27

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Обґрунтування параметрів підготовки запасів уклонних ступенів глибоких горизонтів (на прикладі шахт Донецько-Макіївського вугільного району)

Спеціальність 05.15.02 - "Підземна розробка родовищ корисних копалин"

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Виговська Даніела Даніїловна

Донецьк - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Донецькому державному технічному університеті

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Бондаренко Юрій Васильович,

декан факультету "Геотехнології і управління виробництвом", завідувач кафедри "Управління виробництвом" Донецького державного технічного університету.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Пудак Валентин Васильович, генеральний директор ВО "Донецьквугілля”, м. Донецьк;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Андреєв Іван Михайлович, ведучий науковий співробітник Донецького науково-дослідного вугільного інституту, м. Донецьк.

Провідна установа:

Донбаський гірничо-металургійний інститут, кафедра "Розробка пластових родовищ”, Міністерства освіти і науки України (м. Алчевськ, Луганської обл.).

Захист відбудеться " 17 ” березня 2000р. о 12 годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.05 в Донецькому державному технічному університеті за адресою: 83000, Україна, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 1 навчальний корпус, к. 201.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці ДонДТУ (83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 2 навчальний корпус).

Автореферат розісланий " 17 ” лютого 2000р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, д. т. н., проф. М.Р. Шевцов

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Одним із негативних наслідків різкого скорочення інвестицій в вугільну промисловість є прогресуюче руйнування гірничого господарства шахт. Практично не ведеться поглиблення стволів, істотно скоротився об'єм проведення підготовчих виробок, переважна більшість шахт відпрацьовує уклонні ступені. В результаті цього збільшуються витрати на підтримання виробіток, транспорт, провітрювання, і визначається деконцентрація робіт. Ця тенденція посилює дію інших негативних факторів - низької механізації очисних і підготовчих робіт, старінню стаціонарного обладнання та сприяє подальшому погіршенню техніко-економічних показників вугільних шахт.

Різке скорочення фінансування вугільної промисловості не дозволяє впроваджувати передові технології і змушує шукати нові нетрадиційні рішення з мінімальними питомими витратами. До нинішнього часу ведучими науково-дослідними інститутами запропоновані ефективні технологічні рішення по підготовці шахтних полів з розділом панелі на секції, а вони в значній мірі відповідають специфічним умовам розробки вугільних пластів на великих глибинах. Можливості практичного застосування на шахтах цього прогресивного способу підготовки стримується відсутністю розробок його конструктивних параметрів.

Зв'язок теми дисертації з планом основних робіт університету. Однім із основних наукових напрямків ДонДТУ на протязі багатьох десятиріч є розробка ефективних технологічних рішень по вдосконаленню гірничого господарства шахт. Дисертація відноситься до тієї частини цих робіт, що стосується оптимізації способів підготовки виїмкових полів шахт пологих пластів на великих глибинах.

Мета роботи: науково-технічне узагальнення і обґрунтування параметрів підготовки і відробки запасів уклонних ступенів глибоких горизонтів для забезпечення високих техніко-економічних показників роботи шахт.

Ідея роботи полягає в забезпеченні надійної і ефективної відробки запасів уклонних ступенів з урахуванням комплексного впливу гірничо-геологічних і гірничо-технологічних факторів.

Методи досліджень. У відповідності з поставленою метою і задачами дисертації в роботі прийнята наступна методика рішення поставлених задач: застосування інженерно-логічного і економічного аналізу по дослідним питанням; збір вхідної інформації і її статистична обробка з застосуванням імовірних методів; розробка математичних багатофакторних моделей показника надійності; розробка економіко-математичної моделі оптимізації параметрів способу підготовки з урахуванням технологічної надійності і подальшої реалізації їх на ЕОМ.

Основні наукові положення і результати, винесені на захист, і їх новизна.

1. Встановлені кількісні залежності показника надійності процесу проведення гірничих виробок від впливу основних гірничо-геологічних і гірничо-технологічних факторів (потужності і кута падіння пласта; глибини ведення робіт; площі поперечного перерізу виробок; швидкості їхнього проведення; відношення площі вугільного вибою виробки до загальної площі поперечного перерізу виробки; міцності порід; довжини проведеної виробки; схильності пластів до раптових викидів вугілля і газу; строку служби виробки).

2. Встановлені кількісні залежності показника надійності роботи очисних вибоїв на похилих пластах від основних впливових факторів (потужності і кута падіння пласта, багатогазності, глибини робіт, стійкості навколишніх порід, схильності пластів до раптових викидів вугілля і газу, довжини підтримуючих гірничих виробок, довжини очисного вибою).

3. Обґрунтовані чисельні значення раціональних параметрів розділу уклонного поля на секції (довжина секції по простяганню, навантаження на секцію, кількість ярусів в ній) з урахуванням надійності і комплексного впливу основних факторів.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій роботи підтверджена використанням апробованих методик проведення досліджень, застосуванням методів математичної статистики при обробці результатів досліджень, застосуванням обчислювальної техніки.

Наукове значення роботи полягає в розвитку методу оптимізації технологічних рішень по підготовці шахтних полів за рахунок комплексного врахування впливу на кінцевий результат оптимізації залежностей надійності технологічних процесів від гірничо-геологічних і гірничотехнічних умов розробки. Отримані кількісні залежності надійності технологічних процесів підготовки виїмкових полів від конкретних гірничо-геологічних і гірничотехнічних умов.

