автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Технико-экономическое обоснование и проектирование высоконагруженного забоя при модернизации действующих шахт

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫСОКОНАГРУЖЕННОГО ЗАБОЯ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ ДЕЙСТВУЮЩИХ ШАХТ

Специальность 05.15.02—Подземная разработка

месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1995

Работа выполнена в Кузбасском государственном техни ческом университете.

Научный руководитель: член-корреспондент АЕН РФ

доктор технических наук, профессор, Вылегжанин В. И

Официальные оппоненты: академик РАИН,

доктор технических наук, профессор Фрянов В. Н.

кандидат технических наук Корнеев В. П.

Ведущая организация: Институт угля СО РА1-

Защита диссертации состоится 23 июня 1995 г

в ¡3 часов на заседании специализированного совет;

Д 063. 70. 01 при Кузбасском государственном техничес

ком университете.

по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кузбасского государственного технического университета

Автореферат разослан [С мая 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, член-корреспондент ЛЕН РФ, доктор технических наук,

профессор Б. А. АЛЕКСАНДРОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аюпусыьпссгпь работы. Особсно'лъм современного этапа развитая угольной промышленности России яиляетсм е.е пхоадение п рыночную экономику, обеспечение требований конкурентоспособности н эффективности. В программ реструктуризации угольной промышленности значительная роль отводится Кузбассу, как об^российской (>аз.з добычи коксующихся и высококачественных угу^-й, для обеспечения потребностей народного хозяйства страны в твердом топливе. Шахтнил Фонд Кузбасса «о состоянию :<а 01.01.1094 г. включает КЗ действуй-Щ1!>. шахт с об 11^(11 уровнен добычи 56.8 млн.тонн а год (за 19ЭЗ г.). Угольные предприятия западной часта бассейна подвержены значительному физическому »«носу к требуют индивидуального подхода к рассмотрению вопроса ич дальнейшей жизнедеятельности с учетом технологических, экономических, экологический и социальных Факторов. Восточная часть Кузбасса вступает в стадию освоения и располагает перспективными угольньа-ш районами с большими запасами углей, 'залегающих в благоприятных условиях.

Однако, дефицит инвестиционной поддержки и инерционность обновления угольного потенциала выдвигает важную народнохозяйственную задачу модернизации наиболее стабильных горных предприятий путем сокращения неэффективных элементов инфраструктуры, повышения интенсивности и концентрации горного производства. В значительной мере эффективность модернизации крупных шахт обеспечивается созданием высоконагруженкого очистного забоя 1ВНЗ). Проектирование ВИЗ при модернизации действующих шьхт нрбдетаытет актуальную задачу научного обоснования параметров горного производства в техническом и экономическом плане.

Тст диссертации непосредственно связана с выполнением научно-технической программы реструктуризации угольной промышленности России, программой "Сибирь", тематикой Института горного дела АЕЯ РФ н Кузбасского государственного технического университета.

Цель работы: разработать технико-экономическое обоснование для проектирования высоконагруженного очистного забоя при модернизации действующих шахт.

Шея работы связана с использованием закономерностей процесса угледобычи в информациош!~-техно/М'11ческой м.>дили ЬИЗ.

Задачи исследований:

- установить влияние параметров очистных наболи на технико-экономической уровень д'Жотцу.ли.нх шахч:

-- обосновать и разработать информационно-технологическую мо-

ВИЗ:

- определигь ш-рспиктпшшз напраьления и эффемишюсть мо-;i':pi:iib:ii>mi деЛстиуаяцих шахт Кузбасса и 1СШ'.

К UHioon и с ел ri/овииий:

- технико-экономический и статистический анализ, научное обоснование для оиенки параметров очистных работ действующих шлхт-,

- кчтод информационно-технологического моделирования и комтдаерной обработки данных исследования модели ВНЗ;

- методы технологического прогнозирования и системного ьна-для установления взапмоиьязи параметров шахт« н ее инфраструктуры, о.(епки эффективности альтернатив модернизации.

Научные поколения, выносимые на защиту:

- ннгеисиьтити н концентрация горного производства, обусловленные комплексом технических и природных факторов, регламентируют выбор технологической схемы (ТС) и уровень нагрузки на очистной забой i.o взаимосвязи с его размещением в шахтном поле и ил.паметрьми д-злениа на части:

- технико-экономический уровень действующих ша ;т пропорционален корню квадратному от их масштаба горного производства, уделыюЛ добычи с i км очистного фронта и обратно пропорционален уровню технологической сложности инфраструктуры шахта (ТИШ);

- информационно-технологическое обеспечение проектирования LH3 нклмчает четыре уровни анализа ТС выемочного поля (ПП' в единой структура математической модели, позволяющей оптитиэовать теоретическую. техническую и коммерческую нагрузку на s:\6ui»:

- ьыбор стратегии модернизации действующих шахт осуществляемся по критериям трудоемкости и фондоемкости подсистем с поэтапной оптимизацией параметров горного произиодстиа, обеспечивающей конкурентоспособность угледобычи.

