автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка технологических схем выемки угля в условиях месторождений Вьетнама

ВВЕДЕНИЕ.

1. УГОЛЬНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ВЬЕТНАМА. СОСТОЯНИЕ

ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ.

1.1. Угольные месторождения Вьетнама.

1.2. Анализ существующих технологических схем выемки крепких углей в сложных горногеологических условиях зарубежных стран и

1.3.Состояние вопроса выбора и оптимизации технологических схем выемки угля.

1.4.Постановка задач исследования

1.5.B ыводы.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОРЫХЛЕНИЯ

УГЛЯ.

2.1. Общие принципы гидрорыхления угля

2.2. Технология гидрорыхления угля.

2.3. Теоретические основы гидрорыхления угля

2.4. Постановка задачи планирования эксперимента по определению оптимальных параметров гидрорыхления угля

2.5. Исходные данные для планирования эксперимента по определению оптимальных параметров гидрорыхления угля.

2.6. Планирование эксперимента по определению оптимальных параметров гидровзрывания

2.7. Выводы.

3. ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

ВЫЕМКИ КРЕПКИХ УГЛЕЙ

3.1.Выбор критериев оптимальности параметров технологических схем выемки крепких углей

3.2.Формирование вариантов технологических схем выемки крепких углей

3.3.Выбор наиболее эффективных технологических схем выемки крепких углей

3.4.Характернотика расчетных вариантов технологических схем выемки крепких углей

3.5.В ыводы.

4. ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ВЫЕМКИ УГЛЯ.

4.1.Обоснование критерия оптимальности технологических схем выемки угля.

4.2.Разработка экономико-математической модели технологических схем выемки угля.

4.3.Методика представления исходной информации и обоснование принятия решения . III

4.4.Определение необходимого и достаточного числа статистических испытаний для реализации экономико-математической модели технологических схем выемки угля на ЭВМ.

4.5.Реализация экономико-математической модели на ЭВМ и выбор оптимального варианта технологических схем выемки антрацита месторовдения Ванг Зань (СШ).

4.6.Определение себестоимости угля при реализации оптимального варианта технологических схем выемки угля.

4.7.В ыводы.

В топливном балансе СРВ уголь играет важнейшую роль, так как добыча нефти и газа отсутствует полностью. В ближайшем увеличение объема добычи угля может быть достигнуто только за счет V подземного способа. По данным Минуглепрома СРВ запасы, пригодные для разработки подземным способом, составляют более 93% хорошо разведанных запасов / I /.

Рост добычи угля требует больших затрат на строительство новых и реконструкцию действующих шахт, поэтому одной из актуальных задач, поставленных Коммунистической партией Вьетнама и правительства СРВ перед работниками угольной промышленности является разработка технологических схем выемки угля в сложных горногеологических условиях, присущих всем угольным месторождениям Вьетнама: крепкие угли, изменчивость мощности и углов падения угольных пластов, сложная гипсометрия, сближенность пластов, сильная нарушенность месторождений и др.

При подземной разработке угольных месторождений очень важно выбрать систему разработки и подготовки, средства механизации основных производственных процессов и способ управления кровлей. Правильный выбор технологических схем выемки угля предопределяет эффективность и экономичность добычи угля.

Типовые прогрессивные технологические схемы выемки угля для шахт СРВ отсутствуют, поэтому разработка технологических схем выемки угля в условиях месторождений Вьетнама является актуальной в общей проблеме увеличения добычи при наименьших затратах.

В связи с этим, основной целью работы являются разработка технологических схем выемки угля в сложных горно-геологических условиях на примере месторождения Ванг Зань и определение эффект тивного их применения, обеспечивающего наибольшую производительность выемочных машин и механизмов и снижение затрат при разрушении весьма крепких углей.

Идея работы заключается в том, что повышение эффективности применения различных технологических схем и способов разрушения крепких углей может быть достигнуто за счет их разупрочнения.

