Выбор параметров групповой разработки пластов в люблинском угольгом месторождении ПНР

В ведущих угледобывающих странах мира развитие угольной промышленности связано с внедрением высокопроизводительной техники и технологии на угольных предприятиях, которое реализуется в направлении: модернизации и реконструкции действующих шахт с приростом и без прироста их производительной мощностистроительства новых шахт в действующих и новых угольных районах.

Особенностью развития угольной промышленности ПНР является значение угля как экспортного продукта. По плану до 1В85 г. уровень добычи будет достигать 190−200 млн. т угля в год, из которого 30 млн. т предназначено на экспорт.

В настоящее время в ПНР основным угледобывающим бассейном является Верхне-Силезский, мощность шахт которого не позволяет существенно превысить 200 млн. рубеж добычи, поэтому с целью стабилизации, а дальше повышения объема 200 млн. т планируется ввод в строительство и эксплуатацию шахт в новом Люблинском бассейне, который характеризуется большой глубиной залегания пластов, практически горизонтальным их залеганием и весьма большой угленасыщен-ностыо. По толщине свиты 395 м (в среднем) расположено 20 тонких пластов, достигающих рабочей мощности. Такая продуктивность свиты требует строительства крупных по мощности шахт с большой концентрацией горных работ при относительно небольших размерах шахтного поля по простиранию и падению. Пласты продуктивной свиты расположены на небольших расстояниях (в среднем 20 м) друг от друга и образуют между собой группы пластов.

В связи с вышеприведенными положениями основной целью диссертационной работы является исследование и выбор оптимальных параметров групповой разработки пластов центрального района Люблинского угольного месторождения.

Исходя из поставленной цели в диссертации рассмотрены следующие задачи: разработка методических положений обоснования и выбора критерия оптимальности параметров и вариантов групповой разработки пластовразработка методики и оценка сближенности пластов для продуктивной свиты и выделение групп пластовразработка методических положений конструирования вариантов подготовки к групповой разработке пластов, предварительной их оценки и выбора наиболее технически целесообразныхразработка экономико-математической модели подготовки свиты пологих пластов и методических положений оптимизации параметров и вариантов с применением вероятностной характеристики исходной информации, принятия решения в условиях неопределенности и рискаоптимизация и выбор оптимальных параметров и вариантов групповой разработки пластов Люблинского месторождения.

Для решения вышеперечисленных задач применены следующие методы исследований: инженерного анализа, теории вероятностей, экспертных оценок, экономико-математического моделирования, аналитических и статистических испытаний на ЭВМ. Автор выносит на защиту: методические положения предварительной оценки и выбора наиболее технически целесообразных вариантов подготовки шахтного поля и групп пластовприменение методики оценки сближенности пластовпараметры и варианты подготовки шахтного поля к групповой разработке пластов весьма угленасыщенных месторождений с горизонтальным и пологим залеганием пластов.

Научная новизна работы заключается в том, что для отбора наиболее технически целесообразных вариантов подготовки групп пластов предложен интегральный^показатель, учитывающий не только оценку параметров по выделенным критериям, но и степень соответствия параметров этим критериям. Для продуктивной свиты определены сближенные пласты и выделены группы пластов. Установлена зависимость удельных приведенных затрат от способа группирования пластов, которая позволяет установить оптимальный вариант подготовки шахтного поля. Произведена оптимизация вариантов подготовки шахтного поля и доказано влияние группирующих гезенков на удельные приведенные затраты варианта. Доказано, что при увеличивании мощности группы пластов уровень затрат повышается и наоборот.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций основывается на достаточном объеме исходной информации, на применении современных, хорошо апробированных методов инженерного анализа, теории вероятностей, метода экспертных оценок.

В работе широко использовались методические положения оптимизации параметров и вариантов с применением вероятностных характеристик исходной информации, принятия решения в условиях неопределенности и риска.

Практическая ценность работы состоит в установлении вариантов и параметров подготовки пластов к групповой разработке для нового бассейна, содержащего весьма угленасыщенную толщу сближенных горизонтально и полого залегающих пластов.

Основное содержание работы, а также ее отдельные положения докладывались на 1У республиканской конференции «Молодае ученыенаучно-техническому прогрессу в угольной промышленности» (Донецк, 1984 г.).