Иирчная ьоашмл заключается в следующем;

- разрчбогаииая концепция многоуройнеьой информационно-тех-.•Н-л..Ш'.иСКЫ! моде WI ВЯЗ ОТЛИЧАТСЯ гюзможность» использовании iU,io;.!Hni,tx дтнных и иекторпой оптимизацией нараметрои ТС Ш1;

- операций технологического процесса угледобычи ьп ого дько^л.озицин по а нементам с помощью увязки сете-

i'.).i!iли ьческого цикла и компьютерной обработки хроно-

Merpamix данных по признаку взаимодействия пары "нспол:ж-л;.пь Мишина";

- установлен« важнсйыие природные и тохиичеогне ¡-.экторм армирования уровня сложности ТИД с лсиопь» vOTíTimwoii функции без размерных компмскс-фпкторов:

- сформупнроряшшо ot'iiopmiR альтернативы стратеги;! модернизации инфраструктура, ч'акти обсспечнпашт ее э'Кюктшшосгь с учетом ограничений ин&естиш'ониоп поддержки и гериола реализации конкретного проекте развития действующего предприятия.

достоверность розулытилов подтверждаягоя дог.тгточним объемом фактографических данных по шахтам Кузбэсса и KK?. корректней математической и компьютерной обработкой информации. использованием современных методой исследования. анализом н иаучннм оГнЛ'Чктин литературных источников, положнтельимпч результатами мгалшных экспериментов для конкретных ша:;т и объектов горного производства.

Личный вклад автора состоит:

•• п анализе фактической ситуации и Формулировке научных задач исследоианнй;

- в теоретическом обобщении закономерностей горного щюнч-водства при очистных работах:

- в разработке многоуровневой информациоино-техлолоппеской модели Исследования ВИЗ;

- в обосновании проектных параметре« DII-'l и оптимальной стратегии вибора альтернатив модернизации деЛствумщих аа>:г.

Практическая зтчшюсть получении« результатов в TOti, что они позволяют:

- выявить важнсйиие тенденции сопсрчпнстваисиия горного производства на действующих юахтах с учетом обобщения международного опыта;

- существенно повысить эффективность очистных работ на основе создания снсоконагруженных забоев:

- обеспечить выбор оптимальной стратегии модернизации нштч с учетом ее конкретной горнотахничеегдл! обстановки и писали« ограничений инвестиционной поддержки. периода чодорципяцни и уровня ТЭП. обеспечивающих эффективное..ь реализации nporKia. •

Реализация работы нашла свое отражение в экспертном обосновании проекта целесообразности и эффективности модернт.лции АООТ

- à. -

"шахта им. с.M.Кирова" и разработке рекомендаций программы модернизации и технического перевооружения шахт АО "Ленинскугол!.", предложенных ИГД АЕН РФ с участием автора.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения работы обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции "Безопасность пизнедоятельностн предприятий в угольных регионах" (пай 1901г. г. Кемерово), на семинарах Института угля СО РАН и Института горного дела ЛЕИ .РФ, технических совещаниях ассоциации "Кузбассуглетехнолсгия" и АООТ "иахта кн. С.Н.Кирова"*

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 печатных работы.

Струтура и объем работ,,и. Диссертация состоит из вводе пня, 3-х глав, заключения, изложениях на 155 страницах машинописного текста, 27 рис., 31 табл. и список литературы из 84 «анменовяииЙ.

Автор ьыражает глубокую благодарность член-корр. ЛЕИ РФ, профессору В. If. Вылагжоннну за научные консультации, поддержку и зниманчб к работе, а также сотрудникам лаборатория "Теории технологии и физических процессов горного производства** Института угля СО РАН за оказанную помощь.

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан анализ параметров очистного забоя и их влияния на технико-эконопичеекмй уровень действующей шахты. Показано состояние и основные тенденции развитей иахтного фонда Кузбасса. Отмечены количественные данные прогноза интенсивности ухудшения горно-гсологнческих условий (ГГУ) н дина-'шки технико-экономических показателей <ТЭЯ) работа еахт Кузбасса,

На основе анализа параметров действующих ТС очистных забоев установлена взаимосвязь параметров горного производства: показателей интенсивности с величинами нагрузки û и отработанными запасами.