Исходя из поставленной цели, в диссертации рассмотрены следующие задачи:

- в связи с большой крепостью антрацита для его выемки механизированными комплексами и другими средствами механизации выбран способ и исследованы оптимальные параметры разупрочнения;

- с учетом возможности разупрочнения антрацита путем гидровзрывания, разработана блок-схема формирования возможных вариантов, которые оценены с помощью критериев оптимальности для выявления наиболее технически целесообразных вариантов для анализа их методом экономико-математического моделирования с последующей реализацией на ЭВМ;

- выбран критерий оптимальности для экономико-математического моделирования на ЭВМ с целью установления оптимальной технологической схемы выемки антрацита;

- в связи с отсутствием для шахт Вьетнама стоимостных параметров и изменчивостью горно-геологических условий разработаны методика представления исходных данных в экономико-математическую модель и алгоритм принятия конечного решения при вероятностно-детерминированной постановке задачи.

Для решения вышеперечисленных задач применены следующие метода исследований: теории вероятностей и математической статистики, инженерного анализа, планирования эксперимента, экономико-математического моделирования и исследований на ЭВМ; аналитических и статистических испытаний (метод Монте-Карло).

Научные положения, разработанные лично автором и новизна:

- обоснованы технологические схемы выемки крепких углей в сложных горно-геологических условиях при существующей и перспективной горной технике и технологии разработки, отличающиеся тем, что предложенный комплекс технологических решений включает в себя устранение причин, снижающих производительность выемочных машин и механизмов при разработке весьма крепких углей за счет предварительного разупрочнения массива угольного пласта путем гидровзрывания по всей длине очистного забоя;

- разработана и оценена экономико-математическая модель перспективных технологических схем выемки весьма крепких углей в сложных горно-геологических условиях месторождения Ванг Зань, отличающаяся тем, что она учитывает технико-экономические параметры оптимальных условий разупрочнения угольного пласта; при этом разработанные параметры разупрочнения угля реализуются как при заблаговременной, так и оперативной подготовке очистного забоя к отработке.

Достоверность научных положений и выводов обоснована:

- достаточным объемом информации и применением современных методов планирования эксперимента при разработке оптимальных параметров разупрочнения массива угольного пласта гидровзрыванием и установлением достаточной сходимост^ расчетных и экспериментальных параметров гидровзрывания;

- применением методов экономико-математического моделирования с использованием апробированных методов экспериментов и обработкой результатов с привлечением математической статистики и теории вероятностей при разработке перспективных технологических схем выемки весьма крепких углей в сложных горно-геологических условиях месторождения Ванг Зань.

Практическая ценность работы заключается в обосновании рациональных технологических схем выемки весьма крепких углей в сложных горно-геологических условиях с учетом оптимальных параметров разупрочнения массива угольного пласта; в разработке экономико-математической модели технологических схем выемки крепких углей, путем оптимизации которой получены выводы и рекомендации по обеспечению необходимого уровня угледобычи за счет ликвидации сдерживающего фактора - сложности разрушения весьма крепких углей.

Реализация выводов и рекомендаций работы запланирована для использования в проектах разработки месторождения Ванг Зань и других месторождений СРВ, имеющих аналогичные горно-геологические условия.

Основное содержание работы, а также отдельные ее положения доложены на заседаниях кафедры РМПИ и научном семинаре горного факультета Донецкого политехнического института.

По материалам диссертации опубликовано 3 научные статьи.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 130 страниц машинописного текста, список литературы из 72 наименований, 35 рисунков, 22 таблицы и приложения на 31 страницах.

Основные выводы и результаты сводятся к следующему:

1. Антрацитовые пласты месторождения отнесены к пластам средней мощности и мощным, и залегают на небольшой глубине с углами падения 8.83°. Месторождение разбито крупными тектоническими нарушениями на три больших участка, на каждом из которых горно-геологические условия позволяют применять одни технологические схемы выемки угля и заложить самостоятельное горное предприятие. Наибольший интерес представляет участок Уонг Тхыонг, в пределах которого залегают 8 рабочих пластов с преобладающими углами падения 8.12°. В условиях восстановительного периода после войн и уровня развития горной науки и техники СРВ целесообразной является первоочередная разработка данного участка.