По материалам диссертации опубликовано 3 научных статьи.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 45 Г страниц машинописного текста, список литературы из 60 наименований, 19 рисунков, 20 таблиц.

4.5.В ы в о д ы.

Проведены расчеты и полученный анализ результатов позволяет сделать следующие выводы по выбору оптимального варианта и его параметров.

4.5.1. Наиболее правильным подходом в оптимизации вариантов и параметров подготовки’шахтного поля является учет вероят.

К 30 .

20, 10 Т.

500 600.

Х, м К.

20 •.

10 .

1. 1 .—————;

500 600.

Х, м.

Рис. 4.13. Гистограмма распределения попадания параметров X оптимального 7 варианта в 10 $ оптимальную область: а- 1,11 группа пластов, 6- III группа пластов.

400 500 660.

Х, м г К. .1, 30.

20 ¦ •10 •.

300 • 400 500 600 700 ' Х, м.

Рис. 4.13. Гистограмма распределения попадания параметров X оптимального 7 варианта в 1056 оптимальную область: е- 1У групп^ пластов, гУ группа пластов. ностной сущности исходных данных. Особенно важно это при проектировании новых угольных районов, для которых основные стоимостные характеристики могут быть приняты весьма приближенными и корректировка которых невозможна.

4.5.2. Расчеты на ЭВМ для исследования параметров и вариантов проведены в детерминированной и вероятностной подготовках которых результаты ниже представлены.

4.5.3. Группа I. Мощность свиты 77,7 м, четыре пласта, суммарная мощность пластов 4,69 м. Оптимальным вариантом при детерминированном вводе данных является вариант 2, который характеризуется погоризонтной подготовкой шахтного поля с полным группированием. При минимальном расстоянии между группирующими гезенками 300 м удельные затраты принимают минимальное значение из всех вариантов, равное 2,79 руб/т.

При вероятностном вводе данных оптимальным вариантом явля.

УЧ о о ется вариант 7 с панельной подготовкой шахтного поля и полным группированием. Минимальное значение ожидаемых удельных затрат достигает 4,05 руб/т при расстоянии между группирующими гезенками 300 м. Вариант 2 отличается от 7 варианта на 6,42 $ по ожидаемых удельных приведенных затратах при значении х =300 м.

4.5.4. Группа П. Мощность свиты 61,7 м, четыре пласта с суммарной мощностью 4,65 м.

Для детерминированной постановки оптимальным вариантом является вариант 2, для которого удельные приведенные затраты при минимальном значении х =300 м равны 2,81 руб/т. При вероятностном вводе исходных данных оптимальным вариантом является вариант 7, для которого ожидаемые приведенные затраты при минимальном расстоянии между группирующими гезенками 300 м достигают минимума, равного 4,06 руб/т. Вариант 2 отличается по минимальному значению целевой функции на 5,42 $.

4.5.5. Группа Ш. Мощность свиты 38,9 м, три пласта с суммарной мощностью 3,89 м.

Как в предыдущих группах вариант 2 для детерминированного ввода данных является оптимальным. При значении Л =300 м приведенные затраты достигают минимума, равного 2,42 руб/т. Для вероятностной постановки оптимальным вариантом является 7 вариант, где при минимальном значении X =300 м целевая функция достигает минимума 3,64 руб/т, вариант 2 отличается от 7 на 4,93 $.

4.5.6. Группа 1У. Мощность свиты 43,1 м, четыре пласта, суммарная мощность пластов 5,06 м.

Оптимальным вариантом для детерминированной постановки является вариант 2. Минимум по затратам 2,50 руб/т достигается при минимальном расстоянии между группирующими гезенками 300 м. Минимальное значение целевой функции равно 3,57 руб/т при минимальном расстоянии между группирующими гезенками 300 м имеет вариант 7 для вероятностного ввода исходных данных.

Вариант 2 в своем минимуме отличается от варианта 7 на 5.04%.

4.5.7. Группа У. Мощность свиты 102,9 м, пять пластов, суммарная мощность пластов 5,91 м.