Существенный вклад в теорию технологии горного производства внесли П.В.Авдулов, А.С.Бурчаков, Б.Н.Воробьев, В Ч.Вылегжании. Г.И.Грицко, А.Ь.Докукин. В.Е.З.чЙденварг. В.Н.Зыкоп. В.И.Ильин. С.А.Капитан. И.С.Крашш. Ю.Н.Кузнецов, А.С.Малкин, Ю.Н.Малышев, О В.Михеев, Г.С.Ракутнн, Е.И.Рогов, А.В.Старике», Б.А.Теодорович. М.И.Устинов, В.Н.Фрянов. й.Л.Худил. В.Л.Ялевский я др.

На основе работ этих авторов существенно развиты современные представления об интенсивных гибтх и адаптивных технологиях угледобычи и направлениях создания БНЗ.

По материалам действуицих шахт Кузбасса, отрабатывающих пологие пласты, обобщены геометрические размеры ТС ВП распределения нагрузок на очистные мехапизировашше комплексы ((!МК). установлены важнейшие природные и технологические факторы влияния на эффективность очистных работ.

Вторая глава посвещенд разработке и исследованию многоуровневой информационно-технологической модели проектирования ВИЗ. Выполнен мифологический анализ элементной базы ТС ВЯ. выделены по 4-м уровням информационные признаки формирования ТС.

Разработана иерархическая схема списания производственного процесса (НИ) и его компонентов для очистного забоя, позволяющая с помощью сетевого графа исследовать операции технологического цикла (ТЦ) Г » r(l).S), U - мнонество операции ТЦ, S - множество операционных состояний очистного забоя. Длительность производственного процесса и его компонентов определятся, клк правило, адднтиано относительно более мелких элементов (т. е.суммируются):

Тпп - Z T.lpn) - 2 í Í 1 B,JKi . (Г;. 5)

с/ i ! J-I К / 11

где L, Н, К, Н - множество соответствующих элементов структуры ПП. логически объединенных на каждом рабочем местз (РП взаимодействующей парой "исполнитель-машина". Например: "Комбайновое звено - ЗМ". Для обработки результатов хронометраа-них наблюдений на ПЭВМ использована фреймовая схема логической взаимосвязи элементов ПП. С помощью стандартных таблиц ТАМ - ТАВ4 описаны замеряемые хрояометрзжные данные, для отработки которых составлена специальная программа "ХРОНОМЕТР", позволяющая вычислить длительности операций u(ij)£ U: длительности технологического цикла Ттц n шах T(jt), как максимальной длины пути. /jCI на с гневом rpaja T(ü,S): коэффициент машинного времени 1(Н(Г); коэффциент влияния технологический готовности К, общрыахнюй ТС; функции льарийности ЗНК f, (R) и конвейернсЛ линии Г, (к): Функцию Ja (s) адаптивности ЭМК к конкретным ГГУ.

Это позволяет описать теоретичесьуш нагрузку к.» очны нон аа *oft с учетом природных, организационных и технических iparropod

(технического ресурса üMK):

Q(s) * GO пч^-ГрА-К,. Ja(a)/[1 + Г, (К) + f^(x)l ,

(2.2)

где Ii - число вш'ночних иакшн: - теоретическая минутная про-и: иад'п&лыю:;ть ымкочной Kaw-ai (ЬМ), т/мин.: Тр - проектная nj-'од"-jiiitil елi-HOCTи рлботм пабоя но добыче, мин.; К,, - комплексный KoH.vHt'ÜQHT «винного времени гибких ОЧИСТНЫХ линии (ГОЛ).

. Для ГОЛ ком'ыекст"! коэЫицж.-иг машинного времени имеет свою cuei;;iv)iky 1. определяется по формуле:

Кц - 'I <■!(*, ■ (1 - ¡Ci)"-"- , <2.3)

к-i

iVie n - общее число очистных модулей; к - чье ли модулей, одновременно находящихся в работе; С* - число возможных сочетаний к. находящихся в рьботе модулей из общего числа п.

Установлено, что с увеличением очистных модулей ТС комплексной коэффициент г'Л'ишгого времени растет пропорционально - ИТ . Ujii iCrf. общая величина темпа роста Кн существенно зишсит от ко-Э'Чниен са машинного времени отдельного модуля.

