ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГОРНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ Лекция 6 Тема: Проектирование технологической схемы шахты. Под технологической схемой шахты следует понимать совокупность. - презентация

1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГОРНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ Лекция 6 Тема: Проектирование технологической схемы шахты. Под технологической схемой шахты следует понимать совокупность очистных, транспортных, вентиляционных и вскрывающих горных выработок, а также комплекс поверхностных сооружений, позволяющих осуществлять основные и вспомогательные производственные процессы на базе определенных средств механизации и организации работ, направленных на экономичное и безопасное извлечение угля. Технологическая схема (ТС) современной шахты должна отвечать следующим основным требованиям: 1. Достаточная пропускная способность всех элементов технологической схемы, транспортных и вентиляционных горных выработок, средств механизации производственных процессов в шахте и на поверхности. 2. Максимальная по факторам оборудования и вентиляции нагрузка на очистной забой с использованием всех способов для снижения метанообильности в нем. 3. Минимальное число действующих лав с целью концентрации горных работ. Концентрация горных работ достигается за счет наибольшей нагрузки на блок, горизонт, угольный пласт, транспортную выработку, выемочный участок и очистной забой, а также за счет интенсификации основных производственных процессов (очистные работы, проходческие работы, транспорт, проветривание и др.). 4. Оптимальная длина лавы. 5. Последовательный порядок отработки пластов и шахтном поле. 6. Техническая целесообразность и экономическая эффективность схем и способов вскрытия за счет рационального взаимного сочетания вертикальных, наклонных и горизонтальных выработок и соответствующего расположения их в толще горных пород, обеспечивающих:

2 простую планировку горных работ при одногоризонтной отработке пластов; минимально возможную и технически необходимую удельную протяженность проводимых горных выработок; выработки с длительным сроком службы проводятся полевыми; минимально возможную удельную протяженность поддерживаемых горных выработок с различными способами их охраны; непрерывность транспортирования горной массы от забоя до земной поверхности, при этом доставку угля из лавы в пределах выемочного участка желательно осуществлять по выработке, непосредственно примыкающей к очистному забою; отсутствие перегрузочных операций на вспомогательном транспорте; прямоточную схему проветривания, предусматривающую обособленную подачу воздуха в местах выделения метана; возможность замены в период эксплуатации шахты схемы и способа подготовки и системы разработки другими, более прогрессивными. 7. Использование в качестве основных вскрывающих выработок наклонных и вертикальных стволов и их комбинаций; в последнем случае наклонные стволы используются для выдачи горной массы и оборудования конвейерами соответствующей производительности, что обеспечивает непрерывное выполнение основных производственных процессов по выемке, транспортированию и подъему угля. Все вспомогательные грузовые операции осуществляются через вертикальные стволы. 8. Проведение специальных вентиляционных стволов для проветривания горных выработок. 9. Расположение стволов, как главных, так и вентиляционных, в пределах шахтного поля, исходя из конкретных условий месторождения, при этом желательно стволы располагать в безугольной зоне. 10. Соответствие схемы подготовки и системы разработки требованиям безопасности ведения горных работ, обеспечение минимальных, но экономически обоснованных потерь полезного ископаемого, экономичности и условий для достижения устойчивой и высокой нагрузки на очистной забой путем:

3 исключения взаимного влияния очистных и подготовительных работ; обеспечение автономности работы очистного забоя по условиям транспортирования и проветривания; применения эффективных способов охраны выработок при безремонтном их поддержании; устройства необходимых аккумулирующих емкостей; соблюдения оптимальных стабильных параметров лав; наличия необходимых резервов во всех технологических звеньях шахты; исключения влияния на работу лав газовыделения из пласта, боковых пород и спутников применением комплекса мероприятий по дегазации и разжижению газа с изолированной подачей воздуха к источникам его выделения; прогнозирования геологических нарушений для исключения непредвиденных остановок лав. 11. Применение в качестве основной системы разработки длинными столбами. Отработка столбов может осуществляться по простиранию или восстанию (падению) с фиксированной длиной очистного забоя прямым или обратным ходом. Учитывая геологические нарушения, местные изменения в мощности пласта, безугольные зоны, переменный угол падения пласта, для некоторых месторождений необходимо предусматривать два-три альтернативных варианта системы разработки и соответствующие средства механизации очистных работ. К таким вариантам могут быть отнесены системы разработки с короткими забоями, а также системы разработки без предварительного прохождения выемочных выработок. 12. Безремонтное поддержание подготовительных выработок в течение всего срока их службы (за исключением профилактического ремонта), для чего необходимо правильно выбрать тип и материал крепи, а также соответствующее расположение горных выработок в толще пород и пласта, исключающее влияние стационарного опорного давления. 13. Технологическая увязка схем и способов вскрытия, подготовки и систем разработки с механизацией и автоматизацией производственных процессов и условиями проветривания шахт. 14. Определение количественных оптимальных значений основных параметров после анализа результатов решения экономико-математической модели шахты.

