автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Совершенствование технологии отработки пологих и наклонных угольных пластов Кузбасса

РГ6 од

21 :;;о!1 юзз

ИНСТИТУТ УГЛЯ СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи БРАГИН Виктор Евгеньевич

УДК 622. 272

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ КУЗБАССА

Специальность 05.15.02. — Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

Диссертация на соискание ученой степени кандидата техн. наук в форме научного доклада

Кемерово 1993

Работа выполнена в ассоциации „Кузбассуглетехнология"

Научный руководитель —

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

доктор технических наук, профессор, акад." РАИН, лауреат Государственной премии

П. В. Егоров

—доктор технических наук, профессор, чл.-корр. РАИН,

В. Н. Фрянов «

кандидат технических наук, доцент

О. С. Курзанцев

ассоциация „Ленинскуголь"

Защита диссертации состоится 29 июня 1993 г. в 13-30 час. на заседании специализированного советаД 003. 57. 01 при Институте угля СО РАН (650010, г. Кемерово, ул. Рукавишникова, 21, актовый зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Диссертация разослана 29 мая 1993 г.

Отзывы на дессертацию просим направлять по адресу: 650010 г. Кемерово, ул. Рукавишникова, 21, Институт угля СО РАН.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор

В. Н. ВЫЛЕГЖАНИН

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация, представленная в Форме научного доклада. является научным обобщение?! исследований в области разработка во еже и совершенствовании существующих технология эффективной я безгь-пасной угледобычи на пологих и наклони« угольных пластах, а также отражает результаты внедрения комплексных кцучко-техпгаесжжх и проектно-конструкторских разработок на вахтах Кузбасса.

Актуальность работы» Главными направлениями повшюякя зЯев-тивности горного производства является рентабельная я тфпбихътя работа каждой пахты на основе соответствующего технологического и технического обеспечения. Перспектива развития ф&пх угя подземным способом заключается в ускорении работ по реконструкция я техническому перевооружение шахт: развертывания строительства отдельных вахтоучастков и новых вахт; внедрении новой гориодое&гажв-щей техники и технологии работа

Выполнение исследовяния по использовании мехягтзярсвяяянх комплексов покязыеяягг, что (фактически достигнутая производительность очистного забоя имеет резерв 30-40 %, а стоимость гсзгзЯ тег-ники может быть снижена в 1,7-3,0 разя. В условиях перехода предприятий на хозяйственную самостоятельность с разлэтнгтя #оряазга собственности, особу« актуальность приобретав. вопрос выбора места эксплуатации дорогостоящи) оборудования. Вместе с тем югаат место процесс постоянного усложнения горно-геологических уставай, а инженерные службы шахт не имеют в достаточной степеяя райато-способ^ных методических рекомендаций по обоснованному выбору тема и типоразмеров механизированных комплексов, в тон числе и нагого технического уровня, Ьбёспечивягацих высокую производительность и быструю самоокупаемость при минимуме затрат на дзйпу I т утла. В этой связи необходимо выполнить пирокиЯ комплекс иссявдрвяяасЯ. няпрявленных на изучение влияния технических, технологических я природных факторов на эффективность ряботы очистных яябоеа, оборудованных серийными типами отечественных и зарубежных комгерчссоя современного технического уровня.

Действующи ыахтный '?юнд Кузнецкого бассейна в нясток-црв время. не соотяетствует сорременккм тре^опшмпм по нлряг^явчяда» МОВ добычи УГЛЯ. Темпн обновления ЯЧХТНОГО **)НДЯ И'ЗКЛ», СТ»"»-ир сочрящрмио ж>янргтрЯ лтормшус пр»дприяти*». В зтоЯ евяэч ря.та*-

ботка программы развития бассейна с учетом совершенствования технологий работ, решения социальных, экономически* и апологических проблем, является необходимьш.

В связи с изложенным, совершенствование технологии подземной отработки пологих и наклонных угольных пластов Кузбасса является актуальной научной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Исследования выполнялись в рамках программы "Уголь Кузбасса", являющейся составной частью региональной программы "Сибирь", выполненной по тематическим планам института КузНИУИ (ГР 0592042000).

Названые темы выполнялись автором в качестве ответственного исполнителя и руководителя разделов.

Целью работы является совершенствование технологии интенсивной и безопасной добыто угля из комплексно-механизированных забоев на основе рациональных параметров технологических схем очистных работ, обеспечивающих развитие шахтного Фонда и повышение эффективности горного производства.

Идея работы заключается в использовании установленных технологических взаимосвязей и закономерностей для выбора рациональных параметров и совершенствования технологических схем комплексно-механизированных очистных забоев как основы развития подземной добычи угля в Кузбассе.

Задачи исследований:

- установить влияние горно-геологических и горнотехнических Акторов на эффективность работы комплексно-механизированных забоев;

- установить закономерности Формирования грузопотоков угля из комплексно-механизированных забоев и разработать на их основе рацио нальт. а параметры транспортных средств;

- разработать рекомендации по выбору рациональных параметров работы комплексно-механизированных забоев;

- разработать методику оценки и выбора на ПЭВМ рациональных технологических схем отработки угольных пластов;

- установить закономерности использования главных вентиляторных установок на шрхтах Кузбасса и разработать на их основе высокоэффективные схемы компоновки вентиляторных установок;

- разработать модель развития подземной добычи угля, с учетом совершенствования технология работ, сочияльных, экономических и '«"»логических аспектов.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающих научное обобщение данных производственного опыта, методы -'атемати .еского моделирования, математической статистики, корреляционного и регрессионного анализа, натурные эксперименты в производственных условиях, выполненные по апробированным методикам, опытно-промытвленные испытания разработанных практических рекомендаций.

