CC BY
32
--------------------------------------------- © В.М. Феоктистов, 2006
УДК 622.33: 001.2:658:511 В.М. Феоктистов
ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ПРОБЛЕМ КОНЦЕНТРАЦИИ ГОРНЫХ РАБОТ
Семинар № 15
~П ыполненный на кафедре “Раз-
-Я-9 работка пластовых месторождений” ШИ (ф) ЮРГТУ (НПИ) системный анализ проблем концентрации горных работ (см. ниже) позволил получить не только оптимальные значения и параметры концентрации горных работ на антрацитовых шахтах Восточного Донбасса, но и разработать оригинальную эффективную технологию отработки их запасов.
При проведении системного анализа использовались основные концепции по нему и терминология, предложенные применительно к задачам горного производства профессорами Г.Ш. Хазано-вичем, И.В Ляшенко. и В.Г. Сильнеем [1, 2].
Основная цель проекта системного анализа проблем повышения концентрации горных работ на антрацитовых шахтах Восточного Донбасса заключалась в установлении закономерностей функционирования технологической системы шахты и ее основных звеньев (подсистем) для разработки и реализации комплекса мероприятий, обеспечивающих безопасную, эффективную и устойчивую работу предприятий по добыче угля.
Предварительное исследование позволило установить, в частности, следующее:
• к настоящему времени известны не подлежащие сомнению основные направления повышения концентрации
горных работ: увеличение нагрузки на очистной забой; повышение надежности работы всех подсистем шахты; применение оптимальных параметров систем разработки для конкретных условий; использование способов вскрытия и последующей раскройки шахтных полей, позволяющих иметь минимальный объем проведения и поддержания выработок; создание возможностей для организации работы системы “шахта - лава”, в том числе за счет рационального технологического взаимодействия машин в ней.
Разработанные для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий мероприятия, соответствующие указанным выше направлениям, проверены практикой, обеспечили получение положительного результата в отрасли, в том числе на шахтах российской части Донбасса. Здесь, повышение уровня концентрации горных работ постоянно рассматривалось специалистами как одно из основных мероприятий улучшения конечных результатов работы предприятий. Концентрация горных работ определяла техническую и технологическую политику на шахтах, на возможности повышения ее уровня стро-ились отношения с заводами-постав-щиками горношахтного оборудования;
• уже к середине 80-х годов прошлого столетия в регионе решающую роль в формировании среднесуточной добычи на шахту стала играть нагрузка на очи-
стной забой, а не число лав. С ростом глубины работ и удалением выемочных участков от стволов шахты роль нагрузки, как основного фактора концентрации горных работ, продолжала возрастать.
Среднесуточная нагрузка на лаву (Дл, т/сут) в складывающихся за последние 15 лет технических, техно -логических и экономических условиях определялась в основном двумя факторами: мощностью пласта и суточной скоростью подвигания очистного забоя. Их влияние было примерно одинаковым. В меньшей степени значение Дл определялось ее длиной;
• с внедрением выемочных комплексов Ш-го поколения возможности достижения нагрузки на очистной забой на тонких пластах 1000 и более тонн в сутки (на пластах большей мощности 1600-1800 т/сут) возросли: выемочная техника (комплексы КД80, КД90, “Дон-Фалия” и др.) имеет высокую надежность; число лав на шахтах уменьшено до двух-трех, что позволило снизить число подземных транспортных цепей и сосредоточить внимание на обеспечение работоспособности остающегося в эксплуатации оборудования.
Начиная с 1998 года, среднедействующее количество очистных забоев на угольных предприятиях региона достигло значения, близкого к оптимальному -1,9-2,0. Поэтому основной задачей улучшения технико-экономических показателей работы как отдельных шахт, так и угольных компаний в целом следует считать обеспечение возможностей достижения максимальной нагрузки на очистные забои, в том числе за счет использования оптимальных схем раскройки шахтных полей.
При выполнении основного исследования были разработаны:
• структура (системный модуль) добычи антрацита подземным способом в реально существующих условиях: определены ограничения (принуждающие связи, цели), вход, выходы, обратные связи, другие составляющие модуля;
• функционально-ориентирован-ная структура процессов на антрацитовой шахте, включающая основные подсистемы “очистные работы”, “горнопроходческие работы”, “подземный транспорт”, “переработка угля и породы на поверхности”;
• гипотетическая (желаемая) система добычи угля на антрацитовой шахте: обоснованы ограничения (принуждающие связи, цели), вход, выходы, обратные связи, другие составляющие модуля.
