Эффективность угольных шахт с высокопризводительными очистными забоями Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© М.В. Писаренко, 2002

УДК 622.272

М.В. Писаренко

ЭФФЕКТИВНОСТЬ УГОЛЬНЫХ ШАХТ С ВЫСОКОПРИЗВОДИТЕЛЬНЫМИ ОЧИСТНЫМИ ЗАБОЯМИ

правило,

многозабойных

Н

овые экономические условия

России предъявляют к угольной промышленности повышенные

требования в части

конкурентоспособности продукции и эффективности производства. Процесс технического прогресса

предусматривает реконструкцию

действующего производственного фонда по добыче и переработке углей и строительство новых,

высокопроизводительных и

эффективных предприятий.

Применение современных

механизированных комплексов с

производительностью 4-10 и более тыс. тонн угля в сутки, обеспечивает мощность шахты на базе одного, максимум двух очистных забоев. Достигнутая концентрация горных работ сокращает сеть проводимых и

поддерживаемых выработок, тем самым, облегчая инфраструктуру шахт и улучшая технико-экономические

показатели по шахте. Новая

горнотехнологическая структура

отличается от традиционных шахт, как

многопласт овых. Поэтому появляется необходимость исследовать поведение технологическо й системы с целью выявления особенностей ее

функционирова ния и определения оптимальных параметров. Для чего была создана динамическая экономикоматематическая модель, в которой в

качестве критерия оценки

эффективности функционирования системы, принят чистый

дисконтированный доход [1]. Этот критерий учитывает эксплуатационные затраты, капитальные вложения, качество продукции, объемы добычи, а также позволяет сравнивать варианты с разными сроками отработки запасов, посредством приведения их к одному году через норму дисконтирования.

Серии экспериментов проведенных на модели позволили определить

факторы, определяющие эффективность технологической системы таких шахт. Одним, из которых является суточная нагрузка на комплексно-

механизированный очистной забой, рост которой повышает мощность шахты, и как следствие улучшает технико-экономичес-кие показатели по шахте. Однако достижение нагрузок на очистной забой более 5000 т/сут. требует применения импортных комплексов (например «Джой») производительных и надежных, но и очень дорогих (в 5-7 раз дороже отечественных). Исследования проведенные на модели позволили оценить влияние стоимости

технологической системы рис. 1. По возможностям техники выделены три диапазона: I - один очистной забой с предельной нагрузкой отечественного комплекса до 4000 т/сут.; II - работают два забоя, оснащенных отечественной техникой, или один забой, оснащенный импортным, дорогостоящим и производительным комплексом («Джой») с нагрузками 4000-8000 т/сут.; Ш - один забой, оснащенный импортным комплексом с нагрузкой более 8000 т/сут.

Сопоставлением функций чистого дисконтированного дохода в каждом диапазоне нагрузок на очистной забой установлено, что при суточных нагрузках до 8000 т/сут. экономически целесообразно использовать

отечественное оборудование, имея в наличии один или два забоя. Использование дорогостоящего и производительного оборудования

экономически оправдано для

производительности очистного забоя более 8000 т/сут.

Основные параметры шахт с высокопроизводительными забоями, к которым относятся нагрузка на очистной забой, длина выемочного поля, длина лавы и глубина отработки запасов, являются взаимозависимыми. Выбор оптимального сочетания параметров с учетом горно-геоло-гических,

горнотехнологических и экономических факторов позволит повысить экономическую эффективность системы 1,5-2 раза (рис. 2).

Поэтому в случае, если по горногеологическим или иным причинам размеры выемочного поля ограничены, то необходимо для конкретных условий определить нагрузку на очистной забой, длину выемочного столба и лавы, глубину разработки, при которых эффективность технологической

системы максимальна. Это показано на рис. 2, эффективность технологической системы с нагрузками на очистной забой более 4000 т/сут. при длине выемочного поля до 2 км и длине лавы 200 м, при прочих равных условиях, ниже в 1,5-2 раза, чем для оптимальных параметрах. Как показали многочисленные эксперименты, значения оптимальных геометрических параметров находятся в прямой зависимости от

Рис. 1. Зависимость экономической эффективности (Э) шахт от

производительности очистного забоя (А) в условиях использования отечественных и импортных механизированных комплексов

Рис. 2. Изменение экономической эффективности от производительности очистного забоя для оптимальных геометрических параметров выемочного столба и фиксированных, равных средним на действующих шахтах

и

Рис. 3. Зависимость эффективности шахт от нагрузки на очистной забой (А) при различных значения времени

непроизводительной работы для мощности пласта 2 м

Рис. 4. Влияние длительности времени непроизводительной работы на значение оптимальной длины выемочного поля для различных значений суточных нагрузок на очистной забой

производительности очистного забоя, и изменяются в следующих диапазонах: длина выемочного столба 3-6 км, длина лавы 220-300 м при соответственных нагрузках на очистной забой 4000-10000 т/сут. Установлено, что увеличение мощности разрабатываемого пласта, например с 2 м до 4 увеличивает эффективность системы в 1,5 раза, и несколько уменьшая значение оптимальных геометрических

параметров, при прочих равных условиях. Однако увеличение угла падения разрабатываемого пласта с 70 до 200 напротив уменьшает эффективность системы в 1,4 раза и несколько увеличивает геометрические параметры.

