автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Повышение интенсивности горного производства на базе гибких технологических систем угольных шахт

. Vf

А«» * - ■ •»

' ЗАО "Распадская" Министерство общего и профессионального образования РФ Московский Государственный Горный Университет

На правах рукописи УДК 622.273.23

РЫЖОВ Анатолий Михайлович

Повышение интенсивности горного производства на базе гибких технологических систем угольных шахт

Специальность: 05.15.02 - Подземная разработка месторождений

полезных-ископаемых

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант:

док. техн. наук, проф. Кузнецов Ю. Н.

Москва 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................6

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ................................................................................13

1.1. Анализ состояния шахтного фонда России в период реструктуризации угольной промышленности......................................................................................................13

1.2. Анализ развития научно-технического прогресса в подземной добыче угля.......22

1.3. Оценка состояния вопроса формирования вариантов прогрессивных технологических систем угольных шахт..............................................................................26

1.4. Цель, задачи и методы исследований............................................................................33

ВЫВОДЫ.............................................................................................................................36

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРСПЕКТИВНЫХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ... 37

2.1. Основные положения..........................;.............................................................................37

2.2. Структура технологической системы угольной шахты и функциональная значимость ее подсистем в процессе добычи угля................................................................3 8

2.3. Основные требования к гибким технологическим системам угольных шахт.....43

2.4. Критериальная база оценки технологической системы угольной шахты.............46

2.5. Основные принципы формирования гибких технологических систем угольных шахт 51

2.6. Динамический аспект преобразования технологической системы угольной

шахты............................................................................................................................................56

ВЫВОДЫ.............................................................................................................................66

3. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОГРЕССИВНЫХ ВАРИАНТОВ И ПАРАМЕТРОВ ПОДСИСТЕМ ГИБКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ШАХТЫ...............................................................................................................................67

3.1. разработка подсистемы "Технология проведения подготовительных выработок" (ТПВ)...............................................................................................................................................67

3.1.1. Основные принципы разработки подсистемы ТПВ..............................................................67

3.1.2. Методические положения разработки технологических схем проходческих работ..........69

3.1.2.1. Обоснование рациональной организации работ..............................................................................69

3.1.2.2. Определение скорости проведения выработки...............................................................................73

3.2. Формирование рациональных вариантов подсистемы

"Технология очистных работ" (ТОР)...........................................................................................84

3.2.1. Технологические решения по интенсивной отработке запасов шахтного поля длинными очистными забоями.............................................................................................................85

3.2.1.1. Технологические схемы отработки запасов выемочных блоков многофронтальными очистными забоями..........................................................................................................................................85

3.2.2. Технологические особенности отработки межлавного целика (МЛЦ)...............................99

3.2.2.1. Сущность способа и обоснование необходимости применения комбинированного способа проветривания выемочного участка при работе лавы с одновременной выемкой целика.......................99

3.2.2.2. Основные принципы формирования схем проветривания выемочных участков....................... 102

3.2.2.3. Мероприятия по безопасному ведению горных работ при выемке межлавного целика...........112

3.2.3. Разработка технологических схем отработки запасов выемочных участков длинными

очистными забоями с нагрузкой 2-3 млн.т угля в год......................................................................114

3.2.3.1. Влияние качества запасов выемочного столба на надежность функционирования и производительность очистного забоя.......................................................................................................... 114

3.2.3.2. Влияние параметров выемочного столба на показатели надежности и эффективности работы забойного оборудования................................................................................................................... 120

3.2.3.3. Основные принципы формирования технологических схем отработки запасов выемочных участков длинными очистными забоями..................................................................................................... 125

3.2.3.4. Варианты технологических схем отработки запасов выемочных участков длинными очистными забоями с нагрузкой 2-3 млн. т угля в год................................................................................. 126

3.2.4. Разработка варианта прогрессивной технологии отработки запасов угля по камерно-столбовой системе................................................................................................................................135

3.2.4.1. Анализ камерно-столбовых систем разработки...........................................................................136

3.2.4.2. Основные принципы формирования вариантов камерно-столбовых систем

угольных пластов в условиях шахты "Распадская"..................................................................................... 148

3.3. Разработка технологической подсистемы "Монтажно-демонтажные

работы" (МДР)............................................................................................................................ 157

3.3.1. Основные направления разработки рациональных технологических решений

по доставке, монтажу и перемонтажу тяжелого забойного оборудования....................................157

3.3.2. Основные принципы разработки технологических схем....................................................160

