Обоснование рациональных проектных решений по отработке запасов геоструктур угольных месторождений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.21, кандидат технических наук Заволокин, Дмитрий Викторович

• Заволокин, Дмитрий Викторович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Заволокин, Дмитрий Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ 8 ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ методических принципов и практики выделения геологических 8 структур угольных месторождений.

1.2. Оценка уровня изученности вопроса обоснования технологических 13 решений по эффективной отработке запасов геоструктур угольных месторождений.

1.3. Цель, задачи и методическая база исследований.

ВЫВОДЫ.

2. Разработка методики обоснования технологических схем отработки геологических структур участков угольных месторождений.

2.1. Систематизация геологических структур угольных месторождений.

2.2. Структурно-морфологический анализ угольных месторождений 28 Кузнецкого бассейна.

2.3. Критериальные признаки выделения геоструктур и оценки 50 технологичности отработки их запасов.

2.4. Обоснование альтернативных вариантов технологических схем отработки 54 запасов геоструктур участков угольных месторождений.

2.5. Методические положения выделения геоструктур участков угольных 61 месторождений при технологичной отработке их запасов.

2.5.1. Основные принципы реализации методики кластерного анализа.

2.5.2. Основные положения использования нейронных сетей при выделении геоструктур участков угольных месторождений.

ВЫВОДЫ.

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО 81 ОБОСНОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТРАБОТКИ ЗАПАСОВ

ГЕОСТРУКТУР УЧАСТКОВ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

3.1. Теоретические положения технико-экономического обоснования 81 эффективности технологий отработки запасов геоструктур.

3.2. Алгоритм реализации методики технико-экономического обоснования 87 эффективности технологий отработки запасов геоструктур.

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Выбор и характеристика объекта реализации результатов 92 исследований.

4.2. Рекомендации по использованию результатов исследований в практике 95 проектирования и перспективного планирования отработки запасов участков угольных месторождений.

4.3. Оценка эффективности практической реализации результатов 105 исследований.

ВЫВОДЫ

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование рациональных проектных решений по отработке запасов геоструктур угольных месторождений»

Актуальность работы. На завершающем этапе реструктуризации угольной промышленности активизировалось освоение запасов перспективных месторождений угля в целом ряде горнодобывающих регионов России. В то же время практика проектирования строительства угольных шахт нового технико-экономического уровня свидетельствует о недостаточной обоснованности геометрических параметров участков месторождений, предназначенных для отработки запасов подземным способом. В пределах этих участков имеет место распространение различных геологических структур (геоструктур), отработка запасов которых требует использования адаптивных к условиям их залегания технологий. В этой связи актуализируется необходимость решения вопроса корректного выделения геоструктур при определении параметров участков недр, обосновании календарных планов отработки запасов угольных пластов, формировании программ развития горного производства. Информационная база по каждой выделенной геоструктуре участка месторождения является основой выбора рациональных вариантов и параметров технологий отработки их запасов с учётом требований конъюнктуры рынка конечной продукции угольных шахт.

Вышеизложенное позволяет утверждать о достаточной степени актуальности тематики исследований, базирующейся на разработке и реализации методических принципов комплексного обоснования рациональных проектных решений по отработке запасов геоструктур участков угольных месторождений.

Целью работы является разработка методических принципов обоснования рациональных проектных решений по отработке запасов геоструктур участков угольных месторождений, позволяющих повысить полноту и эффективность освоения георесурсов шахт.

Основная идея работы заключается в объективной дифференциации угленосной формации на определённое множество структурных элементов геоструктур), рассматриваемых как обособленные объекты освоения запасов полезного ископаемого, интегрируемые в единую технологическую систему угольной шахты для повышения полноты извлечения балансовых запасов из недр на рациональной экономической основе.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Требуемый уровень адаптивности технологий отработки запасов участков угольных месторождений к их горно-геологическим условиям может быть обеспечен на базе корректной структурно-ориентированной типизации условий.

2. Дифференциацию угленосной формации на определённое множество геоструктур различной масштабности целесообразно осуществлять с использованием методов кластерного анализа и нейронных сетей, позволяющих в удобной форме классифицировать информацию и представлять её в виде однородных образов, объединяющих объекты недр по принципу близости их природных характеристик.

3. Критериями объективности выбора рациональных вариантов проектных решений по отработке запасов геоструктур участков угольных месторождений являются максимально возможная полнота извлечения запасов угля, рациональность освоения ресурсов, соответствие качества товарной продукции на угольной основе требованиям потребителей, а также баланс интересов государства и недропользователя.