Практичне значення роботи:

розроблені методичні положення по визначенню показників надійності процесів підготовчих і очисних робіт при підготовці уклонних полів глибоких горизонтів;

розроблена методика визначення оптимальних параметрів секції панелей для конкретних умов глибоких шахт, що розробляють пологі пласти.

Реалізація висновків і рекомендацій роботи. Розроблена методика по вибору планувальних рішень по відробці пологих вугільних пластів на глибоких горизонтах прийнята НТР ДХК "Донвугілля".

Апробація роботи. Основні положення роботи в цілому і її окремі частини розглядалися на 3-й (1997) і 4-й (1998) науково-практичних конференціях випускників гірничого факультету ДонДТУ; на розширеному засіданні кафедри "Розробка родовищ корисних копалин" ДонДТУ (1999).

Публікації.

Основні наукові і практичні результати дисертації опубліковані в 7 наукових статтях.

Структура і обсяг дисертації.

Дисертація включає вступ, 5 розділів і висновок, містить 13 рисунків, 35 таблиць, список літературних джерел з 82 найменувань, 22 додатків. Робота викладена на 157 сторінках, загальний обсяг 297 сторінок.

Автор висловлює глибоку вдячність науковому керівнику доктору технічних наук, професору Ю.В. Бондаренку за цінні поради в процесі виконання досліджень. Автор вдячний всім фахівцям за допомогу і консультації по темі досліджень.

Основний зміст роботи

На всіх етапах вдосконалення вуглевидобутку зусилля гірничої науки і практики спрямовувалися на раціоналізацію і оптимізацію технологічних рішень з метою підвищення видобутку вугілля і поліпшення техніко-економічних показників роботи шахт. Особлива увага приділялася раціональному параметризуванню способів підготовки шахтних полів, точність і якість яких і відповідність гірничо-геологічним умовам впливає на показники роботи шахт на протязі тривалого часу. Незважаючи на численні теоретичні вишукування і великомасштабні шахтні експерименти гірнича наука не дає однозначних рекомендацій по раціональній підготовці глибоких шахтних полів в умовах дефіциту інвестицій і практично повної відсутності оборотних коштів на шахтах. Разом з цим, саме від рішення цього питання в значній мірі залежить продовження існування шахт в сучасних умовах. Шляхи виходу з цієї складної ситуації намічені в роботах В.Д. Явлівського, О.Ф. Бахтіна, Ю.К. Батманова, О.А. Лещинського, П.Я. Большакова, М.О. Моісеєва, О.Г. Лепихова, О.Л. Селезня, В.В. Пудака, що присвячені створенню принципово нових способів розкриття і підготовки запасів полів глибоких шахт з використанням шахта-модулів, з розділом панелей на секції з одночасною роботою в них декілька очисних вибоїв. Ці технологічні рішення адаптують гірничі роботи до умов глибоких шахт. Необхідність підвищення ефективного вуглевидобутку в нових ускладнюючих умовах вимагає розвитку цих конструктивних ідей і зокрема оптимізації параметрів підготовки шахтних полів з застосуванням розділу панелей на секції для конкретних умов експлуатації.

Перший розділ дисертації присвячений аналізу впливу заглиблення гірничих робіт на еволюцію технологічних рішень по підготовці шахтних полів. Встановлено, що з збільшенням глибини гірничих робіт зростає питома вага польової підготовки шахтопластів з 29% при глибині до 600м, до 62% при глибині більше 1200м. Заглиблення гірничих робіт визначає і вибір способу підготовки шахтних полів, зумовлюючи зниження долі етажного способу підготовки і сумарне збільшення питомої ваги панельного і погоризонтного способів підготовки, при деякому відносному зменшенні долевої участі погоризонтного способу підготовки у порівнянні з панельним. На глибинах понад 750м застосування погоризонтного способу підготовки зменшується на 30% по відношенню до панельного способу. Встановлено, що в глибоких шахтах надійність технологічних схем розробки довгими стовпами по простяганню на 11-17% вище, ніж при підготовці стовпами за підняттям. Питання підготовки шахтних полів достатньо глибоко і всебічно досліджені в фундаментальних працях О.М. Найдиша, С.М. Липковича, М.І. Устінова, О.Ф. Бахтіна, М.П. Зборщика, Ю.К. Батманова, О.А. Лещинського, В.В. Пудака та інших вчених. В цих роботах створені методи вибору раціональних варіантів підготовки шахтних полів в конкретних умовах і визначення оптимальних параметрів цих технологічних рішень в залежності від основних гірничо-геологічних і гірничотехнічних факторів. Урахування стохастичного характеру виробничих процесів і їх конструктивні ідеї розвинуті в роботах А.С. Бурчакова, Л.А. Кафорина, М.І. Устінова, В.О. Харченка, Б.М. Воробйова, М.Л. Срібного, Ю.К. Батманова, О.А. Лещинського, М.А. Моісеєва, В.В. Пудака, Ю.Ф. Васючкова та інщіх. Дослідження цих вчених створюють теоретичні передумови для вибору раціональних варіантів й оптимізації параметрів принципово нових технологічних рішень по підготовці шахтних полів. Однак безпосереднє їхнє застосування для оптимізації параметрів панелей, розділених на секції неможливо без адаптації до конструктивних і технологічних особливостей таких панелей. Для створення достатньої теоретичної основи рішення задачі визначення оптимальних параметрів цього перспективного технологічного рішення необхідно проведення додаткових комплексних досліджень. В світлі викладеного вище сформовані мета, ідея роботи і визначені її приватні задачі.