Структура (системный модуль) системы добычи антрацита подземным способом в реальном времени приведена на рис. 1.
Сравнительный анализ гипотетической и существующей систем добычи антрацита показал, что их ограничения по основным пунктам совпадают. Различие обусловлено лишь необходимостью добывать полезное на гипотетической шахте, во-первых, с минимально допустимыми в конкретных горногеологических и горнотехнических условиях финансовыми, материальными и трудовыми затратами и, во-вторых, вполне вероятно появление требования по устойчивой в течение планируемого периода работе предприятия, а также качеству поставляемой продукции потребителю. Очевидно, что эти отличия должны быть зафиксированы в цели гипотетической системы.
С учетом вышесказанного, цель гипотетической системы для рассматриваемых условий может быть выражена как добыча антрацита с минимально допустимыми финансовыми, матери-
альными и трудовыми затратами при обеспечении устойчивой работы шахты и планируемого качества добываемого полезного ископаемого.
Отличительной особенностью гипотетической и существующей шахт в части принуждающих связей является также специфичность пункта “стратегия и тактика”. Именно “возможность изменения тактик, - утверждают И.В. Ля-шенко и В. Г. Сильней, - обусловливает реальность создания гипотетической системы как улучшенной существующей. Отсутствие такой возмож-ности равносильно невозможности достижения специфичной части целей и, следовательно, несостоятельности проблемы. Проблемы в этом случае просто не существует” [2].
Наличие этого специфического пункта, по сути определяющего границы гипотетической системы, поставили автора перед необходимостью установить возможности доведения существующего способа добычи до желаемого.
Бесспорно, что имеют место и более жесткие границы исследуемой проблемы, однако они связаны с установлением структуры альтернативных возможностей достижения целей. В частности, это может быть отказ от добывания антрацита традиционным способом и переход на такие, как подземная газификация, скважинная гидравлическая добыча, подземная гидрогенизация и др. Такие альтернативы в настоящем исследовании не рассматривались, а дальнейший системный анализ заключался в поиске возможных путей совершенствования существующей системы “антрацитовая шахта”. Для этих целей использовались традиционные для системного подхода критерии: функционирование; степень связности элементов внутри системы; стоимость; надежность; время; требования к обслуживанию; гибкость.
В качестве инструментариев при выполнении системного анализа использовались некоторые теоремы тео-рии вероятностей, экономико-матема-тическое моделирование, экспертная оценка, анализ и синтез, теория циклов [3].
Исследования рассматриваемой проблемы позволили установить:
1. Существенным фактором повышения эффективности подземной разработки пологих антрацитовых пластов является переход от типичных для рассматриваемых условий схем вскрытия запасов и подготовки их к выемке к технологии отработки, предусматривающей вертикально-горизонтальное построение топологии сети горных выработок.
2. Вскрытие запасов угля и раскройка шахтных полей должны осуществляться по схемам, предусматривающим сооружение концентрационных горизонтов на принятых отметках и бурение из главных выработок восстающих скважин и слепых стволов для последующей интенсивной отработки запасов.
3. Рациональными по условиям безопасного и эффективного функционирования шахт оправданными значениями параметров технологии отработки запасов антрацитовых пластов, предусматривающей сооружение концентрационных горизонтов, являются: длина выемочного столба - 1700-1800 м; длина очистного забоя - 220-270 м.
4. Устойчивая работа антрацитовой шахты при использовании забойного оборудования современного технического уровня и рекомендованной топологии горных работ может быть обеспечена при высокоэффективной работе двух-трех очистных забоев.
Установление необходимого числа очистных забоев с целью достижения оптимального уровня концентрации горных работ и обеспечения высокопроизводительного функционирования
предприятия должно осуществляться на базе учета стохастического характера влияющих факторов и технического уровня производства.
На базе результатов исследования предложены варианты прогрессивной технологии отработки запасов антрацитовых пластов, позволяющие по сравнению с традиционными схемами вскрытия и раскройки шахтных полей в сопоставимых условиях снизить эксплуатационные расходы в 1,07-1,20 раза, резко повысить производительность труда рабочих по добыче.
Вариант 1. В центре шахтного поля до его нижней отметки проводят два центрально-сдвоенных вертикальных
ствола. После сооружения околостволь-ного двора, из его выработок осуществляют подготовку откаточного (концентрационного) горизонта: проводят магистральные откаточный и вентиляционный штреки, участковые квершлаги. Выход из выработок откаточного горизонта на пласты выполняют посредством слепых стволов, оборудованных клетевым подъемом, и серии вертикальных скважин, предназначенных для спуска горной массы, спуска-подъема людей и вспомогательных материалов, вентиляции (патент РФ № 2120551).
