МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Саллі Сергій Володимирович

УДК 622.272.8: 658.011.4

ОБҐРУНТУВАННЯ РАЦІОНАЛЬНИХ ПАРАМЕТРІВ ДОРОБКИ ЗАПАСІВ АНТРАЦИТОВИХ ШАХТ

Спеціальність: 05.15.02 - Підземна розробка родовищ корисних копалин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі підземної розробки родовищ Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Бондаренко Володимир Ілліч,

завідувач кафедри підземної розробки

родовищ Національного гірничого

університету Міністерства освіти і науки

України (м. Дніпропетровськ)

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Ширін Леонід Никифорович,

завідувач кафедри транспортних систем

і технологій Національного гірничого

університету Міністерства освіти і науки

України (м. Дніпропетровськ)

кандидат технічних наук,

Куклін Володимир Юрійович

міський голова м.Павлограда.

Захист відбудеться “ 21 ” грудня 2007р. о “1200” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.03 із захисту дисертацій при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України за адресою 49005 м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 19, тел.(0562)47-24-11

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України

Автореферат розісланий “ 19 ” листопада 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 08.080.03,

кандидат технічних наук, доцент В.І.Тимощук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Відповідно до нової Стратегії розвитку вугільної промисловості основним завданням реструктуризації шахтного фонду є створення механізму стимулювання підтримки потужності шахт, збільшення концентрації гірничих робіт з використанням видобувного обладнання високого технічного рівня, створеного й успішно функціонуючого в Україні.

У той же час в Україні є значна група шахт із обмеженими потужностями через недостатню забезпеченість промисловими запасами або через технологічні фактори, що стримують ріст видобутку, але які за умови реконструкції шахт можна перебороти. Ці шахти при середній виробничій потужності 1000 т/добу в найближчі 10-20 років ще будуть відігравати помітну роль у функціонуванні галузі. Ступінь збитковості цих шахт буде залежати від можливості мінімізувати витрати на видобуток, підвищення концентрації робіт до рівня “ шахта-лава”.

На при кінці минулого століття вітчизняними вченими були розроблені методики кількісної оцінки параметрів вугільних шахт на основі математичного моделювання. Однак саме зараз моделювання варіантів перспективного календарного планування розвитку гірничих робіт має більшу привабливість, тому що за вмілого сполучення технічних параметрів підготовки й відпрацювання запасів шахт гарантується ефективність вуглевидобутку.

Вугільні шахти абсолютно індивідуальні, тому досягнення одного і того ж результату пов'язане з виконанням різних комплексів робіт, які потребують певні капітальні вкладення і впливають на собівартість видобутку. Але і в межах конкретної шахти досягнення однієї і тієї ж мети, наприклад, збільшення обсягів видобутку може бути здійснене різними шляхами – збільшенням кількості очисних вибоїв або збільшенням навантаження на очисний вибій при збереженні і навіть зменшенні їх числа.

За відсутності належного рівня надійності такої системи як “шахта з даним станом ланок” не можливо досягти бажаних показників, і, в окремих випадках, це пов'язано з невиправдано збільшеними капітальними витратами на відтворення очисної лінії, надмірним резервуванням введення нових лав з низьким рівнем видобутку. Із збільшенням глибини гірничих робіт на шахтах Донбасу капітальні вкладення на просте відтворення (підготовка нових горизонтів без збільшення виробничої потужності) зростають разом з ускладненням гірничо-геологічних умов. Тому, встановлення оптимальних параметрів технологічної системи шахти є одним із шляхів підвищення ефективності підтримки потужності підприємств.

У зв'язку з цим представляється доцільним досліджувати вугільну шахту із застосуванням теорії великих систем як динамічну, що розвивається, систему технологічної структури, функціональні зв'язки якої змінюються від нуля (на момент відтворення нової очисної лінії) до максимального значення (в період початку “загасання” видобування на горизонті). При цьому достовірність інформації про таку систему на всіх етапах послідовно зростає на кожній з наступних стадій у зв’язку із значним терміном служби шахт, що і є об’єктом дослідження. Тому, рішення теоретичних і практичних задач моделювання технологічних параметрів шахти, як природно-технологічної системи, з метою обґрунтування основних технічних параметрів та пріоритетності фінансування підтримки пропускної спроможності окремих технологічних ланок є поза сумнівом актуальним.

Зв’язок теми дисертації з науковими програмами і планами досліджень.

Елементи дисертації знайшли своє відображення в планових держбюджетних науково-дослідних роботах кафедри підземної розробки родовищ Національного гірничого університету ГП-359 “Наукові основи моделювання підземних гірничих робіт на базі їх просторового зображення № держреєстрації 0105U000512” і ГП-346 “Наукові основи геомеханічного зміцнення слабких порід навколо гірських вироблень № держреєстрації 0105U000500”.

Особистий внесок автора полягає в розробці методичних положень щодо визначення кількісних характеристик стану гірничого господарства вугільної шахти.

Мета і задачі дослідження.