Научные положения, защищаете автором;

- повышение степени концентрации и интенсивности горного производства на вахтах обеспечивается увеличением нагрузки на объекты горных работ: лаву, выемочное поле, пласт, которая обусловливает высокую эЯ&ективность работы комплексно-механизированных забоев;

- рекомендации по выбору рациональных параметров работы кокплексно-механизироваиных забоев осуществляются в конкретных горно-геологических условиях эксплуатации с учетом параметров отлетных и подготовительных работ и управления горным давлением;

- закономерности использования главных вентиляторных установок на тахтах бассейна для увеличения пропускной способности вентиляционных систем проветривания газовых шахт Кузбасса;

- экономчко-математическая модель развития подземной добычи угля может служить основой програюш комплексного использования природных ресурсов и охраны окружающей среды Кузбаса.

Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и -ыводов подтверждается:

- значительным объемом длительных (более 10 лет) шахтных инструментальных наблюдений лвтора при ь-нецрении технологических схем отработки пологих пластов, схем компоновки шахтных вентиляторных установок, я ^чкже результатов исследований эффективности управления геомвхянкчоскими процессами при отработке пологих и наклонных пластов (около 2000 замеров);

- удовлетворительной сходимостью аналитических и яксперчменталь-иы< ^гслецовяниЯ работы комплексно-мпханизирорчнных забоев;

- положительными результятями применения нч гоях.ях им.Кирот, "По-/тсяевская", "Октябрьская", "Кяпитяльняя", "Ряспяци<ял", "Абптяя-екзя" мкхямилировянных комплексов Пио.мя, Глиник, КМ 142, КМ ив,

2 Ш, МК 85В;

- положительными резулм'атамн опытно-прсм»тленной проверки И

внедрения разработок на иахтах Кузбасса, полученным экономическим эф{)ехтои.

Научная новизна работы состоит:

- а установлении мнтематико-статистич. ских ависимостей производительности различных типов ксмплексно-ме^анизированных забоев от горно-геологических к горнотехнических факторов;

- в разработке методики оценки и выбора на ПЭВМ рациональных технологических схем отработкч угольных пластов, учитывающей совокупность показателей, характеризующих гхМ)ективность работы очистных забоев;

- з установлении рациональных параметров ^або/н комплексно-механизированных забоев в коотаетстрчи с диМ>ерен циро вя н кым и горногеологическими условиями;

- в обосновании параметров использования главных вентиляторных установок на шахтах Кузбасса для расширения "узких мест" вентиляционных систем технологических схем пахт Кузбасса;

- в построении гкономико-математической модели развития подземной добычи угля, поэзолкопдеЯ обосновать рациональное сочетание уровня развития угольной промышленности и экологии региона.

Практическое значение работе заключается в разработке и совершенствовании технологии подземной добычи угля в Кузбассе, которые позволяют:

- обосновать методику выбора рациональных параметров работы комплексно-механизированных забоев;

- обосновать методику оценки и выбора рациональных технологи ческих схем отработки пологих и наклонных угольных пластов;

- выбрать рациональные схемы компоновки шахтных вентиляторных установок, обеспечивающие сокращения "узк:»* мест" вентиляционных систем техт Кузбасса;

- на основе моделеП развития подземной добычи у^ля обосновать перспективу ее рлзвитчл, ,, читыяаюпрте достигнутый технологический уровень ведения очистных работ, социальные, экономические и экологически аспекты.

Реализация работм. Результаты работы используются п ряде нормативных и методических док.ументоп ("Технологические схемы Разработки пологих и наклонных пластов КуэнеакоГо бассейна".

"Технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах на период 1990-1995.'.г.", "Рекомендации по повышению эффективности применения мехкомплексов на пластах со гчабыми почвами, склонных к отжиму угля и пнвалообразоьанига кровли"). Разработаны программы расчета для реализации на ПЭВМ рациональных параметров технологических схем отработки угольных пгястов и модели развити; подземной добычи угля. Схемы компоновки шахтных вентиляторных установок внедрены на 8 шихтах Кузбасса.

Апробация работы. Основные научные положения и практические зыводы диссертации докладывались на:

научно-тех..ической конференции, посвященной 40-летию со дня создания института КузПИ (г.Кемерово, 1990г.); Всесоюзной научной конференции по развитию производительных сил Сибчри. Угольный комплекс (г.Ленинск-Кузнецкий, 1990г.); научно-практической конференции по эколого-экономическим проблемам разработки угольных месторождений Кузбас л (г.Кемерово, 1991г.); научно-технических совещаниях производственных объединений и концернов Кузбасса (г.г.Новокузнецк, Белово, Ленинск Кузнецки.., Кемерово, 1985-1992г.)

Публикации. Автором опубликовано 22 научных труда. Основное содержание диссертации изложено в 21 печатной работе.

. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

Большая роль в совершенствовании технологии подземной.разработка угольных месторождений принадлежит, коллективам ведущих научно-исследовательских, прсектно-констр^торских и учебных институтов: ВНИМИ,. ВостНИИ, ИГД им.А.А.Скочинского, ИУ СО РАН, КчрПТИ, КузПИ, КуаНИУИ, МГИ, ТПИ и др. Значительный вклаг в развитие технологии отработки пологих и наклонных пластов внесли крупные ученые К.А.Ардятев, Н.П.Бажнн, А.С.Бурчаков, В.П.Бллов, В.Н.Вылсгжянин, Л.Н.Гяпянович, Л.Я.Гимельштейн, Г.И.Грицхо, П.В.Егоров, В.И.Ильян, С.И.Калинин, О.С.Курзанцев, Б.К.Лебедев, О.В.Михеев, Е.И.Рогов, Ы.И.Середенко, Е.А.Теодорович, М.И.Устинов, Н.А.Федоров, В.Н.Фрянов, В.Н.ТНик, В.Д.Ялевский и др.

Важное значение для ускорения развития добычи угля на месторождениях Кузбасса имеет совершенствование инфраструктуры действующ* шахт, разработка и внедрение прогрессивных технологических решений подземной угледобычи, обеспечивающих увеличение

полноты выемки запасов угля и улучшение технико-экономических показателей работы при создании 5езопасных условий труда горнорабочих. Реализация этого может быть осуществлена за счет применения на пологих и наклонных пластах технологических схем от- . работки, обеспечивающих их рациональную раскройку при возможности выбора максимально эффективного для конкретных горно-геологических условий типа механизированного комплекса, использования высокоэффективных схем проветривания, совершенствования структуры добычи угля и шахтного фонда.