Научная новизна результатов исследований: предложен методический подход, при реализации которого геоструктура выступает как единый объект применения адаптивной к её условиям технологии отработки запасов;

- обоснованы критерии объективного выделения геоструктур угольного месторождения и оценки технологичности отработки их запасов;

- разработана методика обоснования выбора альтернативных вариантов технологических схем отработки запасов геоструктур участков угольных месторождений;

- установлены зависимости коммерческой и бюджетной составляющих эффективности функционирования угольной шахты от коэффициента извлечения полезного ископаемого.

Научное значение диссертации состоит в разработке методических принципов обоснования рациональных вариантов проектных решений по отработке запасов геоструктур участков угольных месторождений с учётом возможности повышения эффективности функционирования горного предприятия и полноты извлечения полезного ископаемого из недр.

Практическое значение диссертации заключается в разработке рекомендаций по повышению уровня полноты извлечения запасов угля на стадии проектирования отработки запасов геоструктур, обеспечивающих баланс интересов государства (бюджетная эффективность) и недропользователя (коммерческая эффективность).

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается:

- представительностью объектов исследований (20 угольных шахт Южного Кузбасса);

- корректным использованием современных методов исследований (теории вероятностей, кластерного анализа, нейронных сетей, технологического и компьютерного моделирования);

- использованием работоспособных программных продуктов при реализации методики дифференциации угленосной формации на множество геоструктур и расчётах бюджетной и коммерческой составляющих эффективности функционирования шахты.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и были одобрены на ежегодных научных симпозиумах в рамках «Недели горняка» в МГГУ (Москва, 2006-2009) и на научных семинарах кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» МГГУ (Москва, 20062009).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 научных работ, из них 2 — в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения и списка использованной литературы из 76 наименований, включает 10 таблиц и 36 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Теоретические основы проектирования горно-технических систем», Заволокин, Дмитрий Викторович

выводы

1. Предложено в качестве объекта практической реализации результатов исследований принять геологический участок «Ерунаковский-VIII» Ерунаковского каменноугольного месторождения, характеризующийся высокой угленосностью, сложным строением и значительной перспективой освоения.

2. Применительно к выбранному объекту исследований разработаны рекомендации по проектированию раскройки и перспективному планированию развития горных работ в границах шахтного поля.

3. В результате реализации методики кластерного анализа геологических данных выделено три кластера запасов участка, на основе которых рекомендовано все запасы последнего отрабатывать по системе в варианте «длинные столбы по простиранию с полным обрушением кровли».

4. Реализация третьего варианта отработки запасов участка «Ерунаковский-VIII» позволит вовлечь в эффективную отработку дополнительные запасы угля геологическим нарушением, что приведёт не только к повышению полноты отработки, но и к продлению срока службы предприятия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи обоснования рациональных проектных решений по отработке запасов геоструктур участков угольных месторождений, имеющей существенное значение для угольной промышленности.

Основные научные и практические результаты, полученные лично автором в процессе выполнения работы, заключаются в следующем:

1. Произведена систематизация геологических структур участков угольных месторождений по морфологическим, горно-геометрическим и технологическим признакам.

2. В результате структурно-морфологического анализа геологического фонда Кузнецкого угольного бассейна выявлено повышенное распространение различных геоструктур участков угольных месторождений, большая часть запасов которых приходится на запасы в пологих пластах средней мощности.

3. Предложены критериальные признаки выделения геоструктур участков угольных месторождений и обоснованы условия оценки технологичности отработки их запасов на различных стадиях проектирования угольных шахт.

4. Разработаны методические основы выделения геоструктур при обеспечении технологичной отработки их запасов с использованием методов кластерного анализа и нейронных сетей.

Процесс корректного выделения геоструктур угольных месторождений по условиям технологичности отработки запасов реализует три итерации: выделение из геологических участков геоструктур и субструктур; определение основных элементов субструктуры и обоснование рациональных параметров технологической схемы отработки её запасов; синтез технологической системы освоения геологической структуры в целом и обоснованию её параметров.

5. Разработана методика технико-экономической оценки альтернативных вариантов технологических схем отработки запасов геоструктур участков угольных месторождений по критериям максимально возможной полноты извлечения угля из недр на рациональной экономической основе при соответствии качества товарной продукции угледобывающего предприятия требованиям потребителя.

В качестве рационального варианта технологического решения рекомендовано принимать вариант, обеспечивающий оптимальный интегральный эффект от инвестиций за период отработки запасов геоструктуры с учётом интересов государства (полнота использования недр, бюджетная эффективность) и недропользователя (чистая прибыль, чистый денежный доход, чистый дисконтированный доход).

