автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Выбор рациональной инфраструктуры шахты с учетом надежности ее основных звеньев

Министерство топлива и энергетики Российской Федерации Российская Академия Наук

ННЦ ГГГ - Институт горного дела им. А. А. Скочинского

На правах рукописи

Екатерина Викторовна МУРОВА

Р Г В 0 ' 2 7 ОКТ 1398

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ШАХТЫ С

УЧЕТОМ НАДЕЖНОСТИ ЕЕ ОСНОВНЫХ ЗВЕНЬЕВ (НА ПРИМЕРЕ ПРОЕКТИРУЕМЫХ ШАХТ ВОСТОЧНОГО

ДОНБАССА)

Специальность 05.15.02 - «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в лаборатории «Вскрытие и подготовка шахтных полей и совершенствование шахтного фонда» им. М.И. Устинова Института горного дела им. A.A. Скочинского.

Научный руководитель - проф., докт. техн. наук В.И. Ильин.

Официальные оппоненты:

проф., докг. техн. наук A.B. Стариков, вед.н.с., канд. техн. наук Д.Т. Горбачев

Ведущее предприятие - Горный институт по проектированию предприятий угольной промышленности ЗАО «Гипроуголь», г. Новосибирск.

Автореферат разослан Q/CfruQ. ~ffi~ 1998 года.

Защита диссертации состоится

4 М<рЛ<?к/и-<1— 1998 г. в /С. на заседании диссертационного совета К. 135.05.03. Институт;

горного дела им. A.A. Скочинского.

С диссертацией можно ознакомиться в секретариате ученого совета института.

Отзывы в двух экземплярах просим направлять по адресу: 140004. Г. Люберцы Московской обл., ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского.

Ученый секретарь диссертационного совета проф., докг. техн. наук

И.Г. Ищук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований

Проведение экономических реформ на пути к рыночной экономике предусматривает реструктуризацию большинства отраслей промышленности страны, включая ТЭК, и сопровождается негативными тенденциями, что создает непосредственную угрозу энергетической безопасности России.

Реструктуризация угольной промышленности России имеет целью формирование конкурентоспособных стабильно работающих по принципу самофинансирования угольных предприятий, по техническому уровню соответствующих мировым стандартам.

В мировой практике созданы высокопроизводительные комплексы для очистных работ, способные обеспечить добычу от 5000 до 10000 т/сут. и более в одном очистном забое. Однако состояние инфраструктуры не только действующих шахт, но и недавно запроектированных шахт России не позволяет обеспечить эффективное применение высокопроизводительных средств добычи угля.

Достижение мировых стандартов угледобычи возможно на основе: совершенствования инфраструктуры шахта, базирующейся на всестороннем обосновании ее рациональной структуры с оценкой эффективности инвестиций, обеспечивающих строительство предприятия нового технического уровня и последующее его развитие для высокотехнологичной и эффективной отработки благоприятных участков месторождений, что и определяет, актуальность работы.

В условиях реструктуризации угольной отрасли особую актуальность эта задача имеет для шахт Восточного Донбасса, где наряду с ликвидацией убыточных предприятий осуществляется проектирование и строительство новых высокопроизводительных шахт.

Диссертационная работа непосредственно связана с проводимыми в ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского исследованиями по программе "Уголь России" (тема 01100217100,1996 г.).

Цель диссертационной работы

Целью диссертационной работы является разработка методики обоснования и выбора рациональной инфраструктуры шахты нового технического уровня с оценкой надежности составляющих инфраструктуру элементов и эффективности инвестиций на примере проектируемых предприятий для отработки участков месторождений Восточного Донбасса с благоприятными горно-геологическими условиями.

Задачи исследования

• Формализация формирования исходного множества альтернативных вариантов инфраструктуры угольной шахты и выбора подмножества предпочтительных.

• Оценка надежности горных выработок как основных элементе инфраструктуры угледобывающих предприятий, обеспечивающих стабильна протекание процессов угледобычи.

• Обоснование и выбор рациональной инфраструктуры угледобывающег предприятия на основе интегральных критериев эффективност инвестиционных процессов в динамической постановке (применительно условиям участка «Кадамовский»),

Идея работы

Идея работы заключается в синтезе методов многокритериальное™ отношения предпочтения для формального обоснования и выбор рациональной инфраструктуры шахты с последующей оценкой надежност составляющих ее элементов и технолого- экономической оценкой инвестицш обеспечивающих строительство и развитие шахты нового технического уровня

Защищаемые положения

1. Методика формирования исходного множества альтернативны вариантов и выбора наиболее предпочтительных с учетом экономическс оценки и принятой иерархии элементов инфраструктуры угольных шахт.

2. Установление закона распределения интенсивностей отказов восстановлений в системе подготовительных выработок и зависимое! характеристик эксплуатационной надежности поддерживаемы подготовительных выработок от горнотехнических условий.

3. Модель управления состоянием системы поддерживаемь подготовительных выработок, обеспечивающая эксплуатационную надежное: очистных работ.

4. Результаты оптимизации инфраструктуры шахты для условий шахт "Кадамовская-Западная" АО "Ростовуголь" по интегральным критерия эффективности инвестиционных проектов.

Научное значение и новизна работы

Разработана формализованная процедура формирования исходно] множества альтернативных вариантов инфраструктуры шахты и последующе] выбора наиболее предпочтительных.

Построена модель поддержания горных выработок как основног элемента инфраструктуры шахты и установлена количественная зависимое отказов и восстановлений вышедших из строя элементов и рам крепи в целс для достаточно длительного периода времени.

Разработана экономико-математическая модель задачи выбо; оптимального варианта инфраструктуры шахты на основе интегралы« критериев оценки инвестиций в динамической постановке.

Личный вклад автора

Личный вклад автора заключается в постановке задач и разработ методики исследований, научном обосновании выбора рациональн инфраструктуры шахты, сборе и статистической обработке данных определению законов распределения случайных величин интенсивност

вступления и восстановления отказов крепи горных выработок, доказательстве равомерности использования для моделирования процесса поддержания етода динамики средних, технолого-экономической оценке наиболее редпочтительных вариантов и выбора рациональной инфраструктуры шахты ового технического уровня.

Обоснованность и достоверность результатов исследований одтверждается:

• достаточностью объема использованной статистической информации, аракгеризующей состояние элементов инфраструктуры действующих шахт;

• корректным применением математических методов (теорий множеств, ероятности, надежности), апробированных при решении прикладных задач орного производства при достаточном объеме исследований, с высоким ваченкем критериев достоверности и надежности решений на базе □временной компьютерной техники и современных методов экономической гории;

• практическим использованием в ТЭП шахты "Кадамовская-Заладная" езультатов оптимизации инфраструктуры шахты;

• соответствием результатов исследований основным направлениям еструктуризации угольной промышленности России и региональным рограммам развития угольной отрасли.