3 работе рассмотрены тенденции совершенствования ТС ЙНЗ с учетом влияния ойцешзхтных факторов. Так п Кузбассе постоянное исчвргшсание запасов месторождений с благоприятными у^яо'чями и переход на большие глубину (250 - ¿00 м) резко ослежиа.л общую горнотехническую обстановку шахтных полон, сспронождани;'/)^;! увеличением аварнпностк и травматизма. Технологическими и экономическими слсдстышш такой тенденции являются сдерживание ннтен-сишюсти очистных и подготоин'.jjiLHLix работ, оощее увеличение капитальных л эксплуатационных затрат, снижение фондоотдачи.

Однако, зэ. счет научно-технического прогресса уиеличилась thimniMHia производи!ельность очистного аабоч. выемочного блока ьиью и) и иахтй в целом, уровень «аащения ТС машинами и мека-и,л • .п.!. Ьсмросими нлпряйеиность работы транспортно-энергетичес-tif- ц>.ночек cols.u3h.i эффект корреляции отказов в системе, усложаИ->и п... .'i-fcou ¡/upncл.мшя 'линолошчаскими режимами. В результат« •чин! и4(и2Нилиг.ь оитннлльние соотношения ме*:ду геометрическими (р;ли анемичного столба, выемочных и шахтных полей. В целом

возникло технико-экономччссиое несоответствие ппр.1метричпоп!х ря-дор проектной мощности ч'ахт и Заяояь'х мормптнзов нлгрузки на КМЗ.

При сохранении этих тенденций ■лроим.однтелы.'ость труда по шахте и 4 - 6 раз ниже, чем б механизированных очистнкх забоях. Без коренного изменения рсуЙ технологической систему (1С) шахты нглюзио.чно увеличить производительность трудч более члм 20 - ЗОЯ. Это требует новой концептуальной модели ТС шачть:, а также эф^ек-тивчой стратегии модернладии горного нротводствя.

В основных угледобывыощях странах продлшстся процесс концентрации добычи угля. В инвестиционных программа/. строительства и реконструкции '.пчхт Велинойритании ("Пелбч", "ЗсФорди", "Хок-херст мур"), ФРГ ("Консолидацион'' - "Нордштерн"), ПНР ("Земопит") наряд/ с оптимизацией инфраструктуры шчхты предусмогрено дальнейшее повышение ичтеисчфикрцнн и концентрации очистных работ.

Мировой опыт (Австрия, США, ЮАР) создания пысоконагрухин-ных очистных забоев достигнут з-г счет существенного унениченчя параметров выемочного гтолба, применения ОКК высокого технического уровня и повышенной падежносш, Очистной забой зкоптурнндпея, как правило, с каждой стороны 3-4 горчзонтлл'ышми выработками и 4-6 наклоннжи. расппралле;пшыо;;ц:м'1 транспорно-йж'ргетн'хгскио коммуникации. обеспечивая тад самым их емеакум пропускную способ" ность и Надежность ТС ВИЗ.

Применительно к проектированию ВИЗ подсистема технологической подготовки горных работ (ТПГР) ориентирована на решении ело» дующих задач:

- обссиозалие целесообразности вибор* ЕН с благоприятном!

ГГУ;

- обоснование рациональности затрат ресурсов для обеспечения проекта ВИЗ;

- обеспечение регламентация фнзико~,,еонвханнчсской ситуации (СГС) и адаптивное управление ВИЗ в к-чнкрвишх гормо-гео«оппгс-кнх условиях н горно-технической обстэхоико;

- оптимизация параметрои СИЗ, обеспечтшднх его конкурс,г-тоспособиость при заданных параметрах инфраструктуры шахты, • С учетом этого рассмотрим основные компоненты подсистемы Ш'Р проектируемого ВИЗ.

В зависимости от сложности Н'У {<и>=1,Я,3.4) осреднин»« значение критерия адаптивности ТС очкетного забоя определяется ш>

формуле:

- 1 - 2Ф(110/Ди,) - 1 - 2<Жи> - 1). (2.4)

где Ф(х) - функция Лапласа; и0 - функция технологичности ГГУ; Аи, - стандарт отклонения функции и0.

В условиях резкого скачка цен на горно-шахтное оборудование (Г'ШО) и. а частичности, на ОМК, с точки зрения экономической целесообразности требуется обоснование повышенных затрат ресурсов на создание ВИЗ и их компенсацию за счет увеличения производительности труда, снижения себестоимости угледобычи и сокращения уровня сложности ТИШ.

