Анализ исследований, направленных на совершенствование развития горных работ, повышение качества перерабатываемых углей

В схеме шахта - обогатительная фабрика рядовой уголь выступает как сырье, в результате переработки которого образуется конечный продукт угольной отрасли. И для оптимизации качества углей, направляемых на обогащение , необходимо определить какие мероприятия по снижению или усреднению зольности добываемого угля целесообразно осуществить непосредственно на шахте до передачи угля на обогатительные фабрики Решение этой задачи в огромной степени зависит от правильного выбора и оценки перспективы направления развития горных работ, которое должно обеспечивать систематическое возобновление очистного фронта с целью достижения заданных объемов добычи угля необходимого качества и марочного состава.

Первыми исследованиями по оперативному управлению горными работами на шахте были исследования, предпринятые в МГИ под руководством А.С. Бурчакова [4,5,6]. В серии этих работ использовались различные модификации сетевых методов с оптимизацией во времени, трудовым ресурсам и стоимости.

Вопросам распределения месячной добычи между очистными забоями шахты посвящены исследования О.И. Ниязова [7]. Критерием оптимальности в рассматриваемой постановке задачи является минимум общешахтных затрат. В ограничениях модели учитывается пропускная способность технологических звеньев шахты, а так же выполнение требования по качеству угля.

Разработка и совершенствование методов календарного планирования развития горных работ велись в ведущих институтах СНГ, таких как МГИ, ИГД им. А.А. Скочинского, ДонУГИ, ВНИИУголь, Центрогипрошахт, ЦНИЭИуголь, ИЭПАН УССР, ДГИ, КарПТИ, ИГД СО АН СССР и др. Исследователями, внесшими значительный вклад в решение перечисленных задач были П. В. Авдулов, Н.И. Иванов, К.Н. Адилов, Э.И. Гойзман, А.В. Стариков, В.М. Еремеев, Е.И. Рогов, В.Н. Вылегжанин и др.

В работе С.Д. Качармина [8] процесс очередности отработки запасов рассматривается как дискретный многошаговый, причем на каждом из них осуществляется выбор нового выемочного поля взамен отработанного, с учетом возможности его подготовки и окончательной отработки запасов в старой лаве. Здесь же учитывается наличие трудовых и материальных ресурсов для горнопроходческих работ, возможность выполнения планового объема добычи по шахте и пропускных способностей транспортных звеньев. Критерием оптимальности служит минимум суммарной прибыли по шахте за период отработки столба.

Значителен и весом вклад в разработку методов оптимального воспроизводства очистного фронта на угольных шахтах чл.-корр. АН Республики Казахстан К.Н. Адилова. В работах [9,10] для условий Карагандинского бассейна им разработаны методы расчета календарных планов воспроизводства очистного фронта с учетом оптимального резерва времени на подготовку очистных забоев. Особенно весом вклад К. Н. Адилова в создание методов расчета надежности технологических схем разработки угольных пластов, а также резервирования очистного фронта.

Представляет интерес работа А.М. Арабаджева [11], где предложена методика составления перспективного плана развития горных работ для шахт, разрабатывающих одиночные пласты. В работе задача перспективного планирования ставится как целесообразное распределение добычи угля между очистными забоями, т.е. отыскания такого их сочетания, которое обеспечило бы наиболее эффективную степень ведения горных работ.

Для описания экономико-математической модели и при ее реализации для выбора оптимального варианта календарного плана используется метод последовательного конструирования, анализа и отсеивания вариантов, разработанный В.С. Михальченко.

Перспективам повышения технического уровня горно-подготовительных работ на угольных шахтах посвящены работы [12,13].

Резниченко С.С. в работе [14] отмечает, что в настоящее время интенсивно развиваются методы оптимального планирования горных работ. В то же время разработка оптимального плана развития горных работ и его главных параметров важнейшее, но не единственное условие решения поставленной проблемы. Необходимо также создать условия, при которых предприятию в целом и отдельным его подразделениям было бы невыгодно отклоняться от найденного оптимального режима.

Наиболее тщательно вопрос планирования очистных работ в рамках производственной программы и использования ЭВМ разработан в ФРГ. Учитывая особенности горного производства, авторы опубликованной работы [15,16] Шик Д. и Клинген Б. четко формулируют задачу производственного планирования как максимальное исчерпание запасов месторождений, эффективное ведение очистных работ с учетом требований рынка и экономически выгодной разработки этих запасов. Результатом решения задачи на ЭВМ являются объем добычи, скорость подвигания очистных забоев и качество угля по отдельным очистным участкам.