Практическая ценность результатов исследований

Практическая ценность работы состоит в том, что реализация формальной роцедуры обоснования и выбора рациональной инфраструктуры шахты озволяет обеспечить ее эффективную работу при нагрузке на единственный чистной забой до 5000т/сут с высокой среднемесячной производительности руда рабочего по добыче около 500т/мес., минимальную протяженность о ддерживаемых выработок, высокую эффективность инвестиций.

Апробация работы

Основное содержание работы и ее отдельные положения докладывались а научных семинарах ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского.

Публикации

По результатам исследований опубликовано 3 печатных работы.

Структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, зложенных на страницах машинописного текста, содержит 4/ таблиц, исунков, списка литературы из /2Р наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Реструктуризация угольной промышленности России представляет собой омплекс взаимосвязанных мероприятий, направленных на преобразование роизводственной, организационной и технической структур отрасли с целью

повышения ее эффективности, адаптации к рыночным отношениям и на этой основе обеспечение стабильного развития угледобывающих регионов. Очевидно также, что реструктуризация угольной отрасли является составной частью проводимых в России взаимосвязанных рыночных реформ ее экономики.

Целью реструктуризации угольной отрасли является формирование конкурентоспособных угольных предприятий на базе перспективных и стабильно работающих на принципе самофинансирования шахт и разрезов, имеющих на своем балансе благоприятные и весьма благоприятные к отработке запасы. Таким образом, проектирование и строительство новых предприятий будет осуществляться только на благоприятных к отработке участках месторождений. До 2000 г. намечается ввести в эксплуатацию 11-12 млн. т/год мощностей новых угледобывающих предприятий.

Сложившийся тип угольной шахты, в т.ч. на месторождениях с условиями, благоприятными для применения средств комплексной механизации, характеризуется разветвленной сетью вскрывающих и подготовительных выработок (с протяженностью поддерживаемых выработок до 300 км), обеспечивающей многозабойную систему очистных забоев (до 12-18 одновременно действующих), с дайной лавы от 100 до 150-200 м, выемочного столба 1000-1500 м, с нагрузкой 1000-1500 т/сут., с коэффициентом машинного времени выемочного комбайна ОД - 0,3, низкой надежностью сета поддерживаемых выработок, высокими затратами на добычу угля, длительным сроками окупаемости (более 10-15 лет) инвестиций, высокой капиталоемкостью создания и воспроизводства мощностей.

В мировой практике (США, Канада, ЮАР, Австралия и др.) достигнуты стабильные и высокие показатели концентрации производства и производительности труда, на порядок превышающие достигнутые на лучших шахтах России.

Сложившийся к настоящему времени дефицит в поставках качественны? энергетических углей на Юге и Западе России для тепловых электростанций может быть закрыт добычей с новых строящихся и проектируемы?! предприятий. Так, в Кузбассе и в Восточном Донбассе, на месторождениях с благоприятными горно-геологическими условиями, должны быть построень: новые шахты, мощностью 1,5-3,0 млн.т в год, которые по своим технико-экономическим показателям соответствуют уровню предприятий мировогс класса.

Анализ исследований, направленных на совершенствование инфраструктуры шахты, оценку надежности ее элементов и эффективносп инвестиций показал следующее:

• недостаточно исследована морфология построения исходноп множества вариантов инфраструктуры шахты, определяющая их топологию;

• имеющиеся исследования по оценке надежности элемента) инфраструктуры шахты охватывают лишь ограниченный круг задач, н<

увязывая эти показатели с эффективностью протекающих в них процессов;

• практически отсутствуют оценки инфраструктуры шахт на основе гатегральных критериев эффективности инвестиционных проектов в динамической постановке.

Техническая целесообразность и экономическая эффективность инфраструктуры шахты достигаются за счет обоснования и выбора рационального сочетания ее элементов, в первую очередь, вертикальных, ааклонных и горизонтальных выработок, соответствующего их расположения и эснащения.

Образующееся при простом переборе сочетаний элементов исходное множество вариантов инфраструктуры шахты не дает четкой картины их совместимости. Необходима система признаков, позволяющая объединить зарианты в однородные группы, с учетом совместимости отдельных элементов з каждом варианте, что позволит сформировать исходное множество вариантов инфраструктуры шахты, отличающихся между собой хотя бы одним элементом.

В этой системе признаки схема и способ вскрытия выделены в самостоятельные уровни, а в качестве подуровней приняты вид капитальных зыработок, количество горизонтов.

Следующими классификационными признаками выделены схема и способ подготовки шахтного поля с подразделением первого на подуровни, эпределяющие общий вид планировки горных работ, и второго -эасположение выработки относительно пласта.

Пятым классификационным признаком выделена схема отработки.

Шестым классификационным признаком выделена система разработки, юдразделяющейся на следующие подуровни: первый определяет схемные эешения развития горных работ, второй - схему проветривания выемочного ^гастка, третий - порядок отработки выемочного столба, четвертый - способ зхраны и поддержания выемочных выработок.

Классификационным признаком, связывающим коммуникации между элементами инфраструктуры, выделен транспорт. Для каждого элемента инфраструктуры характерен свой вид транспорта, обеспечивающий цикличное Ш1 в целом поточное транспортирование угля по выработаам шахты.

Формирование вариантов инфраструктуры с учетом совместимости их элементов, показывает, что исходное множество достаточно велико. Реализация <аждого из них по комплексу критериев даже на компьютере весьма трудоемка I экономически нецелесообразна. В первую очередь необходимо выделите из входного множества по определенным критериям предпочтительное юдмножество вариантов, из которых по отношениям предпочтения тредполагается выделить наиболее предпочтительные.

Поэтому задача формирования наиболее предпочтительного годмножества вариантов инфраструктуры шахты включает следующие этапы:

1. Формализация формирования исходного множества однородных груш вариантов инфраструктуры шахты, с учетом совместимости составляющих к элементов, удобного для осуществления полного перебора.

2. Разработка комплекса критериев, по которому должен оцениватьс каждый вариант инфраструктуры шахты, и процедуры их оценки с цель! выделения предпочтительного множества.

3. Построение формальной процедуры отношений предпочтения с целы выделения из предпочтительного множества вариантов инфраструктур] наиболее предпочтительных.

Схематически исходное множество возможных сочетаний элементе) образующих варианты инфраструктуры шахты можно представить в вид матрицы, где на пересечении строк и столбцов находятся возможные сочетали значений подуровней элементов инфраструктуры шахты с учетом удельног веса каждого из них в целом уровне.