Для пятой группы при детерминированном вводе данных оптимальным является вариант 2. Минимальное значение удельных приведенных затрат равно 2,91 руб/т достигается при минимальном расстоянии между группирующими гезенками 300 м. При вероятностном вводе данных оптимальным по минимуму целевой функции является вариант 7. Его минимальные ожидаемые затраты 4,07 руб/т достигаются при расстоянии между группирующими гезенками 300 м. Вариант 2 отличается от варианта 7 на 5,88 $.

4.5.8. Изменение оптимального значения целевой функции детерминированной и вероятностной постановки (их частное) для всех групп пластов имеет постоянную величину 0,7.

4.5.9. Комплексная оптимизаыия вариантов и параметров подготовки шахтного поля всех групп пластов с учетом вероятностной сущности исходных данных позволила выделить и рекомендовать один вариант для всех групп пластов. Вариант характеризуется панельной подготовкой свиты пластов с полным группированием при расстоянии между группирующими гезенками 300 м.

4.5.10. Расстояние между группирующими бортовыми гезенками 300 м определяется в основном слабыми и обводненными боковыми породами, т. е. трудностью поддержания пластовых выработок.

Заключение

.

На основе проведенных исследований по оптимизации вариантов и параметров подготовки шахтного поля и свит угольных пластов Люблинского месторождения ПНР можно сделать следующие выводы и рекомендации:

1. Значительная мощность наносов.(более 700 м) и сложные геологические условия требуют индивидуального подхода при рассмотрении возможных вариантов подготовки шахтного поля. Такое положение объясняется тем, что угленосная свита содержит 20 пластов, большинство из которых сближенные. По характеру залегания месторождение мульдообразное с очень малым углом падения (до 5° на краевых участках).Нороды междупластья очень неустойчивые и обводнены. Продуктивность угленосной свиты такова, что необходимо проектировать крупные по мощности шахты при относительно небольших размерах шахтного поля с большой концентрацией очистных работ.

2. Опыт и рекомендации по подготовке и разработке аналогичных месторождений в практике основных угледобывающих стран отсутствуют. В связи с этим в методическом отношении выбор оптимальных вариантов и параметров подготовки шахтного поля и свит пластов для рассматриваемого месторождения должен решаться с учетом предварительного конструирования и отбора технически целесообразных вариантов. Учитывая отсутствие опыта строительства и эксплуатации шахт в данном угленосном районе, окончательная опенка вариантов и параметров должна производиться с учетом вероятностного характера исходных данных при их проектировании.

3. Исходя из сущности группирования выделено шесть множеств взаимосвязанных и взаимообусловленных качественных параметров, которые не имеют натуральной размерности. С учетом этого установление технической целесообразности вариантов сводиться к методу предпочтении при многокритериальной сущности всех параметров.

4. Применяемый в настоящее время метод предварительной оценки технической целесообразности вариантов базируется на формировании интегрального показателя по сумме экспертных опенок принятых решении по всем выделенным техническим и экономическим критериям. Основным недостатком такого подхода оценки вариантов является отсутствие учета степени соответствия вариантов и параметров выделенным критериям оптимальности. По существу параметр считается эталонным по отношению ко всем критериям, то есть все критерии в одинаковой полноте оценивают рассматриваемый параметр, что не соответствует действительности.

5. Предложенный в работе подход предполагает двухступенчатый характер оценки параметров и вариантов: на первом этапе определяется интегральный показатель целесообразности характеристики (принятого решения) параметров с учетом степени соответствия его выделенным критериям и производится отсев нецелесообразных решенийна втором этапе определяется интегральный показатель целесообразности вариантов и производится отсев второстепенных.

6. Для условий новых месторождений (при отсутствии опыта разработки) предложен двухэтапный подход в оптимизации параметров и вариантов вскрытия и подготовки шахтных полей: на первом этапе в статической постановке (при детерминированном вводе исходных данных) устанавливается оптимальный вариант й его исследуемый параметр по критерию минимума удельных приведенных затратна втором этапе в вероятностной постановке (при детерминированно-вероятностном вводе исходных данных) производится комплексная оптимизация вариантов по критерию минимума удельных приведенных затрат. Окончательное-решение принимается с учетом неопределенности и риска.

