ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
САМКОВА Елла Рафаїлівна
УДК 622.232.8:658.562:622.3
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ТЕХНОЛОГІЇ ВУГЛЕВИДОБУТКУ В КОМПЛЕКСНО-МЕХАНІЗОВАНИХ ЛАВАХ ПОЛОГИХ ПЛАСТІВ ЗА ФАКТОРОМ ЗАСМІЧЕННЯ ВУГІЛЛЯ
Спеціальність: 05.15.02 - "Підземна розробка родовищ
корисних копалин"
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Донецьк-2003
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі розробки родовищ корисних копалин
Донбаського гірничо-металургійного інституту (м. Алчевськ) Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: | кандидат технічних наук, доцент, Окалєлов Василь Миколайович доцент кафедри розробки родовищ корисних копалин, проректор з наукової роботи Донбаського гірничо-металургійного інституту Міністерства освіти і науки України
Офіційний опоненти:
доктор технічних наук, професор Бондаренко Володимир Ілліч, завідувач кафедри підземної розробки родовищ, проректор з наукової роботи Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).
кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Керкез Семен Данилович, генеральний директор ДХК Луганськвуглепереробка Міністерства палива та енергетики України (м. Луганськ).
Провідна установа: Інститут геотехнічної механіки НАН України (м. Дніпропетровськ)
Захист дисертації відбудеться "16" 01 2004 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.05 Донецького національного технічного університету за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 1 навчальний корпус, ВАЗ.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Донецького національного технічного університету (83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, другий навчальний корпус).
Автореферат розісланий "12" 12 2003 р.
Вчений секретар спеціалізованої
вченої ради Д 11.052.05
доктор технічних наук, професор М.Р. Шевцов
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Проблема підвищення ефективності технології вуглевидобутку в комплексно-механізованих очисних вибоях (КМВ), питома вага якого у 2002 р. досягла 81%, є дуже гострою у зв'язку з гірничо-геологічними умовами, що постійно погіршуються: збільшується кількість тонких і надто тонких пластів, пластів і ділянок з коливаннями потужності більше 10%, тектонічними порушеннями, з хибною та нестійкою безпосередньою покрівлями, важкообвальною основною покрівлею, нестійкою та випираючою підошвою, зі складною гіпсометрією й будовою, високим віджиманням вугілля та ін. Високопродуктивна робота комплексів у таких умовах утруднена, а іноді й взагалі неможлива.
Сприятливі гірничо-геологічні умови роботи серійних механізованих комплексів за даними С.В. Полякова були вичерпані ще в 1974-1975 р.р. і з тих пір вони все частіше експлуатуються в умовах, на які не розраховані. Таке становище приводить до різкого зростання засмічення вугілля й зниження ефективності технології вуглевидобутку. Досить сказати, що зольність видобутого й відвантаженого вугілля по Держвуглепрому України за останні 30 років збільшилася відповідно з 22,8 і 17,2% у 1971 р. до 36,1 і 23,6% у 2001 р., у результаті чого галузь щорічно несе величезні економічні збитки. Особливо різке зростання зольності припадає на останні 10 років - період реструктуризації галузі й перебування її в глибокій економічній кризі.
Ефективність технології вуглевидобутку залежить також від її технічного рівня, діючих нормативів зольності, засобів обліку видобутку, планування якості вугільної продукції й управління параметрами технології. Ці складові ефективності були розроблені ще в 70-90 р.р., значно застаріли й потребують уточнення з урахуванням нових тенденцій у технології вуглевидобутку й змін, що відбулися в економіці галузі. Наведені дані свідчать про актуальність теми обраного дослідження та її велике народногосподарське й соціальне значення.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно до тематичних планів науково-дослідних робіт ДГМІ і є складовою частиною завдань, установлених державною програмою "Українське вугілля", галузевими планами Мінпаливенерго, Міносвіти і науки України, відображеним у звітах НДР №№ ДР 0100U001267, 0100U001268, 0101U003568, за якими автор був виконавцем.
Мета роботи - підвищення ефективності технології вуглевидобутку в комплексно-механізованих очисних вибоях пологих пластів на основі мінімізації засмічення вугілля вміщуючими породами і управління її параметрами.
Ідея роботи полягає в комплексному, покроковому прогнозі ступеня засмічення вугілля вміщуючими породами на основі ймовірносно-статистичної "концепції відмінності".
Для досягнення поставленої мети визначені наступні задачі досліджень:
обґрунтування методики збирання й узагальнення шахтних матеріалів про умови функціонування комплексно-механізованих очисних вибоїв;
дослідження впливу геологічних і технологічних факторів на рівень засмічення вугілля й оцінка їх інформативності;
розробка методу прогнозу засмічення вугілля вміщуючими породами;
дослідження впливу ступеня сприятливості умов роботи очисних вибоїв на рівень засмічення вугілля та ефективність керуючого технологічного діяння;
розробка методів управління зольністю вугілля і технологією вуглевидобутку в комплексно-механізованих лавах;
техніко-економічна оцінка результатів виконаних досліджень і їх апробація на виробництві.
Об'єкт дослідження – технологія вуглевидобутку в комплексно-механізованих очисних вибоях пологих пластів Північного та Східного Донбасу.
Предмет дослідження – процес засмічення вугілля вміщуючими породами.