Метою дисертаційної роботи є обґрунтування технологічних параметрів, що визначають доцільність доробки запасів на шахтах із значними термінами служби на заключній стадії функціонування.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

§ визначити ступінь порівняльного ризику із збереження групи шахт, де видобуваються цінні антрацити;

§ встановити рівні приросту потужності антрацитових шахт і кількісно оцінити умови доцільності доробки запасів біля кордонів шахтних полів;

§ оцінити вплив елементу “пласт” на надійність очисної виїмки і змінну продуктивність лави;

§ побудувати модель оптимізації параметрів, що характеризують доцільність доробки запасів старих шахт з одночасним встановленням “ваги” кожного параметра.

Ідея роботи – координація набору технологічних параметрів щодо збереження потенціалу діючих шахт із значними термінами служби з цінністю промислових запасів, що залишилися.

Об'єктом дослідження є процес управління організаційно-технічними параметрами гірничих підприємств як цілісної природно-індустріальної системи.

Предметом досліджень є основні технологічні параметри доробки запасів вугільних шахт в ув'язці з їх технічною надійністю і особливостями топології мережі виробок.

Методи досліджень. Теоретичною і методичною основою дисертаційного дослідження є структурно-системний підхід, методи математичного моделювання.

Для проведення аналізу і вдосконалення існуючих методик комплексної оцінки стану шахти, як природно-технологічно-індустріальної системи, використовуються прийоми багатокритеріального аналізу. Для вирішення задачі дослідження і обрання комплексного показника, який би характеризував потенціал вуглевидобувних підприємств на основі обрахування природи шахти як стохастичної системи, використовуються методи кореляційно-регресивного аналізу, критерії математичної статистики і математичного моделювання.

Наукові положення, що захищаються у дисертації.

1. Надійність забезпечення приросту видобутку (Дd) підкоряється експонентній залежності і повинна контролюватися інтегрованим показником резерву від збільшення обсягів інвестицій (К), при цьому приріст потужності понад 300 тис.т на рік вимагає витрат, порівнянних з новим будівництвом, а сама залежність має вид Дd = 187ln(K)–680.

2. Імовірність безвідмовного відпрацювання позабалансових запасів і складних ділянок антрацитових пластів прямо пропорційна коефіцієнту машинного часу виїмкової техніки, експлуатованої в даних умовах і зворотно пропорційна параметру , що характеризує зниження швидкості подачі комбайну в залежності від насиченості пласта породними включеннями, у тому числі потужністю присікання.

3. Доцільність збереження антрацитових шахт із значними термінами служби, які дороблюють запаси, повинна ґрунтуватися на об'єктивно обумовлених оцінках (“ОО – оцінках”): швидкості посування лав, продуктивності праці робітника з видобування і відношення довжини очисної лінії на 1 км виробок, що підтримуються.

Обґрунтованість та вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій забезпечується коректним використанням фундаментальних положень щодо принципів адекватності математичних моделей реальним умовам діючих шахт на основі матеріалів статистичної звітності хронометражних спостережень у лавах при оцінці надійності вибійного устаткування.

Наукове значення роботи полягає в розробці системного підходу і вдосконаленні механізму управління технічними процесами підтримки потужності малоефективних шахт на основі врахування їх надійності, що дозволяє виявити природу складних взаємозв'язків між основними параметрами технологічних схем і розкрити їх внутрішні резерви.

Наукова новизна роботи:

§ вперше розроблена комплексна система оцінки граничних технологічних параметрів доцільності підтримки потужності групи шахт залежно від рівня їх надійності і забезпеченості запасами;

§ вперше встановлені аналітичні і функціональні залежності для оцінки доцільності відробки запасів складних ділянок з урахуванням кількісних параметрів ризику;

§ вдосконалена модель визначення приросту потужностного потенціалу шахт на основі багатокритеріальної комплексної оцінки і залежно від умов залягання пластів;

§ отримало подальший розвиток трактування уявлення вугільної шахти як природно-технологічної системи в частині комплексного обрахунку технологічних схем надійності виїмки вугілля на складних ділянках пластів.

Практичне значення дослідження полягає у тому, що сформульовані пропозиції і принципи виживання вугільних шахт, як природно-технологічних систем, можуть бути використані в діяльності будь-якого гірничодобувного підприємства.

На практиці запропоновану оцінку параметрів технологічних ланок шахт (з метою підвищення рівня їх надійності) рекомендовано за допомогою:

§ матричного поля з метою пошуку резервів та вибору тих з них, що найбільш впливають на приріст видобутку;

§ кількісної оцінки ступеня порівняльного ризику з доробки запасів, що залишилися, порівняно із закриттям шахти;

§ кількісної оцінки впливу елементу “пласт” на надійність очисної виїмки і коректувати змінну продуктивності вибійного устаткування.

Розроблена модель оцінки технологічних параметрів шахт з обмеженими запасами впроваджена на вугільних підприємствах Торезько-Сніжнянського регіону, як засіб перспективного календарного планування розвитку гірничих робіт.

Відповідні методичні рекомендації з прогнозування технічних параметрів застосовані у Торезькому управлінні з ліквідації шахт при обґрунтуванні доцільності закриття підприємств, де відпрацьовані промислові запаси.