I. СОВЕРШЕШЪОВАШЕ КОМПЛЕКСНО-МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ И НАКЛОШЫХ >ТОЛЬКыл ПлАСГОЕ КУЗБАССА [ I, о, 6, 8, 9, 13, 16-21]

Ежегодно на шахтах Кузбасса находится в работе от 150 до 180 комплексно-механизированных забоев (КПЗ), из них в среднем 96 % на пластах с углом падения меньше 35 градусов. Наибольшее распространение в последние годы (I988-I99I) получили 0КП-70, KM-I30, IllJ, KkfT, УКП, УКП5, МК-75, КМ-87, КД-80, Пиома, Гли-ник, которые используются в различных гopнo-гieoлoгичвcкиx условиях при различных горнотехнических параметрах КМЭ

Физико-механические свойства пород кровли и почвы в КМЗ являются одним из основных горно-геологических факторов, опре-г деляющих эффективность применения механизированных комплексов, в качестве которой можно принять нагрузку на забой. Исследования влияния данного фактора приведены на рис.1.а. Здесь введены следу». ,яе условные обозначения:. Л - легкообрушаемая основная кровля, Т - труднообрушаемая основная кровля, У - устойчивая не-осредственная кровля, Н - неустойчивая непосредственная кровля, П - прочная почва, С - слабая почва. При различных сочетаниях свойств основной, непосредственной кровель и почвы определены средние нагрузки на КМЗ, работающих в этих условиях в I989-I99I годах.

С переходом в более с~ожные горно-геологические условия производительность КМЗ снижается, что характеризует отрицательное влияние проявлений неустойчивых пород непосредственной кровли, труднообрушаемых пород основной кровли и слабых пород почвы.

О,

т/сут ^оао

800

БОО

400

Риг. I. Зависимость нагрузки КЯЗ от •■5из"ко-ме»ян«чсек*тс свойг-тп попоп кпопли и поччь: - я; и от срока оксчлуятячим мп^я-»»чяиро ванных комплексов' - <•'.

V \\ а.

*

\ \ ' ч

2 3 4 ■У 6 7 \ б

ОСНО¿НА Я КРО&ЛЯ ЛЕГ1СООРРУ ШАЕМАЯ Гл) | ГИУДнООБРУШАЕМАЯ (Ч)

НСГОЙЧМвАЯСУ) НЕПОСРЕДСТВЕННАЯ КРО&ЛЯ НЕУ<Т0^ЧИ8АЯ/Н)| УСТОЙЧИВАй(У) НЕЧПОМЧКЛАЯГ"

а [ с ВРОУНАЯ 1 СЛАБАЯ П ПОЧЬА П С РУЧНАЯ | СЛАГАЯ | ПРОЧНАЯ! СЛАГАЙ п ПРОЧНАЯ с СЛАБАЯ

Для математического описания наблюдаемой тенденции определенным сочетаниям св-йств Бмещающих пород присвоены ранги в виде числе натурьльнсго ряда: I - ЛУП, 2 - ЛУС, 3 - ЛНП, 4 - ЛНС, 5 г ТУЛ, 6 - ТУС, 7 - ТИП, 8 - ТНС. С Гознак ;в ранги свойств вмещающих пор.уД через X и используя метод наименьших квадратов для сглаживания эмпирически* зависимостей пайцено математическое вы-ракзние из числа.элементарных функций, наиболее соответствующее наблюдазмой тенденции:

1.3 X2 - -НСХ +«44 , (1)

где О - нагрузка на зчбо'1, т/сутки;

X - ранг сочетаний свойств вмещающих пород.

На рис.1.6 приведена зависимость производительности КМЗ от времени эксплуатации механизированных комплексов. Установлено, что с увеличением срока эксплуатации мгханиэировакного комплекса нагрузка на забой снижается, что связано с уменьшением его надежности и ростом аварийности составляющих его элементов. Зависимость и^еет экспоненциальный характер и описывается выражением:

- о.т±

0=<ФН,бе , (2)

где "Ь - срок эксплуатации механизированного комплекса, лет.

Для различных типов комплексов исследованы влияния на их производительность среднего угла падения разрабатываемого пласта (сС), максимальной глубины отработки ( Н ), длины выемочного поля (столба) ( Ь )> длины за^оя ( $ ). Обработка экспериментальных данных позволила установить вид зависимости для всех иссле-дуентас параметров:

о = А + В-еаУ , (3)

где У - параметр наоора , Н* 5 и , £ >

А,5 - .ксгЛфициенть:, опредздяемые из таблица.

Таблица

КроФфициенты гчзисимостей нагрузки КМЗ от •^следуемых параметров

Тип комплекса Средний угол падения пласта, Максимальная глубина отр .■ • • ботки, Длина столба Длин** забоя

А В . А В А В А В

0КП-70 1436 -161,8 1769 -114,9 404 100,0 -2240,0 712,'6

"4-130 2186 -377,1 - - - - -249,7 314,8

ЮЛ 1146 -130,3 - - -607 208,2 -1132,0 399,5

1МКМ 1017 -155,2 2252 -309,2 — - -2274,0 633,?.

КМ-87 1509 -404,9 - - -5217 905,3 - -

НД-80 II14 -246,6 - - -161 103,5 -787,0 256,9

МК-75 954 "■155,2 3149 -531,7 -пп 248,5 -243,0 177,1

УКП 1961 -40.8 4736 -620,7 ~еоз <74, Ü _ —

УКП-5 - - - - -5811 И06.0 285,0 279,3

Лиома 2334 -337,0 2618 - J79.3 -9U 357,8 -1418,0 622,8

Глиник 1415 -49,0 2739 1265,0 -1123 351,8 -2504,0 750,6

Анализ получениях зависимостей свидетельствует о целесообразности увеличения длины выемочного поля и длины забоя в КПЗ.