{3 диссертации приводится экономически целесообразное обоснование возможного числа ВИЗ. сокращения общего числа забоев, параметров очистного Фронта. Дополнительные ресурсы на создание ВНЗ определяются так:

ДК0 - (К0 -К.,) + Кцн-, - п0 • Ь0 • (а0 - а) »

= К0НЗ (1 - 1/Ка) . (2.5)

Здесь п0 - число ВНЗ; Ь0 - дайна ВНЗ; а0 , а - стоимость 1 м длины ОМК для ВНЗ н среднедействующего забоя, тыс.руб./м; коэффициенты удорожания капитальных затрат Ка * а0/а: К„. 51,. Квнэ - капитальные затраты на обновленный, действующий очистной фронт, а также на создание ВНЗ. тые.руб.

Снижение эксплуатационных затрат ДБд при создании ВНЗ

ЛБо - 0 (ц - 1)-3/(10^ Т,р Г0г) . (2.6)

здесь 0 - среднесуточная нагрузка на очистной забой, т/сут; ц « Оу/а, О,, - нагрузка на ВНЗ: В - 2118.7 - стоимостной параметр (тые.руб.); Г0 = С + Р0 (т/мес): С « 2.2 (т/иес.). Рв - приника-ется среднее по данный статистики забоев с нагрузкой свыше 1000 т/сут (или более 25 101 т/мес.); 7„р -средня; трудоемкость очистных работ, чел. см/103 т. *

Сокращение затрат на инфраструктуру М0 приводится к временным показателям периода модернизации шахты:

I

AZ„ - Ф(ЛТ0) • (a, -AJo)" • (2.7)

Здесь Ф(ЛТ„ ) - ко;-|ф(11Ицпент дисконтирования капиталовложений за период модернизации AÏ0 (лет); л, - удельная плата з£ единицу элемента инфраструктуты шахты (ткс.руб./мес. ): п * 1.2 - показатель степени ресурсосмкостн инфраструктуры вахты: AJ0 - изменение инфраструктуры шахты за счет модернизации се очистного забоя.

Для оптимизации параметров ВИЗ разработана эксномчхо-матсма-тическая модель (ЭММ), включающая затраты на очистную вь'емку; затраты на подготовку забоя и ущерб от непроизводительной работа о конкретных ГГУ.

Оптимизационная модель В!!3 реализуется по двум критериям:

а) минимум суммарных удельных расходов;

б) максимум интегральной прибыли.

В обоих случаях учитывается фдктор инфраструктуры шихты.

Целевая Функция по критерию минимума суммарных удельных расходов описывается так:

<î0(G0, И0) G0 + FB,„/ZftT - roin , (2.8)

здесь - удельнче эксплуатационные затраты иа Ш13 с учетом инфраструктуры шахты, тыс.руб/т; - затраты на оснащение ВИЗ. тмс.руб: ZCT - вынимаемые запаси столба, т: Пв - погонная ставка. П0 - Гы.г/^, тыс.руб/т.

Соответственно, целевая функция по критерию максимума интегральной прибыли описывается в виде:

Ф0(С„, S„) » tS„ - (G,, ♦ Пг,)] Л,.„, max , (Я.й)

здесь S0 - цена реализации угля (руб/т): Л,,,,, - годовая добыча ВИЗ, т.

Реализация ЭММ осуществляется численными методами градиентоо hx - 50/Ôx с покоординатным изменением параметров x„tl «> xk - h* на к*1 шаге вариации. В результате находятся: длина ГШ. длина ВИ и его запасы, соответствующие техническому ресурсу ОМГС, техническая нагрузка на забой, тин обо|. довання и др. Ограничениями функционалов (2.8), (2.9) являются природные условия (ГГУ). набор элементов типовых тс, требуемый уровень производительности тру.™.

В третьей главе рассмотрены принципы модернизации действующих шахт на основе ирмменени ВНЗ. В соответствии с результатами работ Е.И.Рогова, К.В.Бетачели, А.С.Кулакова, ВН. Вылегаанина, М.И.Устинова рассмотрено системное представление шахтн и ве декомпозиция по подсистемам, в зависгмости от этого формируется трудоемкость и Фондоемкость горного производства.

В нашем случае структура системы "Шахта" включает следующие подсистемы:

Пс, - П, U II, U П3 U П4 U П, U И0 . (3.1)

здесь П0 - в ослом геосистема "Шахта"; П, - подсистема "технология очистных работ" ' (V0P); Щ - подсистема "технология подготовительных работ" (ТИР); П3 - подсистема "способ вскрытия и подготовки шахтного лолл" (CDU); П4 - подсистема "технология магистрального транспорта и подъема" (ШП!) ; 115 - подсистема "технология поверхности шахты" (ТПШ; П6 - подсистема "управление иахтоП" (Ш).

