Введение к работе
Актуальность проблемы. Дальнейшее развитие экономики России обусловливает необходимость поддержания и наращивания объемов добычи угля, занимающего, одно из ведущих мест в топливно-энергетическом балансе страны. Большое значение в обеспечении страны углем и поставок его за рубеж придается Кузбассу, наиболее крупному бассейну, разрабатывающему слокноструктурные месторождения. Трудно переоценить роль угля в жизни самого региона. Здесь имеются большие запасы высококачественного угля, в том числе коксующихся марок, других полезных ископаемых, развитая материально-техническая база, инфраструктура производства и квалифицированные кадры.
Добыча угля на шахтах и разрезах Кузбасса характеризуется в целом значительной трудоемкостью, энергоемкостью, материалоемкостью, другими отрицательными социальными и экологическими последствиями. Несовершенство технологии, сложные горно-геологические условия ведения горных работ обусловливают тяжелые и опасные условия труда горняков. В районах угольных разработок изменяется рельеф земной поверхности. На длительный период времени, а местами навсегда, изымаются плодородные земли из сельскохозяйственного оборота. Месторождения в освоенных районах бассейна вырабатываются быстро, но не полно. На тахтах это происходит из-за высоких потерь угля, значительного ухудшения условий и показателей эффективности с увеличением глубины разработки, а на разрезах -из-за ограниченных по глубине и условиям залегания запасов угля, признаваемых пригодными в настоящее время для'эффективной добычи открытым способом, недостаточно эффективных систем разработки и технологий, декониентрации работ.
Развиваются альтернативные варианты замены кузнецких углей за пределами бассейна и внутри его газом и углем, поставляемыми из других регионов страны. Все заметнее проявляется конкуренция между отдельными угледобывающими предприятиями, различными способами разработки и районами Кузбасса. Формируется рынок топлива и энергии.
Анализ проектных решений по обоснованию параметров технологии ведения горных работ в Кузбассе, практика работы предприятий показывает, что в настоящее время нет достаточно совершенных и современных методов качественной оценки и оптимизации структуры
4 отдельных производств и способов добычи, технологии работ по расходу ресурсов на добычу угля. Это не позволяет в полной мере использовать возможности принятия более соверяюнных решений ло технологии работ с учетом перспективы их развития в регионе. Поэтому научная проблема, обоснования направлений дальнейшего развития и разработки ресурсосберегающих технологий открытой угледобычи на сложноструктурных месторождениях угля является актуальной, и име.ет важное народнохозяйственное значение.
Диссертационная работа выполнялась в рамках комплексных научно-технических программ Минуглепрома и компании 'Тосуголь" в соответствии с планом НИР института НИИОГР. Выполнено 9 научно-исследовательских работ, прошедших регистрацию в ВНТИцентре.
Цель работа - обоснование перспектив открытой угледобычи в Кузбассе и разработка технологии ведения горных работ с малым потреблением ресурсов.
Идея работы состоит в лучкгем использовании совокупности новых технологических и технических решений для расширения возможностей открытой угледобычи в Кузбассе.
Задачи исследований:
разработать модель процесса реструктуризации, оптимизации объемов производств открытой угледобычи для сложноструктурных ,-месторождений крупного бассейна ;
изучить влияние стабилизации, взаимосвязи потребления одних ресурсов с расходом других ресурсов ;
изучить возможности снижения вариации текущего коэффициента зскрыши изменением направления развития и технологии горных работ ;
разработать методику оценки состояния и использования возможностей горных работ по добыче угля на разрезах,;
изучить возможность ведения горных работ в сложных горне-геологических условиях по типовым технологическим схемам ;
исследовать условия наиболее полного возврата земель для рекультивации в зависимости от направления перемещения фронта, горних работ ; ,
разработать методику и обосновать рациональную длину фронта в зонах концентрации горных работ, эффективные параметри схем для разных технологий ;
исследовать возможность увеличения угла откоса рабочего борта разреза при разработке сложноструктурных месторождений.