Для каждого уровня и подуровня сформулированы критерии и их групп; в целом, по которым оценивается каждый вариант инфраструктуры. Группа критериев, по которым оцениваются варианты инфраструктуры шахты в цело» представляет собой объединения критериев на каждом уровне, определяемые к 17 технико-экономических показателей. Таким образом, формальная оцего каждого альтернативного варианта инфраструктуры по специальн разработанной количественной оценке в виде системы критериев, позволяс выбрать из них подмножество предпочтительных, имеющие более высоку] оценку, а использование в дальнейшем процедуры отношения предпочтена позволяет выделить из подмножества наиболее предпочтительны применительно к условиям разработки пологого пласта мощностью до 2 м.

Реализация разработанного алгоритма позволила выделить из исходно! множества подмножество предпочтительных, состоящее из 18 вариантов, т которых в последствии было выделено три с наибольшими оценками:

одногоризонтная схема вскрытия с центрально-фланговы расположением наклонных стволов и раздельными грузопотоками из очистнь и подготовительных забоев, панельной схемой подготовки, с обратны порядком отработки столбов, лавами по простиранию, прямоточным (д] негазовых шахт - возвратноточным) проветриванием, бесцеликовой охране выемочных выработок и повторным их использованием;

одногоризонтная схема вскрытия с центрально-фланговь: расположением вертикальных и наклонных стволов, капитальным квершлаго панельной схемой подготовки, отработкой ярусов обратным ходом нисходящем порядке, в зависимости от газовой обстановки прямо- ш возвратноточной схемой проветривания, бесцелиховой охраной выемочнт выработок и повторным их использованием;

- одногоризонтная схема вскрытия с фланговым расположени< вертикальных стволов, капитальным квершлагом, погоризонтной схем! подготовки с отработкой столбов через один лавами по падению, прямо- и возвратноточным проветриванием, бесцеликовой охраной подготавливают»-

шб выработок и с проведением их вприсечку с выработанным эстранством.

Эффективность инфраструктуры шахты определяется ее надежностью, горая в свою очередь зависит ог надежности составляющих ее элементов.

Надежность крепи горных выработок, обеспечивая стабильность этекающих в инфраструктуре шахты производственных процессов, ределяется деформацией ее конструктивных элементов, т.е. переходом рамы ;пи из состояния, когда все ее элементы, включая межрамное пространство нравны, и пучение почвы отсутствует - в состояние, когда один из них |юрмирован и требует замены, ремонта или подрывки почвы. Таких яструктавных частей, однородных по своей структуре, из которых состоит гмент инфраструктуры (система) "Горная выработка" достаточно, почти сконечно много, что говорит о целесообразности использования метода намнкн средних для оценки его надежности.

Пусть имеется система Б, состоящая из большого числа N однородных ементов, каждый из которых может случайным образом переходить из правного состояния в неисправное. При этом предполагается, что потоки бытий, переводящие каждый элемент из одного состояния в другое определены по экспоненциальному закону с интенсивностями, произвольным (разом зависящим от времени. Тогда процесс, протекающий в системе, будет фковский.

Статистическим анализом по данным материалов маркшейдерских делов шахт, граничащих с проектируемым угледобывающим предприятием Садамовская-Западная" были установлены зависимости интенсивности формаций элементов крепи различных типов выработок от времени, )едставленные на рис.1,2.

Рис. 1 Интенсивность отказа крепи вскрывающей выработки Так, длительность времени безотказной работы отдельно взятой рамы репи вскрывающей выработки (металлическая арочная крепь из спецпрофиля 35П-27, и сечением 18-23 м2) является показательным (как показано на рис.1), • плотностью распределения

{(1) = А. е" (

где А. - интенсивность выхода из строя элементов или рам крепи, ед/с; Колеблется в зависимости от вида элемента инфраструктуры от 0,01 до 0,5 более элемент/сут.

Принятое предположение об экспоненциальности эмпирическс распределения времени безотказной работы 1 рамы крепи вскрывают выработки не противоречит критерию "х2 - Пирсона".

Исследование времени восстановления • отказа приведенной вьп элементов рамы крепи по фактическим статистическим данным граничных объектом исследований шахт показывают, (рис. 2), что и это время таю распределено по показательному закону с плотностью

т = (

где ц - интенсивность восстановления (ремонта) элемента или рам крепи, рам/сутки.

Отсюда правомерно считать, что потоки событий, переводящие ран крепи из исправного состояния в неисправное, распределены I показательному закону, а . сам процесс поддержания выработк представляемый в виде непрерывного потока отказов и восстановлений I крепи - марковским.

К-В " "

К-£Ьо.5 8 е>~

•1,сут

Рис. 2 Интенсивность восстановления рамы крепи вскрывающе выработки

Случайная величина Х^О. представляет количество рам креп находящихся в момент I в состоянии Еь., т.е. численность состояния Е* систем] в момент I. Очевидно, для любого момента 1 сумма численностей все состояний равна общей численности элементов:

(3)

Для любого I ХкО) представляет случайную величину, а вообще, при меняющемся 1 - случайную функцию времени.

Чтобы установить характеристики случайной величины Х^) для любого ^ необходимо установить значения интенсивностей переводящие элементы >

у крепи в целом из исправного состояния Ео в неисправное % и наоборот, гаем каждая рама может быть в любом из п (1=1 ^а) возможных состояний.

В вскрывающих и подготовительных выработках при смещении яцающих пород возможны следующие характерные деформации элементов ¡пи, определяющие переход выработки их одного состояния в другое и :бующие немедленного ремонта: деформирован верхняя левый, правый или 1 боковых элемента; деформировано межрамное пространство; поддугае ты в результате пучения пород.

Переходы из одного состояния в другое характеризуются показателями тенсивности отказов ^ и восстановлений щ (с интенсивно стями ответственно б, в, з, р). Значения интесивностей отказов определяется по зультатам обработки данных натуральных наблюдений, а интенсивностей с становлений - по соответствующим нормативным документам.

Граф возможных состояний рамы крепи наклонного ствола, капитального ■ершлага или сборного конвейерного пггрека, показан: на рис.3.

Е4

У*

гр

Ео

/Г

Е,

Рис. 3. Граф возможных состояний. рамы крепи вскрывающей и юдготовительной выработки.

Построив граф возможных состояний рамы крепи выработки и используя лнемоническое правило, предложенное проф. Е.С. Вентпель, можно составить шстему линейно-разностных дифференциальных уравнений. При этом ккомыми переменными являются средние численности состояний получаемые из уравнений динамики средних.

—0 = + |Дрт5(0 + ЦзШ4(0 + (^уй- Я^то^-ХрШоСО-

<

- ЯоШо(0 - 2ХвШо^);

7

Аналитическое решение данной системы уравнений с целью определения средних численностей состояний ть при заданных начальных условиях и ограничениях, целесообразно на компьютере с использованием типовых программ, использующих метод Рунге-Кутга.