Особистий внесок здобувача в результати досліджень. Запропоновано кількісне трактування внутрішніх резервів технологічних схем відробки запасів:

розроблені математичні моделі вибору технологічних параметрів шахт;

встановлені закономірності зміни характеристик виїмкової техніки під впливом зміни гірничо-геологічних умов залягання пластів на складних ділянках шахтних полів;

До особистого внеску здобувача слід також віднести алгоритм моделювання параметрів вугільних шахт і визначення їх “ питомої ваги” та побудовані залежності між часткою витрат на гірничо-капітальні роботи та потужністю шахти в межах можливих глибин розробки пластів.

Апробація результатів. Основні результати проведених досліджень, висновки і пропозиції докладалися і були схвалені на міжнародних науково-практичних конференціях “Сучасні наукові дослідження — 2006” (м. Дніпропетровськ, 2006 р.), “Проблеми й перспективи інноваційного розвитку економіки України” (Дніпропетровськ, 2006 р.), “Геотехнологии и управление производством ХХІ века” Донецьк (ДТУ, 2006 р.), 3 Міжнародна конференція “Дни науки — 2007” (Дніпропетровськ, 2007р). Результати роботи також докладалися на наукових семінарах кафедри підземної розробки Національного гірничого університету і на науково-технічних радах виробничих ДП “Торезантрацит” і “Шахтарськантрацит”.

Розроблені підходи до оцінки технічного стану підприємств вугільної галузі застосовані при опрацюванні Стратегії розвитку вугільної промисловості України на період до 2030 року.

Реалізація результатів досліджень. Теоретичні положення, рекомендації та висновки, які викладені у дослідженні, розширюють і вдосконалюють знання відносно моделювання технологічних параметрів вугільних шахт, що зображено в “Методичних рекомендаціях щодо рекомендацій з вибору технологічних параметрів антрацитових шахт при відпрацюванні позабалансових запасів та запасів на складних дільницях шахтних полів” впроваджені у ДП “Торезантрацит” (довідка № 06/01 – 1546 від 26.01.2007 р.) (Додаток А) та Торезькому управлінні з ліквідації шахт при оцінці доцільності закриття шахт, які відробили запаси антрациту (Довідка № 01/11 - 1681 від 05.11.2006 р.) (Додаток Б).

Публікації. Основні положення дисертації викладені у 10 наукових працях: зокрема, в спеціальних виданнях, затверджених ВАК України - 6, матеріалах конференцій - 4.

Структура й обсяг дисертації.

Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів та висновків, викладених на 163 сторінках, містить 25 рисунків, 21 таблицю, перелік посилань з 107 назв і 2 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність теми досліджень, формулюються винесені на захист наукові положення, характеризуються наукова новизна та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі охарактеризовані особливості гірничо-геологічних умов шахт, що видобувають антрацити. А саме: пологе залягання порід та вугільних пластів; невитримана потужність пластів, яка коливається від 0,8 до 1,5 м, а також велика розбіжність глибини залягання – від 150 до 1300м. Відмічено, що теоретичні питання, пов'язані з підтримкою потужності шахт, оптимізації техніко-технічних параметрів, підвищенням надійності технологічних схем привертали увагу цілої низки дослідників, серед них такі, як Астахов О.С., Бурчаков А.С., Бондаренко В.І., Воробйов Б.М., Зиков В.М., Колоколов О.В., Кузьменко О.М., Кухарєв В.М., Петренко Є.В., Сапицький К.Ф., Ширін Л.Н. та ін.

Аналіз попередні досліджень дозволив констатувати, що до теперішнього часу не відпрацьований механізм взаємостосунків вхідних і вихідних параметрів шахт зі значними термінами служби, тому нинішня політика реструктуризації вугільної промисловості України призвела до дострокового закриття великої групи збиткових антрацитових шахт.

Наявність протилежно діючих чинників щодо збереження шахт з обмеженими запасами дає підставу вважати, що не існує однозначної відповіді про доцільність відпрацювання запасів через унікальність стану кожного конкретного підприємства. Ця доцільність визначається конкретними умовами на кожній шахті. Але схожість діючих факторів дає підставу для розгляду питання в загальному вигляді, з тим, щоб одержану модель або схему розрахунків застосувати до тієї або іншої шахти.

Виконана класифікація діючих шахт галузі за забезпеченості запасами дозволила зробити висновок, що оцінка можливості роботи малоефективної шахти, із запасами на 10 і більше років, вимагає багатокритеріальної оптимізації параметрів підприємства, тобто встановлення їх граничних значень, досягнення яких і визначає необхідний рівень і адресність інвестицій. Необхідна гарантована межа параметрів, що визначають можливість збереження потенціалу шахт. Тобто, відомі гарантії повернення інвестицій. Сказане повною мірою відноситься і до проблеми встановлення граничних значень потужності і зольності пластів.

Результати розрахунку граничних параметрів щодо антрацитових шахт наведені на рис.1, з якого видно, що максимальна зольність доцільного відпрацювання запасів (за винятком пласта h8 “Фомінський”), що залишилися, при потужності пласта понад 1м складає 55-60%, а мінімальна потужність при зольності пласта 5-10% – 0,8 м. Наприклад, при зольності пласта 50%, а потужності 1,1м відпрацювання запасів доцільно (К2), при тій же зольності, але потужності 0,75 м – запаси відпрацьовувати не доцільно (К1).