Методи досліджень. Дослідження виконувалися з залученням комплексної методики, що включає як складові частини, взаємно доповнюючі елементи, матеріали шахтних обстежень умов роботи комплексно-механізованих лав, стандартні методи визначення пластової й експлуатаційної зольності вугілля, методи теорій ймовірностей, інформації, розпізнавання, прогнозування, послідовного, техніко-економічного аналізів і алгоритмізації з реалізацією задач на ПЕОМ.
Наукова новизна отриманих результатів:
уперше експериментально установлено і теоретично обгрунтовано, що величина засмічення вугілля в комплексно-механізованих лавах пологих пластів підкоряється логнормальному закону розподілу з параметрами =2,1% і =0,76%, де і - математичне очікування й дисперсія випадкової величини, логарифм якої розподілений за нормальним законом;
з залученням методів теорії інформації і розпізнавання уперше одержані кількісні оцінки інформативності багатьох факторів і одержані нові закономірності формування та зміни рівня засмічення вугілля в комплексно-механізованих лавах, головні з яких полягають у закономірному його зниженні при переході на комплекси нового та підвищеного технічного рівня, човникову схему роботи комбайна, пересування механізованого кріплення із залишковим підпором, стовпову систему розробки, збільшення питомого опору кріплення, потужності безпосередньої покрівлі, коефіцієнта її перекриття та ін., які є науковим підгрунттям побудови математичної моделі засмічення вугілля;
розроблено новий метод прогнозу засмічення і зольності вугілля, який відрізняється від відомих підвищеною точністю і надійністю оцінок; сутність методу полягає у формуванні зон з низьким і високим рівнем засмічення, прогнозуванні їх за допомогою розпізнаючої системи та наступною деталізацією прогнозу по багатофакторним регресійним рівнянням;
для кількісної оцінки сукупного впливу якісних факторів на рівень засмічення вугілля уперше запропонований узагальнений інформаційний показник – сума їхніх прогностичних коефіцієнтів.
Практична цінність отриманих результатів полягає в обґрунтуванні, розробці та впровадженні методів управління засміченням вугілля і технологією вуглевидобутку, що забезпечують зростання навантаження на очисний вибій, приріст прибутку від реалізації вугілля, економію по собівартості, розширення інформаційної бази проектування й технічного нормування, підвищення оперативності проектування й технічного нормування, планування й управління, безпеки робіт і технологічної дисципліни.
Розроблені за результатами виконаних у дисертації досліджень алгоритм і програма його реалізації на ПЕОМ передані в проектний інститут Луганськдіпрошахт, який прийняв їх до використання при проектуванні гірничих робіт на нових горизонтах діючих шахт та шахт, що підлягають реконструкції. Вони використовуються також у навчальному процесі Донбаського гірничо-металургійного інституту при підготовці бакалаврів, фахівців і магістрів. Методичні рекомендації щодо управління засміченням вугілля в комплексно-механізованих лавах передані в ДП Свердловантрацит, Ровенькиантрацит і проектно-конструкторський інститут ЛІСВУ, затверджені ними й прийняті до використання. Окремі положення роботи впроваджені у 8 захід. лаві пл. l1 шахти ім. XIX з'їзду КПРС ДХК Луганськвугілля з фактичним економічним ефектом 72447 грн., з яких 28979 – частка автора.
Особистий внесок здобувача. Основні положення і результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно.
Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи обговорювалися й одержали схвалення на: щорічних науково-технічних конференціях та семінарах ДГМІ (Алчевськ, 1999-2003 р.р.); на міжнародній науково-практичній конференції "Гірнича промисловість і наука на початку третього тисячоріччя" (Алчевськ, 1999); міжнародних конференціях "Екологія і безпека життєдіяльності –2000, 2002" (Феодосія, 2000; Затока Одеської обл., 2002); науково-технічній конференції "Перспективи розвитку вугільної промисловості в XXI столітті (Свердловськ Луганської обл., 2002); об'єднаному семінарі кафедр "Розробки родовищ корисних копалин", "Будівельної геотехнології і гірничих споруджень", "Економіки і управління", "Охорони праці і навколишнього середовища" ДГМІ (Алчевськ, 2003).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 друкованих праць, у т.ч. статей у спеціалізованих журналах і збірниках – 7.
Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 4 розділів і висновків, викладених на 110 сторінках машинописного тексту, містить 17 рисунків, 15 таблиць, перелік посилань з 106 найменувань і 2 додатків на 17 сторінках; загальний обсяг роботи – 175 сторінок.
Автор висловлює глибоку вдячність своєму науковому керівнику, к.т.н., доц. В.М. Окалєлову, к.т.н. Л.Є. Підлипенській, м.н.с. С.І. Долгоп'ятенко за допомогу в розробці програм на ЕОМ, співробітникам кафедри РРКК і працівникам виробництва за сприяння в збиранні шахтних матеріалів, при впровадженні результатів досліджень, конструктивну критику й детальне обговорення роботи.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У першому розділі виконаний короткий огляд і критичний аналіз робіт, присвячених дослідженням ефективності роботи механізованих комплексів з точки зору засмічення видобутого вугілля; надана оцінка ступеню вивчення факторів, що впливають на рівень засмічення вугілля в очисних вибоях; проаналізовані переваги й недоліки існуючих методів його прогнозної оцінки; сформульовані мета, задачі досліджень і визначені методи їх вирішення.