Для досягнення мети дисертаційної роботи припускається рішення наступних взаємозв'язаних приватних задач:

1. Аналізу результатів застосування різних способів підготовки шахтних полів і оцінка можливості вдосконалення панельного способу підготовки.

2. Проведення шахтних спостережень і визначення кількісних залежностей надійності очисних процесів від основних впливових факторів. Встановлення за результатами шахтних спостережень впливу основних гірничо-геологічних і гірничотехнічних факторів на надійність процесів проведення гірничих виробок.

3. Розробка і реалізація математичних моделей параметрів різних варіантів панелей, розділених на секції. Визначення оптимальних параметрів панелей, поділених на секції в залежності від впливових факторів.

4. Розробка методики визначення оптимальних параметрів панелей, розділених на секції з урахуванням надійності процесів підготовки виїмкових полів. Встановлення ефективності застосування розроблених рекомендацій.

В другому розділі роботи проаналізовані технічні можливості розвитку панельного способу підготовки шахтних полів. Середні показники шахт працюючих з панельною підготовкою вище, ніж при погоризонтній: середньодобовий видобуток шахти на 20,7%, продуктивність праці робітника по видобутку на 66,3%, а собівартість 1т по шахті нижче на 28,2%. Топологічні особливості цього способу підготовки забезпечують в певній мірі більшу адаптацію до умов глибини, ніж погоризонтний спосіб підготовки.

На шахтах ДХК "Донвугілля” і ВО "Донецьквугілля” із працюючих 66 очисних вибоїв 51 (77,2%) мають температуру 26⁰ і більше. Це зв'язане з тим, що 72% працюючих лав в Донецькому вугільному районі розміщені на глибині понад 700м.

В результаті врахування впливу розвитку гірничих робіт на прояву теплового фактора встановлено, що найбільш сприятливі умови для компенсації забезпечуються при панельному способі підготовки. З урахуванням можливості нейтралізації теплового фактора панельний спосіб підготовки доцільно удосконалювати в напрямку розділення панелі на секції для створення сприятливих умов провітрювання, зниження температури повітряного потоку.

Різноманіття гірничо-геологічних умов і можливих рішень по розділенню панелей на частини дозволила виділити 8 варіантів реалізації цього технологічного рішення. Варіанти відрізняються кількістю похилих виробок при відробці секції панелі, схемою підготовки виїмкового стовпа (пластова або польова), способом проведення (розташування), підтримання польових і пластових дільничих виробок, провітрюванням і транспортуванням по них вантажів. Встановлений рівень надійності безпечного ведення гірничих робіт, працездатність схеми в різноманітних гірничо-геологічних умовах і ув'язка ведення підготовчих і очисних робіт в період підготовки і експлуатації виїмкового поля.

Попередній аналіз можливих результатів застосування цих варіантів показали, що з позицій трудомісткості підготовки найбільш раціональними є: при стовповій системи розробки - варіант стовпова система розробки з польовою підготовкою, трьома центральними і двома секційними уклонами; при суцільній системи розробки - варіант суцільна система розробки з польовою підготовкою з трьома центральними уклонами; при комбінованій системи розробки - варіант комбінована система розробки з пластовою підготовкою, транспортуванням вантажу по центральному і фланговому уклонам.

В розділі 3 виконане дослідження надійності виробничих процесів підготовки і відробки виїмкових полів. Для здійснення цієї задачі проведений відбір гірничо-геологічних і гірничотехнічних умов виїмкових полів по процесам очисних і підготовчих робіт і розроблена приватна методика збору, обробки вхідної інформації і відбору найбільш впливових факторів.

Для визначення показника надійності підготовчих робіт зібрані вхідні дані по 53 підготовчим виробкам шахт Донецько-Макіївского району (29 похилим і 24 горизонтальним) - 262 вибоїв-місяців, для визначення показника надійності очисних процесів - дані по 63 комплексно-механізованим лавам (371 лаво-місяць).

Необхідна кількість спостережень по критерію Колмогорова склало 92 спостереження, що значно менш прийнятих до дослідження даних, і підтверджує високий рівень вірогідності вхідного масиву.

Показник надійності роботи очисних вибоїв k_{н. оч} визначений із слідуючого вираження

,

де - сума інтервалів між відказами; - сумарний час, витрачений на усунення відказів.

Результати визначення показника надійності по прийнятим групам очисних вибоїв (по потужності відпрацьовуючого пласта) зведені в табл.1.

запас уклонний гірнича виробка

Таблиця - 1

Зміна показника надійності очисних процесів

Потужність пласта	Діапазон зміни довжини лави, м	Кількість лаво-місяців / лав	Діапазон зміни kн. оч
0,8…1,0	140…160 160…180 170…200	131/25	0,25…0,40 0,40…0,70 більше 0,70
1,0…1,2	150…170 160…180 170…190	35/8	0,25…0,40 0,40…0,60 більше 0.60
1,2…1,4	160…180 170…200 200…220	78/12	0,30…0,50 0,50…0,70 більше 0,70
1,4 і більше	180…250 190…220 170…190	127/18	0,30…0,50 0,50…0,70 більше 0,70

Відбір основних факторів, що впливають на показник надійності виконаний по розробленій приватній методиці, для використання якої відібрані слідуючи фактори: m - потужність пласта; - кут падіння пласта, град.; Н - глибина ведення очисних робіт, м; q - багатогазовість, м³/т; k_ст - коефіцієнт стійкості вміщуючих пород; k_бз - коефіцієнт, що відображає схильність пласта до викидів вугілля і газу; k_пв - коефіцієнт довжини підтримуючих гірничих виробок, км/1000т.д. в.; l_ов - довжина очисного вибою, м.

