Учебно-методический комплекс дисциплины преподавателя (стр. 13 )

Оптимизация технологических схем и параметров шахты

Теория и практика проектирования угольных шахт показали, что качественные решения, определяющие технологическую схему шахты и количественные параметры ее — взаимосвязаны. Их взаимосвязь учитывается при применении метода комплексной оптимизации.

Для каждой рациональной технологической схемы составляется экономико-математическая модель.

В ней учитываются затраты на горные и строительные работы, на поддержание горных выработок, транспорт и очистные работы, подъем и вентиляцию и др.

Модель не только включает в себя затраты на производство всех видов работ и процессов при строительстве и эксплуатации шахты, но и увязывает их как с качественными особенностями элементов технологической схемы, так и с количественным уровнем параметров элементов схемы.

Эта модель является многомерной системой уравнений, равенств и неравенств и требует комплексного решения. Поэтому расчет динамической модели производится по единому алгоритму, объединяющему подалгоритмы решения задач по отдельным подсистемам (расчеты нагрузки на очистной забой, вентиляции, сечений горных выработок, мощности шахты, затрат на горные работы, транспорт, затрат в лаве, на здания и сооружения на поверхности и т. д.).

Составление динамической модели, программирование и анализ результатов отличаются большой трудоемкостью.

Анализ результатов исследований на ЭВМ позволяет установить оптимальные качественные и количественные параметры шахты. При этом представляется возможность сравнить разные технологические схемы шахты во всем диапазоне изменения переменных параметров мощности шахты, нагрузки на очистной забой, длины лавы, подвигания очистного забоя, размеров панелей и пр.

Разработка проекта шахты

Конкретный технический или технорабочий проект шахты выполняется на базе:

·  горно-геологических данных месторождений;

·  директивных и нормативных документов;

·  найденных оптимальных значений параметров шахты и технологической схемы.

В проекте указывается не только серийное, но и разрабатываемое на момент проектирования оборудование, указывается срок и эффективность его использования. Определяются конкретные выемочные участки, где намечается использование нового оборудования.

Исследуются последствия внедрения в будущем нового оборудования на всех элементах технологической схемы шахты, изучаются взаимные требования подсистем шахты друг к другу.

Например, рост нагрузки на очистной забой вызовет необходимость увеличения количества воздуха, предъявит новые требования к дегазации, к параметрам и нормам проветривания, потребует применения более производительных средств транспорта и т. д.

При поэтапном развитии шахты важно установить в проекте порядок перехода шахты с первого этапа ее работы на второй, условия использования существующих фондов, их обновления и пополнения.

Таким образом, проектирование представляется непрерывным процессом совершенствования технологии разработки месторождения.

Интегральная оценка технико-экономической эффективности проекта шахты

Завершающим моментом в проектировании шахт являются анализ и экспертиза технико-экономической эффективности проекта строительства и эксплуатации шахты. Сравнительная эффективность будущей шахты по отношению к передовым шахтам может быть выявлена сопоставлением целого ряда важнейших технико-экономических показателей— производственной мощности шахты, себестоимости, производительности труда, рентабельности, общей стоимости строительства шахты на момент освоения проектной мощности и др.

Обоснование и расчет проектной мощности шахты

Среди многих количественных параметров шахты важнейшая роль и значение отводятся проектной мощности. Именно этот параметр выражает меру удовлетворения потребности народного хозяйства в угле конкретной шахтой, свидетельствует о концентрации угледобычи в стране и прогрессивности предприятия, в решающей степени определяет эффективность вкладываемых в строительство средств.

Одним из важнейших направлений развития шахтного фонда в основных угледобывающих странах является строительство новых крупных шахт или реконструкция действующих шахт с увеличением мощности.

Уровень проектной мощности должен быть обоснованным и базироваться на достаточных и технологичных запасах, на производственно-технических возможностях основных и вспомогательных производственных процессов шахты.

Мощность шахты оказывает первостепенное влияние на качественные и количественные параметры технологической схемы. С увеличением мощности шахты снижается себестоимость добычи угля, фондоемкость, растет производительность труда.

Необоснованно высокий уровень мощности шахты ведет к неосвоению проектной мощности, т. е. к неэффективному использованию капитальных вложений. Заниженный уровень мощности шахты не позволяет выйти на прогрессивные и экономичные показатели предприятия, работать рентабельно.