За результатами виконаного аналіза встановлено, що проблемі підвищення ефективності технології вуглевидобутку в КМВ приділяється велика увага як з боку науково-дослідних і навчальних інститутів, так і окремих учених і фахівців у нашій країні й за рубежем. Значний внесок у вивчення закономірностей функціонування мехкомплексів, засмічення вугілля, розробку методів його прогнозної оцінки, нормування, планування, управління зольністю і технологією вуглевидобутку внесли ДонВУГІ, УкрНДІвугле-збагачення, ІГТМ НАН України, ІГС ім. О.О. Скочинського, ІЗТП, НДМІ, НГУ, ДонНТУ, ДГМІ, МДГУ, НДТУ, ТулТУ та ін. Сучасні уявлення з цих питань сформувалися в результаті чисельних досліджень, виконаних С.Ф.Андреюком, В.І. Бахміним, В.І. Бондаренко, Н.І. Дрей, Є.Д. Дубовим, П.П. Жуковим, С.Д. Керкезом, О.В. Колоковим, А.М. Коткіним, В.М. Лобкіним, Г.Л. Майдуковим, А.Р. Молявко, В.М. Окалєловим, А.А. Орловим, Г.С. Рахутіним, К.Ф. Сапицьким, С.А. Саратикянцем, П.Т.Скляром, В.М. Філіпповим, Ю.М. Халімендиком, А.К.Шмідтом і багатьма іншими.
Всебічний аналіз виконаних досліджень показує, що, незважаючи на досягнутий прогрес у досліджуваній області, питання підвищення ефективності технології вуглевидобутку в КМВ є дуже гострими, а створення нових методів прогнозної оцінки засмічення вугілля, управління його зольністю і технологією вуглевидобутку є перспективним напрямком на шляху зниження витрат виробництва й поліпшення їхніх техніко-економічних показників. Особливо великого значення ці питання набувають у зв'язку з переходом вугільної промисловості на рейки ринкової економіки й гірничо-геологічними умовами експлуатації серійних мехкомплексів, що постійно погіршуються, приводять до різкого збільшення фактичної зольності вугілля, яке відвантажується споживачам, і зниження його конкурентоздатності.
Недостатня вивченість закономірностей формування засмічення вугілля в КМВ і факторів, що впливають на його рівень, не дозволяє обґрунтовано підійти до вирішення зазначеної проблеми й приводить до необхідності проведення подальших натурних досліджень з метою одержання матеріалів достатнього ступеня спільності й репрезентативності.
Другий розділ присвячений обґрунтуванню крітерія оцінки рівня засмічення вугілля вміщуючими породами, методик збирання й узагальнення інформації про умови функцюювання КМВ, оцінці репрезентативності об'єктів та результатів досліджень, проведених у шахтних умовах.
У якості критерія оцінки рівня засмічення видобутого вугілля, на відміну від більшості раніше виконаних досліджень, у роботі прийнятий приріст зольності в процесі його видобутку , чисельно рівний різниці показань експлуатаційної й пластово-промислової проб. У дисертації показано, що з усіх існуючих цей показник є найбільш об'єктивним і враховує всі можливі джерела засмічення вугілля.
В основу розробленої методики збирання інформації про умови функціонування КМВ покладені принципи організації й планування виробничих спостережень на базі пасивного й активного експериментів, докладне обґрунтування якої дано в дисертації. Головна методична особливість проводжуваного шахтного обстеження КМВ полягала в тому, що інформація про значення геологічних і технологічних факторів збиралася в прив'язці до місць і періодів часу відбору пластово-промислових і експлуатаційних проб. Відомості про них встановлювалися в точках пластів, максимально наближених до місця відбору цих проб. Такий порядок збирання інформації про досліджувані об'єкти дозволив знизити невизначеність початкових даних та їх випадкових просторово-тимчасових коливань.
Величини засмічення вугілля і його зольність, геологічні, технічні й технологічні умови відпрацьовування КМВ вивчені відповідно до поставлених задач у 98-и лавах Північного й Східного Донбасу. При цьому дослідженнями охоплені практично всі КМВ, що працювали у зазначеному регіоні в період проведення їхнього обстеження. Вони виконані на 45 шахтах 12-и холдингових компаній і виробничих об'єднань Луганської і Донецької областей і є репрезентативними.
Узагальнення отриманих шахтних матеріалів здійснювалося за розробленою автором методикою, що передбачає залучення методів одномірного, двомірного й багатомірного статистичного аналізу, методології прогнозування багатофакторних гірничих процесів і явищ, розробленої в ДГМІ, що базується на неоднорідному послідовному статистичному аналізі і має низку значних переваг у порівнянні з існуючими методами.
У третьому розділі розроблено метод прогнозу засмічення вугілля вміщуючими породами.
За результатами одномірного статистичного аналізу зі сформованої вибірки КМВ виключено 6 аномальних спостережень (очисних вибоїв) і до подальших досліджень прийнята сукупність, що містить 92 лави. При цьому вперше встановлено, що розподіл величин засмічення вугілля підкоряється логнормальному закону з параметрами =2,1% і = 0,76%. Отримана закономірність обґрунтована теоретично й відповідно до розробленої методики використана для розмежування всього діапазону зміни величин на зони з низьким (З1<7,7%) і високим (З2 7,7%) рівнем засмічення.
Подальші дослідження передбачали: оцінку інформативності та взаємозв'язків більше 50-и якісних і кількісних факторів, що гіпотетично впливають на рівень засмічення вугілля; відбір факторів, придатних для розпізнавання; виділення інформативних ознак; розрахунок їх прогностичних коефіцієнтів; побудову розпізнавальної системи й оцінку її ефективності.