3.3.3. Методика расчета продолжительности одного рейса и определения необходимого числа транспортных машин................................................................................................................169

3.3.4. Технологические схемы монтажа-демонтажа механизированных комплексов

с помощью самоходных машин на пневмоходу с дизельным приводом.......................................173

3.4. Разработка гибкой технологической подсистемы транспорта

"Очистной забой - технологический комплекс поверхности"........................................1 83

3.4.1. Модель технологической подсистемы транспорта..............................................................1 83

3.4.2. Оценка участковых и магистральных конвейеров отечественного и зарубежного производства.........................................................................................................................................186

3.4.3. Оценка параметров схемы конвейерного транспорта по пласту 10 блока №4................187

3.4.4. Определение приемной способности ленточных конвейеров............................................188

3.4.5. Определение параметров ожидаемых грузопотоков угля, поступающих

из лавы 4-10-21.....................................................................................................................................190

3.5. качественные и Количественные характеристики технологических систем угольных шахт.............................................................................................................................................192

ВЫВОДЫ...........................................................................................................................198

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ................................201

4.1. Исследование проявлений геомеханических процессов в транспортных выработках высокой пропускной способности................................................................201

4.1.1. Исследование работы анкерной крепи с химическим закреплением стержней..............206

4.1.2. Исследования устойчивости выработок шириной до 4,5 м.......................................................211

4.1.3. Исследования устойчивости выработок большой (5,5-^8,5 м) ширины............................225

4.2. Исследование проявлений горного давления в очистных забоях повышенной длины и надежности эксплуатации механизированных крепей..................................239

4.2.1. Вводные положения................................................................................................................239

4.2.2. Методика проведения шахтных исследований....................................................................239

4.2.3. Горнотехническая характеристика объекта исследований................................................242

4.2.4. Результаты шахтных исследований в очистных забоях повышенной длины...................246

4.2.4.1. Результаты исследований по оценке надежности работы забойных конвейеров....................246

4.2.4.2. Результаты шахтных исследований надежности работы механизированной крепи лав длинной более 150 м........................................................................................................................................248

4.3. Исследования эффективности функционирования забойных конвейеров

в лавах длиной 200-250 м........................................................................................................257

4.3.1. Исследования работоспособности забойного конвейера в лаве 5а-7-22...........................257

4.3.2. Исследования работоспособности забойного конвейера лавы 3-3-9................................266

4.3.3. Исследование эксплуатационных характеристик забойного конвейера лавы 5а-6-12 ..271

4.4. Экспериментальные исследования работы высокопроизводительного длиннозабойного очистного комплекса.............................................................................278

4.4.1. Характеристика условий проведения экспериментальных исследований.......................278

4.4.2. Транспорт.................................................................................................................................281

4.4.3. Исследование работы очистного комбайна..........................................................................284

4.4.4. Исследование работы забойного конвейера.........................................................................288

4.4.5. Исследование работы механизированной крепи комплекса.............................................290

4.4.6. Общая оценка надежности лавы 4-10-21..............................................................................296

4.5. Особенности проявлений горного давления при камерно-столбовой системе разработки мощных пологих пластов..................................................................................300

4.6. Исследование работы проходческо-очистного оборудования при проведении горизонтальных и наклонных горных выработок................................................................3 13

4.6.1. Техническая характеристика комплекта проходческого оборудования..........................313

4.6.2. Характеристика условий проведения экспериментальных исследований.......................316

4.6.3. Данные и результаты испытания промышленного образца комплекта проходческого оборудования фирмы "JOY" и компании "EIMCO".........................................................................318

4.7. Исследование прогрессивной технологической подсистемы

монтажно-демонтажных работ.................................................................................................331

4.7.1. Общие положения...................................................................................................................331

4.7.2. Исследование технологической схемы монтажа комплекса "JOY" в лаве 4-10-21 с помощью дизельной доставочной машины "EIMCO-912E" с трейлером.....................................332

4.8. Исследование прогрессивной технологии отработки запасов выемочного

столба с одновременным извлечением межлавного целика...........................................339

ВЫВОДЫ...........................................................................................................................362

5. РЕАЛИЗАЦИЯ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ............................................................................367

5.1. горно-геологическая и производственно-техническая характеристика объектов реализации результатов исследований.............................................................367

5.2. Инвестиционный проект повышения эффективности горного производства ЗАО "Распадская"....................................................................................................................382

5.2.1. Основные положения..............................................................................................................382

5.2.2. Основные показатели проекта...............................................................................................383