На рис.4 показаны полученные зависимости средних численностей состояний от интенсивностей поступления отказов и их восстановлений для различной длины выработки, где приводится количество элементов крепи не соответствующих требованиям ПБ, а также рам крепи с подлежащими ремонту межрамным пространством или подрывкой почвы.

Так изменение любой из интенсивностей к в 2 раза приводит к увеличению числа вышедших из строя элементов и рам крепи в 4 и более раз. В обоих случаях кривые Ыд (1) и N§(2) выходят за пределы уровня дефекгаости, установленные как для транспортных, так и для вентиляционных стволов. Чтобы процесс поддержания, протекающий в выработке соответствовал требованиям ПБ и установленному уровню дефектности, необходимо увеличить интенсивность восстановления, как показано на трафике кривой N§(3), где ц увеличено вдвое, что позволяет соответствовать уровню дефектности для вентиляционных наклонных стволов, и только лишь при увеличении интенсивности ремонтных работ втрое по сравнению с базовой N¿1) удается вписаться в уровень дефектности для транспортных наклонных стволов N§(4).

Коэффициент надежности, определяющий готовность выработки к выполнению предназначенных ей технологических функций, также зависит от изменения величины интенсивности ремонта элементов и рам крепи, как

азано на рис.5. Увеличение интенсивностей ремонта вдвое дает прирост ффиииенга на 0,09, а втрое еще 0,03.

Граф состояний рамы крепи подготовительной выработки имеет логичный вид со вскрывающей, и различается только большей енсивностью поступления отказов. При соответствующих значениях •енсивностей и системе динамики средних были получены результаты тесса поддержания подготовительной выработки. Также был составлен 1раф можных состояний рамы крепи выемочных выработок, на котором был делирован процесс их поддержания н получены количественные оценки го процесса для различных параметров наклонных конвейерного и тиляционного ходков.

н

"V V* Р? Рг V/ V

Рис. 5. Зависимость коэффициента надежности вскрывающей »¡работки от интенсивностей восстановлений и отказов

Результаты моделирования так же показывают, что надежность зывающих выработок выше, чем подготовительных, а тем более выемочных, связано с применением более надежных, но дорогостоящих видов крепи и тствием влияния очистных работ. Следствием этого является минимальныи зень интенсивностей отказов и дефектности вскрывающих выработок, а ке значительные затраты на их поддержание в соответствия с ПБ.

Определение экономической эффективности инвестиционного проекта наиболее предпочтительных вариантов инфраструктуры шахты является км из наиболее ответственных этапов исследований. Он включает шьный анализ и интегральную опенку всей технической и финансовой юрмации с помощью системы показателей: чистый дисконтированныи эд, внутренняя норма доходности, потоки денежных средств, срок -аемости инвестиций. При этом расходы и доходы разнесенные во времени,

приводят (дисконтируют) к одному базовому моменту времени, которым обычно являются дата начала реализации проекта, начала производства продукции или другая условная дата.

В диссертационной работе целью проекта является организация производства и добычи высококачественных энергетических углей на Кадамовском участке Восточного Донбасса.

Размеры шахтного поля шахты «Кадамовская-Западная» по простиранию пласта 7,5 км, вкрест простирания - 1,6 - 4,5 км, площадь - 23 м*. К отработке предусматривается пласт i'2 мощностью от 1,3 до 2,45 м с углом падения от 3° до 15°. Промышленные запасы угля по пласту i!2 оцениваются в 36661 тыс. т (по угольным пачкам) и в 46600 тыс. т добываемого угля (с учетом засорения породой прослойков, кровли, почвы и от проходки всех выработок).

Угли относятся к марке А (группа ЗА) и могут быть использованы в качестве энергетического топлива.

Породы кровли пласта характеризуются как устойчивые, за исключением локальных участков, где будет пррявляться ложная кровля. Непосредственная почва представлена преимущественно сланцами песчаными или глинистыми. Основная почва представлена сланцем песчаным и песчаником.

Содержание метана колеблется от 0,01 до 1,18 м3/г.с.б.м. Пласт не удароопасный. Угольная пыль не взрывчатая. Уголь не склонен к самовозгоранию.

Гидрогеологические условия ожидаются несложные. Ожидаемый приток подземных вод в шахту: нормальный • - 200 м3/час, ^максимальный кратковременный в весенний период - 250 м3/час.

Добыча на шахте «Кадамовская-Западная» будет вестись с использованием высокопроизводительного очистного комплекса КМ 138ТП (изготовитель Юргинский завод ВПК) с нагрузкой 5000 т/сут и проходка горных выработок австрийскими проходческими комбайнами. Получаемая прибыль пойдет на погашение заемных средств и на дальнейшее развитие шахты.

Состояние рынка энергетических углей в данном регионе в настоящее время достаточно благоприятно для успешного развития этого производства и основано на следующих предпосылках:

• незакрытый спрос на энергетические угли, согласно информации БИКИ, составил в 1997 году более 11.5 млн. тонн, что позволяет гарантировано развивать данное производство;

• юг России и Европы являются крупнейшими потребителями угольной продукции с динамичным ростом потребления;

• высокая конкурентоспособность антрацитовых углей Кадамовского участка Восточного Донбасса.

Сметная стоимость строительства по первому варианту в ценах 1995 г. ■ставляет 89.5 млн. руб. в т.ч. СМР-59 млн. руб. Кроме того, затраты на приобретение {Портного оборудования - 2.37 млн. долларов США. Полная себестоимость добычи угля в тех же ценах - 52.7 тыс. руб. при средней цене реализации -146.1 тыс. руб.

Общий объем инвестиций, обеспечивающий выполнение строительно-штажных работ, приобретение очистного, проходческого и транспортного орудования, составляет с учетом НДС и СН 716728 млн. руб., в том числе бственные средства АО «Росговуголь» подлежащие возврату 247596 млн. руб. (35%). литальные затраты и капитализируемые инвестиции, принимаемые на баланс шахты ятляют 634863 млн. руб., где доля собственных средств АО «Росговуголь» врастает до 39%.

Программа продаж определена исходя из направлений использования эдукции шахты в соответствии с «Ходатайством о намерениях по строительству хты «Кадамовская-Западная» АО «Росговуголь» от 14.12.1995г: коммунально-говые и энергетические нужды. Объемы продаж и доход от реализации составляют таетственно 1498.4 тыс. т и 218899 млн. руб.