Кількісні залежності надійності очисних вибоїв від основних впливових факторів приведені в табл.2.

Таблиця - 2

Рівняння парних залежностей показника надійності очисних робіт від основних впливових факторів

Впливові фактори	Вид залежності	r
m	kн. оч =m/ (0,47+1,24 m)	0,78
	kн. оч =/ (-0,56+1,66 )	0,85
q	kн. оч =q/ (-0,74+1,63 q)	0,85
H	kн. оч =H/ (-215,29+1,81 H)	0,80
kст	kн. оч =-0,02+0,65 kст	0,45
lов	kн. оч =lов/ (-28,45+1,78 lов)	0,68
kпв	kн. оч =kпв/ (-0,01+1,76 kпв)	0,77
kбз	kн. оч =kбз/ (-0,65+2,27 kбз)	0,67

Встановлено, що найбільший вплив на показник надійності очисних процесів справляють: потужність пласта, кут падіння пласта, багатогазовість пласта, глибина очисних робіт.

Визначення показника надійності підготовчих процесів (k_{н. під}) виконане з розділенням підготовчих виробок на групи похилих і горизонтальних виробок.

Розрахунок цього показника по прийнятим групам наведений в табл.3.

Таблиця - 3

Зміна показника надійності процесів проведення підготовчих виробок

Вид виробок	Кількість вироботко/місяців роботи	Діапазон зміни kн. під	Середнє значення kн. під по групі
Горизонтальні:	24/111	-	0,74
- пластові	17/63	0,62-0,80	-
- польові	7/48	0,67-0,89	-
Похилі:	29/151	-	0,70
- пластові	23/112	0,56-0,76	-
- польові	6/39	0,59-0,82	-

Встановлені залежності k_{н. під} від слідуючих факторів: S - площа поперечного перерізу гірничої виробки в світлі, м²; m - потужність пласта,що відпрацьовується, м; - кут падіння пласта, град.; - коефіцієнт відношення площі вугільного вибою виробки до загальної площі поперечного перерізу виробки; H - глибина закладення виробки, м; f - коефіцієнт міцності пород по шкалі проф. Протод^/яконова; V_n - швидкість проведення виробки, м/мес; l_в - довжина проводимої виробки, м; k_бз - коефіцієнт відображаючий схильність пласта і вміщуючих пород до раптових викидів вугілля, породи і газу; t_сл - строк служби виробки, років.

Види парних залежностей k_{н. під} від основних впливових факторів виконані для горизонтальних і похилих виробок. Аналіз регресійних залежностей показав, що найбільший вплив на k_{н. під} горизонтальних виробок виявляють фактори: S, Н, V_пр і , а на k_{н. під} похилих виробок - , f і V_пр (рис.2).

З метою дальшого використання в економіко-математичній моделі показників надійності при розрахунку витрат на підготовку шахтного поля отримані багатофакторні моделі для їх визначення приведені в табл.4.

Таблиця - 4

Рівняння багатофакторних залежностей показника надійності від основних впливових факторів

Вид багатофакторної моделі	Значення R
kн. оч=3,93 m0,14 0,14 H - 0,11 q - 0,01 kов-0,87 kбз-0,36 kпв-0,11 Lов-0,3	0,79
kгорн. під=0,37 S 0,03 Lв0,17 H - 0,1 Vn0,05 f - 0,02 m - 0,2 0,17 tсл0,04	0,79
kпохн. під=0,04 S 0,31 Lв0,17 H 0,03 0,31 Vn-0,11 f - 0,1 m 0,2 - 0,4 tсл-0,05	0,83

Одержані моделі оцінювалися по коефіцієнту множинного кореляційного відношення R. Оцінка на адекватність проводилася по середній помилці апроксимації S, що складає 3%…8,5% і свідчить про те, що моделі можуть бути використані для практичного застосування.

Дані математичні моделі дійсні для умов шахт Донецько-Макіївского вугільного району в наступних діапазонах факторів: m=0,8…1,6м; =7…19⁰; Н=720…1280м; q=5,31м³/т; l_ов=160…250м; S=8…16м²; f=3…14; V_п=20…120м/міс; =0,2…0,8; t_сл=2…18 років; k_ст=0,9…1,15; k_оз=0,9…1,1; k_пв=0,06…0,46 км/1000т.д. в.; k_ов=0,8…3,0 лав/1000т.д. в.

Встановлено, що на показник надійності процесів очисних робіт істотно впливають: m, , q, Н. Зміна значень цих факторів на 10% приводить до зміни значення показника надійності на 4,5…4,8%.

У четвертому розділі визначені раціональні параметри секції панелі і їх залежності від основних впливових факторів.

Розрахунок параметрів проводився на прикладі шахт ім. Є.Т. Абакумова і ім. Челюскинців для прирізаних дільниць уклонних полів з урахуванням використання мережі старих гірничих виробок і споруд, а також старої промислової площадки шахти, з врахуванням їх остаточної вартості на даний період і можливого строку служби. На підставі цих розробок складена економіко-математична модель питомих витрат на проведення, підтримання, транспорт, водовідлив, очисні роботи і провітрювання гірничих виробок з урахуванням технологічної надійності.