6. Разработанные методические рекомендации по обоснованию рациональных вариантов проектных решений по отработке запасов геоструктур участков угольных месторождений использованы при раскройке планируемого к отработке участка недр «Ерунаковский-VIII» Ерунаковского каменноугольного месторождения Кузбасса.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Заволокин, Дмитрий Викторович, 2009 год

1. Абрамов В.М., Западинский Л.Р. О повышении уровня извлечения запасов угля в Кузбассе.// Уголь - №7, с. 12-15.

2. Арене К.Б. Горное дело объект науки. М.: изд. ВНИМИ 1990.

3. Архипов Г.И. Основы недропользования. — Хабаровск: изд-во «Риотил. — 2008. -396 с.

4. Бабокин И.А. Технико-экономическая оценка потерь угля в недрах М.: Недра, 1964.

5. Братченко Б.Ф., Устинов М.И., Гапанович А.Н. Способы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей./ Под ред. Братченко Б.Ф. М.: Недра 1985 -494 с.

6. Брагин В.Е., Егоров П.В. Шахты Кузбасса: Справочник М.: Недра, 1994 - 352 с.

7. Бурчаков А.С., Харченко В.А., Кафорин Л.А. Выбор технологических схем угольных шахт. М.: «Недра», 1975.

8. Бурчаков А.С., Жежелевский Ю.А., Ярунин С.А. Технология и механизация подземной разработки пластовых месторождений. Учебник для вузов — М.: Недра, 1989-431 с.

9. Бурчаков А.С., Малкин А.С., Еремеев В.М. Проектирование предприятий с подземным способом добычи полезных ископаемых. Справочник М.: Недра, 1991 -399 с.10. «Временные нормы технологического проектирования угольных и сланцевых шахт», 1992 (ВНТП-1-92).

10. Вылежагин В.Н. Новые представления о проектном обеспечении шахт на весь период их развития и санации.// Вестник ГМС РАЕН М.1996, с. 159-165.

11. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР, Том 7 — М.: Недра, 1969.

12. Гитис Л.Х. Статистическая классификация и кластерный анализ М.: Изд-во, МГТУ, 2003- 156 с.

13. Государственный баланс запасов полезных ископаемых РФ, уголь, том VII,

14. Сибирский Федеральный округ, часть 1, М.: 2008.

15. Грошенкова О.В., Решетов С.Е., Осыка Я.С. Изучение технологической шахты как объекта проектирования. М. - изд-во МГГУ, 2006.

16. Гурьянов В.В. Научные основы технологического моделирования как метода оптимизации горного производства. М.: ИПКОН, 1996.

17. Гурьянов В.В. Основные направления научно-технического прогресса в топливных отраслях промышленности .// Теплоэнергетика 1994 №11 с. 11-16.

18. Домрачев А.Н. Разработка гибких геотехнологических систем эффективного освоения угленосных складчатых структур — Дисс. докт. технич. наук — Новокузнецк.: СибГИУ, 2002 295 с.

19. Еремеев В.М., Краснянский Г.Л., Эталоны ТЭО строительства предприятий по добыче и обогащению угля. Изд. акад. наук 1998 439 с.

20. Еремеев В.М., Диколенко Е.Я. Автоматизированное проектирование угольных шахт/ Под ред.проф., д-ра техн. Наук Кузнецова Ю.Н. Липецк: Липецкое издательство, 1997 - 192 с.

21. Жежелевский Ю.А., Федаш А.В., Фёдорова М.А. Методология выбора технологических схем угольных шахт М. - Изд-во МГГУ, 2006.

22. Заволокин Д.В. Методические принципы выделения геоструктур участков угольных месторождений по критериям технологичности отработки запасов// Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2008, №9, с. 201-204.

23. Заволокин Д.В. К вопросу обоснования технологичности отработки запасов угленосных геологических структур подземным способом// Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009, №2, - с. 16-19.

24. Заволокин Д.В. Реализация методических принципов по выбору рационального варианта отработки запасов геоструктур участков угольных месторождений. — М.: Рукоп.деп. №709/08-09 от 05 июня 2009 г. Опубл. в ГИАБ. 2009. - № 8.

25. Заволокин Д.В. Методические принципы расчёта анкерной крепи горных выработок высокой пропускной способности. — Сб. науч. трудов студентов магистратуры МГГУ. Вып. 6 М.: изд-во МГГУ, 2006, - с. 14-17.