Налоги и платежи за счет результатов финансовой деятельности рассчитаны в тветствии с действующей в 1995 г. нормативной базой, а подоходный налог с том льгот по налогообложению прибыли, направляемой на капитальное оительство. Полученный по проекту уровень себестоимости значительно ниже, чем аналогичных шахтах, а уровень рентабельности возрастает с 4-го по 6 год жизни екта от 47 до 114%.

В мировой практике для оценки инвестиционных проектов используются егральные критерии эффективности: Net Present Value (NPV) - чистая современная шость, Internal Rate Return (IRR) - чистый дисконтированный доход, фок лаемосги инвестиций и др., которые основаны на использовании сонтированного потока (Discounted Cash How) инвестиций, текущих расходов и льтатов реализации проектов.

Основные показатели эффективности инвестиций, вкладываемых в 'ительство и развитие шахты "Кадамовская-Западная", приведены в табл.1.

Таблица 1

Основные показатели эффективности инвестиций.

. Наименование показателей ; -

^.Еданйцай; ' измерения:

показателей

Капитальные затраты, принятые к коммерческой оценке, всего

млн. руб.

522521

в том числе: - строительный период; _- период эксплуатации;

млн. руб.

338974 183547

Потребность в оборотном капитале за период жизни проекта

млн. руб.

29330

Продолжение табл. 1

Общие инвестиционные издержки с учетом потребности в оборотном капитале млн. руб. 551851

Текущая стоимость общих инвестиционных издержек млн. руб. 393300

Чистая текущая стоимость проекта млн. руб. 187710

Внутренняя норма доходности % 21.3

Индекс доходности(рентабельность инвестиций) % 1.48

Срок окупаемости инвестиций: - с начала получения прибыли. лет 6.5

Чистый дисконтированный доход (ЧДЦ) или чистая современная стоимость (ИРУ) рассчитывалась как сумма текущих эффектов за весь период жизни проекта, приведенная к начальному шагу путем их умножения на коэффициент дисконтирования ои/

I

Э инт= ЧДД =£ с^ Э1 (5)

1=0

где, Э1 -эффект достигаемый на 1:-ом шаге, млн. руб.

СС( -коэффициент приведения разновременных затрат, доли ед.

Внутренняя норма доходности (ВНД) представляет норму дисконта, при которой суммарный интегральный эффект проекта (ЧДД) становится равным 0, т.е. если весь проект выполняется только за счет заемных средств, то ВНД равна максимальному проценту, под который можно взять этот заем с тем, чтобы суметь расплатиться из доходов от реализации проекта за время, равное горизонту жизни проекта.

т Э( т к,

пт = 2--- I-=о. (6)

1=0 (1+Еы)' (1+Евн)'

Если расчет ЧДД инвестиционного проекта дает ответ на вопрос, является он эффективным при некоторой заданной норме дисконта (Ещ,), то ВНД проекта определяется в процессе расчета и затем сравнивается с требуемой инвестором нормой прибыли на вкладываемый капитал. Решение уравнения (6) методом итерации дает значение внутренней нормы доходности проекта и организации угледобычи на шахте "Кадамовская-Западная" равное 21.3%.

Таким образом, окончательно установлена достаточная эффективность проекта строительства шахты с инфраструктурой 1-го варианта наиболее предпочтительного множества, где внутренняя норма доходности превышает барьерную ставку на предложенные кредиты на 8.3% и дает инвестору достаточные гарантии по их выплате.

Проведенные расчеты по определению инвестиционных издержек по 2-у и 3-му вариантам из наиболее предпочтительных инфраструктур шахты оказали следующее. При прочих равных условиях инвестиционные издержки -го варианта превышают 1-й на 12.3%. Прежде всего по статьям «Машины и борудование», «Производственные здания и сооружения» и составляет на ериод строительства 804885,5 млн. руб. (в ценах 1995 года ).

Более значительны инвестиций в 3-й вариант инфраструктуры шахты, где ни составляют 994818,5 млн.руб. или превышают 1-й вариант на 38.8% по тем :е статьям.

Причинами роста инвестиционных издержек по 2-му и 3-му вариантам, вляются большая стоимость машин и оборудования для вертикальных одъемов, также как и стоимость проведения вертикальных вскрывающих ыработок по сравнению с наклонными.

Аналогично для 2-го и 3-го вариантов были просчитаны показатели ффективности вкладываемых инвестиций, а сравнения с вариантом 1 показаны а рис.6.

Данные показывают, что при определенном доходе от реализации родукции (рис. 6а), чистый доход при 1-м варианте превышает 2-й на 19, а 3-й а 32 млрд.руб. за период жизни проекта. Себестоимость производимой родукции не различается столь значительно, как чистый доход за период сизнн проекта, а налоги, практически, мало изменяются, следуя небольшому осту доходов за указанный период.

Потоки денежных средств показаны на рис.66, где тенденция оложительного сальдо, накопленных свободных денежных средств охраняется на весь период жизни проекта и говорит о его достаточной ривлекательности. При этом уровень, остающихся в распоряжении шахты, енежных средств по первому варианту на более чем 12 млрд. руб. больше, чем о второму варианту, и до 28 млрд. руб. по третьему.

Чистая текущая стоимость доходов проекта определяется приведением, о принятой ставке дисконтирования, ежегодных доходов к временной точке ачала строительства. Протекание во времени данного процесса показано на ис. 6в, где после завершения переходного процесса (строительство шахты) Уступает стабилизация и при этом чистые текущие доходы по первому арианту превышают как второй, так и третий варианты инфраструктуры гольных шахт.

Срок окупаемости вложенных в строительство шахты инвестиций пределяется по точке пересечения кривой накопленного чистого текущего ;охода с осью абсцисс (рис. бг). Срок окупаемости второго варианта на 5, а ретьего на 13 месяцев выше, чем по первому варианту.

Из изложенного можно сделать однозначное заключение, что из трех [аиболее предпочтительных вариантов инфраструктуры шахты нового ехнического уровня наиболее эффективен первый вариант, который и принят к азработке ЗАО "Гипроуголь", обеспечивая высокую конкурентоспособность родукции шахты "Кадамовская-Западная" на рынке энергетических углей.

Сравнительный анализ предпочтительного множества вариантов

а. 5.

Рие.б.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных автором исследований в диссертационной боте предложено новое решение актуальной научной и практической задачи основания и выбора рациональной инфраструктуры шахты с учетом дежности сети выработок, базирующееся на предложенных методах деления наиболее предпочтительных вариантов, динамики средних и оценки фективности инвестиционных проектов по интегральным критериям, [екяцее существенное значение для повышения эффективности угольного оизводства в рыночных условиях.

Основные выводы, научные и практические результаты работы ■слючаются в следующем:

1. Выявлена структура и принята иерархия уровней признаков элементов фраструктуры угольных шахт для формального конструирования исходного гаже ства вгржигтоз.