Найденные зависимости могут служить исходным материалом при анализе и выборе рационал: юго типа комплекса для конкретных горно-геологических условий отработки угольных пластов:комплексно-мехакизированными очистными забоями, а также для экслросс-прсг-нсза нагрузки на КМЗ.

Развитие добычи угля на ряде г-хт Кузбасс- сдерживается вследствие низкой надежности и высокой сложности схем подъемного транспорта. В этой зязи .исследование грузопотоков угля из комплексно-механизированных забоев {КМЗ) позволяет определить наиболее рациональные параметры транспортных средств, повышает эффективность ведения очистных рэбот. Исследования проводились в КМЗ шахты "?ас-падская", изучались минутные, часовые и сменные грузопотоки в забое и на сборных кенверерах.

Процесс -Формирования грузопотока зависит от многих Факторов, носящих, в основном, случайный характер. Установлзно, что наиболь-лее влияние оказывают скорость подачи комбайна, и надежность комплекса.

Между скоростью гэдачч комбайна ( V ) и мощностью вынимаемого уступа ( М.) установлена обраткля зависимость:

V = с!- о.44т , (4)

где (С - максимальная скорость подачи комбайна, м/мин.

Сопротивляемость угля резанию ( А в ) является основным внешним фактором, определяющим р бочую скорость подачи комбайна. С увеличением глубины внедрения в массив, средняя величина сопротивляемости угля резанию увеличивается, а скорость подачи комбайна, при прочих неизменных условиях, снижается: . - с А 6

V,,, = <1 г

' (5)

где <1,с - постоянные коэффициенты, зависящие от вынимаемой мощности пласта или слоя.

Результаты исследования параметров надежности комплесов показали, что закономерности распределения наработки на отказ и времени устранения отказов являются экспоненциальными, машинное время работк комплексов составляет 0,4-0,46, а, участкового транспорта - 0,8-0,91. В КЫЗ минутные грузопотоки могут превышать величину приемной способности забойного конвейера и перегружателя.

Так как единичные значения грузопотоков являются случайными величинами, то исследуемыми числовыми характеристиками грузопотоков являлись: функция распределения, математическое ожидание, среднее квадратическое отклонение (дисперсия) коэффициент времени, автокорреляционная функция,, которые определялись по известным фор»' 'Лам математической статистики.

Параметры минутных грузопотоков определялись в различные поиоды работы лав: при нормальной работе лав и при их доработке. Установлено, что распределения минутных грузопотоков из лав в любой период их работы описывается нормальным законом распределения. С увеличением грузопотока среднеквадратическое отклонение грузопотока возрастает. Коэффициент неравномерности минутных грузопотоков составляет 1,8-1,95. Величина минутных грузопотоков определяется типом применяемого комбайна и горно-геоло-гическоми условиями разрабатываемого пласта.

Часовыз грузопотоки характеризуются высокой неравномерностью. В ряде забоев их средние значения при нормальном периоде работы

лав достигают до 200 т/ч и более, максимальные значения - до 500-600 т/ч. В период доработки лав величина среднего часового грузопотока снижается в 2-2,2 раза, величина максимального часового грузопоток?, снижается в 1,5 раза.

Средний сменный грузопоток угля в различных лавах в период устойчивой работы находится в пределах от 800 до 1500 т, а в дорабатывающих лавах нижается до 600 т. Максимальные значения сменных грузопотоков достигают 2000-3000 т. КоэГ/мциент неравномерности часпчых грузопотоков изменяется от 2,2 до 3,1, а сменных - от 2 до 2,5.

В результате исследований установлена количественная связь коэффициента неравномерности Кн'от спедней величины грузопотока

К„ *2.8с>ч>(-23-.Ю Цср) • (б)

1фи исследовании грузопотока угля на сборных конвейерах ставилась задача выяснения одновременности работы лав, возмогчо-го совмещения максимумов нагрузки, установления закономерностей распределения грузопотоков угля.

Установлено, что неравномерность минутного грузопотока сборного конвейера не отличается от неравномерности минутного грузопотока в очистном забое. Коэффициент не выходит за пределы 1,8-1,9. Продолжительность совместной работы лав может быть определена по формуле:

t - t: K¿ , (7)

где t¿ ~ средняя продолжительность одного момента совместной работы лав мин;

K¿ - частота совместной работы лав за смену.

Средняя продолжительность совместной работы лав сост£;лляет около 115 мин, или 72-89 % от общего машинного времен;* смены. Средняя продолжительность совмещения максимумов составляет 2,4 mjih, частота совпадений максимумов грузопотоков за смену изменяется в пределах от 0 до Г0, при средней 4,5 (среднеквадрати-ческое отклонение 1,21.

Групопотоки угля ил лав, поотупаят^е на сборный конвейер, ппля^тся глучч:1нымн независимыми процессами. Распределение вели-

чин минутных грузопотоков сборного конвейера близки к нормальному. Вероятность пос: /пления грузопотоков из лав в любой час смены практически одинакова.

• Установленные закономерности для крогно^лровяния грузопотоков угль из КМЭ позволяет производить рациональный выбор транспортных средств для ¡эффективней работы комплексно-механизированных забоев.

Совершенствование и повышение эффективности комплексно-механизированной отработки угольных пластсв является одной Ио главных задач для шах'1 Кузбасса. Для разработки рекомендаций по выбору рациональных параметров работы КМЗ оыл использован метод системного' анализа. Рассматривались следующие параметры системы: технологическая ехзма, тип механизированного комплекса, тип выработки, способ управления горным давлением.

Рациональной технологической схемой считается такая схема, которая наилучшие образом обеспечивает достижение определенного навара показателей в заданных горно-геологических условиях.

При выборе той или иной технологической схемы для отработки конкретного шахтопласта возникает проблема принятия решения при наличии некоторого множества критериев. Для оценки и выбора ра-I, .ональных технологических: схем может быть использована методика, реализовенная на ПЭВМ для горно-геологиче'-сих условий Кузбасса.