Після визначення вартісних параметрів економіко-математична модель має вигляд:

+min

Раціональні (оптимальні) параметри (S_c, n_я, А_{с. р.)} розраховані в програмі EXCELL на ЕОМ. Варіації цих залежностей наведені в додатку дисертації (54 рисунки по 462 залежностям). По цим графікам встановлені раціональні параметри секції, показані на рис.3 і рис.4. Визначений нами розмір секції по простяганню (S_c) складає 1550м, кількість ярусів в секції (n_я) рівно 6 (при Н_я=200м) і навантаження на секцію А_{с. р}. (при роботі двох лав в секції) - 630 тис. т в рік (1100 т/добу на лаву) при відробці пласта потужністю 1,2 м.

Перевірка економіко-математичної моделі на роботоздатність була виконана для пластів потужністю 1,6 м. Встановлено, що збільшення потужності пласта на 33,6% зменшує розмір секції по простяганню на 6,5%, кількість ярусів залишається без змін (n_я=6), а навантаження на секцію зростає до 1080 тис. т у рік при зниженні питомих витрат виробництва на 30,4%.

Для визначення кількісних залежностей параметрів секції від впливових факторів (m, , q, H, k_ст, k_ов, l_ов та ін.) розраховані регресійні залежності.

Проведені дослідження дозволили розробити багатофакторні математичні моделі для визначення оптимальних значень А_{с. р.,} S_c і n_я (табл.5).

Таблиця - 5

Багатофакторні математичні моделі параметрів секції панелі

Вид багатофакторної моделі	Значення R
Sc=0,096 m 0,61 0,05 H 0,02 q - 0,01 kов-0,005 kст-0,63 kбз-0,09 kпв0,12	0,85
nя=0,064 m 0,44 0,2 H - 0,13 q 0,04 kов-0,03 kст-0,11 kбз0,37 kпв0,03 Lов0,37	0,79
Ас. р. =1,89 m 0,05 - 0,13 H 0,15 q - 0,03 kов-0,02 kст0,68 kбз0,09 kпв-0,12 Lов0,21	0,81

Дані моделі дійсні при наступних значеннях основних факторів: m=0,8…1,6 м; =7…19⁰; Н=720…1250 м; q=5.31 м³/т; l_ов=160…250 м; k_ст=0,9…1,15; k_бз=0,9…1,1; k_пв=0,06…0,46 км/1000т.д. в.; k_ов=0,8…3,0 лав/1000т.д. в.

Оптимальні значення параметрів секції панелі - S_c, n_я, (при Н_я=200м) і А_{с. р. (}при роботі двох лав в секції) існують і залежать від m,, q, H, k_ст (f), l_ов, концентрації гірничих робіт (k_ов, k_пв) та ін.

Оптимальні значення S_c розраховані з урахуванням надійності процесів підготовчих і очисних робіт від основних впливових факторів для умов досліджуємого району і змінюється в межах 1500…1600м. Найбільш істотно на значення цього параметру впливають m, , k_пв. При зміні величини факторів m і на 10% значення показника S_c змінюється на 5,7% і на 3.2% відповідно. При значеннях m=1,2 м; =120; Н=850 м; q=12 м³/т; l_ов=200 м; k_ст=1,0; k_пв=0,4 км/1000т.д. в.; k_ов=1,2 лав/1000т.д. в. Розмір секції по простяганню рівний 1550 м.

Оптимальна кількість ярусів в секції (n_я) також розрахована з урахуванням показника надійності процесів підготовчих і очисних робіт від впливових факторів для умов даного району і дорівнює 6. Найбільш значно на оптимальну величину цього параметру впливають фактори k_ов, H, m, k_пв. При зміні значення факторів k_ов і H на 10% величина показника n_я змінюється на 3,0…3,2%.

Оптимальні значення навантаження на секцію (А_{c. р.)} (при роботі двох лав в секції) розраховані з урахуванням показника надійності процесів очисних і підготовчих робіт від основних впливових факторів для умов досліджуючого району і змінюється в межах 960…1200 тис. т/рік. Найбільш істотно на цей параметр впливають фактори m, q, k_ов, k_пв, k_ст. При зміні величини факторів m і q на 10% значення показника А_{с. р.} змінюється на 5,1-7,3% і на 2,9-3,3% відповідно.

В розділі 5 розроблена методика визначення раціональних параметрів панелі поділених на секції з урахуванням технологічної надійності підготовки шахтного поля і визначена область можливого застосування наданих рекомендацій.

Проведені в дисертаційній роботі дослідження дозволили розробити методику визначення раціональних параметрів підготовки секції панелі, що являє собою наступну послідовність:

1. Встановлюються значення основних впливових факторів з урахуванням їх вірогіднісно-детермінованої природи. До гірничо-геологічних факторів віднесені m,, q, H, f, k_бз, до гірничо-технічніх - l_ов, А_ов, V_ов, V_п, k_ов, k_пв.

2. Визначається надійність процесів підготовчих робіт, як функція основних впливових факторів для похилих і горизонтальних виробок при підготовці панелі.

3. Встановлюється показник надійності k_{н. оч} процесів очисних робіт для лав з комплексно-механізованою виїмкою вугілля по виймаємим потужностям пласта. Визначається показник надійності і встановлюються парні залежності k_{н. оч} від основних впливових факторів,що дозволяє розробити багатофакторну математичну модель і підвищити ступінь точності певних параметрів секції.