2. В связи с большой крепостью антрацита (2,0.2,5 по шкале проф. М.М.Протодьяконова) для уменьшения крепости антрацита с целью повышения производительности горного оборудования наиболее эффективным является метод разупрочнения массива угольного пласта путем гидровзрывания. Наиболее приемлемыми технологией и оборудованием для производства гидровзрывания в условиях шахт СРВ являются технология и оборудование, разработанные и успешно применяемые на шахтах СССР. Оптимальные параметры гидровзрывания для шахт СРВ следующие: расстояние между шпурами 3,0 м; глубина шпура 2,5 м; масса заряда ВВ в шпуре 0,3 кг.

3. По своей сущности технологические схемы выемки угля определяются 5 множествами взаимосвязанных и взаимообусловленных качественных параметров, которые не имеют натуральной размерности. С учетом этого установление технической целесообразности вариантов технологических схем выемки угля сводится к методу предпочтения при многокритериальной сущности всех параметров.

4. В результате предварительной оценки технической целесооб-разночти вариантов методом предпочтения из 192 возможных вариантов отобраны 8 для дальнейшего экономико-математического моделирования на ЭВМ с целью окончательного выбора оптимального варианта технологической схемы выемки угля в условиях данного месторождения.

5. Наиболее совершенным для экономико-математического моделирования и оптимизации технологических схем выемки угля месторождения Ванг Зань, а также других месторождений СРВ, в настоящее время является критерий "минимум удельных эксплуатационных затрат и приведенных капитальных вложений". В период восстановления народного хозяйства СРВ после войн целесообразно принять значения нормативных коэффициентов Е=0,08 и EN=0,06.

6. Учитывая отсутствие стоимостных параметров для шахт СРВ, опыта эксплуатации механизированных комплексов и изменчивость горногеологических условий, окончательная оценка параметров и вариантов технологических схем выемки угля должна быть произведена с учетом вероятностного характера исходной информации. К разработанной в диссертации экономико-математической модели целесообразно использовать законы распределения коэффициентов расхождения, определяемых отношением фактических значений информационных характеристик к прогнозируемым на основании горноразведки или расчетных методов.

7. Выбор оптимального варианта при вероятностно-детерминированной постановке задачи осуществляется по минимальным значениям математического ожидания в условиях неопределенности и риска. Для того, чтобы погрешность вычислений не превысила Ъ% максимального значения с гарантийной вероятностью Р = 0,96, необходимо и достаточно провести 100 статистических испытаний.

8. В результате реализации 8 расчетных вариантов на ЭВМ EC-I020 и обработки полученных данных установлено, что в 10% оптимальную область (по критерию оптимальности) попадают 3 варианта технологических схем выемки угля, из которых 2 рекомендуется для проектной проработки (по 5% отклонению критерия оптимальности): варианты № 6 и № 5.

9. Основные рекомендации для проектирования технологических схем выемки угля на участке Уонг-Тхыонг месторождения Ванг Зань .заключаются в следующем: выемка угля на полную мощность в длинных очистных забоях по простиранию или восстанию;

- для повышения производительности горного оборудования необходимо предусмотрено гидровзрывание по всей длине лавы;

- выемка угля в очистных забоях на пластах V9, V8, V7, V6, V5 производится механизированными комплексами типа ЗОКП, У4, V3: КМ - 120 и V2: КМ-87Э;

- длина очистных забоев на пластах V9, V8, V7, V6, V5, V4

И V3 принята равным 100 м, а на V2 - 200 м, так как заводы-изготовители в основном выпускают комплексы такой длины;

- в работе должно находиться две лавы и управление кровлей -полное обрушение.

Такое сочетание качественных и количественных параметров обеспечивает минимальное значение критерия оптимальности и минимальный риск при реализации рекомендаций на практике.