Сравнение технологий отработки угольных пластов состоит в их ранжировании по значению комплексного критерия, рассчитанного по совокупности оценочных показателей, характеризующих эффективность применения технологических схем в заданных горно-геологических условиях. Ранжирование производится относительно условного базового варианта, имеющего наилучшие значения оценочных показателей сравниваемых' технологических схем. По желанию исследователя в-оценочные показатели могут быть ключены Функциональные, 'экономические, социальные, природоохранные и другие аспекты ведения.горных работ, которые непосредственно или косвенно зависят от выбора технологической схем. Весомость оценочных показателей определяется экспертными методами.

Программа, реализующая описанную методику, может быть использована при выборе нсягу-'ших вариантой;' Формировали' требований

ю

для соаершенствовгчия технологий отработки угольных пластов для заданных условий; оценке вар"антсз новь... технологических решений по сравнению с существующими; проведении экспертизы предлагаемых технологических пепк.шй; сопоставлении любых объектов по множеству показателей эффективное

Для выбора рационального типа комплекса разработаны математические модели для расчета скорости подачи комбайнов, объема присекаемьгх пород различными типами комплексов, зольности добываемого угля, производительности комплексов, удельных стоимостных затрат на подготовку , выемочного столба, монтаж'и демонтаж оборудования, амортизацию, заработную плату и прочие затраты. Для учета характеристик надежности механизированных комплексов троведены хрономегражные наблюдения за работой КМЗ'на шахтах с различными горно-геологическими условиями. Для конкретного пахто-пласто. выбор рационального типа комплекса из множества применяемых на шахтах Кузбасса может, быть осуществлен по расчетным значениям производительности комплексов, прибыли или по набору расчетных показателей согласно комплексного критерия, как V! в выборе технологических схем.

Основной объем подготовительных выработок при комплексно-механизированной добыче угля приходится на выемочные штреки, непосредственно примыкающие к очистным забоям. Разборы поперечного сечения выемочных штреков должны обеспечивать работу очистных забоев с высокой нагрузкой. Разработаны методические положения расчета параметров.выработки с учетом еле. ующих условий: - проветривание КМЗ; безнигаевоя выемка угля в очистном забое и размещение о бору до ея н и я на сопряжениях; транспорт крупногабаритного оборудования и дет?чей в очистные и подготовительные, забои в раз-личине периоды их'эксплуатации; размещение транспортных, средств в том числе.для механизированной доставки людей, б период проколе ния выемочных .выработок и во время ведения: отлетных работ в подготовительном забое; необходимый запас по высоте и ширине внра^о. ки на ожидаемое сближение вмещающих пород в Различные перяоди эксплуатации.

Из определенных по каждому условию параметров выемочных выработок выбираются мёксикалыюе- значения высота и ширины, по которым определяется необходимая ппощадь.сечения. .

■ При рыбг щ параметров управления' горным давлением оснопцо;» упор делается,га пдрябстку и подработку пластп, так как при-

менение гянкых способов не требует дополнительных затрат. Затем рассматриваются локальные способы управления горным давлением.

Рассмотренные подсистемы взаимосвязаны функционально в пространстве и времени. Эти связи необходимо учитывать при определение рациональных параметров всей системы. При разработке автоматизировано й системы выбора оптимальных пара^тров на персональных компьютерах учет взаимосвязей осуществляется программно, например, путем.итерационных повторов задания исходньпс данных а диалоговом блоке программы. Для рассматриваемых параметров укрупненная блок-схема, их рационального выбора приведена на рис.2.

Разработанные положения системного подхода использовались при выборе рациональных параметров работы КМЗ в условиях Ккиого Кузбасса. Автоматизация расчетов проводилась на ПЭВМ "Нейрон". При выборе рациональногь применения новых типов комплексов (КМ 142, КУ 136, Пиона и др.) выемочные столбы в ррани"чх- пластов разбивались по длине на блоки, каждый из которых делился на участки по длине забоя, которые относились по преобладающему признаку к определенному тип/ ансалей. Определялись категории сложности аномалий и горно-геологические.величины, необходимые для расчета целесообразности применения различных типов механизированных комплексов с учетом их силовых и конструктивных параметров. Отмечено, что с точки зрения только экономического критерия комп-ле'-' -м Паоыа и Глиник наименее эффективны из сравниваемых вариантов. Ком^екс КМ 142 наиболее эффективен в условиях пласта 1У-У при отработке первого схэя. Комплексы КМ 138 и 2 КЧТ эффективны при отработке пластов К^, Е^, Кр Е^ на шахте "Капитальная". Комплекс Ш 85 Б эффективнее других может использоваться н* шахте "Абасевская" при -тработке пласта 16 и пластаЕ^ на шахте "Капитальная".

2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ С<ЕМ КОМПОНОВКИ ШАХТНЫХ ВЕИГИЛНТОРНЫХ УСТАНОВОК [2, 10, 15]

Развитие рудк чннх вентиляторных установок, в связи с вводом новых !_.1Хтоучастков, а. , следовательно, и с непрерывно возрастающее потребность*» шахт в воздухе, долгие годы и*о по пути

И МАЛО

ДИАЛ0Г01АЯ СКСТША В&ОДА. ИСХОДНЫХ ДАШ- X

КЛОК РАСЧЕТА

РАЦИОНАЛЬНЫХ

ПАРАМЕТРОВ

в«»» технологичен®* с*теы

ВНГОР ТИ..А КОМПЛЕКСА

1ЩС? ПАРАМЕТРО» П0ДГОТС111Т€№НЫХ IИ РАБОТОК

1ИЕСР "»РАМгТРО» УЛГАГ'.ЕНИЯ ГОРНЫМ £ ИМЕНИЕМ

анализ рационааь них параметров

Рис.2. Блок-схема программы' выбопа патп'оняльнчх пярчметров работы КМЗ

совершенствования самут вентиляторов. Увеличивалась их производительность, давление, КПД, улучшали ь аэродинамические и акустические характеристики. В результате этого, в Кузбассе отмечено значительное разнообразие типоразмеров вентиляторов (двадцать пять, среди которых преобладают малопроизводительные центробежные и осевые машины), а'.акже большое количество одновременно работающих вентиляторов на единую вентиляционную сеть шахты (в.среднем на шахту приходится четыр» установки главного проветривания, а максимальное их число в I99I-I992 г.г. достигало 14).