2. Разработан алгоритм выделения из исходного множества ьтернативных решений по инфраструктуре угольной шахты едпочтительных вариантов на многокритериальной основе и сокращения ого множества по отношениям предпочтения.

3. Доказана правомерность и целесообразность использования дня »делирования процесса поддержания горной выработки как составного емента инфраструктуры угольной шахты метода динамики средних.

4. Установлены законы распределения интенсивностей отказов и сстановлений в системе подготовительных выработок и зависимости сплуатационной надежности поддерживаемых подготовительных выработок горно-технических условий.

5. По результатам обработки натурных наблюдений разработаны модели ддержания вскрывающих, подготовительных и выемочных выработок, 'Зволяющие устанавливать характеристики их надежности в любой момент емени. Получены конкретные количественные зависимости процесса >ддержания вскрывающих, подготавливающих и выемочных выработок с арокой вариацией исходных данных, начальных условий и имеющихся раничений.

6. Для условий шахты "Кадамовская-Западная" реализация зработанного алгоритма и оценка вариантов, позволила выделить три рианта инфраструктуры шахты с наиболее высокими оценками:

• одногоризонтная схема вскрытия с центрально-фланговым сположением наклонных стволов, что позволило разделить грузопотоки из истных и подготовительных забоев, панельной схемой подготовки, с ¡ратным порядком отработки столбов, лавами по простиранию, прямоточным юветриванием (для негазовых шахт - возвратноточным), бесцеликовой раной выемочных выработок и повторным их использованием;

• одногоризонтная схема вскрытия с центрально-фланговый расположением вертикальных и наклонных стволов, капитальным квершлаго.ч панельной схемой подготовки, отработкой ярусов обратным ходом нисходящем порядке возвратноточной (прямоточной) схемой проветриванш бесцеликовой схемой охраной выемочных выработок и повторным и использованием;

* одногоризонтная схема вскрытия с фланговым расположение] вертикальных стволов, капитальным квершлагом, погоризонтной схемо подготовки с отработкой столбов через один - лавами по паденик возвратноточным проветриванием (а для газовых шахт прямоточным), охраной подготавливающих столб выработок путем проведения их вприсечку выработанным пространством.

7. Выполнена экономическая оценка эффективности инвестиционны вложений в строительство шахты «Кадамовская-Западная» АО «Ростовуголь» различными вариантами инфраструктуры по интегральным критериям динамической постановке с последующей оценкой устойчивости проекта.

8. В результате проделанной работы наиболее целесообразная рациональная инфраструктура шахты «Кадамовская - Западная» базируется в одногоризонтной схеме вскрытия с центрально-фланговым расположение наклонных стволов с разделением грузопотоков из очистных забоев е центральные, а из подготовительных - на фланговые, с погоризонтной схемо подготовки, обратным порядком отработки столбов лавами по простер аник возвратноточным проветриванием, бесцеликовой схемой охраны выемочны выработок и повторным их использованием, которая по инвестиционны издержкам на 12-38 % ниже, чем по 2-му и 3-му наиболее предпочтительны вариантам. Чистый дисконтированный доход по 1-му варианту значительв выше, а срок окупаемости на 5 и 13 месяцев меньше, чем по другим вариантам

9. Проведенная экономическая оценка свидетельствует о достаточу высокой эффективности проекта: доход за период оценки почти на 50' превысил инвестированный капитал, внутренняя норма доходности в 1.6 ра: выше принятой в проекте нормы прибыли на капитал и соответству( требованиям зарубежных инвестиционных фондов к доходности инвестиций высоким уровнем риска. Срок окупаемости капитальных затрат (с начш получения прибыли) в 1.5 раза ниже, сложившегося в угольнс промышленности.

10. Выбранный оптимальный вариант инфраструктуры шахт "Кадамовская-Западная" является устойчивым, независимым от колебат спроса и цен на продукцию.

Основные положения диссертационной работы опубликованы следующих работах автора:

1. Мурова Е.В. О целесообразности выбора рациональщ инфраструктуры шахты при высокой концентрации работ на месторождениях

тагоприятными условиями. Научные сообщения Института горного дела им. .А. Скочинского. Выпуск 304.-М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1997 г.

2. Мурова Е.В. Надежность инфраструктуры угольной шахты, епонирована в МГТУ 15.07.98, справка № 136.-М..МГТУ, 1998 г.

3. Пешков U.C., Мурова Е.В. Оценка инвестиционных проектов гроительства шахты "Кадамовская-Западная" АО "Ростовуголь". епонирована в МГГУ 15.07.98, справка № 135.-М.:МГГУ, 1998 г.

б'/.-^-б/^'З-о

Российская Академия Наук Министерство топлива и энергетики Российской Федерации

Национальный научный центр горного производства Институт горного дела им. A.A. Скочинского

Мурова Екатерина Викторовна

Выбор рациональной инфраструктуры шахты с учетом надежности ее основных звеньев ( на примере проектируемых

шахт Восточного Донбасса)

Специальность - 05.15.02 "Подземная разработка

месторождений полезных ископаемых''

Диссертация на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Научный руководитель проф., докт. техн. наук Ильин В.И.

Москва - 1998г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.................................................

Глава 1. Анализ состояния эффективности угледобычи и совершенствования инфраструктуры угольных шахт ...............

1.1. Состояние запасов и шахтного фонда, обеспечивающих высокотехнологичную отработку запасов шахтных полей ..........

1.2. Повышение эффективности угледобычи на базе реструктуризации шахтного фонда...............................

1.3. Анализ и систематизация инфраструктуры шахтного фонда и ее основных звеньев.........................................

1.4. Основные направления повышения технического уровня инфраструктуры шахт...........................................

1.5. Анализ исследований, направленных на повышение

эффективности инфраструктуры шахты и оценку ее надежности.....

Выводы по главе 1.............................................

10

10

15

21

31

38 46

4

Глава 2. Обоснование рациональной инфраструктуры при проектировании угольных шахт .................................

2.1. Основные требования к инфраструктуре проектируемых 2.2. Конфигурация вариантов инфраструктуры угольных

шахт..........................................................

2.3. Формализация построения исходного множества вариантов инфраструктуры угольной шахты................................. 61

2.4. Алгоритм оценки и выделения наиболее предпочтительных

вариантов инфраструктуры угольных шахт........................ 68

Выводы по главе 2.............................................. 81

Глава 3. Исследования надежности элементов инфраструктуры 83 угольных шахт................................................

3.1. Обоснование надежности состояния крепи горных 83 выработок....................................................... 86

3.2. Методы исследования надежности горных выработок.......

3.3. Статистический анализ факторов, оказывающих влияние на 92 надежность элементов инфраструктуры шахты......................