5.2.3. Общие сведения о предприятии............................................................................................383

5.2.3.1. Расположение и доступ...................................................................................................................383

5.2.3.2. Продукция..........................................................................................................................................384

5.2.3.3. Сырьевая база...................................................................................................................................384

5.2.3.4. Финансовые показатели...................................................................................................................385

5.2.4. Рынок сбыта и прогноз объемов продаж..............................................................................386

5.2.4.1. Рыночная ниша и объемы продаж..................................................................................................386

5.2.4.2. Конкуренция.......................................................................................................................................387

5.2.4.3. Цены продукции и объемы реализации............................................................................................387

5.2.5. Производство...........................................................................................................................388

5.2.5.1. Состояние горных работ.................................................................................................................388

5.2.5.2. Основные направления преобразования по проекту......................................................................389

5.2.6. Организационные преобразования........................................................................................390

5.2.6.1. Организационная структура...........................................................................................................390

5.2.6.2. Принципы взаимодействия подразделений ЗАО и мотивация работников...............................391

5.2.6.3. Социальная программа................................................ .....................................................................391

5.2.7. Инвестиционные затраты.......................................................................................................392

5.2.8. Финансирование проекта.......................................................................................................393

5.2.9. Себестоимость продукции.....................................................................................................394

5.2.10. Финансовые потоки и оценка проекта..................................................................................395

5.2.10.1. Поток денежных средств...........................................................................................................395

5.2.10.2. Коммерческая эффективность проекта.......................:...........................................................396

5.2.10.3. Бюджетная эффективность.....................................................................................................396

5.2.11. Технико-экономические показатели проекта.......................................................................397

ВЫВОДЫ...........................................................................................................................398

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................................399

ЛИТЕРАТУРА..................................................................................................................403

ВВЕДЕНИЕ

Кризисные явления в развитии экономики, инфляционные процессы, нарушение хозяйственных связей внутри отраслей промышленности, между регионами и предприятиями привели в последние годы к существенному снижению экономической эффективности работы угольной отрасли. Угледобывающие предприятия России по основным технико-экономическим показателям существенно уступают аналогичным предприятиям передовых зарубежных стран. Их технологические системы, сформированные при централизованной плановой экономике, неэффективны в условиях рыночных отношений.

Создание высокопроизводительных угольных шахт качественно нового технического уровня рассматривается как одно из важнейших направлений при реструктуризации угольной промышленности страны. Прежде всего, предусматривается резкое повышение полноты использования производственного потенциала перспективных угольных шахт и представление им приоритета при выделении инвестиций для поддержания и расширения производства, а также строительство угледобывающих предприятий нового технического уровня типа "шахта-пласт" и "шахта-лава" [43, 89, 101, 109].

Строительство новых угольных шахт по принципу "шахта-пласт" и "шахта-лава" позволит обеспечить высокую концентрацию горных работ. Нагрузка на очистной забой может составлять от 3000 до 15000 тонн в сутки (в зависимости от мощности разрабатываемого пласта и других основных характеристик горно-геологических условий), что превышает среднюю достигнутую на шахтах отрасли в 5-10 раз. Другой отличительной особенностью шахт нового технического уровня является то, что они проектируются с достаточно простыми в топологическом аспекте схемами вскрытия, что позволяет существенно снизить первоначальные капитальные затраты и сократить сроки строительства шахт, а также имеют непрерывный транспорт угля высоконадежными ленточными конвейерами повышенной производительности непосредственно на погрузочные или обогатительные установки технологического комплекса поверхности шахты, представленного только техно л огичесмг -мюнявдаоть но не«^

обходимыми зданиями и сооружениями. Примерами шахт нового технического уровня могут служить строящиеся шахты "Обуховская" в Восточном Донбассе, "Талдинская-Южная", №7 "Соколовская", " Котинская " в Кузбассе. Все названные шахты строятся в благоприятных горно-геологических условиях, отвечающих мировым стандартам по качеству запасов, экологическим и экономическим характеристикам [30,103,104,105,106,107, 108].

Пожалуй, более сложной задачей является улучшение использования производственного потенциала перспективных угольных шахт и расширение производства при сформировавшейся на протяжении десятков лет совокупности вскрывающих, очистных, транспортных, и вентиляционных горных выработок, а также комплекса поверхностных сооружений, которые не позволяют шахтам адаптироваться к новым экономическим условиям функционирования при изменяющихся внутренней и внешней средах. Конечной целью преобразований является адапта