Рис.1. Співвідношення зольності і потужності пластів при визначенні доцільності відпрацювання запасів

Найприйнятніший критерій доцільності відпрацювання запасів, що залишилися, можна сформулювати таким чином: якщо відпрацювання залишкових запасів в полях діючих малоефективних шахт технічно можливо, то воно буде доцільним до зростання собівартості вугілля (з поправкою на якість антрациту, що видобувається на шахті) на 20-30%.

Виходячи з наведеного, очевидним є те, що обґрунтування параметрів технологічних схем відпрацювання запасів з подальшою оцінкою відповідних видів ресурсів при рішенні питання про інвестування технологічних ланок є актуальної задачею для антрацитових шахт зі значними строками служби.

У другому розділі розглянута модель формування матричної системи оцінки наявних резервів технологічних схем відпрацювання запасів антрацитових шахт, вибрані відповідні критерії та цілі, головною з яких є підвищення обсягів видобутку в умовах обмежених ресурсів.

Прийнято, що Q max , Qmin – відповідно максимальна і мінімальна відносна величина, що характеризує максимально можливу ефективність використання конкретного ресурсу досягши конкретної мети за певний період. Зокрема

, (1)

де bmaxij – максимальне (базисне) значення оцінки і-ої характеристики технологічної схеми; ц(і) – функція, що нормалізує “вагомість” характеристики, .

Такий підхід дозволяє відобразити всі джерела формування резервів технології на різних ланках шахти і на основі здійснення зворотного зв'язку в ланцюгу “цілі – ресурси – резерви” за допомогою запропонованої матриці резервів, координатами якої є цілі і резерви шахти, тобто планувати розвиток гірничих робіт. Виходячи зі змісту такого показника доцільно називати його як інтегрований показник певного резерву технологічної схеми в певній групі ресурсів ( IPj ):

IPj = ( | 100 – ( Qijmin/ Qijmax) 100 | *б i ) (2)

де б i – значимість i-ї цілі шахти ( i = 1 ч 4) відносно до суми значимостей цілей (підвищення обсягів видобутку, рівня концентрації, тощо) ; Q max , Qmin - відповідно мінімальна і максимальна відносна величина з числа порівнюваних, приймається для розрахунку резервів j-ї групи по i-ї мети.

Матриця резервів є дієвим механізмом вибору одного з декількох можливих ресурсів технологічних схем, в умовах обмеженості коштів. Порівнюючи матрицю резервів з наявністю ресурсів або можливою їх зміною, можна прогнозувати і корегувати цілі шахти, а, порівнюючи окремі групи резервів, можна робити висновок про загальну значущість конкретної групи резервів для підвищення ефективності технологічної схеми. При цьому, вибір оптимального рішення щодо підвищення надійності технологічних ланок завжди пов'язаний з розглядом і оцінкою декількох альтернативних варіантів. За кожним з варіантів розраховуються інтегральні критерії, склад і величина кожної з компонентів критерію можуть бути різними.

Для шахт, забезпечених запасами на тривалу перспективу, зміна витрат на видобуток відбувається за наростаючою траєкторією відповідно до зміни умов залягання пластів, а також під впливом глибини розробки й рівня концентрації гірничих робіт. Якщо ж запаси, що залишилися, залягають у складних умовах, кращі пласти відпрацьовані, шахти для продовження терміну служби змушені видобувати вугілля з некондиційних запасів. то з'являється необхідність зіставлення витрат при відпрацюванні балансових і позабалансових запасів і оцінки доцільності подальшої підтримки потужності таких шахт. У дисертації побудована графічна інтерпретація залежностей собівартості видобутку вугілля від швидкості посування лінії очисних вибоїв, довжини очисної лінії відносно груп антрацитових шахт із різною забезпеченістю балансовими запасами (1 група – шахти, що відпрацьовують тільки позабалансові запаси; 2 група – шахти, в обсяг видобутку яких входить до 50 % вугілля з некондиційних пластів; 3 група – шахти, що відпрацьовують тільки позабалансові запаси) (рис.2).

Показано, що криві для всіх груп мають однаковий характер змін, що досить важливо для цілей моделювання параметрів технологічних схем.

Характер залягання антрацитових пластів визначив в основному погоризонтну схему підготовки шахтного поля. Через різні причини на різних ділянках шахтного поля, й особливо біля його границь, залишилися невідпрацьовані запаси антрациту. Частина горизонтів була погашена, оскільки у свій час відпрацювання цих запасів визнавалось недоцільним, тому що були запаси з більше сприятливими умовами.

Таким чином, можна розглядати два підходи, причому кожний з них альтернативний:

- у сучасних умовах доречна постановка питання про доцільність відпрацювання запасів, що залишилися на різних ділянках шахтних полів;

- повернення до відпрацювання запасів біля границь шахтних полів і на погашених горизонтах має свої позитивні й негативні сторони.

Рис.2. Залежність собівартості видобутку 1т антрациту від швидкості посування лінії очисних робіт і типу очисного устаткування

Доцільність відпрацювання запасів, що залишилися, визначається конкретними умовами на кожній шахті. Але подібність діючих факторів дає підставу для розгляду питання в загальному вигляді для того, щоб отриману модель або схему розрахунків застосувати до тієї або іншої шахти.