7. В результате предварительной оценки технической целесообразности выделено 4 качественные технологические варианта групповой разработки пластов, которые подданы оптимизации в статической и вероятностной постановках.

8. Для статической (детерминированной) постановки оптимальным вариантом является вариант 2, который характеризуется погоризонтной подготовкой пластов с полным группированием, при минимальном расстоянии между группирующими гезенками по бортовым выработкам 300 м.

9. В результате комплексной оптимизации 3500 расчетных вариантов по каждой группе отдельно установлено, что в 10% оптимальную область попадает один 7 вариант, который характерен панельной подготовкой пластов с полным группированием, при минимальном расстоянии между группирующими гезенками 300 м. Вариант.

— 2 отличается от 7 варианта не больше чем 10% по ожидаемым удельным приведенным затратам, что рекомендует учитывать его при проектной проработке.

10. Основной рекомендацией для проектирования подготовки шахтных полей Люблинского угольного района является: панельная подготовка шахтного полявсе пласты свиты поддаются полному группированиюрасстояние между участковыми гезенками равно 300 м.

Такое сочетание качественных и количественных параметров обеспечивает минимальное значение критерия оптимальности. И минимальный риск при реализации рекомендаций на практике.

Лиге pa тура.

I. Стариков A.B. Планирование концентрации и развития горных работ на угольных шахтах. -М. :Изд.ИПК0Н АН СССР. 1982.-123 о.

2.Экономико-математическое моделирование в проектировании угольных шахт./Курносов A.M.-, Устинов М. И., Набрабов И. П. и др.-М.:Наука, 1969.-207 с.

3. Оптимизация параметоров угольных шахт с помощью вычислительных машин./Курносов., Устинов М. И., Ликальтер Л. А. и др.-М.:Недра, 1967.-108 с.

4. Курносов A.M., Розентретер Б. А., Устинов М. И. Научные основы проектирования угольных шахт для разработки пологих пластов.-М.-.НаукаД964.-448 с.

5. Выбор способа подготовки шахтного поля с помощью электронных вычислительных машин./Курносов A.M., Устинов М. И., Долинин В. К. и др.-М.:Недра, 1969.-160 с.

6. ШаринВ.Г., Митейко А. И. Разработка экономико-математической модели угольных шахт и их применениев проектировании.-В кн.: Горные машины и автоматика.-М. :Изд.ЦНИЭИуголь, 1965,№ 8(65).-С. 16−18.

7. Липкович С. М. Основы проектирования угольных шахт. М.: Недра, 1967.-224 с.

8. Проектирование и комплексная оптимизация параметров шахт. $урчаков A.C., Воробьев Б. М., Малкин A.C. и др.- М.: Недра, 1972.-368 с.

9. Методы оптимального проектирования угольных шахт./Курносов A.M., Устинов М. И., Набродов И. П. и др.-М.: Недра, I974.-368 с.

10. Проектирование угольных шахт./Станченко И.К., Петренко Е. В., Свирский Ю. И. и др.- М.: Недра, I976.-400 с.

II. Бурчаков A.C., Малкин A.C., Устинов М. И. Проектирование шахт. — М.: Недра, 1978, — 408 с.

12. Байконуров O.A., Горбенко В. Н. Методика выбора оптимальных технических решений по совокупности критериев.- В кн.: Метоматические методы оптимизации в горном деле. — Алма-Ата: Наука, 1968, — с. 78−84.

13. Бурчаков А. С., Кафорин Л. А., Харченко В. А. Совершенствование методов выбора технологических схем и их оптимальных параметров при проектировании высокопроизводительных угольных шахт.

М.: изд. ЦНИЭПуголь, 1971. 29 с.

14. Бурчаков A.C., Харченко В. А., Кафорин Л. А. Выбор технологических схем угольных шахт. — М.: Недра, 1975. — 274 с.

15. Вилкас Э. И., Майминас Е. З. К проблеме сложных решений (постановка и подходы).- М.: Кибернетика, 1968, $ 5. с.68−73.

16. Озерной В. Н. Принятие решения (обзор). — Автоматика и телемеханика. 1971, № II.- с. IQ6-I2I.

17. Устинов М. И. Выбор технологических решений цри подготовке новых горизонтов и реконструкции шахт.- М.: Недра, 1977; 192 с.