При переходе к шахтам с одним комплексно-механизирован-ным очистным забоем, возникает проблема обеспечения стабильности угледобычи без резервирования очистного фронта. Поскольку технологически неизбежное прекращение очистных работ, например, на выполнение монтажно-демонтажных операций, восстановления работ транспортных систем, вентиляции и т.д., может приводить к значительной аритмии в графике поставок продукции, то необходимо оценить существенность влияния этого фактора на экономическую эффективность

состояний: «добыча» или «простои»

вызванные различными причинами, в зависимости от чего рассчитываются эксплуатационные затраты и добыча по

выемочного столба повышает эффективность шахт, при этом влияние этого фактора тем существенней, чем выше суточные нагрузки на комплексно-

I II два забоя отечественный ОМК II

один забой Л один забой импортный ОМК

<

0

2000

3000

4000

500(

6000 7000

А, т/сут.

мощность пласта 2 м мощность пласта 4 м

граница технических возможностей отечественных комплексов

технологической системы в целом.

Для оценки влияния времени непроизводительной работы, т.е работ, не связанных с добычей, в течение отработки запасов одного выемочного столба на эффективность системы, в разработанной модели время функционирования технологической системы (время отработки запасов), разбито на короткие промежутки (дни)-1, в течение которых поведение системы считается статическим. В 1™ день система находится в одном из

шахте.

Исследования проведенные на модели позволили определить изменение эффективности технологической

системы в зависимости от производительности очистного забоя при различных значениях времени непроизводительной работы и различных горно-геологических и горнотехнологических условиях. Как видно из представленных результатов, снижение времени непроизводительной работы, в течение отработки одного

механизированный очистной забой. Это объясняется тем, что рост производительности очистного забоя требует увеличения капитальных и эксплуатационных затрат, а остановка очистного забоя снижает годовую мощность шахты, а значит и доход. Поэтому, чем выше планируемая суточная нагрузка на очистной забой, тем более существенно влияние длительности непроизводительной работы на конечный результат. Однако если снижение длительности времени непроизводительной работы за время отработки выемочного столба со 130 до 70 дней повышает экономическую эффективность шахт модульной структуры с нагрузкой на очистной забой 3-4 тыс. т/сут. в 1,8-2 раза, то снижение этого времени с 70 до 20 дней при прочих равных условиях всего в 1,2 раза. Это позволяет сделать вывод, что существует предельное значение времени непроизводительной работы, уменьшение ниже которого не дает существенного роста эффективности. Так для шахт модульной структуры с производительностью очистного забоя 34 тыс. т/сут. оно составит - 70-60 дней;

5-7 тыс. т/сут. - 50-30 дней; 8-10 тыс. т/сут. - 20-15 дней.

Тенденция увеличения длины выемочного поля по пространию с ростом нагрузки на очистной забой объясняется стремлением увеличить время по добычи в течение отработки выемочного столба. Однако

проектирование выемочного поля длиной в 5-6 км, требует идеальных горно-геологических условий,

дополнительных мероприятий по обеспечению безопасности при добыче. Эти обстоятельства ставят под сомнение широкое распространение и внедрение на практике длин выемочных столбов более 3,5 км. Поэтому становится более реальной, увеличение времени работы

очистного забоя, за счет сокращения длительности монтажно-демонтаж-ных операций до необходимого значения в зависимости от проектируемой

производительности очистного забоя рис. 4. Так на шахтах США, за счет применения специального оборудования тягачей «Петтитто» и

крепепередвижчиков и четкой организации труда, длительность

монтажно-демонтажных операций не превышает 10 дней. Достижение необходимого времени

непроизводительной работы в зависимости от производительности очистного забоя позволит, не уменьшая экономической эффективности системы

проектировать выемочные длиной не более 3-3,5 км.

столбы

Как показали исследования, повышение экономической

эффективности технологической

системы с производительностью

очистного комплексно-механи-

зированного забоя более 5000 т/сут. требует благоприятных горно-

геологических условий, оптимальных геометрических параметров выемочных столбов, сокращения времени непроизводительной работы, т.е. готовность инфраструктуры шахты для обеспечения стабильно высоких нагрузок на очистной забой.

-------------------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Писаренко М.В. Экономико-математическая модель шахты с высоконагруженными забоями // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых в Кузбассе. Кемерово: НТЦ Кузбассуглетехнология, № 17, 2001. - С.76-82.

Кузьмин А.П., Писаренко М.В., Моисеева Е.И., Пятакова Т.Л. Эволюция подземного механического способа добычи угля. Кемерово// Вестник КузГТУ,.-2001, №2

2. . - С. 43-48.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Писаренко Марина Владимировна - научный сотрудник лаборатории ресурсосберегающих технологий угледобычи, Институт угля и углехимии СО РАН, г.Кемерово.

«НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2002» СЕМИНАР № 8