4 15. Унификация высокопроизводительных технологических схем угольных шахт с существующими технологическими схемами. 16. Высокая безопасность технологических схем. Чрезвычайная важность этого требования объясняется особой спецификой подземной разработки угля, сопряженной с опасными проявлениями горного давления (обрушение кровли в очистных забоях, обрушение пород в подготовительных и капитальных выработках, разрушение крепления в горных выработках, горные удары при ведении очистных и горнопроходческих работ), с разрушительными последствиями возможных взрывов газа (метана), внезапных выбросов угля и пыли, с вредным влиянием на здоровье подземных рабочих запыленной и загазованной рудничной атмосферы, повышенной влажности и температуры. 17. Высокая надежность технологических схем шахты, обеспечиваемая применением элементов (горные выработки с незначительным искривлением, располагаемые в устойчивых породах, эффективные прямоточные схемы проветривания, высокопроизводительные надежные горные машины и установки), при которых возможность наступления аварийных ситуаций становится маловероятной. 18. Динамичность технологических схем, т. е. "повышенная реакция на возможные изменения параметров отдельных элементов, в особенности на рост пропускной способности тех или иных элементов схемы (подъемных стволов, схем вентиляции, системы транспорта и т. д.); способность к объективному развитию, совершенствованию технологической схемы качество, имеющее не только технический смысл, но и важное экономическое значение. 19. Низкая трудоемкость обслуживания технологической схемы, что обеспечивается рациональными схемами вскрытия, подготовки, разработки, правильным порядком отработки запасов, применением высокопроизводительных средств механизации и в таких количествах, чтобы число рабочих, занятых на обслуживании транспорта, вентиляции, на ведении очистных и подготовительных работ, ремонте горных выработок и обслуживании технологических комплексов на поверхности, было минимальным. 20. Обеспечение технологической схемой наименьшего, но экономически оправданного уровня потерь угля благодаря рациональному размещению горных выработок, системе разработки и способу выемки угля в очистных забоях.

5 Оптимизация технологических схем и параметров шахты. Теория и практика проектирования угольных шахт показали, что качественные решения (способы и схемы вскрытия, подготовки, транспорта, вентиляции, порядок отработки, вид механизации и др.), определяющие технологическую схему шахты и количественные параметры ее (число панелей, блоков, этажей, горизонтов, лав, а также их размеры, нагрузки на лавы, на схемы транспорта, мощность шахты и др.) взаимосвязаны. Их взаимосвязь явилась основным аргументом в создании и развитии сложного универсального метода проектирования шахт метода комплексной оптимизации. Для каждой технологической схемы составляется экономико-математическая модель, включающая затраты на горные и строительные работы, ремонтное или безремонтное поддержание горных выработок, транспорт и очистные работы, подъем и вентиляцию. Особенностью статических моделей является то, что они становятся упрощенными, так как в них основные количественные параметры принимают фиксированные значения, т. е. условно оптимальные значения А ш. г, А 0. 3, л, v 0, 3 и т. д. Закрепление количественных параметров позволяет выявить экономические преимущества только качественных параметров шахты и элементов технологических схем. В этом случае целевая функция модели для каждой технологической схемы определяется комбинацией качественных параметров. На следующей стадии анализа и оптимизации для каждой из отобранных технологических схем составляется «динамическая» экономико-математическая модель критерия оптимальности в функции от постоянных и переменных качественных и количественных параметров и аргументов. Динамическая модель проекта не только включает в себя затраты на производство всех видов работ и производственных процессов при строительстве и эксплуатации шахты, но и взаимно увязывает их как с качественными особенностями элементов технологической схемы, так и с количественным уровнем параметров шахты и элементов схемы.