Значительные исследования проведены в ЦНИЭИуголь по экономико-математическому обеспечению подсистемы оперативного управления производственным комплексом угольная шахта - ОФ в рамках ОАСУ –Уголь [17,18]. Кроме того, исследованиями, проведенными в ЦНИЭИуголь, установлено влияние качества угля на показатели работы обогатительной фабрики [19], однако отсутствуют положения о системе управления качеством угля на шахте, что является основной предпосылкой оптимального функционирования комплекса. В работе Квашиной Г.В. [20] разработана экономико-математическая модель формирования прибыли на шахте от реализации угольной продукции. Исходя из условий поставки и наличия на шахтах обогатительных установок, рассчитывается стоимость угля, отправляемого потребителю в рядовом виде (1 вариант) и стоимость продуктов обогащения (2 вариант), стоимость угля в рассортированном виде (3 вариант), стоимость угля при комбинации перечисленных вариантов. Рассмотренные варианты представляют функционально и структурно экономико-математическую модель реализационной стоимости удельной продукции по шахте.

Исходными материалами для расчетов являлись графики ввода и выбытия забоев в планируемом году, технические возможности того или иного звена, структурные колонки отрабатываемых пластов, планы горных работ, различные виды нормативов. Проведены довольно глубокие исследования , но область рассмотрения данного вопроса не охватывает комплекса шахта - обогатительная фабрика, когда обогатительная фабрика находится на отдельном балансе.

Анализ существующих разработок, как в области управления угледобывающими и углеперерабатывающими объектами, так и области управления качеством угля на шахте, путем оптимального планирования очистных работ показывают, что до настоящего времени теоретические и экспериментальные исследования сводятся в большинстве случаев к решению отдельных частных вопросов управления либо угольной шахтой, либо обогатительной фабрикой. Хотя уже имеются отдельные элементы системного подхода к проблеме, которые требуют своего дальнейшего развития.

В работе Мироновой Э.И. [21] исследованы и разработаны методы определения оптимальных заданий по объемам добычи из очистных забоев шахты с учетом результатов обогащения угля. В работе сформулированы две экономико-математические модели управления очистными работами на шахте с учетом результатов обогащения угля для совместного управления шахтой и обогатительной фабрикой и для раздельного управления. В результате решения задачи определяются месячные нагрузки на очистные забои шахт, поставляющих угли на обогатительную фабрику. Выбор оптимальных нагрузок на очистные забои шахты, при которых обеспечивается согласованное с обогатительной фабрикой плановое содержание золы и плановая прибыль комплекса шахта - обогатительная фабрика или прибыль каждого из этих объектов. Также в работе решена задача определения степени влияния от участия определенной группы пластов или отдельно взятого пласта в общей добыче шахты на результаты обогащения. С помощью корреляционного анализа найдены математические параметры и формы , отражающие наличие и конкретно выражение схоластической связи одного показателя с другим или группой других .

Оценивая горно-техническую литературу, посвященную решению проблемы воспроизводства очистного фронта и, как ее составную часть, календарное планирование развития горных работ, можно заключить, что эти исследования развивались в трех направлениях:

1) поставленные задачи решались методами экономико-математического моделирования;

2) для решения задач использовались методы сетевого планирования и теории графов;

3) работы с использованием имитационного моделирования, методами инженерной эвристики и другие, не относящиеся к первым двум направлениям.

Исходя из вышеизложенного можно сделать выводы:

1) на сегодня компьютеризированы и доведены до законченных программ в основном экономические задачи, выполняемые в процессе составления годовой программы ввода и выбытия забоев. Начальные этапы планирования и, прежде всего, формирование вариантов годового плана в проектах и на шахтах выполняются традиционно ручными методами;

2) большинству рассмотренных работ характерен некомплексный подход к построению календарного плана развития шахты, как основной задачи воспроизводства очистного фронта. Как правило, не учитываются ограничения обусловленные требованиями, предъявляемыми обогатительными фабриками к качеству угля , поступающего на обогащение;

3) отсутствует работоспособная и эффективная программа воспроизводства очистного фронта, которая связала бы воедино календарный план в проектах, годовую программу шахты и программу обогатительной фабрики по выходу продуктов обогащения. Реализация годовой программы обеспечила бы в процессе оперативного управления процессами воспроизводства, качественную подготовку новых очистных забоев;

4) следует отметить сложность и динамичность системы воспроизводства и ее подсистем с большой ценой ошибки планирования в развитии горных работ как при проектировании, так и в условиях действующих шахт. Практика планирования одновариантна и не отвечает современным требованиям компьютеризации этих работ. Предлагаемые методы календарного планирования в своем большинстве не учитывают динамику и случайный характер процессов воспроизводства очистной линии забоев;

5) отсутствует методика, учитывающая влияние на развитие горных работ шахт, которые поставляют свою продукцию на обогащение требований обогатительной фабрики к марочному и качественному составу шихты;

6) отсутствует методика определения оптимальных параметров работы угледобывающих шахт, обогатительной фабрики и подразделения по утилизации отходов углеобогащения как единого производственного комплекса.

Основное направление совершенствования методов календарного планирования развития горных работ в современных условиях связано с созданием экономико-математических моделей для построения календарных планов и прогноза их временных параметров. На основе которых может быть создана программа эффективного воспроизводства очистного фронта для угольных шахт с учетом ограничений , обусловленных требованиями предъявляемыми обогатительными фабриками к углю , поступающему на обогащение и оптимального функционирования всего комплекса в целом. Эта задача требует системного подхода и своего дальнейшего развития.