Проведенные исследования позволили установить, что закономерности изменения производительности и депрессии вентиляторов подчиняются нормальному закону распределения, а средние значения их параметров составляют 80 м /с ч 200 кгс/м соответственно. Установлено также, что половина всех установок работает в диапазоне КПД от 0,25 до 0,55; а процент утечек составляет 20-30.

Проведение исследования подтвердили необходимость совершенствования шахтных вентиляционных систем в Кузбассе с-целью повышения эффективности рудничной вентиляции. В этой связи весьма целесообразна представляется интенсификация перевода всех peo димых главных вентиляторных установок с традиционных схем компоновки на новые, более дешевые, пустые и надежные схемы с вращающимся переключателем потока и верхним расположением калорифера.

Высокая эффективность новых схем компоновки шахтных вентиляторных установок обусловлена те", что не требуется сооружать дорогостоящих, трудоемких подземных каналов и зданий калориферов, монтировать ляды и лебедки.

Новые схемы компоновки существенно надежнее и безопаснее традиционных за счет уменьшения общего числа элементов, возможности перехода с одного режима проветривания на другой без остановки вентилятора как с помощью привода, так и вручную, в момент ликвидации аварии повышена готовность и безотказ; )сть вентилятора к реверсии.

Основным элементом новой компоновки {рис.3) является вертикальный переключатель потока ГЙ5Р, представляющий поворотное воздуховодное колено I, одной стороной соединенное состволом шахты 2 (или вентиляционным .каналом), а -другоЧ - с всасывающим

Рис.3. Схема компоновки вентиляторов с переключателем потока ГИФР в режиме всасывания:

I - воздуховодное колено; 2 - ствол шахты; 3 - привод; 4 - всаснпаптц«^ вопдухопод; 5 - рабочий вон-'/лятот»; 6 - нагнетальный воздуховод; 7 - резервный вентилятор.

воздуховодом 4 рабочего вентилятора 5. Воздух из шахты чепез ствол 2 и переключатель I засасывается вентилятором 5 и-через нагнетательный воздуховод 6 выбрасывается в атмосферу. Реверс струи осуществляется поворотом переключателя до соединения его с нагнетательным воздуховоДом, Поворот осуществляется приводом 3 или вручную с канатным или цевочным соединением за 20-30 с без остановки вентиляторов. Аналог;. .но фоизводится перехот» с рабочего вентилятора на резервный 7.

Разработанные схемы компоновки шахтных вентиляторных установок с различными режимами проветриванкл (нагнетания и всасывания), а также различных типоразмеров машин и схем их включения, успешно апробированы на 8 шахтах Кузбасса.

3. РАЗРАБОТКА ШДШ РАЗВИТИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ШАХТНОГО ФОНДА [З, 4, 7, II; 12, 14]

Проведенный анализ псчазал, что действующий шахтный фонд в настоящее время не соответствует современным требованиям по наращиванию об-емов добычи угля. Улучшение структуры добичи и шахтного фонда при подземном способе может быть реализовано в результате ускоренного развития действующих шахт, разрабатывающих месторождения с благоприятными условиями для применения прогрессивной технологии, строительства новых шахт и создания крупных ледобывающих комплексов. Наращивание объемов добычи угля можно осуществить путем реапиз "дии программы технического перевооружения шахт, предусматривающих переход на эффективные технологии подготовки и отработки запасов, применение новых машин и комплексов, внедрение экономичных крепежных материалов, снижение трудоемкости руч-ых работ и повышение безопасности ~р,уда.

Для определения перспективы развития подземной добычи угля с учетом-сложившихся в Кузнецком бассейне условий: нехватка капитальных вложений, слабая строительная база, недостаток рабочих, отставание социальной сферы, - разработана математическая модель развития угольной промышленное,я региона, учитывающая динамику совместного иг-'ене ля имеющихся ограничении, у ппиональ-ное использование природных ресурсов и охрану окружающей ерр^ы.

Основным объектом моделирования развития и одземной добычи в регионе является объем год-вой добычи всех действующих шахт. Рассматривая все шахты как одну "большую шахту", считаем, что общач годовая добыча "Сольной шахты" не превышает суммарнуг мощность всех шахт. Суммарная годовал 'добыча всех шахт не превышает их потенциальные возможности, исходя из подготовленных к отработке выемочных столбов. Кпоме того, для Кузбасса важным является ограничение на трудовые ресурсы.

Принцип соразмерности меиду собой трех рассматриваемых ограничений на уровне региона можно выразить в виде функция минимума из трех переменных:

Д, = min { Н*, Уп , А пк } . (8)

где Zff суммарная производственная мощность (без учета фактора - фронт горных работ) по всем шахтам; - потенциальная возможность вахт по добыче по Фактору- фронт горных работ.

Лпк - a riK . (9)

где CL - средняя по региону производительность труда подземього рабочего; П у- количество рабочих.

Все три величины, входящие в выражение (8), изменяется с те-, чением времени. Математическую модель динамики развития региона моя^опредставить в виде:

1. Ai=>'un{ Zi, yL } A it ^ J ;

2. 2l Zi * T[Km tnitif Ql ; ^¿J - /Iш Д i 7;

о и. = у. , rf Pi - ) ■ 3; JlH ' V тпсм Тс* 11

4. Qu< - Qi <-T(<PQKQL -ftQc) ',

5. 'пц = nL + т [f> trtiti fa; к it-I J -oi m];

6. \tJiH - И/с T[cPw KwL WCJ ;

8. Кп ~ ргь Л -

A. Моделирующие процессы:

Д Н)~ годовая добыча; Ч(^) - потенциал шахт по добыче исходя из запасов, готовых к выемке; - потенциал шахт, исходя из

подготовительных запасов; 2 СЬ) - общая производственная мощность;

ф (Ь) - мощность шахтостроительных организаций; п(Ь) ~ численность подземных рабочих; (Ь)- мощность стройиндустрии (жилье, объекты соцкультбыта).