4. Визначаються оптимальні параметри секції панелі з урахуванням технологічної надійності по розробленій економіко-математичній моделі і встановлюються регресійні залежності параметрів від основних впливових факторів. На базі цих залежностей розроблені багатофакторні математичні моделі для будь-яких гірничо-геологічних умов приймаючого рішення.

Остаточний вибір раціональних параметрів підготовки уклонного поля (S_c, n_я, А_{с. р.)} можна приймати по графікам залежностей.

Запропоновані технологічні варіанти рішень найбільш реально можуть застосовуватися на шахтах з промисловими запасами вугілля в уклонних полях 10 млн. т і більше, на пластах потужністю більш 1,0 м, де ефективне застосування комплексно-механізованої виїмки вугілля або на шахтах де можливий варіант прирізки запасів (глибокі горизонти). Таких шахт в досліджуємому районі сім ім. Є.Т. Абакумова, ім. Челюскинців, "Трудівська”, "Жовтневий рудник”, "Бутівка-Донецька”, "Ясинівська-Глибока”, "Чайкіно”.

Застосування запропонованих технологічних рішень можливо на шахтах Мінвуглепрому України:

по Донецькому регіону - шахта ім. О.Ф. Засядько, "Бутівка-Донецька”, "Жовтневий рудник”, ім.О. О. Скочинського, ім. Челюскинців, ім. Є.Т. Абакумова, "Трудівська” та ін. - всього 10 шахт;

по Макіївському регіону - 6 шахт (ім.В.М. Бажанова, "Чайкіно”, "Бутівська”, ім. К.І. Поченкова, "Ясинівська-Глибока”, "Північна”).

Для інших шахт Мінвуглепрома України застосування рекомендацій визначається по найбільш вагомим гірничо-геологічним факторам відбору (m, , H, q та ін.). В цю категорію ввійшли 6 шахт ДХК "Селидіввугілля"; ДХК шахта "Краснолиманська"; 5 шахт ДХК "Добропільвугілля"; 4 шахти ДХК "Шахтарськантрацит"; 2 шахти ДХК "Жовтеньвугілля"; 2 шахти ДХК "Торезантрацит". По Донецькій області шахт з Z_пром більше 10 млн. т; m > 0,8…1,0 м; =8-19⁰, де можливо впровадження запропонованих технологічних рішень - 36.

По Луганській області при аналогічних гірничо-геологічних умовах, шахт значно менше. Основними обмеженнями є кут падіння пластів до 6-8⁰ або зміною кута падіння пласта в межах шахтного поля 0-45⁰.

Виконані в попередніх розділах дисертації дослідження достатні для розробки методики визначення раціональних параметрів підготовки шахтних полів з розділенням панелі на секції.

Впровадження технологічних рішень при підготовці шахтних полів панельним способом з оптимальними параметрами секцій в панелі забезпечує: збільшення концентрації очисних робіт (2 лави в секції); значно скорочує строки підтримання виробок і зменшує питомі витрати на відробку секції панелі в цілому на 18-23%.

Висновок

В дисертації дано рішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає в встановленні кількісних залежностей надійності проведення гірничих виробок і ведення очисних робіт в лавах від комплексу впливових факторів для обгрунтування раціональних параметрів підготовки запасів уклонних ступенів глибоких горизонтів і забезпечення надійної і ефективної роботи вугільних шахт.

Основні наукові і практичні результати роботи

1. Уточнений спосіб оптимізації технологічних рішень по підготовці шахтних полів за рахунок врахування впливу основних гірничо-геологічних і гірничотехнічних факторів не тільки на формування вартісних параметрів по ключовим видам витрат, але і на визначення технологічної надійності процесів підготовки віїмкових полів при розділі панелей на секції.

2. Встановлені кількісні залежності показника надійності процесів очисних робіт від основних факторів: m-потужність пласта; - кут падіння пласта; q - багатогазовість та Н - глибина робіт. Зміна значень цих факторів на 10% змінює значення показника надійності на 4,5 …4, 8%.

3. Встановлені кількісні залежності показника надійності процесів підготовчих робіт при проведенні горизонтальних виробок від основних факторів: площі поперечного перерізу виробки (S), глибини робіт (Н), швидкості проведення виробки (V_пр), співвідношення площі вугільного вибою до загальної площі поперечного перерізу виробки (). На надійність проведення похилих виробок в найбільшій мірі впливають - кут падіння пласта (), міцність пород (f) і швидкість проведення виробок (V_пр). Встановлене, що з збільшенням площі перерізу виробки і кута нахилу виробки на 10% значення показника надійності проведення підготовчих виробок зменшується на 4,6% і 4,4% відповідно.

4. Розроблені математичні моделі визначення оптимальних значень S_c, n_я, А_{с. р.} від потужності пласта (m), кута падіння пласта (), глибини ведення робіт (Н), багатогазовість (q), довжини очисного вибою (l_ов), стійкості пород (k_ст, f), концентрація гірничих робіт (k_ов, k_пв) та ін. Оптимальні значення розміру секції по простяганню (S_c) розраховані з урахуванням надійності процесів підготовчих і очисних робіт від основних впливових факторів для умов досліджуємого району і змінюються в межах 1500…1600м. Найбільш істотно на значення цього параметру впливають фактори m, , k_пв. При зміні величини факторів m і на 10% значення показника S_c змінюється на 5,7% і на 3,2% відповідно. При значеннях: m=1,6 м; =12⁰; Н=850м; q=12м³/т; l_ов=200м; k_ст=1,0; k_бз=1,0; k_пв=0,4 км/1000т.д. в.; k_ов=1,2 n_лав/1000т.д. в. розмір секції по простяганню дорівнює 1550м.