За результатами цих досліджень розроблена розпізнавальна система для прогнозної оцінки зон з низьким і високим рівнем засмічення, яка подана в табл. 1. Її науковим фундаментом є ряд нових закономірностей, уперше встановлених і сформульованих у дисертації. Як видно, перелік факторів, що впливають на розпізнавання рівня засмічення вугілля, обмежується тільки 17 з них, з яких майже половина (8) є якісними. Інші фактори характеризуються низькою інформативністю по С. Кульбаку ( < 1) і тому не включені до неї. Більшість із поданих у таблиці факторів раніше не враховувалися при оцінці ступеня засмічення вугілля і його зольності. При прогнозуванні за допомогою даної системи використовуються теоретичні й емпіричний пороги, рівні відповідно 75 і – 35.
Поряд із простотою практичного використання розпізнавальна система має одночасно і досить високу ефективність. У дисертації показано, що гарантована надійність прийнятих за нею рішень складає не нижче 90% (Р = 0,900).
Для чисельної оцінки засмічення вугілля у межах прогнозованих зон і доведення процедури прогнозу до логічного завершення в роботі отримані багатофакторні регресійні моделі, розробці яких передували ретельні дослідження впливаючих факторів та їхньої значимості.
Для зони з низьким рівнем засмічення (З1 < 7,7%) отримане наступне регресійне рівняння:
(1)
Для зони з високим рівнем засмічення (З2 7,7%):
, (2)
де - сумарна потужність породних прошарків, м;
- сума прогностичних коефіцієнтів якісних факторів в оцінюваному очисному вибої (визначається за табл. 1);
V – швидкість просування очисного вибою, м/міс;
– сумарна потужність хибної покрівлі, присічок покрівлі й підошви, віднесеної до виїмкової потужності пласта.
При розробці наведених регресійних моделей уперше використаний інформаційний показник "сума прогностичних коефіцієнтів якісних факторів", який чинить найбільший вплив на формування рівня величин . Усі статистичні критерії оцінки отриманих рівнянь, прийняті в регресійному аналізі, значимі і вказують на адекватність опису ними досліджуваних процесів збіднення вугілля.
Узагальнені показники надійності прогнозів експлуатаційної зольності, що враховують помилки розпізнавальної системи і регресійних моделей, оцінені за наведеною в роботі методикою, характеризуються величиною стандартної помилки оцінки = 4% і середньою помилкою апроксимації =11%, котрі свідчать про досить високу точність і надійність прогнозів, одержуваних на основі розробленого методу.
Крім зазначених вище, до числа переваг запропонованого методу прогнозу відносяться:
рішення за допомогою розроблених математичних моделей виносяться на основі великого числа факторів, які враховуються у сполученнях, що дозволяє більш об'єктивно
Таблиця 1
Розпізнавальна система для прогнозної оцінки зон з низьким
і високим рівнем засмічення вугілля
№№
п/п | Найменування факторів і
їхня інформативність | Діапазони факторів (інформативні ознаки) | Прогно-стичні коефіцієнти
1 | Потужність хибної покрівлі, м
I=50,9 | 0,15
0,16-0,20
0,21-0,25
= 0,26 | 45
19
-65
-71
2 | Технічний рівень застосовуваного в лаві комплексу устаткування
I=28,2 | Нового й підвищеного технічного рівня
Старого техн. рівня | 17
-75
3 | Літотип порід основної покрівлі пласта
I=28,1 | Піщаники й вапняки
Інші | 34
-38
4 | Виймальна потужність пласта, м
I=25,0 | 0,95
0,96-1,10
1,11-1,20
= 1,21 | -48
-5
15
34
5 | Питомий опір механізованого кріплення, кН/м2
I=18,4 | 450
451-750
= 751 | -35
5
56
6 | Сумарна потужність присічки покрівлі й підошви пласта, м I=16,1 | 0,19
= 0,20 | 11
-63
7 | Літотип породи нижнього прошарку безпосередньої покрівлі пласта
I=14,1 | Алевроліти, піщаники, вапняки
Інші | 45
-14
8 | Літотип породи безпосередньї підошви пласта
I=13,0 | Алевроліти, піщаники, вапняки
Інші | 48
-12
9 | Спосіб пересування механізованого кріплення
I=10,6 | З підпором
Без підпору | 11
-44
10 | Швидкість просування очисного вибою, м/міс.
I=10,5 | 30
30,1-55,0
= 55,1 | -28
-3
26
11 | Коефіцієнт перекриття покрівлі
I=9,9 | 0,76
0,77-0,89
= 0,90 | -48
0
9
12 | Міцність безпосередньої покрівлі пласта за М.М. Протод'яконовим
I=9,6 | 6,0
6,1-10,0
= 10,1 | -8
4
78
13 | Система розробки
I=9,4 | Стовпова
Суцільна й комбінована | 19
-22
14 | Потужність безпосередньої покрівлі
пласта, м
I=6,9 | 3,0
3,01-6,00
= 6,1 | -15
6
36
15 | Стійкість безпосередньої покрівлі пласта за ДонВУГІ
I=6,0 | Б1+Б2+Б3
Б4
Б5 | -12
20
30
16 | Гіпсометрія пласта
I=4,6 | Слабохвиляста
Нормальна
Хвиляста й сильнохвиляста | 8
4
-29
17 | Схема роботи комбайна
I=2,2 | Човникова
Однобічна | 8
-12
підійти до нормування зольності в КМВ і максимально врахувати їхні індивідуальні особливості, кількісно оцінити результати взаємодії природного середовища, техніки й технології вуглевидобутку в кожнім із них;
при виборі рішень за розпізнавальною системою враховуються не конкретні числові значення факторів, а їх діапазони (інформативні ознаки), у межах яких вони не розрізняються. Ця обставина особливо важлива на стадії проектування гірничих робіт і технологічної підготовки виробництва, коли наявна інформація є досить невизначеною;
половина врахованих факторів є керованими технологічними, що дозволяє моделювати рівень засмічення вугілля при реалізації в лаві різноманітної технологічної обстановки й здійснювати регулюючі впливи по його зниженню.