Б. Параметры модели:

Кд - прирост проектных мощностей на I млн.руб. капвложений; Кр - прирост потенциала по добыче; (/¡м - прирост мощностей гражданского строительства; $ - прирост мощностей шахтного строительства; Тст - средняя продолжительность отработки выемочных столбов; Ту - средняя продолжительность отработки запасов одного участка; А щ - интенсивность выбытия производственных мощностей шахт л горизонтов; Л - коэффициент текучести кадров;

- количество рабочих, обеспечиваемых жильем при освоении I млн.руб. капвложений; р - выбытие мощностей стройиндустрии;

^ -выбытие мощностей шахтостроительных оргаи>лзап,'№ ; а - годовая производительность труда подземных рабочих; - удельные отчисления на гражданское строительство из прибыли предприятий.

B. Управляющие воздействия:

К*р(ь)- капвложения на поддержание мощностей по фронту горных работ; К^Л)- капвложения на шахтное строительство; К^^Ч) -капвложения на строительство жилья; - капвложения на раз-

витие мощностей гражданского строительства; Ко (1) - капг "окения на создание мощностей шзхтостроительных организаций.-

Для производства расчетов в соответствии с разработанной математической моделью необходимо установить начальные значения моделирующих процессов, численные значения параметров модели и ряд значений управляющих воздействий. Результаты расчетов нп ЭВМ вариантов развития подземной добычи нэ пологих пластах Кузнецкого ' бассено позволяют сделать вывод о розможном увеличений'

к 2010 году подземной добычи на пологих пластах до уровня I5C млн.т в год и последующей стабилизации уровня добычи при следующих условиях (цены т989г.):

- капиталовложения в шахтное строительство - не менее 300 млн. руб./год;

- капиталовложения в развитие мощностей тахтостроительных организаций - не менее 100 млн.руб./год;

- финансирование гражданского строительства за счет прибыли от реализации угля - не менее I млн.руб. с 1-го млн.т добычи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации в Форме научного доклада дано новое решение актуальной научной задачи совершенствования технологии отработки пологих и наклонных угольных пластов в действующих районах, имеющей важное народнохозяйственное значение для совершенствования технологической инфраструктуры шахт Кузбасса.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации, полученные при выполнении исследований и внедрении разработок, заключаются в следующем:

1. Установлено, что с переходом в более сложные горно-геологические условия производительность комплексно-механизированных забоев (КПЗ) снижается, что характеризует отрицательное влияние проявлений неустойчивых пород непосредственно . кровли, труднооб-рушаемых пород основной кровли и слабых пород почвы. Увеличение срока сл*'жбы механизированного комплекса вызывает экспоненциальное снижение производительности КМЗ. Для различных типов комплексов установлена логарифмическая зависимость производительности КМЗ от угла падения разрабатываемого пласта, глубины разработки, длины выемочного поля и длины забоя.

2. Установлено, что максимальное влияние ня процесс Формирования грузопотока оказывают скорость ппдачи комбайна и надежность комплекса. Распределение минутных грузопотоков из лав р любой период их работы описывается кормэльнум законом распределения, а коэффициент неравномерности грузопотоков составляет 1.8-1.55. Закономерности распределения няработн.. на отказ и пре-мени устранения с гказоп являются экспоненциальными. Устаноялен-¡чт закономерности позволяют осуществить рлцконалытай выбор транспортных спедств для яФфоктивной работы КМЗ.

3. Разработаны '■'■ реализованы в лиде 'чпогряиш на ПЬВМ p<?fo-крнпянпн« пс iwfopy pv.u'oimbFux параметров заботы КМЗ в кокирет-

ных горно-геологических условиях их экс т/атяцли с учетом параметров очистных и подготовительных работ.

4. Разработана и реализована в виде программы на ПЭВМ методика опенки и выбора рациональных технологических схем отработки угольных пластсв, включающая сравнение технпогий отработки угольных пласто! по значению кошлексного критерия, рассчитанного по совокупности оценочных показателей, характеризующих эффективность применения технологических схем в заданных горно-геологических условиях. Весомость оценочных показателей определяется экспертными методами. Ранжирование производится относительно услоэ: эго базового варианта, июющего наилучшие значения оценочных показателей сравнивав ых технологических схем.

5. Установлено, что закономерности и.-ченъ-нин производительности и депрессии вентиляторов подчиняются нормальному закону распределения, а КПД составляет 0,25-0,55. Установленные закономерности позволили разработать и внедрить на 8 шяхгах Кузбасса новые схемы компоновки шахтных вентиляторных установок с различными режимами проветривания (нагнетания и всасывания) на базе вращающегося переключателя потока воздуха ГИФ? при использогчнии центробежных мйшин рьзличного типа и схемы компоновки осевых вентиляторов при верхнем воздухозаборе и переключателях потока.

6. Разработанная и реализованная в виде программы для ЭВМ экономико-математическая модель развития подземной добычи угля в регионе, учитывающая совершенствование технологии ведения работ, социальные, экономические и экологические аспекты, позволяет обосновать программу совершенствования инфраструктуры шахтного фонда, комплексного использования природных ресурсов и охраны окружающей среды Кузбасса. Результаты расчетов развития попэемной добычи ка пологих пластах Кузбасса на ЭВМ позволили сделать-вывод о возможном увелччении к 2010 году подземной добычи до уровня 150 млн.т. в год.

Основное содержание диссертации в Форме научного доклада опубликовано в следующих работах

1. Брагин Б.2., Береэовск»й И.А. Опыт^работн комплексной бригады Н.М.Путры на шахтз "Чяртинская-Г //Уголь, 19бВ.-'Ч.-С.З-5.

2, Брагин В.Е., фрейцлих И.С..Гимельготейн Л,Я..Золо^ов Г.Л. Врн-тиляторко-кплориферняя установка .с вр.гчатарегя пспекл^чатп-л?м потока воздуха //Информ.лислок /Коглеровсчт.! 'ШТИ.-Комр-ртво, 1985,- 5с.