Методы исследований:
- математическое моделирование процесса реструктуризации,
5 оптимизации объемов в направлении снижения ресурсозатрат в бассейне при добыче угля открытым способом ;
статистический анализ горно-геологических условий ведения -орнчх работ, динамики и полноты возврата рекультивируемых, земель;
корреляционный анализ факторов, определяющих расход ресур-:ов при открытой угледобыче ;
промышленные эксперименты при обосновании интенсивности >бразования осыпей, дальности разлета кусков породы с высоких ус-упов для оценки безопасных условий производства работ и эффектив-юсти работы экскаваторов при раздельной отработке угля и породы
і блоках сложного строения ;
обобщение производственного опыта и результатов проектных іроработок по развитию открытых горных работ в сложных горно-гео-:огических условиях ;
экономико-математическое моделирование при обосновании эф-ективных параметров систем разработки, технологии, схем ведения орных работ в сложных горно-геологических условиях.
Новые научные положения, защищаемые автором:
ранжирование объемов производств по удельным показателям атрат ресурсов, доходов является основой оптимизации объемов,, ре-труктуризации производств угледобычи открытым способом ;
показатель кратности соотношения удельных расходов ресурсов ри угледобыче применяемыми способами находится в пределах 0,2-50,
оптимизация объемов добычи по критерию минимума затрат снижает х расход до 70-80% ;
оптимизация угледобычи по величине расходов 'отдельных ви-эв ресурсов и доходов от их использования не обеспечивает опти-а.льного расхода других ресурсов, увеличивая их потребности в 1,5-,0 раза по сравнении с фактическим уровнем ;
при разработке вытянутых месторождений вариация текущего ээффициента вскрыши может достигать при поперечном простиранию тастов перемещении фронта работ 26-38%, а при продольном в 3-5
із ниже зтих значений, что позволяет создать модификации однобор-)вых поперечных систем разработку наиболее полно отвечающих сов-їмєнньім требованиям к ведению горных работ на разрезах ;
- критериями эффективности состояния и развития карьерного
юстранства являются величины и соотношения скоростей производ
ив вскрьдпних и добычных работ, уровень реализации возможностей
ізреза по добыче угля, позволяющие оценить совершенство принима
ете решений при разработке месторождений по разработанной методи-
в силу ограниченности количества вариантов условий ведения внемочно-погрузочных работ в 88-95% случаев обеспочипаотся pan-дельная выемка угля и пустых пород по типовым технологическим схемам ;
при перемещении фронта горных работ по простиранию пластоЕ обеспечивается возврат земель для рекультивации до 1Ъ% ;
в зонах концентрации рациональная длина 'фронта горных работ составляет: при. автомобильной технологии 250-500 м, при чселез нодорожной - 800-1200 м,. при бестранспортной - 1200-1500 м и 800-1200 м при комбинированной технологии ;
увеличение угла откоса рабочего борта разреза до 26-30 достигается при создании технологических схем разработки уступов высотой до 30-40 м на пластах крутого и наклонного падения и до 50-60 м на пластах пологого падения обеспечивает угол откоса рабочего борта, разреза,близкий к устойчивому.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается: достаточной сходимостью результатов теоретических исследований с фактическими далными, полученными результатами при внедрении пред ложений в производство и проекты, промышленных экспериментах ; корректным использованием экономико-математических моделей на основе выявленных закономерностей, статистической обработкой представительного количества данных.
Научная новизна работы заключается:
в использовании ранжировки фактических показателей расходов ресурсов и доходов от их использования при оптимизации объемов угледобычи для разных технологий, производств и условий работ
в количественной оценке показателей кратности соотношения фактических удельных расходов разных ресурсов и оптимизации объемов добычи по критерию минимума затрат ;
в обосновании недостаточности оптимизации величины расхода отдельных ресурсов для оптимизации расхода других ресурсов ;
в установлении вариации текущего коэффициента при разных направлениях перемещения фронта горных работ ;
в обосновании возможности ведения раздельной выемки угля и пород в сложных горно-геологических условиях по типовым технологическим схемам ;
в установлении возможности ускорения возврата 75% земель для рекультивации при перемещении фронта горных работ по простиранию пластов ;
в обосновании оптимальных параметров технологических схем, рациональной длины фронта, горных работ в зонах концентрации при различных технологиях ;
в обосновании горно-технологических условий, обеспечивающих увеличение угла откоса рабочего борта разреза до 26-30.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается:
сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение в пределах В%) ;
адекватностью полученных экономико-математических моделей;
положительными результатами, полученными при алробации и внедрении основных положений диссертационной работы.