У четвертому розділі розроблені методи управління технологією вуглевидобутку і зольністю вугілля, що видобувається у КМВ; надана оцінка техніко-економічної ефективності виконаних досліджень і їх реалізації.
Управління технологією вуглевидобутку в КМВ на основі оптимізації її параметрів, вибору й оцінки ефективних технологічних варіантів базується на властивості прогностичних коефіцієнтів змінюватися в напрямку мінімізації чи максимізації прийнятого критерію оптимальності, у якості якого служить засмічення вугілля. Сутність розробленої при цьому методики оптимізації полягає в тому, що всі фактори, їхні ознаки з відповідними прогностичними коефіцієнтами, теоретичні, емпіричний пороги й регресійні моделі вводяться в ПЕОМ і складають початкову інформаційну базу для обґрунтування планово-управлінських рішень. Для зниження розмірності розв'язуваних при цьому управлінських задач ЕОМ перебирає не всі можливі комбінації умов функціонування КМВ, що непосильно навіть найсучаснішим із них, а тільки тих, що приводять до кращих результатів – мінімального засмічення вугілля. Алгоритм і програма* реалізації методики на ПЕОМ наведені в дисертації. Вони передані в проектний інститут “Луганськдіпрошахт” і обчислювальний центр гірничого факультету ДГМІ, де використовуються в навчальному процесі і проектуванні гірничих робіт на нових горизонтах діючих шахт, та шахт, що підлягають реконструкції.
На рисунку наведені узагальнені результати виконаних за допомогою програми розрахунків і побудовані за ними графіки зміни засмічення в сприятливих, несприятливих і усереднених гірничо-геологічних умовах (ГГУ) при різному сполученні керованих технологічних факторів. Як бачимо, межі управління засміченням у сприятливих ГГУ дуже обмежені й складають усього 0,8%, у той час як у несприятливих – 13,7%, а в усереднених – 18,7%.
*) Програма розроблена к.т.н. Л.Є.Підлипенською і м.н.с. С.І.Долгоп'ятенко
Максимальні резерви щодо зниження засмічення вугілля за рахунок регульованих технологічних факторів мають місце при роботі комплексів у несприятливих і усереднених ГГУ. Його рівень при будь-якім сполученні умов і обсязі прогнозних обґрунтувань може бути легко встановлений за допомогою розробленої методики на ПЕОМ.
Управління на основі нормування зольності диференційовано відповідно до стадій прийняття управлінських рішень.
На стадіях проектування гірничих робіт і технологічної підготовки виробництва, коли частина найбільш достовірної інформації відсутня, середню норму експлуатаційної зольності пропонується встановлювати як суму середньої зольності виймальної частини пласта (пластової) та прогнозного значення засмічення, установленого за розпізнавальною системою й відповідним рівнянням регресії. Гранична норма, при перевищенні якої продукція бракується, повинна враховувати можливі відхилення фактичної експлуатаційної зольності від прогнозної, оцінюваних величиною помилки апроксимації = 11% відн., тобто вона більше середньої в 1,11 рази.
На стадії експлуатації мехкомплексу, коли зольність відома за попередній період роботи лави, спочатку необхідно визначити поправковий коефіцієнт, який являє собою відношення фактичного приросту зольності до прогнозного і враховує вплив усіх інших не врахованих у моделях факторів, у першу чергу – організаційних. Середня й гранична норми в планованому періоді встановлюються аналогічно до викладеного, але отримані результати помножуються на зазначений поправковий коефіцієнт. Запропонований підхід до встановлення нормативів зольності максимально враховує сукупний вплив природних, технологічних, організаційних умов, індивідуальні особливості роботи КМВ і створює реальні передумови для підвищення ефективності їхньої роботи.
Управління зольністю на основі складання й реалізації планів організаційно-технічних і спеціальних технологічних заходів щодо її зниження здійснюється за методикою, розробленою й викладеною в дисертації. Вона передбачає першочергове включення в плани заходів, що забезпечують регулювання легкокерованих технологічних факторів, які знаходяться в розпізнавальній системі й приводять до переходу засмічення вугілля з зони З2 у зону З1 (низького засмічення). При цьому враховується як ранг заходу, так і трудомісткість його реалізації. Для оцінки ефективності спеціальних технологічних заходів, що не містяться в системі, таких, наприклад, як застосування роздільної виїмки вугілля і породи, залишення в покрівлі і підошві захисних пачок вугілля, зміцнення нестійких порід та ін. запропонована методика, яка базується на використанні інтегрального показника. Її сутність полягає в тім, що розрахунки по оцінці засмічення й зольності виконуються двічі: до і після застосування заходу і при цьому фіксуються зміни, що відбулися у витратах, параметрах технології, рівні видобутку й одержуваного доходу в межах видобувної ділянки й шахти в цілому. Методика дозволяє оцінювати як технічну, так і економічну доцільність реалізації різних альтернативних варіантів заходів, забезпечуючи тим самим управління і підвищення ефективності вуглевидобутку.