Подсистемы и4 - П6. Hj fходит в инфраструктуру шахты.

С точки, зрения Формирования трудоемкости горнего производства в целом по системе "Шахта", есть смысл ее представить суммой по подсистемам (3.1i, т.е.

Т0 » Т(П0) « I Т(И,) . (3.2)

Предполагается, что для дыбой i -il подсистемы трудоемкость определяется в единой размерности - чел.-смен/1000 т добычи угля.

Аналогично можно представить основные Фонда шахта по ее подсистемам

Фс - Ф(110) =| Ф(П1 ) , (З.Э)

Очевидно, что Фондоемкость горного производства может быть выражена через потонные ставки запасов но категориям технологической готовности ZK (К0 я 0 - вскрытие; К, - 1 - доступные; К2 - 2 -подготовленные; К3 « 3 - оконтуренные; " 4 - готовые). При этом, ряд подсистем шахты m может быть непосредственно связан с каждой категорией запасов.

Показано, что взаимосвязь трудоемкое га и потомной ставки определяют характеристики основных технико-экономических параметров шахты, а именно: производительности труда и себестоимости угледобычи .

Установлено, что основные параметры, характеризующие уровень ТЭП шахты и ее конкурентоспособность, существенно взаимосвязаны.

На рисунке показан график зависимости себестоимости угля с„ (тыс.руб/т) от производительности труда по шахтам Р0 (т/мес).

График зависимости С0 ■ С<Р0)

Для обеспечения эффективности угледобычи угля следует стремиться:

- повысить качество кондиций запасов (и 1):

- обеспечить рост производительности труда за счет модернизации шахт в сокращения их инфраструктуры, создания ВИЗ и перехода к принципиально новым эталонам проектов шахт.

Оценка сложности гнГраструктуры шахты Ях) выполнена через безразмерные комбинации (факторы) х;(и/Л соотношений параметров горного производства, злписящих от ГГУ (а) и добротности ТС шахш (Л) в виде полинома:

Ях) -1*1 xJ (3.4)

_ 1 1 _ - 1*. -

Дня шахт Кузбасса принят вектор факторов X » (>;,. х2. ха, х4. х5. ха. х,). которой установлен на основе линейного регрессионного анализа. Факторы обозначим следующим образам.

х, - средисденстеукнчзе число очистных забоев (а, - 0.020); - срсднедейоноющее количество пластов в одновременной отработке (а^ •= 0.034); х, - отношение удельной длины пластовых выработок на единицу длины очистного фронта (а, » 0.00-1): х4 - отношение полугкзсииетрсв шахтного и выемочного полей на действующем горизонте ' (а4 »< 0.018): хй - отношение глубины уклонной части шахтного поля к наклонной высоте эт.-иа (а5 « 0.166); х6 - отношение оукмарчой длины погсризонтных выработок к глубине разработки (а.3 «• 0.000.М: х7 - отношение средневзвешенной протяженности тргшелортне-ьентиляцнониой цепочки шахты к полупериметру шахтного поля (а, « 0.006).

Установлено, что скорость увеличения сложности инфраструктуры обратно прспор;Шонш1ьна кьадрату добротности ТС и связана с нелинейным ростом капитальных затрат. Это приводит к ограничению оптимальной производительности шахты и се инфраструктуры в конк-решых ГГУ. т.е.

Ао « /Ф.-С0 1й/1Ь.у?а-(1 - ехр(к Л) . ,3.5)

где Ф,, Фг - коэффициента дисконтирования соответственно эксплуатационных . С0 (млн.руб) и основных фондов предприятий (млн.руб); 20 - остаточные промышленные запасы шахткого поля, млн.т; к - ко-ффициент элласп чности; Л - уровень сложи чти ТИШ.

Па основании укрупненного анализа технического урс^ьч (ТУШ) показана его г.заимоссязь со сложностью ГГУ и ТИШ. Показано, что в результате деконцентриции горных работ, изменения протяженности сх-ш горных выработок ухудшаются условия стабильной работы очистных забоев (растет неравномерность углапотока. снижается надежное^, общешахтных подсистем, появляется "узкие места" н др.).