10. По мере приобретения опыта проектирования, строительства и эксплуатации данного участка и дальнейшей разведки нижних горизонтов, появится возможность прогнозирования развития Ванг Зань на более длительную перспективу.

11. Разработанная методика оптимизации технологических схем выемки угля может быть использована при проектировании вариантов технологических схем выемки угля для других месторождений с аналогичными горно-геологическими условиями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получено новое решение актуальной для угольной промышленности научной задачи разработки и выбора технологических схем выемки крепких углей в сложных горно-геологических условиях месторождения Ванг Зань, типичного для угольных месторождений СРВ.

1. Нгуен Чан. Развитие угольной промышленности в СРВ. -Уголь, 1980, № 9. - с.24-27.

2. Микеладзе А.С. Особенности разработки нарушенных угольных месторождений. Тбилиси "Мицниереба", 1956. - 226 с.

3. Общие сведения о месторождении Ванг Зань. Материалы для проектирования реконструкции шахты. Ленинград: Ленгипрошахт, 1975.

4. Проект реконструкции шахты Ванг Зань. Ленинград: Ленгипрошахт, 1975.

5. Ярембаш И.Ф., Фан Зуй Тьят. Угольная промышленность Вьетнама. Уголь Украины, 1982, № 9. - с. 44.

6. Задачник по подземной разработке угольных месторождений. Авт.-.Сапицкий К.Ф., Дорохов Д.В., ЗборщикМ.П., Андрушко В.Ф. -М.: Недра, 1981. 311 с.

7. Проблема разработки угольных пластов в сложных горно-геологических условиях. Межвузовский сборник, Кемерово, 1977. -с. 3-38.

8. Сагинов А.С., Жетесов С.С. Совершенствование технологии выемки мощных пологих пластов. Алма-Ата: изд. Казахстан,1981. - 223 с.

9. Жетесов С.С. Совершенствование процессов угледобычи на мощных пологих пластах. Алма-Ата: Наука, 1980. - 240 с.

10. Лыков И.Ф., Серебренников Н.Л. Основные направления в развитии систем разработки Артемовского месторождения комбината "Приморскуголь". В кн.: Вопросы горного дела. М.: Углетехиз-дат, сборник № 10 ВУГЙ, 1953. - с.ЮО-121.

11. Разработка мощных угольных пластов. Труды международного конгресса, посвященного 100-летию Французского общества горной промышленности. Перевод с французского. М.: Углетехиздат,1958. 315 с.

12. Храстек Е. Шахта "Веленье" для добычи лигнита. -Глюкауф, 1973, № 20. - с.24-28.

13. Мировой опыт разработки мощных угольных пластов. Авт.: Шевяков Л.Д., Степанов П.И., Зворыкин А.А. и др. М.: Госгор-техиздат, 1941. - 516 с.

14. Цулукидзе Г.А. Методы подземной разработки угольных пластов. -М.: Металлургиздат, 1948. 684 с.

15. Технология подземной разработки пластовых месторождений. Под ред. А.А.Борисова./Андрушкевич С.Г., Борисов Д.Ф. и др./ М.: Недра, 1972. - 536 с.

16. Сагинов А.С., Квон С.С., Адилов К.Н. Методы анализа и оптимизации технологических схем угольных шахт. М.: Недра, 1974. - 396 с.

17. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых. Авт.: Бурчаков А.С., Гринько Н.К., Дорохов Д.В. и др. М.: Недра, 1983. - 487 с.

18. Дурчаков А.С., Гринько Н.К., Ковальчук А.Б. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1978. - 536 с.

19. Килячков А.П. Вскрытие и системы разработки угольных месторождений. М.: Недра, 1976. - 360 с.

20. Оптимизация параметров угольных шахт с помощью вычислительных машин. Авт.: Курносов A.M., Устинов М.И., Ликальтер Л.А. и др. М.: Недра, 1967. - 108 с.

21. Экономико-математическое моделирование в проектировании угольных шахт. Авт.: Курносов A.M., Устинов М.И., Набродов И.П. и др. М.: Наука, 1969. - 207 с.