3.4. Моделирование процесса поддержания горных выработок, 96 как основных элементов инфраструктуры шахт.....................

3.5. Оценка надежности процесса поддержания выработок Ю2 инфраструктуры угольных шахт................................... НО

Выводы по главе 3.........................................

Глава 4. Экономическая оценка и выбор рациональной инфраструктуры проектируемой шахты «Кадамовская-Западная»..... Ш

4.1. Общие положения......................................

4.2.Маркетинговые исследования конкурентной способности углей Восточного Донбасса.................................... ^^

4.3.Краткая горно- техническая характеристика шахты

110

«Кадамовская- Западная».......................................

4 . 4 .Организация строительства шахты...................... 130

4.5.Инвестиционная оценка предпочтительных вариантов рациональной инфраструктуры угольной шахты.................... ^34

4.6.Выбор рационального варианта инфраструктуры угольной шахты........................................................ -^б

Выводы по главе 4........................................ 1 ^9

Выводы по работе.........................................

Список используемой литературы...........................

ВВЕДЕНИЕ

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) России - это стержень экономики страны, обеспечивающий жизнедеятельность всех отраслей народного хозяйства и формирование значительной части бюджетных доходов и основной доли валютных поступлений. В России сосредоточено 12,9% мировых разведанных запасов нефти и 15,6% ее добычи, 3 6,4% разведанных мировых запасов газа и около 31% его добычи. Разведанные запасы угля равны 12.4%, а прогнозные оцениваются как 30% мировых. Доля ТЭК в экономике страны составляет в общем объеме промышленной продукции около 30%, в доходной части федерального бюджета 38% (в том числе по промышленности 62%),а в общем объеме экспорта около 50%.

Распад Советского Союза и наступивший общеэкономический кризис (падение ВВП России с 1990 года по 1995 год составило около 50%) , негативно отразился на топливно-энергетическом комплексе. По сравнению с максимально достигнутым уровнем в 1995 году добыча угля сократилась примерно на 36%, газа более чем на 5%, производство электроэнергии на 20%.

Сложившийся к настоящему времени значительный дефицит в поставках энергетических углей (более 2 0 млн.т)на электростанциях страны, привел к тому, что во многих регионах сложилась критическая ситуация, возросла вероятность крупных аварий на объектах энергоснабжения, что повышает опасность угроз технического и природного характера, особенно при их наложении на экономические и социально-политические кризисные ситуации. Недостаток новых производственных мощностей по добыче энергетических углей, чреват нарушением стабильности функционирования многих звеньев ТЭК, деградацией экономики и общества, затруднением выхода России из кризиса.

Занимая одно из ведущих мест на мировом рынке угля Российская Федерация тем не менее испытывает значительные Трудности на пути реформирования угольной промышленности, требующей значительного повышения эффективности угледобычи и конкурентоспособности предлагаемой продукции, которые осуществляются при постоянном сокращении государственной поддержки угольной отрасли.

Компанией *Росуголь" совместно с Национальным научным центром горного производства ИГД им. A.A. Скочинского, разработана про-

грамма повышения эффективности, технического уровня и реструктуризации угольной промышленности, рассчитанная до 2005 года, позволяющая вывести угольную промышленность из состояния стагнации и убыточности, несмотря на государственную финансовую поддержку на качественно более высокий и экономически обоснованный уровень.

В основу этой программы положен синтез передовых достижений отечественной и зарубежной горной науки и практики применительно к наиболее благоприятным горно-геологическим условиям сырьевой базы российской угольных регионов России. Реализация программы позволит целому ряду проектируемых и строящихся в настоящее время шахт и разрезов России подняться на качественно новый уровень, не уступающий наиболее эффективным угледобывающим предприятиям мира.

При обосновании и проектировании таких шахт, в частности, был использован крупный задел НИОКР по созданию "шахты будущего", полученный еще в 70-80-е годы в ИГД им. A.A. Скочинского и МГИ под руководством профессоров A.C. Кузьмича, А.П. Судоплатова, A.C. Бурчакова с участием всех основных научно-исследовательских, проектных и конструкторских организаций бывшего Минуглепрома СССР.

Прежде всего в проектах в качестве основы формирования инфраструктуры тл- топологии угледобывающего предприятия нового технического уровня заложены такие прогрессивные принципы, как «шахта-пласт» и «шахта-лава», где количество одновременно разрабатываемых пластов на шахте один, число очистных забоев, как правило, также один при отсутствии резервного очистного фронта.

Главным требованием при этом выступает обеспечение высокой концентрации горных работ, при которой нагрузка на очистной забой составляет до 10 тыс. т в сутки (в зависимости от мощности разрабатываемого пласта и других основных горно-геологических параметров) , что превышает средне достигнутую в 5-10 раз; на порядок сокращается протяженность поддерживаемых на шахте горных выработок, до минимума сводится ступенчатость транспорта и т.п.

Другой отличительной способностью шахт нового технического уровня является то, что они проектируются с инфраструктурой с простейшей схемой вскрытия, как правило, наклонными стволами по пласту. Это позволяет существенно снизить первоначальные капитальные затраты и сократить сроки сооружения угледобывающих предприятий. Наконец, механизация всех основных производственных процессов на

этих шахтах предусматривается с помощью высокопроизводительного оборудования повышенной надежности и индивидуального изготовления, для конкретных условий вновь вводимого выемочного участка шахты. К этим комплексам можно отнести КМ-138, КМ-142, КМ-144, КМ-14 6, ^Лонгволл", КМК 700/800, КМКЛ, МКД-90, МКД-90С0, 'Донфалия" и др.

Таким образом, в качестве конкретных основных направлений повышения технического уровня угледобычи программой предусмотрено:

• концентрация очистных работ с доведением нагрузок на лавы до нескольких тысяч тонн в сутки с переходом на технологические схемы «лава-шахта» для шахт мощностью до 1,5-2 млн. т в год и «лава-горизонт» или «лава-пласт» для более крупных предприятий с тем, чтобы количество действующих очистных забоев не превышало двух-трех на шахте;

• перестройка инфраструктуры шахты и, прежде всего, горного, транспортного и вентиляционного хозяйства шахт, обеспечивающая увеличение размеров выемочных полей до 2-4 км, существенное повышение сечений выработок с целью размещения современного транспортного оборудования, пропуска при этом необходимого количества воздуха для проветривания и безаварийную работу транспорта при значительной концентрации угольных грузопотоков;

• создание высокопроизводительного и надежного очистного оборудования индивидуального изготовления, ориентированного на длину очистных забоев до 300 ми суточные нагрузки до 10 тыс.т;

• решительный отказ от разработки запасов в сложных горногеологических условиях на всех перспективных и стабильных шахтах.