У дисертаційній роботі виконаний порівняльний аналіз доцільності збереження групи старих шахт, де видобуваються цінні антрацити з урахуванням можливих ризиків. Статистична оцінка загального рівня ризику доробки запасів порівняно із закриттям шахти встановлена за допомогою сімейства спеціальних кривих. Суть цього методу полягає у тому, що заздалегідь аналізуються дані, що стосуються результативності завершення робіт з підготовки запасів чергового (можливо останнього) горизонту шахти. Крім того, як початкові дані використовуються: обсяг підготовлених запасів, потужність шахти, термін її служби. Для коректування параметрів кривих застосовані показники ефективності праці робітника з видобутку щодо кожної аналізованої шахти.

У третьому розділі розглянута технологічна надійність як основа управління розвитком ланок шахти та критерії оцінки надійності технологічних схем доробки запасів в складних умовах

Питання вибору критерію оцінки надійності технологічної схеми відпрацювання запасів, що залишилися, зводиться до поєднання об'єктивних можливостей конкретних технологічних схем із заданими техніко-організаційними показниками. У критерій надійності входять, як правило, усереднені характеристики роботи шахти (математичне очікування обсягу видобутку та витрат). Цього достатньо для забезпечення необхідного ступеня стабільності, стійкості доробки запасів з прийнятним рівнем показників.

У даній дисертаційній роботі досліджена надійність технологічних схем очисних робіт при відпрацюванні антрациту в складних умовах, обумовлених наявністю ділянок некондиційних за потужністю і зольністю запасів. Тому необхідне вдосконалення головної технологічної ланки шахти очисних робіт. Йдеться про концентрацію сил і засобів на якомого ефективнішу відробку запасів полів малоперспективних шахт. Від ухвалених рішень щодо кількості лав в межах шахтного поля, типу виїмкової техніки, обсягу видобутку і якості гірської маси залежатиме система гірничого виробництва (довжина підтримуваних виробок, надійність провітрювання і т. ін.). Через це розгляд схем стану технологічних процесів необхідно виконувати за окремими елементами.

Як правило, очисний вибій представляється у вигляді простої схеми послідовно-паралельних зєднань елементів. На підставі хронометражних спостережень в роботі визначені напрацювання на відмову, тривалість простоїв і надійність гірничої техніки. Потім визначена вірогідність можливих подій в лаві – головним чином, вірогідність працездатного стану всіх елементів. Результати представляються у вигляді розрахункової схеми (рис.3).

З погляду теорії надійності, очисний вибій є відновлюваною системою. Надійність такої системи характеризується не тільки середнім часом наробітку на відмову, але й тим, наскільки швидко відновлюється її працездатність після відмови, тобто середнім часом простою, що складається із середніх часів на відшукання й усунення несправності.

Якщо представити описану систему вірогідності як систему масового обслуговування, то матиме місце граничний режим, при якому вся вірогідність Рi(t) прагне до постійних меж Р0, Р1, …, Рn, а всі їх похідні – до нуля. Одержуючи таким чином систему рівнянь, можна вирішити її щодо невідомих Рi .

Сума і є коефіцієнтом використання технологічної системи і чисельно дорівнює коефіцієнту машинного часу

= (3)

(4)

Таким чином, вирази (3) і (4) дозволяють кількісно оцінити надійність технологічних процесів виїмки пластів в складних умовах обмеженості запасів (змінна потужність, ділянки слабкої крівлі, тверді включення і таке ін.). Причому правомірність їх застосування не залежить від закону розподілу часу безвідмовної роботи устаткування і наявності технологічних перерв (рис.4).

При цьому необхідним є виконання аналізу типу застосованого очисного обладнання та взаємозв’язку потужності пласта з коефіцієнтом машинного часу для кожного типу виїмкової техніки. В умовах тонких пластів для комплексів 1KM-97 і “Дoнбac”, наприклад, на годину машинного часу доводиться в середньому стільки ж часу для усунення відмов. У перерахуванні на 1тис.т видобутку вугілля ця величина становить 329 ... 487 хв., що вдвічі перевищує аналогічні показники комплексів КМ-87, що працюють на більш потужних пластах. Причому найбільш тривалі втрати часу відбуваються при відновленні відмов органів переміщення й ріжучої частини.

Рис.4. Залежність коефіцієнту машинного часу від рівня

присікання бічних порід

У четвертому розділі виконане моделювання і оцінка параметрів доробки запасів шахт для умов Торезсько-Сніжнянського геолого-промислового регіону.

Очевидно, що найбільш виразно стратегію розробки принципових рішень із збереження обсягів видобутку в конкретному регіоні, де велика частина шахтного фонду практично вичерпала промислові запаси, варто оцінити значенням параметрів технологічних схем на тлі технічних та інвестиційних можливостей. При цьому необхідно врахувати, що є низка шахт зі значними запаси, але з різним рівнем виробничих та технічних показників. І, нарешті, в межах гірничого відведення регіону є вільні розвідані ділянки, де зосереджені значні запаси антрациту.

Аналіз показав, що мережні методи оптимізації, в принципі, дозволяють спільно оптимізувати потоки вантажу й повітря. Разом з тим, апробація методу показала, що якщо гірничі роботи ведуться на одному горизонті й вентиляційні мережі шахт, що розробляють, наприклад, круті пласти, досить стабільні, то, як правило, фактор вентиляції не стримує необхідний ріст видобутку. У той же час, спільний синтез транспортних і вентиляційних потоків викликає значні труднощі при побудові вихідного мультиграфа, а достатня складність завдання відображається на збіжності результату. Із цієї причини для виділення на вихідному мультиграфі часткового підграфа із заданими властивостями перевага повинна віддаватися транспортним алгоритмам.