Наиболее надежно и обоснованно определение проектной мощности шахты при использовании экономико-математической модели проекта шахты и оптимизации всех ее параметров.

Это требует, естественно, детальной проработки всех технологических звеньев, определения всех качественных и количественных параметров. Такая трудоемкая работа может проводиться при разработке конкретного проекта шахты.

Иногда необходимо определить мощность шахты, располагая данными о запасах, числе пластов, их мощности, углах падения, глубине залегания и др.

Это возможно при решении вопросов перспективного развития угольной промышленности, установления параметров первого этапа в работе шахты, установления параметров шахт при их реконструкции, вскрытии и подготовке новых горизонтов, когда не требуется создание общешахтных моделей для оптимизации всех параметров.

Установление мощности шахты возможно несколькими методами.

1. Статистические методы позволяют прогнозировать уровень мощности шахты, отражая общую тенденцию в бассейне, в районе. Но при этом происходит абстрагирование от конкретных горно-геологических условий проектируемой шахты и перенос всех особенностей действующих шахт на новую.

2. Существующие директивные уровни мощностей шахт не способствуют творческому отношению к данной задаче, не подчеркивают связи мощности шахты с конкретными условиями шахтного поля и состоянием технического прогресса.

3. Не устраняет этих недостатков и классическая формула

где А — производственная мощность шахты, млн. т/год;

Znp — промышленные запасы шахтного поля, млн. т;

Т — срок службы шахты, лет.

В формуле фигурирует лишь один известный аргумент Znp, a второй — срок службы Т — неизвестен. Кроме того, здесь не находят отражения важные показатели условий залегания запасов и возможной интенсивности отработки запасов.

4. Долгое время для расчетов служила формула проф. П. 3. Звягина:

где Еа — коэффициент сравнительной эффективности капиталовложений, Znp — промышленные запасы шахтного поля, а остальные коэффициенты, значения которых получены статистической обработкой материалов по действующим шахтам и по проектам.

Со временем формула стала не пригодной из-за статистической природы почти всех аргументов и в целом всей формулы. Значительное повышение нагрузки на очистной забой приводит при расчетах к несуразным цифрам.

5. На основании многочисленных экспериментов с использованием ЭВМ проф. предложил следующие формулы для определения мощности шахты:

где kпл — коэффициент, учитывающий влияние числа угольных пластов в шахтном поле ппл и принятых к одновременной разработке nop

kоз— коэффициент, учитывающий влияние нагрузки на очистной забой на уровень проектной мощности шахты

Аозм— месячная нагрузка на очистной забой, т/мес;

mсум — мощность всех рабочих пластов в шахтном поле, м,

;

mср — средняя мощность угольных пластов в шахтном поле, м;

;

трi — мощность i-го пласта, принятого к разработке, для которого рассчитана нагрузка на очистной забой, м;

Znp — промышленные запасы шахтного поля, тыс. т;

тop — мощность всех пластов, принятых к одновременной разработке, м;

k — коэффициент, учитывающий влияние глубины разработки и угла падения угольных пластов:

,

где НВ — глубина верхней границы шахтного поля, м;

НН — глубина нижней границы шахтного поля, м.

6. Определение мощности шахты по горнотехническим возможностям.

Этот метод применяется, когда:

·  определены способы вскрытия и подготовки пластов;

·  обоснованы и выбраны системы разработки пластов;

·  приняты способы механизации очистной выемки;

·  определены нагрузки на очистные забои по всем угольным пластам свиты.

С учетом принятых решений производится группирование пластов по очередности их отработки. В пределах группы пластов, принятых к одновременной отработке, производится расстановка очистных забоев, суммируется их суточная нагрузка, которая с учетом попутной добычи угля от проведения горных выработок (5..10%) и составляет суточную производительность шахты.

В каждой группе должно быть не более двух пластов. Группировать пласты необходимо так, чтобы мощность шахты при разработке пластов в разных группах отличалась незначительно.

Определение нагрузки на очистные забои

С увеличением нагрузки на очистной забой увеличивается производительность труда и снижается себестоимость добычи угля, как по очистному забою, так и по шахте.