■ дкя поддержания производительности труда с учетом изменения (Мр;.'п-^ум концентрации горних работ и пропорций инфраструктуры ||ч;>1;/. ¡си нипостиционная поддержка (АК0) на период модернизации . йч 1 .1 1.1 время (ЛТ):

1МЛТ» - Г„ 1 (л41 1'"' !ЛЧ ехр(Р, ДК0 - 1-'.,.'ЛТ„)

(3.6)

- )Ъ -

где л - мощность пласта, и: I - длина очистного забоя, м: п -чиспо лав, приходящихся'на 1000 г; Ь длина полдзрзшаасмнх горних выработок, пршлшпчихся на 1000 т: АК0 - ежегодные капитальные затраты на 1000 т добычи, руб; АТ0 - интервал прогноза, лет. В диапазоне значений т £ (1.5 - 4.0): 1 в (50 - 300); п С (0.3 -3.0); I £ (1.5 - 15.5) параметры (3.6) имеют оценки: Р0 » 4.18: О, " 0.55; иг - 0.47; Оз - 0.75; н4 - 0.85: (1, - 0.1?. КГ4 ; рг 0.1510г.

Предлагается оптимизационный подход в пыборе основных технических направлений, обеспечивающих эффективность модернизации иахты.

1. Рационализация запасов и контура горнего отвода с целью исключения некондиционных частей шахтного голя, • сокращения числа, одновременно разрабатываемых ппзстов.

2. Сокращение сети горных выработок за счот уменьшения числа очистных забоев, роста концентрация горных работ и увеличения нагрузки на очистной забой.

3. Формирование единой транспортной сети с сокращением числа ступеней п длнп транспортных потоков, снижение коэффициентов не-ранномерности грузопотокдв и увеличение пропускной способности.

4. Интенсификация горных производства на базе технического перевооружения за счет применения 0!!Н нового уровня, адоптирован-' инх к конкретным горно-геодогическин условиям.

Перечисленные направления конкретизируется (¡мбором ТР при их ептшшэации по минимуму уровня сложности инфраструктуры тахтн:

Ф • Зг„и - II Ми (0) - й)1п (3-7)

<сг ¡а

при ограничениях ¡¡а эффективность модернизации Е' и при дифференцировании сроков окупаемости проекта я величине общих кагштдльнад затрат Н* .т.е.,

кг,Я)

Ш ¿хи'(ЛСп/ЛКи) > г ;

11 х>гЛКп<.||им) С .V ,

/ь! 4 С/

где I, J - множество технических направлений (I) и альтернатив (.Л ТР: ЛСи - снижение эксплуатационных затрат при выборе Ш) -го варианта; ЛК1} - дополнительные капиталовложения на реализацию ПЛ - го варианта;

Кроме оптимизационно.! программы (3.7)-(3.9) можно рассмотреть критерий максимума прироста срсднедействукшей нагрузки на очистной забой с учетом ограничений общего объема капитальных затрат на осущестпленив проекта модернизации шахты.

С диссертации подробно изложено ГЭО проекта модернизации АООТ "шахта им. С.М.Кирова", иллюстрирующее возможности предложенных теоретических разработок, их эффективность. Указаны перспективные исправлении поэтапного осуществления программы модернизации н технического перевооружения шахт АООТ "Лекинскуголь", свидетельствуклчис о более нипком уровне инвестиционной поддержки (в 2.0-2.5 раза) по ерлвншш'» с освоением новых производственных "ощиостей. Это позволяет обеспечить сочетание днух альтернатив в процессе реструктуризации потенциала действующих и новых угольных районов Кузбасса.

В диссертационной работе дано научное обоснованно параметров горного производства, обеспечивающее оптимальное проектирование высоконагружешюго 3360:1 при модернизации дейс гиунмцих шахт.

Выполнение исследования позволяют сделз'.ь следующие выводы:

1. Анализ параметров горного производства действующих шахт Кузбасса подтверждает общую тенденцию ухудшения добротное>и их 1С (более 65%): увеличение сложности горно-геологических условий (до 40%), переход на большие глубины (свыше 10%) и накопление "узких мест" (примерно 15»), приводящих не только к снижению технически возможных нагрузок на КМЗ (в среднем на 18%) от базового уровня 1250 т/сут. но и существенному увеличению ресурсоемкое™ угледобычи (примерно в Я.4 раза и более к уровню 1980 г.).

2. Установлено, что важнейшие параметры технологии горного производства; интенсивность и концентрация между собой аналнти-

Заклзочениг

чески взаимосвязаны и обусловлены по времени изменением г.лфраст-руктуры геосистемы угольной шахты, определявшим ее техлшко-эконо-мичеекий уровень, при этом разниьх основных 131! измищется в диапазоне значений от 1.8 до 4.2 раза, что предполагает альтернат!.л-ность подхода к проектам развития дейстаукчнх шахт с позиций обеспечения их конкурентоспособности.