22. Шорин В.Г., Митейко А.И. Разработка экономяко-математи-ческих моделей угольных шахт и их применение в проектировании.-В кн.: Горные машины и автоматика. М.: изд. ЦНИЭйуголь, 1965, № 8 (65). - с. 16-18.

23. Липкович С.М. Основы проектирования угольных шахт. -М.: Недра, 1967. 224 с.

24. Проектирование и комплексная оптимизация параметров шахт. Авт.: Бурчаков А.О., Воробьев Б.М., Малкин А.С. и др.-М.: Недра, 1972. - 368 с.

25. Методы оптимального проектирования угольных шахт. Авт.: Курносов A.M., Устинов М.И., Набродов И.П. и др.- М.: Недра, 1974. 368 с.

26. Проектирование угольных шахт. Авт.: Станченко И.К., Петренко Е.В., Свирский Ю.И. и др. М.: Недра, 1976. - 400 с.27. бурчаков А.С., Малкин А.С., Устинов М.И. Проектирование шахт. М.: Недра, 1978. - 408 с.

27. Байконуров 0.А., Горбенко В.Н. Методика выбора оптимальных технических решений по совокупности критериев. В кн.: Математические методы оптимизации в горном деле. - Алма-Ата: Наука, 1968. - с. 78-84.

28. Озерной В.М. Принятие решения (Обзор). Автоматика и телемеханика, JL97I, № II. с. 106-121.

29. Устинов М.И. Быбор технологических решений при подготовке новых горизонтов и реконструкции шахт. М.: Недра, 1977.- 192 с.

30. Покрасс В.Л., Пирогов Ю.И. Количественная оценка точности определения информационных параметров при оптимизации проектных решений. Донецк: изд. ЦБТИ, 1969. - с. 185-187.

31. Андрушко В.Ф. Оценка точности прогнозируемой величины затрат на поддержание горных выработок и методов ее расчета. В кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых. Киев: Тех-н1ка, 1970, В 23. - с. 30-34.

32. Поляков П.И., Покрасс В.Л. Вероятностные экономико-математические модели и ЭЦВМ при проектирований шахт с крутым залеганием пластов. -М.: изд. ЦНИЭИуголь, 1972. 25 с.

33. Отраслевая инструкция определения экономической эффективности капитальных вложений в угольной промышленности. М.: ЦНИЭИуголь, 1975. - 52 с.

34. Пирогов Ю.И. Достоверность исходной информации и ее влияние на результаты оптимизации основных параметров шахт. Автореферат дисс. на соиск.учен.степ. канд.техн.наук. -М., 1975.15 с.

35. Ле Ньы Хунг. Исследование особенностей разработки месторождений Вьетнама и оптимизация параметров шахт. Дисс. на соиск.учен. степ. канд.техн.наук.-М.: МГИ, 1981. 223 с.

36. Вода как забойный материал. Ее использование в странах западной Еврозы. Перевод МакНИИ из ж.1970.

37. Ласло Хорват. Венгерский и иностранный опыт по взрывным работам под давлением вода и вопросы техники безопасности. Заключительный отчет Венгерского горного исследовательского института № 52-8/69, Часть 2. Перевод МакНИИ.

38. Сафари Л., Песата В. Вода под давлением как средство улучшения гигиенических условий, повышения безопасности и производительности взрывных работ в каменноугольной промышленности. Перевод с чешского, Фонд МакНИИ.

39. Провести промышленную проверку безопасных параметров гидровзрывания в условиях угольных шахт. Заключительный отчет МакНИИ по теме № I72I0I0000-035. Макеевка: МакНИИ, 1974. -116 с.

40. Демидюк Г.П. Регулируемые по энергии взрывчатые вещества и перспективы их применения. Тезисы доклада на У1-ом научно-техническом совещании по совершенствованию буровзрывных работ в народном хозяйстве. М., 1969. - 20 с.