Розроблені методи управління технологією вуглевидобутку в КМВ базуються, в основному, на відмінності в рівні геологічних, технічних, технологічних та організаційних умов їх функціонування, і вони в дуже обмеженому обсязі враховують вплив так званого "людського фактора". Тим часом сучасне вугільне виробництво гостріше, ніж будь-коли раніше, відчуває його значимість і складність. Якщо на якій-небудь ділянці він виявляється менш надійним, ніж техніка й технологія, то доводиться багаторазово компенсувати ці втрати. Тому нами розроблена система матеріального стимулювання підвищення якості праці й добутого вугілля, що враховує: специфіку підземних умов праці, які утруднюють оперативний контроль і облік виконуваних робіт; дефіцит вугілля, що зберігається в країні, у зв'язку з чим матеріальне заохочення значною мірою спрямовано на підвищення обсягів видобутку; традиційні форми матеріального заохочення, що склалися в галузі, й ін.
В основу розробленої системи покладені одиничні й узагальнені показники якості праці та вугільної продукції, шкала кількісної оцінки останнього і шкала преміювання трудящих за якість праці. Одиничні оцінні показники якості виконуваних робіт і видобутого вугілля подані коефіцієнтами: використання машин і устаткування за часом і по потужності (робочої швидкості подачі), якості продукції, стану трудової дисципліни, рівня виконання норм виробітку, дотримання технічного рівня виробництва й безпеки праці. Методика їх встановлення наводиться в дисертації. Узагальнений показник якості праці являє собою відношення суми прийнятих до оцінки одиничних коефіцієнтів до їхньої кількості. Він виражається в частках одиниці, нормується для конкретних умов виробництва й закріплюється в стандартах підприємств.
У табл. 2 наведена запропонована шкала кількісної оцінки якості праці при різних значеннях узагальненого коефіцієнта, а в табл. 3 – шкала преміювання трудящих за досягнуті показники в праці і якості добутого вугілля.
Запропонована система матеріального стимулювання підвищення якості праці і видобутого вугілля у комплексі з розробленими методами управління дозволяють істотно модернізувати діючу в галузі систему управління технологією вуглевидобутку в КМВ і підвищити ефективність їхньої роботи.
За результатами цих досліджень розроблені "Методичні рекомендації по управлінню засміченням вугілля в комплексно-механізованих лавах пологих пластів", які передані в ДП Ровеньки-, Свердловантрацит і Луганський інститут стругової виїмки, затверджені ними й прийняті до використання.
Техніко-економічна оцінка результатів виконаних у дисертації досліджень показала, що вони забезпечують приріст прибутку від реалізації вугілля, зниження витрат виробництва, зростання навантаження на очисний вибій, розширення інформаційної бази проектування й технічного нормування, підвищення оперативності проектування, планування й управління, безпеки робіт і технологічної дисципліни. Фактичний економічний ефект, досягнутий у результаті впровадження окремих положень роботи, складає 72449 грн., з яких 28979 грн. – частка автора.
Таблиця 2
Шкала кількісної оцінки якості праці
Оцінка якості праці | Значення узагальненого коефіцієнта якості
5
4
3
2 | 0,85-0,90
0,75-0,84
0,60-0,74
менш 0,60
Таблиця 3
Шкала преміювання за якість праці
Оцінка якості праці | При дотриманні планових техніко-економічних показників | При перевиконанні планових техніко-економічних показників | При невиконанні планових техніко-економічних показників
5 | Премія за якість праці виплачується в розмірі до 15% від прямого заробітку | Премія за якість праці виплачується в розмірі до 25% від прямого заробітку | Премія за якість праці може виплачуватися за розсудом керівництва підприємства при наявності фонду матеріального заохочування в розмірі до 10% від прямого заробітку
4 | Премія за якість праці - до 10% від прямого заробітку | Премія за якість праці - до 20% від прямого заробітку | Премія за якість праці виплачується за тих самих умов у розмірі до 5%
3 | Премія за якість праці - до 5% від прямого заробітку | Премія за якість праці – до 10% від прямого заробітку | Премія не виплачується
2 | Премія за якість праці не виплачується
ВИСНОВКИ
У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення актуальної науково-технічної задачі, що має важливе народногосподарське значення і полягає в установленні закономірностей процесу засмічення вугілля в комплексно-механізованих лавах пологих пластів, його взаємозв'язку з природним середовищем, технологією й економікою, розробці методів прогнозу засмічення і управління технологією вуглевидобутку, що забезпечують підвищення її ефективності.
Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій роботи доведені: вибором методів і методик досліджень, які забезпечують підвищення достовірності початкових даних і зниження просторово-тимчасових коливань досліджуваних показників, що базуються на принципах рандомізації, репрезентативності, пасивного й активного планування експерименту; кількісною оцінкою надійності розроблених методів вибору рішень; задовільною збіжністю прогнозних оцінок з фактичними, установленою за результатами їхньої перевірки на спеціальних контрольних групах об'єктів (розбіжність не більше 15 %); успішним використанням результатів роботи у виробничій і проектній практиці, економічним і соціальним ефектом, досягнутим за результатами їхньої реалізації.
Основні наукові й практичні результати проведених досліджень полягають у наступному.