Личный вклад автора:
в выявлении факторов и установлении закономерностей изменения ресурсоемкости горных работ разными способами, производствами ;
в разработке методов количественной оценки и оптимизации структуры способов угледобычи, границ открытых работ в регионе ;
в разработке методик оценки состояния открытых горных работ и нормирования вскрышных объемов ;
в.разработке прогноза изменения качества рельефа земли, расхода ресурсов в регионе при реализации проектных решений по развитию.открытых горных работ ;
. - в разработке и внедрении типовых технологических схем ведения вчемочно-погрузочных работ в сложных горно-геологических условиях.
Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты позволяют обосновывать границы открытых горных работ при разработке сложноструктурных месторождений угля, стабилизировать удельные объемы ресурсопотребления. Предлагаемые технологии ведения горных работ высокими уступами и отработки блоков сложного строения, гибкие интенсивные, технологии совместной ра.боты экскаваторов в забоях обеспечивают более полное использование технических возможностей основного технологического оборудования. Рекомендации для проектирования разрезов позволяют существенно улучшить качество принимаемых решений по выбору техники, технологии и режимов производства, стабилизировать потребление ресурсов на минимальном уровне, обеспечивают возможность более качественного восстановления земель.
Расчетный экономический-эффект от реализации основных поло-
8
жений по планированию объемов вскрышных работ на разрезах обеспе
чивает хозрасчетный экономический эффект в размере 1,26 млн.руб.
на І млн.т добываемого угля. При зтом значительно (на 17%) сокра
щается потребность в ресурсах, растет полнота извлечения запасов
угля. ,
Реализация и внедрение результатов работы. ~ ;
По результатам исследований для проектных институтов и разрезов разработаны "Технологические схемы ведения горных работ на разрезах с использованием мощных комплексов выемочно-погрузочного и транспортного оборудования", "Технологические схемы разработки высоких уступов на разрезах Кузбасса", предложения направленные на "Формирование рациональной структуры вскрышных железнодорожных комплексов оборудования на разрезах Кузбасса".
Технологические решения внедрены на разрезах концерна. "Куз-бассразрезуголь" с экономическим эффектом 3,66 млн.руб. (в ценах 1989 г.) и при проектрировании разрезов. Результаты исследований положены в основу отраслевого документа "Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разреза.х".-М.; Недра, 1982, утвержденных Минуглепромом. СССР 29.09.1978 г. и корпорацией "Уголь России" 29.ІІ.І99І г. (новая редакция).
Апробация работы. Содержание и отдельные положения.работы докладывались на Всероссийских научных конференциях - г.Кемерово (1977 г., 1994 г.), г.Новосибирск (1989 г.), г.Ленинск-Кузнецкий (1990 г.) ; в Институте повышения квалификации работников угольной промышленности (Кемерово 1988-198Э гг.), в проектных институтах "Сибгипрошахт", "Кузбассгипрошахт" (1989-1992 гг.), в компании "Росуголь", концерне "Кузбассразрезуголь" и на разрезах Кузбасса.
Публикации. По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 40 печатных работ, в т.ч. одна монография и б авторских свидетельств на изобретение.
Объем работы. Диссертация состоит из обшей характеристики работы, пяти разделов, заключения, списка литературы из 184 наименований и приложения ; содержит ЗЗбстраниц машинописного текста, 62 рисунка v 40 таблиц.
Автор выражает глубокую признательность академику, В.В.Ржевскому, профессорам П.И.Томакову, А.И.Арсентьеву, В.С.Хохрякову, П.П.Бастану, В.Л.Яковлеву, В.А.Галкину, А.И.Корякину, А.С.Ташки-нову, сотрудникам Кузнецкого филиала. НИИОГР, работникам АООТ "Концерн Кузбассразрезуголь" за. ценные советы, научно-методические консультации при подготовке диссертационной работы.