Для существующего шахтного фонда с устаревшим горным хозяйством довести технический уровень очистных работ до мирового уровня возможно лишь на единичных действующих и большинстве проектируемых предприятиях, где вскрытие и подготовка пластов соответствуют современным требованиям.

Другим направлением повышения эффективности угледобычи является реструктуризация отрасли, которую предусматривается провести в два этапа. На 1 этапе (1993-1994 гг.) предусматривалось создать условия для повышения эффективности использования средств господ-

держки, и ввести в действие механизм реализации основных направлений реструктуризации угольной промышленности.

Эта задача в основном выполнена. Полностью упразднена жесткая система централизованного планирования, ликвидирована система фиксированных цен на уголь с обеспечением 100 % бюджетных дотаций угольным предприятиям.

В ходе 2 этапа (1995-2000 гг.) намечается осуществить глубокие структурные преобразования в производственной и социальной сферах, создать действенный механизм экономического регулирования добычи, переработки и реализации угля, обеспечить эффективное функционирование отрасли в условиях рыночной экономики.

В настоящее время их 194 шахт угольного фонда России 37 шахт рассматриваются как перспективные, на которых прогнозируется рост добычи угля с 54215 тыс.т в 1995 г. до 67800 тыс.т в 2000 г. и 54 шахты отнесены к стабильным. Остальные шахты должны быть закрыты.

Итоги реструктуризации угольной отрасли на начало 199 6 г. могут быть оценены следующими показателями. За 1994-1995 гг. прекращена добыча на 37 особо убыточных шахтах, увеличен объем добычи на перспективных шахтах на 1,4 млн.т, увеличена на 13% нагрузка на забой, возросла на 1,6 % доля добычи угля открытым способом. Особо стоит отметить рост на 7,5% среднемесячной производительности угля рабочего по добыче угля. Количество бригад, достигших добычи 500 и более тыс. т угля в год, выросло до 42 (против 32 в 1994 г.). Численность работающих в отрасли на 01.01.96 г. сократилось на 10,4% к уровню прошлого года.

Необходимо все имеющиеся инвестиционные возможности направлять на освоение высокотехнологичных и благоприятных к отработке запасов, к которым, в первую очередь, можно отнести запасы проектируемых шахт Восточного Донбасса, Ерунаковского района Кузбасса и т.д. Вложенные инвестиции в строительство новых угольных предприятий мирового уровня будут достаточно эффективно использованы, что подтверждается высоким дисконтированным доходом, достаточно высокой внутренней нормой прибыли и минимальным сроком окупаемости инвестиций.

Вопросы надежности играют большую роль при установлении параметров инфраструктуры шахты, и прежде всего, ее основных элементов: очистных, подготовительных и вскрывающих выработок. Нельзя

также решить вопрос о максимальной концентрации горных работ без учета надежности инфраструктуры шахты.

Достаточность надежности инфраструктуры шахты, основываясь на накопленном опыте и исследованиях в этой области, можно сформулировать следующим образом: 1) упрощение технологических схем вскрытия и подготовки шахтного поля с целью создания предельно простой сети подземных горно-капитальных и подготовительных выработок при минимальной их протяженности; 2) упрощение технологических схем внутришахтного транспорта путем сведения до минимума количества пунктов перегрузки; 3)повышение надежности горно-шахтного оборудования до уровня, обеспечивающего нормальное функционирование инфраструктуры при максимально-возможной концентрации горных работ; 4)создание избыточных мощностей по пропускным способностям всех основных технологических элементов инфраструктуры; 5) создание на поверхностном комплексе шахты резервных бункерных емкостей или резервного склада угля при нагрузке на лаву до 7-10 тыс.т/сутки.

Учитывая перспективу развития новых и благоприятных к отработке проектируемых участков шахтного фонда для обеспечения энергетической безопасности России и достижения мировых стандартов угледобычи, а также актуальность проблемы выбора и оценки рациональной инфраструктуры угледобывающего предприятия с учетом надежности ее основных элементов и максимальной концентрации горных работ целью диссертационной работы является разработка методики обоснования и выбора рациональной инфраструктуры шахты нового технического уровня с оценкой надежности составляющих инфраструктуру элементов и эффективности инвестиций на примере проектируемых предприятий для отработки участков месторождений Восточного Донбасса с благоприятными горно-геологическими условиями.

Достижение поставленной цели связано с решением следующих задач исследований: 1) формализация формирования исходного множества альтернативных вариантов инфраструктуры угольной шахты и выбора подмножества предпочтительных; 2) оценка надежности горных выработок как основных элементов инфраструктуры угледобывающих предприятий, обеспечивающих стабильное протекание процессов угледобычи; 3) обоснование и выбор рациональной инфраструктуры угледобывающего предприятия на основе интегральных критериев эффективности инвестиционных процессов в динамической постановке (применительно к

условиям участка «Кадамовский»).

Научное значение и новизна работы состоит в следующем:

- разработана формализованная процедура формирования исходного множества альтернативных вариантов инфраструктуры шахты и последующего выбора наиболее предпочтительных.

- построена модель поддержания горных выработок как основного элемента инфраструктуры шахты и установлена количественная зависимость отказов и восстановлений вышедших из строя элементов и рам крепи в целом для достаточно длительного периода времени.

- разработана экономико-математическая модель задачи выбора оптимального варианта инфраструктуры шахты на основе интегральных критериев оценки инвестиций в динамической постановке.

В качестве объекта исследования выбрано шахтное поле проектируемой шахты «Кадамовская-Западная» АО «Ростовуголь», внесенная в план строительных работ АК «Росуголь». Полученные результаты исследований, практические рекомендации и выводы могут быть использованы при проектировании шахт с аналогичными условиями разработки пластов.

Работа выполнена в лаборатории «Вскрытия и подготовки шахтных полей и совершенствования шахтного фонда им. М.И. Устинова» Национального научного центра горного производства - ИГД им. A.A. Скочинского.

Диссертационная работа содержит 182 страницы машинописного теста и включает 20 рисунков, 48 таблиц, списка используемой литературы из 165 наименований.

Глава 1. Анализ состояния эффективности угледобычи и совершенствования инфраструктуры шахт

1.1 Состояние запасов и шахтного фонда, обеспечивающих высокотехнологичную отработку запасов шахтных полей

Наличие значительных балансовых запасов угля категорий А, В и Сг в размере около 202 млрд.тонн /100/ позволяет России быть одной из крупнейших угледобывающих стран мира и делают ее надежным и устойчивым энергоносителем как в настоящее время, так и в перспективе /99/.

Современной тенденцией в странах с высокомеханизированной технологией угледобычи (США, Канада, Австралия и Южная Африка) является преимущественная разработк