У роботі запропоновані підходи щодо геометризації окремих ділянок для визначення параметрів мультиграфу підготовки відповідних запасів. На рис.5 представлені параметри підготовки ділянки пласта h8 “Фомінський” шахти ім.Лутугіна біля технічної границі із шахтою “Прогрес”. Тут х1-х8 – параметри мультиграфа, що виражають різні довжини лав, виїмкових панелей, засобів транспорту, а також розташування дренажних виробок залежно від відпрацювання пласта з підняття або з простягання.

Рис.5. Фіксування координат меж ділянок пласта h8 “Фомінський” шахти ім. Лутугіна в прямокутній системі координат (р – дільниці, які можливо відпрацювати; х – координати по простяганню; у – по падінню)

Системна модель сформульована таким чином. Є практично замкнута система (об'єднання, компанія і ін.), до складу якої входить n шахт. Показники роботи шахт, в т.ч. показник надійності, можуть істотно відрізнятися. Відмінна також і сприйнятливість до інвестицій і, як наслідок, їх різний рівень для приросту 1 т потужності. Виказане припущення, що окрім людських і матеріальних ресурсів (робоча сила, матеріали, електроенергія і т. ін.), участь яких у виробництві 1 т вугілля очевидна, можна розглянути як ресурси деякі техніко-технічні параметри, що визначають рівень доцільності відробку запасів, що залишилися. До таких показників пропонується віднести: місячне посування лав Vi (м/міс.), продуктивність праці робітника з видобутку Pi (т/міс.), рівень концентрації гірничих робіт Li (м/1000м підтримуваних виробок). Цей перелік може бути продовжений. Якщо поліпшення вказаних показників буде забезпечено, то це приведе не тільки до збільшення рівня видобутку, але і до зниження витрат на виробництво. Наприклад, збільшення швидкості посування лав на 1 м/міс. призводить до підвищення рівня інноваційної активності даної підсистеми.

Результати оптимізації можливого приросту потужності шахт Торезсько-Сніжнянського регіону наведені в табл. 2.

Загальний результат рішення (табл.2) можна прокоментувати таким чином. Задача розв'язувалася на мінімум, значення функціонала 314271 тис. грн – це витрати на приріст 245 тис. т потужності трьох шахт з числа аналізованих. Звертає на себе увагу недовикористання параметру концентрації гірничих робіт. Параметри продуктивності праці і посування лав виступили стримуючим чинником в зниженні капітальних витрат.

Якщо звернутися до табл.2, то “питома вага” (об’єктивно обумовлена оцінка– “ОО-оцінка”), наприклад, продуктивності праці відрізняється від нуля і складає близько 5,9 млн. грн. Це, як відомо, означає, що збільшення продуктивності праці робітника з видобування на 1т/міс. може забезпечити зниження витрат на приріст видобутку на 5,9 млн. грн.

Таблиця 2

Оптимальні параметри приросту потужності та рівень “ОО-оцінок”

Найменування ресурсу | Расход ресурсів (х103) | Обмеження з ресурсу на 1000т“ | ОО-оцінки” ресурсу

Прогрес | Им.Лутугіна | Им.Киселева | Волинське | Північна | Ударник | Зоря

Концентрація робіт, м/1000т | 0,02 | 0,07 | 0,16 | 0,18 | 0,13 | 0,08 | 0,07 | 0,019 |

0

Посування очисной лінії, м/1000т | 2,2 | 2,2 | 3,0 | 6,9 | 3,0 | 3,0 | 2,6 | 0,681 | 311872

Продуктивність праці, т/міс на 1000т | 0,052 | 0,088 | 0,132 | 0,11 | 0,116 | 0,069 | 0,05 | 0,02 | 5889780

Проріст видобутку ?d, тис.т | 152 | 0,0 | 78 | 15 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 245

Функціонал | 314271 тис.грн.

Заслуговує на увагу результат і в плані зростання обсягів видобутку. При заданому рівні обмежень продуктивність праці і посування лав стримує зростання обсягів виробництва на 245 тис. т на рік. Звичайно, слід визнати, що зростання обсягів може залежати і від інших об'єктивних чинників і, зокрема, від своєчасності інвестування виробничих процесів. Однак використання тільки цих параметрів не дає повного рішення питання перерозподілу резервів, інакше кажучи, необхідно із сукупності вибрати ті конкретні шахти, яким варто направляти ресурси.

Для характеристики “перспективності шахти” з погляду ефективності доробки запасів у дисертації обґрунтовані два показники: потужність розроблювальних пластів і пропускну здатність основних ланок. Перший із цих показників представляє природні, а другий – індустріальні фактори. Вони (показники) практично незалежні один від іншого, тому що при даній потужності пластів можна застосувати різні схеми підготовки шахтного поля й різні системи розробки, а також використовувати різне устаткування.