1. Показано, що ріст засмічення і зольності вугілля, що видобувається в Україні, обумовлений насамперед постійно погіршуючими гірничо-геологічними умовами експлуатації серійних механізованих комплексів, приводить до зниження ефективності технології вуглевидобутку, яка, у свою чергу, залежить від її технічного рівня, діючих нормативів зольності, систем обліку видобутку, планування, матеріального стимулювання якості праці, вугільної продукції та управління параметрами технології. Ці складові ефективності були розроблені ще в 70-90 р.р., значно застаріли і потребують уточнення з урахуванням нових тенденцій у технології вуглевидобутку й змін, що відбулися в економіці галузі.
2. Уперше експериментально установлено і теоретично обґрунтовано, що величина засмічення вугілля в комплексно-механізованих лавах пологих пластів підкоряється логнормальному закону розподілу з параметрами = =2,1% і = 0,76%, де і - математичне очікування й дисперсія випадкової величини, логарифм якої розподілений за нормальним законом.
3. Установлені нові кількісні закономірності формування рівня засмічення вугілля в комплексно-механізованих лавах пологих пластів і показано, що при застосуванні комплексів нового й підвищеного технічного рівня, пересуванні мехкріплення з підпором, стовпової системи розробки й човникової схеми роботи комбайна спостерігається закономірна тенденція до зниження засмічення вугілля, а старого технічного рівня, пересуванні мехкріплення з розвантаженням (без підпору), суцільної, комбінованої системи розробки та однобічної схеми роботи комбайна - до його підвищення; зі збільшенням питомого опору кріплення, коефіцієнта перекриття й потужності безпосередньої покрівлі спостерігається тенденція до зниження величин засмічення вугілля; при переході від піщаників, вапняків і алевролітів до алевроліто-аргілітів і далі до аргілітів, що залягають в основній, безпосередній покрівлі й підошві пласта, існує чітка тенденція до зростання засмічення вугілля; категорії стійкості покрівлі по ДонВУГІ Б1, Б2 і Б3, хвиляста й сильнохвиляста гіпсометрія пласта мають тенденцію до підвищення засмічення вугілля, а Б4 і Б5, слабохвиляста і нормальна гіпсометрія – до його зниження.
4. Для кількісної оцінки впливу якісних факторів на рівень засмічення вугілля вперше запропонований узагальнений інформаційний показник – сума їхніх прогностичних коефіцієнтів. Традиційні показники, використовувані для цих цілей, не забезпечують такої оцінки.
5. Розроблено новий метод прогнозу засмічення й зольності вугілля, що відрізняється від відомих підвищеною точністю і надійністю оцінок (стандартна помилка оцінки величин засмічення вугілля не перевищує 5,4%, а надійність – 90%). Сутність методу полягає у формуванні зон з низьким і високим рівнем засмічення, прогнозуванні їх за допомогою розпізнавальної системи та наступною деталізацією прогнозу по багатофакторним регресійним рівнянням. В основу розробленого методу покладені нові принципи, що забезпечують урахування великої різноманітності та мінливості умов експлуатації механізованих комплексів, можливість моделювання рівня засмічення вугілля при реалізації в лаві різної технологічної обстановки й здійснення регулюючих впливів по його зниженню. Стандартна помилка оцінки прогнозованих величин експлуатаційної зольності вугілля складає при цьому 4%, а середня помилка апроксимації – 11%.
6. На основі отриманих математичних моделей розроблені блок-схема, алгоритм і програма його реалізації на ПЕОМ для розрахунку, аналізу й оцінки ефективності технологічних варіантів за фактором засмічення вугілля, за допомогою яких досліджено вплив ступеня сприятливості умов роботи комплексно-механізованих очисних вибоїв на рівень засмічення вугілля й ефективність керуючого технологічного діяння. При цьому вперше встановлено, що при оптимальному сполученні керованих факторів рівень засмічення вугілля в несприятливих гірничо-геологічних умовах може бути знижений на 13,7% у порівнянні з неоптимальним, в усереднених – на 18,7%, а в сприятливих – на 0,8%. Максимальне зниження засмічення вугілля досягається шляхом переходу на комплекси нового й підвищеного технічного рівня та виключення присічки бокових порід (ретельного їх підбору по області застосування і технічним характеристикам).
7. Розроблені, апробовані і впроваджені наступні нові методики:
- збирання й узагальнення шахтних матеріалів про умови функціонування комплексно-механізованих очисних вибоїв, яка базується на принципах планування пасивного й активного експерименту і забезпечує зниження невизначеності початкових даних і їх випадкових просторово-тимчасових коливань;
- установлення середніх і граничних нормативів зольності, максимально враховуюча особливості природних, технологічних і організаційних умов роботи комплексно-механізованих очисних вибоїв;
- складання середньострокових і оперативних планів організаційно-технічних і спеціальних технологічних заходів щодо зниження зольності вугілля, яка забезпечує відбір найбільш ефективних з них, оцінку їх технічної й економічної доцільності, управління технологією вуглевидобутку і процесом збіднення вугілля;
- управління технологією і засміченням вугілля на основі розроблених математичних моделей, нормативів зольності, реалізації ефективних технологічних, спеціальних заходів і запропонованої системи матеріального стимулювання підвищення якості праці і вугільної продукції, що базується на комплексі нових оцінних показників, кількісних оцінках якості праці й шкалі преміювання трудящих за дотримання й перевиконання планових техніко-економічних показників.
