарушенных в результате взрывных работ породоугольных контактов, находится в экономически допустимом диапазоне его изменения.

При отработке наклонных и крутопадающих пластов прямыми механическими лопатами с емкостью ковша 5.0 - 12.5 м3 наибольшая эффективность совместной выемки угля и породы достигается при высоте подуступа 3 - 5 м, когда ущерб от падения производительности экскаватора компенсируется снижением затрат на обогащение за счет меньших объемов разубоженного угля.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

Доказано существование двух предельных значений коэффициента засорения разубоженного угля, предназначенного для обогащения и разработаны методы их расчета.

Найдено распределение коэффициента засорения разубоженного угля для условий угольных месторождений, разрабатываемых открытым способом.

Установлено, что в основе методологии обоснования объемов при планировании добычи разубоженного угля на разрезах и среднего его засорения лежит закон распределения и предельные значения коэффициента засорения.

Доказано, что экономически целесообразные границы различных технологических вариантов отработки пластов определяются углом

падения пласта, его мощностью и среднепластовой зольностью.

Доказано существование оптимальной высоты подуступа при валовой отработке наклонных и крутопадающих пластов экскаваторами типа прямой механической лопаты.

Установлено, что прибыль по технологической схеме при валовой отработке наклонных и крутопадающих пластов обратными гидравлическими лопатами в 2.5-3 раза выше по сравнению с существующим выемочным оборудованием.

ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ научных положений, сформулированных в работе, подтверждается:

- применением для описания и анализа изучаемых технико-экономических процессов методов математического моделирования с обоснованием адекватности элементов математической модели;

- результатами статистической обработки отчетных данных разрезов Кузбасса о качестве добываемого угля и пластово-дифференциальных пробах по всем отрабатываемым пластам, а также опытных данных о коэффициенте засорения угля при отработке конкретных породоугольных блоков;

- соответствием результатов технико-экономических расчетов с ранее выполненными исследованиями, проектами, а также параметрами существующей организации добычи и переработки угля;

- использованием результатов исследований в отраслевых нормативно-методических документах, на предприятиях концерн "Куз-бассразрезуголь" и в проектных институтах.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА заключается: . - в обосновании существования и методе расчета предельных значений коэффициента засорения разубоженного•угля, предназначенного для обогащения;

- в аналитическом построении вероятностной модели формирования засорения разубоженного угля и экс