ВИСНОВКИ

У дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, поставлена і вирішена актуальна наукова задача, що полягає в теоретичному обґрунтуванні і створенні системи визначення технологічних параметрів шахти як природно-технологічної системи з урахуванням надійності і забезпеченості запасами.

Результати досліджень, виконаних в дисертаційній роботі, наступні.

1. Накопичення кризових явищ у ряді регіонів Донбасу (Центральному, Торезсько-Снежнянськом, Кадіївському і ін.) значною мірою обумовлене вичерпанням якісних промислових запасів на фоні деконцентрації гірничих робіт, що породжує нераціональне використання обмежених ресурсів. В зв'язку з цим в роботі відібрана система чинників, що впливають на ефективність технологічних схем шахт з урахуванням особливостей їх просторового розташування і концентрації можливостей при постійній оцінці запасів конкретного шахтного поля.

2. Доведено, що важливим теоретичним аспектом вибору параметрів, що характеризують доцільність доробки запасів старих шахт є побудова системи об'єктивно обумовлених оцінок (ОО-оцінок) участі основних технологічних параметрів видобування вугілля, оскільки параметри кореляційних моделей не можуть бути використані як коефіцієнти при невідомих для побудови комплексної моделі оптимізації приросту потужності шахт.

Основною метою побудови математичної моделі розвитку шахти є: встановити “питому вагу” (або оцінку) посування лав, продуктивності праці робітника на очисних роботах і довжину очисної лінії відносно лінії підтримуваних виробок. Цей показник необхідний для обґрунтування можливого приросту рівня видобутку, ліквідації вузьких ланок та корегування рішень, щодо розвитку добувних робіт.

3. Запропоновано використовувати матричне поле для оцінки технологічних схем відпрацювання запасів в режимі виживання шахт. Вибрано 4 групи резервів: технічні, технологічні, кадрові і природні. На основі вимірювання відхилень від заданого рівня можна прогнозувати і коректувати цілі шахти, а, зіставляючи окремі групи резервів, можна робити висновок загальної значущості конкретної групи резервів для ефективної її роботи.

4. Вперше дана кількісна оцінка доцільності збереження старих шахт з урахуванням порівняльного інвестиційного ризику. Суть методу полягає у тому, що витрати на підготовку запасів, що залишилися, корегуються індексами продуктивності праці. Статистична оцінка загального рівня ризику доробки запасів порівняно із закриттям шахти встановлена за допомогою сімейства спеціальних кривих.

5. Шляхом представлення компонентів устаткування лави як системи масового обслуговування, досліджений граничний режим, при якому вся вірогідність стану прагне до постійних меж, тобто систему рівнянь, можна вирішити щодо невідомих і , сума яких дорівнює коефіцієнту машинного часу. Вибрані таким чином критерії оцінки надійності дозволяють врахувати втрати часу з кожного процесу в лаві, оцінити вплив елементу “пласт” на надійність очисної виїмки і розрахувати змінну продуктивність лави.

6. Визначені вірогідності стану підсистеми “очисний вибій” і відповідні коефіцієнти машинного часу, чим підтвердився низький рівень надійності практично всіх шахт регіону. Показано, що при відпрацюванні запасів в складних умовах швидкість подачі комбайна знижується, і це може бути враховано при плануванні обсягів видобутку, витраті та інших параметрів, що визначають доцільність продовження термінів служби шахт.

7. Встановлені закономірності зміни приросту видобутку залежно від стану гірничого господарства, гірничо-геологічних умов залягання і технології відробки запасів. При цьому показано, що рівень показників надійності свідчить про відсутність виробничого потенціалу у всіх шахт регіону, проте, підтримка шахти з більшою пріоритетністю дозволили б підвищити їх привабливість для розвитку.

8. Запропоновані математичні моделі оптимізації параметрів, що характеризують доцільність доробки запасів старих шахт з паралельним визначенням об'єктивно обумовлених оцінок (“ОО – оцінок”) посування лав, продуктивності праці робітника на очисних роботах і відношення довжини очисної лінії на 1 км виробок, що підтримуються. Доведено, що “ОО-оцінка” необхідна для встановлення вузької ланки та її усунення. Такий підхід до управління виробничими ресурсами і технічними параметрами відробки запасів дозволить ухвалювати об'єктивні рішення при плануванні доцільності збереження старих антрацитних шахт.

9. Основні положення роботи були використані у вигляді методичних рекомендацій при плануванні розвитку гірничих робіт шахт ДП “Шахтарськантрацит” і “Торезантрацит”. Розрахунки показали, що потенціал шахтного фонду цього депресивного регіону може бути збережений за рахунок підтримкм підприємств залежно від забезпеченості запасами.

Основний зміст дисертації відображено у таких роботах:

1. Салли С.В. Оценка надежности подсистемы “очистной забой” на антрацитових шахтах. //Науковий вісник НГУ України, Дніпропетровськ.-2006.- № 1.- С. 27-32.

2. Салли С.В. Оценка целесообразности отработки оставшихся запасов малоэффективных антрацитових шахт// Науковий вісник НГУ України, Дніпропетровськ.-2007.- № 1.- С. 7-11.

3. Вагонова А.Г., Салли С.В. К вопросу промышленного освоения свободных участков угольных месторождений с выходами антрацитовых пластов под наносы. шахт// Науковий вісник НГУ України, Дніпропетровськ.-2007.- № 2.- С. 27-30.