18. Воробьев Б. М., Бурчаков A.C., Шибаев Е. В. Надежность технологических схем и процессов угольник шахт.- М.: Недра, 1965. 299 с.

19. Курносов A.M., Носенко В. Д. Исследование точности определения оптимальных параметров проектируемых шахт, — М.: изд. ИГД им. А. А. Скочинского, 1968. 32 с.

20. Покрасс В. Л., Пирогов Ю. И. Количественная оценка точности определения информационных параметров при оптимизации проектных решений. — Донецк: изд. ЦБТИ. 1969. с.185−187.

21. Андргошко В. Ф. Оценка точности прогнозируемой величины затрат на поддержание горных выработок и методов ее расчета. В кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых, — Киев: Техника, 1970, № 23.

22. Поляков П.й., Покрасс В. Л. Вероятностные экономико-математические модели и ЭЦВМ при проектировании шахт с крутым залеганием пластов.- М.: изд. ЦНИЭИуголь, 1972. 25 с.

23. Отраслевая инструкция определения экономической эффективности капитальных вложений в угольной промышленности.- М.: изд. ЦНИЭИуголь, 1975, — 52 с.

24. Пирогов Ю. И. Достоверность исходной информации и ее влияние на результаты оптимизации основных параметров шахт. Автореф. Дис. канд. техн. наук.- М., 1975. 16 с.

25. Бахтин А. Ф. Способы подготовки и системы разработки пологих и наклонных пластов Донбасса, — В кн.: Вскрытие, подготовка и системы разработки для глубоких шахт. Тезисы докладов на Всесоюзном научно-техническом семинаре, — М.: изд. ЦБНТИ, 1977.-с. 11−14.

26. Шумейко В. И., Помазан А. К., Поздняков Г. Г. Рациональные схемы подготовки сближенных пластов для шахт западной части Донбасса.- В кн.: Технология добычи угля подземным способом.-М.: Недра, 1973. с. 55−58.

27. Выбор схем совместной разработки пологих пластов Донбасса. М.: Госгортехиздат, 1963. 108 с.

28. Прокофьев В. П., Зайка К. П. Рациональные способы подготовки и системы разработки сближенных пластов. М.: Углетехиздат, 1959. 198 с.

29. Грицко Г. И., Шалауров В. А., Штеле В. И. Обоснование технологических решений при групповой разработке пластов. Новосибирск.: изд. Наука, ИГД СО АН СССР, 1981, — 144 с.

30. Сапицкий К. Ф., Карбовник А., Полочек Ф, Некоторые вопросы проектирования шахт в новом каменноугольном бассейне ПНР.-В кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых.- Киев: Техника 1980. № 57. с. 90−94.

31. Куклин Б. К., Таратута Н. К., Булавка Е. И. Эффективные системы разработки и схемы группирования пластов на глубоких шахтах.-В кн.: Технология добычи угля подземным способом.- М.: Недра, 1973.о. 3−14.

32. Килячков А. П. Вскрытие и системы разработки угольных месторождений. М.: Недра, 1976;360 с.

33. Технология подземной разработки пластовых месторождений.- Под ред. А. А. Борисова. М.: Недра, 1972. 536 с.

34. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых. Под ред. А. С. Бурчакова. М.: Недра, 1969.711 с.

35. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых. Под ред. А. С. Бурчакова М.: Недра, 1983.487 с.

36. Бурчаков A.C., Гринко Н. К. Черняк П.Л. Процессы подземных горных работ. М: Недра, 1982. 423 с.

37. Слесарев В. Д. Управление горным давлением при разработке угольных пластов Донецкого бассейна.-М.: Углетехиздат, 1952. 376 с.

38. Методика определения экономической эффективности использования в угольной промышленности новой техники изобретений и рационализаторских предложений.- М., ЦНИИЭИуголь, 1979. 120 с.

39. Количественная оценка погрешности определения стоимости проведения и поддержания горных выработок / В. Л. Покрасс, П.Й.По-ляков, Ю. И. Пирогов, В. Ф. Андрушко.- В сб.: Проектирование и строительство угольных предприятий, № 2, М. ЩШЭИуголь, 1970, с. 53−57.