26. Заволокин Д.В. Исследование технологий крепления широкопролётныхвыработок высокопроизводительных угольных шахт — Сб. науч. трудов студентов магистратуры МГГУ. Вып. 7. М.: изд-во МГГУ, 2007, - с. 13 - 16.27. Закон РФ «О недрах».

27. Инструкция по расчёту промышленных запасов, определению и учёту потерь угля (сланца) в недрах при добыче — М.: 1996 — 46 с.

28. Инструкция по нормированию и планированию потерь угля в недрах на шахтах ОАО «Компания «Кузбассуголь» Санкт-Петербург, 2001 - 31 с.

29. Кариман С.А. Оценка сложности горно-геологических условий разработки пластов/ С.А. Кариман// Уголь 1986, №12 - с. 38-39.

30. Килячков А.П. Технология горного производства М.: Недра, 1985 - 400 с.

31. Киржнер Ф.М. Систематизация способов отработки нарушенных пластов./ Ф.М. Киржнер// Добыча угля подземным способом. 1983. - №6. - С. 15.

32. Козовой Г.И., Кузнецов Ю.Н., Рыжов A.M. Гибкие технологические системы высокопроизводительных угольных шахт М.: 2003 — 501 с.

33. Козовой Г.И., Рыжов A.M., Волков И.И. Интенсивные технологии монтажа-демонтожа высокопроизводительных комплексов очистного оборудования. М.: 2005- 164 с.

34. Коровкин Ю.А., Савченко П.Ф., Саламатин А.Г., Постников В.И. Теория и практика длиннолавных систем. М.: ООО «Техгормаш». - 2004. - 600 с.

35. Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети М.: Горячая линия — Телеком, 2002-382 с.

36. Кузнецов К.К., Еремеев В.М. Эффективность освоения проектных показателей угольных шахт. М.: Недра, 1985 - 247 с.

37. Кузьмич А.С., Бетапели К.П., Бутылов М.Н. Создание шахт нового экономического уровня. М.: Недра 1976.

38. Лаврик В.Г., Домрачеев А.Н. Моделирование развития сложной производственной системы. «Угольная компания «Кузнецкоуголь» Новокузнецк СибГИУ, 2000 - 49 с.

39. Лаврик В.Г., Ногих С.Р., Домрачеев А.Н. Моделирование развития сложной производственной системы. «Угольная компания «Кузнецкоуголь». —

40. Новокузнецк, СибГМУ, 2000.

41. Лазукнн В.Н. Разработка комплексного прогноза развития техники и технологии горных работ в условиях шахт Подмосковного бассейна. Автореф. к дисс. канд. техн. наук-М.: 1979.

42. Мазикин В.П., Решетов С.Е. Развитие вспомогательных производств в условиях реструктуризации угольной промышленности на предприятиях АООТ «Ленинскуголь». М.: ГИАБ. Вып. 4, МГГГУ, 1995.

43. Мазикин В.П., Решетов С.Е., Красюк Н.Н. Оптимизация хозяйственной деятельности системы предприятий угледобывающего региона». М.: изд. МГГУ, 1995.

44. Малкин А.С., Пучков Л.А., Саламатин А.Г. Проектирование шахт — М.: изд. Академии горных наук, 2000 — 375 с.

45. Малышев Ю.Н. Угольная промышленность России, её состояние и перспективы // Уголь, 1995, №1.-33 с.

46. Методические рекомендации по технико-экономическому обоснованию кондиций для подсчёта запасов месторождений твёрдых полезных ископаемых — М.: НП НАЭН, 2007 40 с.

47. Методология проектирования горных предприятий: Справочник./ Ред. кол.: И.К. Станченко М.: Недра - 429 с.

48. Нейронные сети statistica neural network М.: Горячая линия - Телеком 2008 — 392 с.

49. Нормативы нагрузки на очистные забои действующих при различных горногеологических условиях и средствах механизации. М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1982.

50. Ногих С.Р. Воспроизводство шахтного фонда действующих, строящихся и восстанавливающихся шахт. — Томск; изд-во томского университета, 2002 240с.

51. Отраслевая инструкция по учёту балансовых и расчёту промышленных запасов, определению, нормированию, учёту и экономической оценке потерь угля (сланца) при добыче Приложение к приказу Минуглепрома СССР от 30 сентября 1974- 132 с.

52. Потапенко В.А. Новая техника для очистных забоев — Уголь, 1995, №7 — С. 1018.

53. Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ от — 618 — 03). Серия 05. Выпуск 11/ колл. авт. — Научно — технический центр по безопасности в промышленности, 2008-296 с.