Подготовку выемочных столбов к выемке и очистные работы в пределах образованных таким образом блоков ведут традиционными способами. Транспортирование горной массы осуществляют по ярусным штрекам ленточными конвейерами, с которых она попадает в углеспускные скважины-бункеры, затем по выработкам откаточного горизонта в вагонетках электровозами подается к скиповому стволу;
Вариант 2. Вскрытие запасов, сооружение концентрационного горизонта, выемочные работы в блоке ведут описанными выше способами. Вместе с тем, в группе блоков по падению проводят пластовую наклонную выработку, соединяемую с блоковым стволом, имеющим выход на земную поверхность (патент РФ № 2183272);
Вариант 3. Вскрытие запасов осуществляют тремя центрально-строен-ными стволами, два из которых (главный и вспомогательный) проводят до отметки нижней границы шахтного поля, третий (скиповый ствол) - до отметки промежуточного горизонта. После сооружения концентрационных горизонтов на нижней и промежуточной отметках, работы по вскрытию, подготовке и собственно выемке полезного ископаемого ведут в описанной выше последовательности
Экспериментально, в условиях бывшей шахты “Несветаевская” ОАО “Рос-товуголь”, проверена идея подготовки выемочных участков с использованием серии восстающих сква-жин.
Показатели работы добычного участка, вскрытого и подготовленного к выемке по данной схеме, подтвердили правильность выбранного направления совершенствования горных работ. Эксплуатационные затраты на добычу 1 т угля на участке были в 2-2,5 раза ниже, чем на производствах с традиционным способом отработки запасов.
Совершенно очевидно, что выполнение системного анализа по рассматриваемой проблеме должно быть продолжено при объединении всех трех указанных выше проблем в одну с привлечением квалифицированных
От систем высшего уровня
2
а
й
я
о
К системам высшего уровня А
Входы системы
Участок недр, среда. Время (начало). Информация входная (ограничения, управляющая, контрольная).
Энергоснабжение. Финансирование существенных затрат
Ограничения
Принуждающие связи (ПС) Планируемые объемы добычи рядового угля. Цены на уголь. Конкурирующее сырье. Законодательные, нормативные и др. регламенты. Уровень материальных, трудовых и финансовых затрат на добычу угля. Стратегия и тактика. Др. виды ПС и время их функционирования Цели
Добыча в определенных горногеологических условиях необходимого объема угля
Управление
Формирование прямого воздействия на функционирование системы____________
Процесс
Добыча угля
Обратная связь
Воздействие на вход, контроль полезности системы по выходу_________________________
Выходы системы
Время (окончание). Добытый уголь (объем, качество).
Ресурсы (израсходованные). Информация (опыт функционирования). Последствия добычи угля на окружающую природную среду.
Структура (системный модуль) существующей системы подземного способа добычи угля
специалистов по всем вопросам в той или иной мере попадающим в их сферу. Принуждающими связями здесь должны быть: в качестве основного заказчика системы - Администрация Ростовской области или руководство угольной компании, проектные или научно-исследова-тельские институты; законодательная база регионального и
1. Хазанович Г.Ш. О подготовке системной концепции решения проблем угольной отрасли в Восточном Донбассе. Эколого-
экономические проблемы природопользования в горной промышленности: Сб. науч. трудов. -Шахты: Изд-во ЮРО АГН, 2002. - С. 33-40.
федерального уровня; инвестиционные и кредитные возможности для решения проблемы; природные ресурсы (участки угольных пластов) Восточного Донбасса; достижимые в заданный отрезок времени технологии добычи, переработки и использования углепро-дукции.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Ляшенко И.В. Системное исследование проблем интенсификации процессов добычи угля. - М.: Недра, 1983. - С. 6-74.
3 Спицнадель В.И. Основы системного анализа: Учеб. пособие. - СПб.: “Изд. дом “Биз-несс-пресса”, 2000. - С. 238-318.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------
Феоктистов Вячеслав Михайлович - заведующий кафедрой “Разработка пластовых месторождений”, Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ГРОМОВ Сергей Викторович Разработка метода расчета распределенных сопротивлений движению тягового органа трубчатого скребкового конвейера с пространственной трассой 05.05.06 к.т.н.
ДАЛЛАКЯН Арам Аршавирович Экономическое обоснование эффективности кучного выщелачивания золота из бедных руд и отвальных пород 08.00.05 к.э.н.