3. Разработанная многоуровневая инфорчацнонно-т.-кнологичес -кая модель проектирования ВИЗ позволила исследовать ылшмосвяэь ресурсно-времешшх характеристик технологических процессов очистных работ, адаптации и надежности ОМК. обеепечипгмцих повышение коз(М'Ициента надшитого времиш до уровня 0.55 - 0.70 за счет применения гибких технологий и многомашинной отработки злбоя, перс-хода к малооперационности и модульности (агрегатнзности) ÏC ВН'З. Оптимизация параметров ВНЗ осуществлена в диапазоне длин лавы 150 - 300 м. запасов столба 1.5 - 6.0 млн.г. вариацией теоретической нагрузки на забой 2500 - 12500 т/сут и ег взаимосвязи с техническим ресурсом ОМК и допустимым уровнем коммерческой нагрузки, спя-заной с нижней границей производительности труда (Pt, ? 6 т/лих; 150 т/мес) и себестоимости угля (Си < 25 тыс.руб/т. в ценах 1904 г. ) .

4. Показано, что в результате дикопцентрации горних работ, увеличения протяженности сети ьирабогок. с>ш»:еиил нагрузки на среднедействугащий забой, их обцего количества в конкретных 1УУ (<и> ■» 1,3-3.6) нелинейно во примени растет уровень сложности ТИШ. обратнопропорциоиальный критерию ге технического уровня (ТУШ). При этом установлена количественная связь елокнисги ТИШ с параметрами производительности шахты, трудоемкостью и фондоемкостью горного производства, который определяют альтернативы ТР яодьрнизацни и технического перевооружения шахты.

5. Обоснованы границы технико-эконо/я»ческой целесообразное!« i возможной эффективности проектов модернизации шахт за счет создания ВНЗ н сокращения уровня сложно«ш ТЫ. Доказано, что наибольший эффект дифференцированного выбора ТР при модернизации 5ействующих шахт Кузбасса достигается дли груши w предприятии [при производительности Дj > 2.0 млн. т/год). jl.'i,; "мал;,к" и "средни* шахт возможны варианты их объединении с: рмиюна.щ.здит'И тех -юлогических систем и границ горамх отяодоп.

6. На конкретно« примере анализа проекта м^дцшчзииш AOu'i

"шахта им. С.М.Кирова" и обобщения стратегии технического перево-орудышл предприятий АО "Ленинскуголь" показана объективность в инь-эстнциоином плапе (снижение капиталовложений с 2. С - 2.5 раза) лодд^рлки угольного потенциала действующих ша^т а единой програм-

7. Получерные научниз результаты и их конкретное применение для услоаии и параметров горного производства позволяют также определить важнепигле награилеиил ргавитня шахтного фонда угольной промышленности КНР с учетом рыночнмх отношений мирового сообщества. схладыззкднхоя на рубеже 2000 года.

ОскоЕнде положения диссертации опубликоианы в следующих работав:

1. Вш.е1 хании В.Н.. Юй Шен-нэнь. Оптимизация параметров вы-соконагруменного забоя (ВИЗ; с учетом уровня обеспечения безопасности хизнед&ятельносш шахты /Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах: Тез. докладов Всерос. науч.- практич. конф. 23-25 мая 1994г. - Кемерово. 1994. С.64-66.

г. Вьшегжашша К.И.. Русаков С.П.. Юй Шен-вэнь, Анализ влияния сложности инфраструктуры шахгы на уровень конкурентоспособности ТЭП / Научно-технические проблемы подземного ¡1 надземного строительства: Сб.науч^тр. - Кемерово, 1995. С, 190-1ЭД.

3. Внлегганин в.Н.. Хомяк П. с!, йй Шен-вэнь и др. особенности технологической подготовки горных работ при создании высоко-нагруженных забоев (ВИЗ) / Научно-технические проблемы подземного и надземного строительства: Сб. науч.тр. - Кемерова 1995.

Оахаъ £04. Тираж 100 ока. Псчхть о^^тнал.

I п.л. ['оряьу Ю/.'<1/1 о ■__._

Тшюглф'.я ¿(у:-.5поокого госу/.арзтеенного тох-

* гл'О.К ¿/.»рои о, ул. К1«ши>&риайзк«ш,115

не реструктуризации Кузбасса.

С.198-213.

' г •'■'• ■ •