Оптимальне значення кількості ярусів в секції (n_я) також розраховане з урахуванням надійності процесів підготовчих і очисних робіт від впливових факторів для умов даного району і дорівнює 6. Найбільш значно на оптимальну величину цього параметру впливають фактори k_ов, Н, m, k_пв. При зміні значення чинників k_ов і Н на 10% величина показника n_я змінюється на 3,0…3,2%.

Оптимальне значення навантаження на секцію (А_{с. р.)} розраховані з урахуванням надійності процесу очисних і підготовчих робіт від основних впливових факторів для умов нашого району змінюється в межах 960 - 1200тис. т на рік. Найбільш істотно на цей параметр впливають фактори: m, q, k_ов, k_пв, k_ст. При зміні величини факторів m і q на 10% значення показника А_{с. р} змінюється на 5,1…7,3% і на 2,9…3,3% відповідно. При прийнятих значеннях факторів і оптимальних значеннях S_c=1550м і n_я=6 А_{с. р.} =630 тис. т на рік.

5. Застосування панельного способу підготовки з розділом панелі на секції технічно можливо і економічні доцільно на шахтах Донбасу:

по Донецькому регіону - шахта ім. О.Ф. Засядько, "Бутівка-Донецька”, "Жовтневий рудник”, ім. О.О. Скочинського, ім. Челюскинців, ім. Є.Т. Абакумова, "Трудівська” і ін. - всього 10 шахт;

по шахтам Макіївського регіону - ім.В.М. Бажанова, "Чайкіно”, "Бутівська”, ім. К.І. Поченкова, "Ясинівська-Глибока”, "Північна”.

ДХК "Селидіввугілля" - им.Г. Димитрова, "Росія”, "Україна”, "№1/3 Новогродівська”, ім.О.Г. Стаханова, "Курахівська”;

ДХК шахта "Краснолиманська";

ДХК "Добропільвугілля" - "Добропільська”, "Алмазна”, "Білозерська”, "Ново-Донецька”, "Красноармійська”;

ДХК "Шахтарськантрацит" - "Жданівська”, "Вінницька”, ім.В.І. Чапаєва, "Шахтарська-Глибока”;

ДХК "Жовтеньвугілля" - "Світанок”, "Кіровська”;

ДХК "Торезантрацит" - "Прогрес”, ім. Л.І. Лутугина.

6. Застосування розроблених рекомендацій по оптимізації параметрів дозволить: збільшити концентрацію очисних робіт, значно скоротити строки підтримання виробок і зменшити питомі витрати на відробку секції панелі в цілому на 18-23%.

Публікації за темою дисертації

1. Бондаренко Ю.В., Выговская Д.Д., Гундарев П.Г., Гомаль А.И. Перспективы совершенствования горного хозяйства угольных шахт // Известия Донецкого горного института. - 1997. - №2 (6). - С.50-52.

2. Почтаренко Н.С., Выговская Д.Д. Выбор схем проветривания выемочных участков глубоких горизонтов по тепловому фактору // Известия Донецкого горного института. - 1997. - №1 (7). - С.30-31.

3. Выговская Д.Д. Методы оптимизации параметров и анализа эффективности работы секционных панелей с многозабойными системами разработки // Известия Донецкого горного института. - 1998. - №1 (7). - С.70-72.

4. Выговская Д.Д. Исследование зависимостей параметров секционной панели от основных влияющих факторов // Известия Донецкого горного института. - 1998. - №2 (8). - С.88-91.

5. Выговская Д.Д., Лабынцев В.Ю. Направления развития и финансирования предприятий угольной отрасли // Известия Донецкого горного института. - 1999. - №1. - С.33-36.

6. Выговская Д.Д. Определение зависимостей надежности процессов проведения горных выработок и параметров секции панели от основных влияющих факторов при разработке пологих угольных пластов // Известия Донецкого горного института. - 1999. - №2. - С.60-65.

7. Выговская Д.Д. Определение зависимостей надежности очистных процессов от основных влияющих факторов при отработке пологих угольных пластов // Известия Донецкого горного института. - 1999. - №3. - С.42-45.

Персональний вклад дисертанта в публікації

[1] - визначена область і обсяг впровадження нетрадиційних технологічних рішень на перспективних шахтах Донецького вугільного району;

[2] - приведена класифікація схем провітрювання виїмкових дільниць глибоких горизонтів по тепловому фактору;

[5] - розглянуто зарубіжний і вітчизняний досвід фінансування вугільних підприємств і концепції виходу з кризи вугільної промисловості України.

Анотації

Виговська Д.Д. "Обгрунтування параметрів підготовки запасів уклонних ступенів глибоких горизонтів (на прикладі шахт Донецько-Макіївського вугільного району)". - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.15.02 - "Підземна розробка родовищ корисних копалин”. - Донецький державний технічний університет Міносвіти і науки України, м. Донецьк, 1999.

У дисертаційній роботі містяться наступні результати.

