Введение к работе
Актуальность работы. Открытый способ отработки запасов угольных месторождений является наиболее безопасным и эффективным среди традиционных видов угледобывающих технологий. Основным ограничивающим фактором этого способа является неизбежный рост себестоимости угледобычи по мере увеличения глубины разработки и, как следствие, увеличения текущего коэффициента вскрыши, при достижении граничного значения которого дальнейшая эксплуатация месторождения становится экономически нецелесообразной. Следует отметить, что наличие сохранившейся инженерной и транспортной инфраструктуры, определенных объемов неизвлеченных запасов угля (в бортах и в донных частях траншей) создает определенные предпосылки для продолжения эксплуатации месторождения. В такой ситуации имевшийся до последнего времени арсенал угледобывающих технологий не имел должной свободы выбора помимо классического подземного способа угледобычи. Предопределяющим фактором таковой ситуации являлось совмещение работы разреза и строительства шахты, что требовало большого объема проведения проектных работ по увязке основных пространственно-планировочных решений совместной отработки запасов месторождения. Одним из технологических решений, устраняющих этот недостаток в переходный период, является технология угольных пластов с использованием комплексов их глубокой разработки (КГРП). Сдерживающим фактором для ее широкого внедрения являлось отсутствие надежной конструкции, обеспечивающей автоматическое поддержание заданных режимов навигации исполнительного органа комплекса в плоскости угольного пласта, что в последующем было технически реализовано на инновационном уровне.
Учеными и специалистами ИПКОН, ВНИМИ, ИГД им. А.А. Скочинского, ИФЗ РАН, Института угля и углехимии СО РАН, ИГД СО РАН, ВНИИгидроуголь, КузНИУИ, МГГУ, СПбГУ, КузГТУ, СибГИУ, Сибгипрошахт, Гипроуголь и многих других проектных, научно-исследовательских и вузовских организаций предложены отдельные методические аспекты обоснования параметров интегрированных технологий добычи угля, однако серъезной методической базы системного и комплексного обоснования проектных решений при открыто-подземном способе отработки запасов угольных месторождений в настоящее время отсутствует.
В связи с вышеизложенным тематика диссертации, направленная на разработку методических положений по обоснованию параметров интегрированных технологий освоения запасов угольных месторождений, с должным основанием может квалифицироваться как достаточно актуальная.
Целью диссертации является установление функциональных связей структурных элементов и обоснование параметров интегрированных технологий на базе открыто-подземного способа отработки запасов угольных месторождений, способных адаптироваться к изменяющимся горно-геологическим и горнотехническим условиям, а также к конъюнктуре рынка продукции на угольной основе.
Основная идея работы состоит в реализации объектно-ориентированного подхода к системной интеграции технологических схем открытой, подземной добычи угля и технологии КГРП, позволяющей рационально совмещать и обеспечивать требуемый уровень функционирования их в соответствии со спецификой горно-геологических условий.
Методы исследований: в работе использован комплекс методов, включающий: научное обобщение, анализ результатов ранее выполненных исследований в данной области, методы статистического, структурного и логического анализа, методы оптимизации контуров карьера, метод геомеханических расчетов, методы экономико-математического, технологического, вариативного и компьютерного моделирования, теории игр, корреляционно-регрессионного анализа и др.
Основные научные положения, разработанные лично соискателем:
1. В основу методической базы синтеза вариантов интегрированной технологии отработки запасов угольных месторождений и обоснования рациональных параметров их должен быть положен принцип нахождения оптимального контура карьера с использованием алгоритма Лерча-Гроссмана с последующей оценкой альтернативных пространственно-планировочных и технологических решений в области вскрытия и отработки запасов подземным способом и технологией КГРП по предлагаемому алгоритму синтеза технологических систем.
2. Должный уровень обоснованности решений при проектировании технологии интегрированной отработки запасов с использованием КГРП обеспечивается корректным определением длины очистных выработок с учетом физико-механических свойств вмещающих пород и необходимой мощности нижнего слоя кровли их.
3. Эффективность функционирования модульных технологических структур «шахта-лава» определяется корректностью кластеризации горно-геологических условий ведения горных работ, техническим уровнем производства и рациональностью параметров выемочных единиц
Научная новизна работы состоит в следующем:
- разработаны методические положения по обоснованию интегрированных технологий добычи угля, реализующие системный подход, декомпозицию технологических схем открытой, подземной добычи, КГРП по элементам, анализ последствий взаимодействий групп элементов и синтез гибких технологических схем, способных к адаптации к изменениям горно-геологических и горнотехнических условий;
- разработана иерархическая структура интегрированной технологии угледобычи, реализуемой для любых совместимых сочетаний схем вскрытия, подготовки, систем разработки и технологических схем отработки запасов угля на базе учета стадийности освоения месторождения с последующей оптимизацией их параметров;
- разработана комплексная методика проектирования интегрированной отработки запасов угольных месторождений, реализация которой позволяет обоснованно увеличить коэффициент извлечения запасов за счет минимизации потерь и вписаться в концепцию рационального природопользования.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и
рекомендаций подтверждается:
- анализом значительного объема результатов теоретических исследований в области создания методологии совместной интегрированной отработки запасов угольных месторождений;
- корректным использованием современных методов исследований (методы оптимизации контуров карьера, метод геомеханических расчетов, методы экономико-математического, технологического, вариативного и компьютерного моделирования, теории игр, корреляционно-регрессионного анализа и др.);
- адекватностью результатов исследований интегрированной технологии и ее основных параметров реальным проектным решениям.
Научное значение диссертации заключается в разработке на основе структурно-сетевой теории комплексной методики обоснования параметров технологии КГРП и технологических структур «шахта-лава» в системе интегрированной отработки запасов угольных месторождений.
Практическое значение диссертации состоит в разработке методических рекомендаций по реализации технологических и организационных принципов проектирования интегрированной отработки запасов угольных месторождений для ускоренного ввода в действие производственных мощностей, снижения потерь угля в недрах и продления срока эксплуатации угледобывающих предприятий.
Реализация выводов и рекомендаций. Разработанная методика синтеза проектных решений с пространственно-временной и структурной увязкой конструктивных элементов открытой и подземной технологии ведения горных работ рекомендована к использованию при формировании программ развития горного производства ОАО “СУЭК-Кузбасс” в г. Ленинск-Кузнецкий.
Результаты исследований автора используются в учебном процессе «Московского государственного горного университета» при подготовке специалистов по направлению 130404 «Горное дело».
Апробация работы. Основное содержание диссертации и ее отдельные положения докладывались и получили одобрение на международных научных симпозиумах в рамках «Недели горняка», проводимых в Московском государственном горном университете (Москва, 2007-2013) и научных семинарах кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» МГГУ (Москва 2008-2013).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 научных статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованной литературы из 76 наименований, включает 20 таблиц и 34 рисунка.