41. Демидюк Г.П. К вопросу о критерии оценки взрывных свойств взрывчатых веществ для горных работ. В кн.: Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1967, № I.- с. 43-52.

42. Арш Э.И., Виторт Т.К., Эпиштейн Е.Ф. Научные методы дробления крепких горных пород. Киев: Наукова думка, 1966. -160 с.

43. Гельфанд Ф.М. Исследование условий возникновения и создание способов предупреждения аварий при взрывных работах в сверх-категорийных шахтах. Автореферат дисс. на соиск. учен.степ.докт. техн.наук. -М.: ИГД им.А.А.Скочинского, 1969. 35-с.

44. Ханукаев А.Н. Энергия волн напряжений при разрушении пород взрывами. М.: Госгортехиздат, 1962. - 200 с.

45. Тартаковский Б.Н., Черкасский Ф.Б. Исследование оптимальных параметров заряда в скважине при гидровзрывании. Известия вузов. Горный журнал, № 2, 1968. с. 94-98.

46. Шустов Н.В. Взрывогидравлический способ разрушения твердых сред. М.: Недра, 1968. - 49 с.

47. Ведутин В.Ф., Воронов И.О. Гидровзрывной способ дробления негабаритов руды. Горный журнал, № II, 1963. с. 65-66.

48. Моисеев В.А., Лысенко Ю.Д. Взрывание негабаритов с применением водяной забойки. "Безопасность труда в промышленности" № 10, 1973. - с. 22.

49. Болыдев Л.и., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М.: Наука, 1983. - 416 с.

50. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1974. - 231 с.

51. Материалы У-го съезда Коммунистической партии Вьетнама. Ханой, 1982.

52. Килячков А.П. Технология горного производства. М.: Недра, 1979. - 304 с.

53. Кияшко И.А. Технология подземной добычи угля комплексами машин. Киев: Вища школа, 1978. - 239 с.

54. Сапицкий К.Ф., Дорохов Д.В. ,Якушевскяй А.Ю. Технология, механизация и автоматизация производственных процессов при подземной разработке пологих месторождений. М.: Недра, 1974. -239 с.

55. Ярембаш И.Ф., Фан Зуй Тьят. Выбор наиболее эффективных технологических схем выемки крепких углей в условиях месторождения Ванг Зань в СРВ. Рукопись дел в УкрНИИНТИ В 1461 от 13.08. 1984г. - 15 с.

56. Ярембаш И.Ф., Фан Зуй Тьят. Экономико-математическоемоделирование и оптимизация технологических схем выемки крепких углей (антрацитов) в условиях месторождения Ванг Зань в СРВ. -Рукопись дел в УкрНИИНТИ Jfe 1460 от 13.08.1984 г. 15 с.

57. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. М.: Недра, 1975. - 238 с.

58. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. -М.: Недра, 1976. 400 с.

59. Харченко В.А. Научные основы создания и выбора высокопроизводительных технологических схем угольных шахт для условий пологих пластов средней мощности. Дисс. на соиск.учен.степ. докт. техн.наук. М.: МГИ, 1972. - 303 с.

60. Гузеев А.Г. Проектирование строительства горных предприятий. М.: Недра, 1980. - 223 с.

61. Нормативы нагрузки на очистные забои действующих угольных шахт при различных горно-геологических условиях и средствах механизации выемки. М.: ИГД им.А.А.Скочинского, 1982. - 70 с.

62. Зайченко Ю.Д. Исследование операций. Киев: Вшца школа, 1975. - 3i8 с.

63. Акоф Р., Сасиени ГЛ. Основы исследования операций. М.: Мир, 1971. - 534 с.

64. Нейман Дж., Моргенштерн 0. Теория игр и экономическое поведение. М.: Наука, 1970. - 708 с.

65. Кузин Л.Т. Основы кибернетики. -М.: Энергия, 1973. -504 с.

66. Единые нормы выработки (времени) для шахт Кузнецкого бассейна. М.: Минуглепром СССР, 1981. - 556 с.