Проведений аналіз впливу поглиблення гірничих робіт на еволюцію технологічних рішень по підготовці шахтних полів і вивчені передумови вибору раціональних варіантів та оптимізації параметрів принципово нових рішень розділу панелей на секції. Проаналізовано і виділено 8 варіантів можливої реалізації технологічних рішень по панельній підготовці. Виконані дослідження надійності виробничих процесів підготовки і відробки виймальних полів. Розраховані регресійні залежності впливу основних факторів на показники надійності і багатофакторна математична модель цих показників. Розроблена економіко-математична модель і визначені раціональні параметри секції панелі з урахування показника надійності і виявлені кількісні залежності впливу на них основних факторів. Внаслідок проведених досліджень розроблена методика визначення раціональних параметрів секції панелі з урахуванням показника надійності технологічних процесів підготовки шахтного поля.

Методика прийнята до використання в ДХК "Донвугілля".

Ключові слова: спосіб підготовки, система розробки, технологічна надійність, регресійний аналіз, параметри секції панелі, математична модель.

Выговская Д.Д. "Обоснование параметров подготовки запасов уклонных ступеней глубоких горизонтов (на примере шахт Донецко-Макеевского угольного района)". - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.02. "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых” - Донецкий государственный технический университет Минобразования и науки Украины, г. Донецк, 1999г.

В диссертационной работе содержатся следующие результаты.

Проведен анализ влияния углубления горных работ на эволюцию технологических решений по подготовке шахтных полей. Установлено, что с увеличением глубины горных работ возрастает удельный вес полевой подготовки шахтопластов с 29% при глубине 600 м до 62% при глубине 1200м. Установлено, что углубление горных работ предопределяет выбор способа подготовки шахтных полей. Доля этажного способа подготовки снижается. Увеличивается суммарная доля погоризонтного и панельного способа подготовки с преобладанием панельного. Проанализированы теоретические предпосылки выбора рациональных вариантов и оптимизации параметров принципиально новых технологических решений по подготовке шахтных полей с использованием разделенных на секции панелей.

Выделены 8 вариантов возможной реализации технологических решений по подготовке шахтных полей с использованием разделенных на секции панелей. Варианты отличаются количеством наклонных выработок, схемой подготовки выемочных столбов, способом проведения и поддержания выработок, проветривания и транспорта груза по ним. Выполнен технико-технологический анализ вариантов с учетом безопасного ведения горных работ, работоспособности схем в различных горно-геологических условиях, обеспечения безусловной надежности схемы проветривания, условий сохранения подготовительных и выемочных выработок.

Установлено, что наиболее рациональным направлением совершенствования подготовки шахтных полей в условиях возрастающих глубин и дефицита средств на развитие горного хозяйства является применение способа подготовки с разделением панели на секции.

Выполнены исследования надежности производственных процессов подготовки и отработки выемочных полей. Для определения показателя надежности были собраны исходные данные по 53 подготовительным забоям и 63 комплексно-механизированным лавам. Полученные результаты выявили большой диапазон изменения показателя надежности в результате влияния различных горно-геологических и горнотехнических факторов. Разработана методика отбора основных факторов, влияющих на показатель надежности. Регрессионный анализ показал, что наибольшее влияние на показатель надежности подготовительных процессов оказывают - площадь поперечного сечения выработки (S); глубина ведения работ (H); крепость пород (f); скорость проведения выработки (V_n); длина проводимой выработки (l_в). На показатель надежности очистных процессов наиболее влияют следующие основные факторы: мощность разрабатываемого пласта (m); угол падения пласта (); газообильность (q) и глубина ведения очистных работ (H).

Выполнено экономико-математическое моделирование по определению оптимальных параметров секции панели - размер секции по простиранию (S_c), количество ярусов в секции панели (n_я) и нагрузка на секцию (при работе двух лав одновременно) (А_сг) по программе для ЭВМ. Установлено влияние основных горно-геологических и горнотехнических факторов на значение параметров секции панели и их технологическую надежность: мощности пласта, угла падения и газообильности, глубины работ, устойчивости пород, длины очистного забоя, концентрации горных работ и др. Определены парные регрессионные зависимости влияния основных факторов на параметры секции и на их базе рассчитаны многофакторные математические модели определения этих параметров.

По результатам проведенных исследований разработана методика определения рациональных параметров панели разделенной, на секции, с учетом технологической надежности подготовки шахтного поля. Сущность методики заключается в выборе основных влияющих факторов, определения показателя надежности производственных процессов подготовки и ведения очистных работ, оптимальных параметров секции панели и зависимостей влияния на них основных факторов. Определена область возможного применения разработанных рекомендаций.

Методика принята к использованию в ГХК "Донуголь".

Ключевые слова: способ подготовки, система разработки, технологическая надежность, регрессионный анализ, параметры секции панели, математическая модель.

Vygovskaya D.D. A Substantiation of preparation parameters of stocks slopes steps of deep horizons (on an example of mines Donetsk - Makeyevka coal area). - Manuscript.

Thesis for a technical sciences candidates degree by speciality 05.15.02 - the exploitation southerner of the minerals deposits. - Donetsk State Technical University, Donetsk, 1999.

Eight variants of possible realization of the technological decisions on mine fields preparation with using the panels, divided on section are allocated. The researches of reliability productive processes of preparation and development of coal fields are executed. The economical-mathematical modeling by optimum parameters definition of panel section - size of section on stretch, quantity of circles in one panel section and loading on section (with simultaneously work of two coal faces) under the computer program.

The method is applied in GHK "Donugol".

Key words: method of preparation, system of development, technological reliability, regressive analysis, parameters of panel section, mathematical model.

Размещено на Allbest.ru

...