6 Динамическая модель является многомерной системой связных уравнений, равенств и неравенств и требует комплексного решения. 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. Поэтому число технологических схем для количественной оптимизации с помощью динамической модели должно быть ограничено двумя-четырьмя. Производится анализ оптимальных вариантов для отдельных технологических схем, после чего отобранные оптимальные ва­рианты конкурирующих технологических схем сравниваются между собой. Прежде всего, анализ проводится по основным количественным параметрам шахты и элементам технологических схем: мощность шахты, длина лавы, нагрузка на очистные забои, подвигание очистных забоев, которые являются переменными при оптимизации. Изучаются зависимости критерия от изменяющихся основных количественных параметров: S np = f (А ш. Г ); S np = f ( л ); S np = f (А 0. 3 ); S np = f (v 0, 3 ) и т. д. Разработка проекта шахты. На базе горно-геологических данных месторождений, директивных и нормативных документов, найденных оптимальных значений параметров шахты и технологической схемы выполняется конкретный технический или технорабочий проект шахты. Поэтапный подход к развитию шахты требует достаточного согласования развития горных работ на шахте во времени, выбора рациональных путей использования на последующих этапах имеющихся на предыдущих этапах фондов (оборудование, горные выработки, сооружения и пр.), определения эффективных средств механизации и форм организации работ в течение первого этапа и особенно с переходом на последующие этапы и т. д.

7 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. Особое значение имеет задача согласования производительности отдельных производственных подсистем шахты во времени, определения «горячего» резерва на каждом из них. Чрезвычайно важно установить в проекте порядок перехода шахты с первого этапа ее работы на второй, условия использования существующих фондов, их обновления и пополнения. При этом указываются и анализируются трудности в эксплуатации технологической схемы и ее элементов, предлагаются пути их преодоления. 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.

8 В общем виде математическое описание задачи проектирования технологической схемы шахты имеет вид: где Спр критерий оптимальности; Г вектор, компоненты которого отражают горно- геологические условия; Хд.кач вектор, компоненты которого характеризуют оптимизируемые дискретные качественные характеристики; Хн.кол вектор, компоненты которого характеризуют оптимизируемые непрерывные количественные характеристики; Хд.кол вектор, компоненты которого характеризуют оптимизируемые дискретные количественные характеристики. Требованиями к математической модели рационального варианта технологической схемы являются: возможность оценки практически всех технических и технологических решений, совместных с горно-геологическими условиями и влияющих на качественные и количественные характеристики ТС шахты; возможность обеспечения количественного сравнения альтернативных вариантов шахты и определения наилучшего варианта по принятому критерию оптимальности; экономико-математическая модель должна быть достаточно адекватной реальным горно- геологическим условиям и обеспечивать допустимую погрешность расчетов; возможность быстрой корректировки модели при получении дополнительной горно-геологической информации о месторождении; экономико-математическая модель должна быть достаточно гибкой как для применения в проектной практике, так и для условий действующих шахт. Проектирование технологической схемы шахты относится к классу задач по определению экстремума сложной целевой функции многих переменных. Ее аналитическое решение путем перебора всех возможных сочетаний качественных и количественных характеристик, влияющих на технологическую схему шахты, и оценка возможных конструкций вариантов их, соответствующих горно-геологическим условиям по принятому критерию оптимальности, приводит к рассмотрению любого конструированного множества вариантов.

9 Исходя из основных положений системного анализа, главная идея реализуется последовательностью решения многовариантной задачи. Структурная формула учитываемых затрат на 1 т промышленных запасов по i-му варианту имеет общий вид: где i индекс варианта; Спр. суммарные затраты по i-му варианту, отнесенные на 1 т промышленных запасов угля в шахтном поле, грн/т; Сі суммарные эксплуатационные затраты на проведение всех подготовительных выработок по i - му варианту в пределах шахтного поля, грн /т; Спод.і суммарные эксплуатационные затраты на поддержание всех подготовительных выработок в пределах шахтного поля по i -му варианту, грн /т; Со.з.і суммарные эксплуатационные затраты по очистным забоям по i -му варианту, грн /т; Стр.і суммарные затраты на транспортирование угля, материалов (оборудования) и людей по i - му варианту, грн /т; Свод.і суммарные эксплуатационные затраты на водоотлив по i-му варианту, грн /т; Сс.п.і суммарные эксплуатационные затраты на подъем грузов по i-му варианту, грн/т; Спров.і суммарные эксплуатационные затраты на проветривание горных выработок по i-му варианту, грн /т; Ст.і суммарные эксплуатационные затраты на теплоснабжение шахты по i-му варианту, грн /т; Спов.і суммарные эксплуатационные затраты на обслуживание поверхностного комплекса шахты по i-му варианту, грн /т; Спор.і суммарные эксплуатационные затраты по загрузочной станции и транспортированию породы по стволу по i-му варианту, грн /т.