8. Дано економічну оцінку результатів виконаних досліджень і показано, що вони забезпечують приріст прибутку від реалізації вугілля, зниження витрат виробництва, зростання навантаження на очисний вибій, розширення інформаційної бази проектування й технічного нормування, підвищення оперативності проектування, планування й управління, безпеки робіт і технологічної дисципліни. Результати роботи прийняті до використання й реалізовані на вугільних шахтах, державних підприємствах, у навчальних і проектних інститутах. Фактичний економічний ефект, досягнутий у результаті впровадження окремих положень роботи складає 72449 грн., з яких 28979 грн. - частка автора.
Основні положення дисертації опубліковані в наступних роботах:
1. Самкова Э.Р. Анализ факторов, влияющих на уровень засорения угля в комплексно-механизированных очистных забоях // Вестник МАНЭБ. – 2000. - № 2 (26). – С. 50-51.
2. Самкова Э.Р. Вопросы оптимизации качества угольной продукции / Сб. научн. трудов ДГМИ, вып. 11. – Алчевск: ДГМИ, ИПЦ "Ладо", 2000. – С. 28-31.
3. Самкова Э.Р. Оценка качества угольной продукции по геологоразведочным и эксплуатационным данным // Вестник МАНЭБ. – 2001. - № 1 (37). – С. 123-124.
4. Самкова Э.Р. Анализ информативности факторов, влияющих на засорение угля в комплексно-механизированных лавах / Сб. научн. трудов ДГМИ "Перспективы развития угольной промышленности в XXI веке". – Алчевск: ДГМИ, ВПЦ "Ладо", 2002. – С. 117-122.
5. Фрумкин Р.А., Буряков В.Ф., Самкова Э.Р. Система материального стимулирования повышения качества труда и продукции на угольных предприятиях / Сб. научн. трудов ДГМИ, вып. 12. – Алчевск: ДГМИ, ВПЦ "Ладо", 2000. – С. 60-66.
6. Фрумкин Р.А., Окалелов В.Н., Самкова Э.Р. Прогнозирование уровня засорения угля в комплексно-механизированных лавах пологих пластов // Уголь Украины. – 2003. - № 7. – С. 43-45.
7. Фрумкин Р.А., Окалелов В.Н., Самкова Э.Р. Управление засорением и зольностью угля в комплексно-механизированных очистных забоях / Сб. научн. трудов ДГМИ, вып. 17. – Алчевск: ДГМИ, ВПЦ "Ладо", 2003. – С. 4-14.
8. Самкова Э.Р. Основные направления снижения степени засорения добываемого угля // Материалы межд. конф. "Экология и безопасность жизнедеятельности – 2000" (Феодосия, сентябрь 2000 г.). – Алчевск: ВО МАНЭБ, ДГМИ, 2000. – С. 63-65.
9. Фрумкин Р.А., Окалелов В.Н., Самкова Э.Р. Методика оценки эффективности мероприятий по снижению засорения угля в очистных забоях / Сб. научн. трудов ДГМИ "Перспективы развития угольной промышленности в XXI веке". – Алчевск: ДГМИ, ВПЦ "Ладо", 2002. – С. 41-47.
Особистий внесок автора в роботи, опубліковані в співавторстві, полягає в наступному: [5] – постановка задачі, розробка одиничних і узагальненого показників для оцінки якості праці й добутого вугілля; [6, 7, 9] - збирання й узагальнення даних про умови експлуатації механізованих комплексів, розробка методик досліджень і математичних моделей засмічення вугілля.
АНОТАЦІЯ
Самкова Е.Р. Підвищення ефективності технології вуглевидобутку в комплексно-механізованих лавах пологих пластів за фактором засмічення вугілля. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.15.02 – Підземна розробка родовищ корисних копалин. – Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2003.
У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення актуальної науково-технічної задачі, що має важливе народногосподарське значення і полягає в установленні закономірностей процесу засмічення вугілля в комплексно-механізованих лавах пологих пластів, його взаємозв'язку з природним середовищем, технологією й економікою, розробці методів прогнозу засмічення і управління технологією вуглевидобутку, що забезпечують підвищення її ефективності.
Установлені нові кількісні закономірності формування рівня засмічення вугілля, покладені в основу розробки його математичних моделей і нового методу прогнозу. Розроблені, апробовані і впроваджені нові методи управління технологією вуглевидобутку, засміченням і зольністю вугілля, що базуються на: оптимізації одержаних математичних моделей за критерієм мінімального засмічення; установленні середніх і граничних нормативів зольності; складанні й реалізації планів організаційно-технічних і спеціальних технологічних заходів щодо зниження зольності; запропонованій системі матеріального стимулювання підвищення якості праці та вугільної продукції.
Ключові слова: комплексно-механізовані лави, технологія, ефективність, засмічення, зольність вугілля, математичні моделі, управління.
АННОТАЦИЯ
Самкова Э.Р. Повышение эффективности технологии угледобычи в комплексно-механизированных лавах пологих пластов по фактору засорения угля. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.02 – Подземная разработка месторождений полезных ископаемых. – Донецкий национальный технический университет, Донецк, 2003.
Защищается диссертационная работа, в которой выполнено теоретическое обобщение и дано новое решение актуальной научно-технической задачи, имеющей важное народнохозяйственное значение и заключающейся в установлении закономерностей процесса засорения угля в комплексно-механизированных лавах пологих пластов, его взаимосвязи с природной средой технологией и экономикой, разработке методов прогноза засорения и управления технологией угледобычи, обеспечивающих повышение ее эффективности.
В процессе выполненных теоретических, лабораторных и шахтных исследований разработан новый метод прогноза засорения и зольности добываемого угля, отличающийся от известных повышенной точностью и надежностью оценок. Сущность метода состоит в формировании зон