40. Выговский Д. Д., Парханьски Ю. Оценка сближенности пластов Люблинского месторождения ПНР". — В кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых.- Киев: Техника 1984, Л 69. с.35−38.

41. Нормативы нагрузки на очистные забои действующих угольных шахт при различных горно-геологических условиях и средствах механизации выемки.-М.: ИГД им. А. А. Скочинского, 1982. 70 с.

42. Технологические схемы очистных и подготовительных работ на угольных шахтах. М.: Недра, 1971, 288 с.

43. Выговский Д. Д., Парханьски Ю., Пудак И. В. «Оценка технологических схем выемки угля с применением механизированных комплексов» .- В кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых.- Киев: Техника 1984, № 69, — с.64−68.

44. Машины и оборудование для угольных шахт.- под ред. С. Х. Клорикьяна, В. Н. Хорина.- М.: Недра, 1974, 324 с.

45. Бешелев С. Д., Гурвич Ф. Г. Экспертные оценки в принятии плановых решений.-м.: Экономика, 1976. — 78 с.

46. Бешелев С. Д., Гурвич Ф. Г. Математика-статистические методы экспертных оценок, — М: Статистика, 1974. — 159 с.

47. Бешелев С. Д., Гурвич Ф. Г. Экспертные оценки.- М.: Наука, 1973. 157 с.

48. Болыпев Л. Н., Смирнов Н. В. Таблицы математической статистики.- М.: Наука, 1983, — 415 с.

49. Задачник по подземной разработке угольных месторожде-ний./Сапицкий К.Ф., Дорохов Д. В., Зборщик М. Д., Андрушко В.Ф.-М.: Недра, 1981, — 310 с.

50. Стоимостные показатели для проектирования шахт в Донбассе, — М.: изд. ЙЦЦ им. A.A. Скочинского, 1973, — 28 с.

51. Парханьски Ю. Исследование параметров группирования пластов Люблинского месторождения ПНР. Тезисы докладов на 1У Республиканской конференции. Молодые ученые — научно-техническому прогрессу в угольной промышленности". — Донецк. изд." Радян-ска Донетчина" , — с, 277,.

52. Вентцель Е. С. Исследование операций, — М: Знание, 1976,64 с.

53. Кузин Л. Т. Основы кибернетики, — М: Энергия, 1973,504 с.

157. .-.

54. Mazak f., Sliwa A.S. Og61na charakterystyka jakosci w§ gla.

W Lubelskim" Zagl^biu ft^glowym.-Przegl^d G6rniczy,-Katowice, 1973, N 1,-str. 13−17.

55″ Porzycki J. Budowa geologiczna Centralnego Okr^gu W^glo-wego w Lubelskim Zagl^biu WQglowym.-Przeglqd geologiczny,-War-szawa, 1976, N 7, str. 385*392.

56. Szawdyn J., Znatiski Zb. Stan rozpoznania zasob6w zloz w^gla kamiennego oraz kierutiki rozwoju prac geologicznych.-Przeglqd geologiczny,-Warszawa, 1978, N 9″ str. 513−315.

57″ Porzycki J. Obecny stan rozpoznania Lubelskiego Zagl^bia W^glowego i perspektywy dalszycta. poszukiwad zlob wegli kamien-oygti.-Przeglqd geologiczny,-Warsza*9a, 1978″ N 9, str. 516−522.

58. Zdanowski A. Karbon produktyiwny synklin^ StoczekDoro-hucza w LZW.-Przeglqd geologiczny,-Warszawa, 1978, IT 9″ str.

523−525. «' ' ;

59. B6zkowski A."Rudzitiska 0?. Warunki hydrogeologiczoe i prze-widywane zawodnienie kopald w Lubelskim Zagl^biu W^glowym. Przeglqa geologiczny,-Warszawa, 1078, N 9, str. 553−558.

60. Hwaiek TJ., Hwa2ek St. Pr6ba analizy temperatury pierwotnej i • • > > • i • * ¦ • • ¦ 1 '.

1 przewodno6ci cieplnej gdrotworu Centralnego Okr? gu W^glowego Zagl^bia Lubelskiego.-Przeglgd g6rniczy,-Katowice, 1980, N 11, -str. 548−557. '.