4. Салли С.В. Моделирование и оценка технологических параметров доработки запасов антрацитовых шахт// Науковий вісник НГУ України, Дніпропетровськ.-2007.- № 3.- С. 26-29.

5. Салли С.В. Технологическая надежность как основа управления инвестированием звеньев шахты.// Геотехнологии и управление производством ХХІ века, Донецк: ДНТУ, 2006.- С.102-107.

6. Вагонова А.Г., Салли С.В. Динамика взаимодействия природной, технологической и экономической компонент горных предприятий. Науковий вісник НГУ України, 2007, №5. С.87-90.

7. Салли С.В. Моделирование параметров отработки запасов антрацитових шахт // Міжнар. конф. “Проблеми і перспективи інноваційного розвитку економіки України”. – Дніпропетровськ: НГУ.- 2006. – С. 149-151.

8. Салли С.В. Перераспределение запасов антрацита между шахтами. // Міжнар. конф. “Сучасні наукові дослідження-2006”. – Дніпропетровськ: ДНУ.- 2006. – С. 20-23.

9. Салли С.В. Оценка надежности отработки запасов антрацита у границ шахтных полей и в целиках // Міжнар. конф. Дни науки-2007”. – Дніпропетровськ: ДНУ.- 2007. – С. 83-87.

10. Салли С.В. Моделирование вариантов инвестирования технологических схем шахт//Міжнар. конф. “Проблеми і перспективи інноваційного розвитку економіки України”. – Дніпропетровськ: НГУ.- 2007. – С. 137-138.

Особистий внесок здобувача в опубліковані роботи: [3] – обґрунтування критерію доцільності відпрацювання запасів, що залишилися; [10] - обґрунтування параметрів розкриття та підготовки запасів з урахування природного фактору.

АНОТАЦІЯ

Саллі С.В. Обґрунтування раціональних параметрів доробки запасів антрацитових шахт. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.02 – Підземна розробка родовищ корисних копалин. –Національний гірничий університет. Дніпропетровськ, 2007.

Дисертація присвячена актуальним проблемам управління параметрами, що визначають ефективність функціонування технологічних схем відпрацювання запасів на шахтах зі значними термінами служби.

У дисертаційній роботі визначено, що для отримання комплексної оцінки стану й потенціалу технологічних схем вуглевидобування окремої шахти необхідно враховувати “питому вагу” параметрів відпрацювання в процесі адресного інвестування з метою побудови комплексної моделі оптимізації приросту потужності. Дослідження показали, що використання спеціального матричного поля дає змогу кількісно оцінити потенціал технологічних схем. Для цього вибрано 4 групи резервів і на основі вимірювання відхилень від заданого рівня можна прогнозувати і коректувати цілі шахти. Важливою особливістю формування технічної політики вуглевидобування є оцінка за допомогою сімейства спеціальних кривих ступеню порівняльного інвестиційного ризику щодо збереженню групи старих шахт, де видобуваються цінні сорти вугілля. З метою визначення надійності системи “очисний вибій” досліджений граничний режим, при якому визначаються значення показника використання машинного часу та вплив елементу “пласт” на надійність очисної виїмки при визначенні продуктивності лави.

Встановлені закономірності зміни приросту видобутку залежно від стану технології відпрацювання запасів. При цьому додаткові інвестиції в шахти з більшою пріоритетністю дозволили б наблизити їх до порогу беззбитковості і, відповідно, підвищити їх інвестиційну привабливість. Ці положення підтверджені результатами моделювання параметрів, що визначають ефективність технологічних схем.

Ключові слова: вугільна шахта, технологічна схема, резерви, інвестиційний ризик, технічна надійність, параметри вуглевидобування.

АННОТАЦИЯ

Салли С.В. Обоснование рациональных параметров доработки запасов антрацитовых шахт. Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.15.02 – Подземная разработка месторождений полезных ископаемых. – Национальный горный университет. Днепропетровск, 2007.

Диссертация посвящена актуальным проблемам управления параметрами, определяющими эффективность технологических схем доработки оставшихся запасов шахт со значительными сроками службы.

В диссертационной работе установлено, что для получения комплексной оценки состояния и потенциала технологической схемы шахты необходимо учитывать наряду со сложностью подземного хозяйства, возрастом шахты и ее мощностью, также технологическую надежность основных производственных звеньев как основных потребителей инвестиционных средств. Доказано, что для получения комплексной оценки состояния и потенциала технологических схем угледобычи отдельной шахты необходимо учитывать “цену” параметров отработки в процессе адресного инвестирования с целью построения комплексной модели оптимизации прироста мощности. Доказано, что использование специального матричного поля дает возможность количественно оценить потенциал технологических схем. Для этого отобрано 4 группы резервов и на основе измерения отклонений от заданного уровня можно прогнозировать и корректировать цели шахты. Важной особенностью формирования технической политики угледобычи является оценка с помощью семейства специальных кривых степени сравнительного инвестиционного риска по сохранению группы старых шахт, где добываются ценные сорта угля.

С целью определения надежности системы “очистной забой” исследован предельный режим, при котором устанавливаются значения показателя использования машинного времени и влияние элемента “пласт” на надежность