3. Брагин В.Б., Калинин С.И. Ускорение научно-технического прогресса на угольных пахтах Кузбасса //ОбзорЛг"ИЭИуголь.- И., 1989, вып. 13.-36 с.

4. Брагин В.Е..Ильин В.Й.,Милехин Ю.Г.,Азимов Б.В. Основные направления совершенствования шахтного фонда в Кузбассе //Совершенствование технологии отработки рольных пластов Кузбасса

и ^ьнего Востока: Сб.науч.тр./КузНИУИ.-Прокопьевск,1989,-с. 5-10. ..

5. Технологические схемы разработки пологих и наклонных плас- . тов Кузнецк го бассейна //Арсенов H.G.,Брагин В.Е.,Бахтин В.И. и др. /КузНИУИ, ВостНИИ,- Прокопьевск, 1968.- 77 с.

6. Технологические схемы разработки пластов на угольных вахтах на период 1990-1995г.г. (проект) //Брагин В.Е. и др. ИУП СССР, ИГД кы.А.А.Скочинского.-Ы., 1989, ч. I-II.-I3P с.

7. Брагин В.Е. О концепции развития науки, научно-технического потенциала и структуре управл'чия НТП г угольной промышленности Кузбасса //Угольный комплекс Сибири: Труды Всесоюзн. конФ-ии по развитию производителькчх сил Сибири/ Ленинск-Кузнецкий, 1990, т. I.- С. 49-52 .

8. Калинин С.И. Белов В.П., Брагин В.Е. и др. Рекомендации по повышению эффективности применения мехкомплексов на пластах со слабыми почвами, склонных к отжиму угля и вывалообраэова-ниг кровли /КузНИУИ,- Прокопьевск, 1990.- 33 с.

9. Вагапов М.С., Калмыков A.B., Брагин В.Ч., Храмченко В.Д. Проявление горного давления в выработке, Формируемой в процессе очистных работ //Управление состоянием массива орных пород: Сб.науч. тр. /Ассоциация "Кузбассуглетехнология".-иемерово, 1990.-С. 27-32.

10. Гимелыптейн Л.Я., Фрейдлих И.С., Брагин В.В. Быков О.И., Новые высокоаффективные схемы компоновки шахтных вентиляторных установок /./Обзор/ ЦНИЭИуголь.- М., 1991, вып.7.-25 с.

11. Михальченко В.В.,Брагин В.Е., Вылегжани.» В.Н. Состояние и перспективы развития Кузбасса: эколого-экономические аспекты //Эколого-экономические проблемы разработки угольных месторождений Кузбасса: Тез.докл.науч.-практ.конФ. - Кемерово, 1991.~ С. 6-9.

12. Вылегжанин В.Н., Брагин В.Е., Зайденварг В.Е. Проблемы экологизации горного .фоизводства в концепции шахты нового технологического уровня //Эколого-экономические проблемы разработки угольных месторождений Кузбасса: Тез.докл.науч.-практ. конф. - Кемерово, 1991.- С. 9-12.

13. Брагин В.Е. Вагапов М.С., Байкин В.В, К вопросу разработки тонких пластов угля в Кузбассе //Совершенствование технологии отработки угол'ных месторождений Кузбасса: Сб.науч.тр. №'2 /Ассоциация "Кузбассуглетехнслогил".- Кемерово, 1991.-С.26-30.

14. Милехин Ю.Г., Брагин d.E. Моделирование развития подземной добычи угля Кузнецкого бассейна на период 2000-2010 г.г. //Совершенствование технологии отработки угольных месторождений Кузбасса: Сб.науч.тр. № 2 /Ассоциация "Кузбассугле-технология", 1991.- С. 167-176.

15. Брагин В.Е. Некоторые закономерности использования главных вентиляторных установок шахт Кузбасса //Повышение эффективности разработки угольных месторождений Кузбасса: Сб.науч. тр. № 3 /Ассоциация "Кузбассуглетехнология",- Кемерово, 1991.- С. 77-80.

16. Брагин В.Е., Калинин С.И., Ларичкин П.М. Принцип оценки и выбора на ПЭВМ технологических схем для отработки угольных пластов Кузбасса //Повышение эффективности разработки угольных месторождений Кузбасса: Сб.науч.тр. f? 3 /Ассоциация "Куэбассуглетехнология".- Кемерово. 1991.- С.90-94.

17. Брагчн В.Е. Влияние горно-геологических и горнотехнических «Мкторов на эффективность работы комплексно-механизированных забоев //Вопросы безопасности при разработке угольных месторождений Кузбасса: Сб.науч.тр. № 4 /Ассоциация "Куэбассуглетехнология".- Кемерово, 1991.- С. 69-73.

18. Брагин Б.Е., Калинин С.И., Ларичкин П.М. и др. Системный подход к разработке рациональных параметров работы комплексно-механизированных очистных забоев //Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб.науч.тр. № 5 /Ассоциация "Куэбассуглетехнология".- Кемерово, Г992.- С. 7-Г6.

19. Брагин В.Е., Шевзлев Ю.А., Ларичкин П.И. Формирование грузопотоков угля из комплексно-механизированных забоев //Совер шенствование технологит">ских процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб.науч.тр. № 5 /Ассоциация "Кузбассуглетехнология".- Кемерово, 1992.- С, 16-29.

20. Брагин В.Е., Шевелев Ю.А., Азимов В.Б. Влияние основных факторов на формирование грузопотоков угля из забоя //Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб.науч.тр. № б /Ассоциация "Куз-бассуглетсхнология".-Кемерово, 1992,- С.30-35,

21. Брагин В.Е., Ларичкин П.М., Азимов В.Б. Прогноз грузопотоков угля из-КМЗ //Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб.нг-уч. тр.№6 /Ассоциация "Кузбассуглетехнология".- Кемерово, 1992,-С. 35-39.

Заказ 34?. Тираг LOO екз. Печать офсетная. Объем 1.5п,л. Г'орыэт 60x55/15 '

Типография Кузбасского политехнического института

550027 Кемерово, ул. Красноармейская,115-