psh.sap53[1]

тогда	A =		C2 + K2 Eн		.	(5.15)
			С1

Данная методика дает более высокие значения Аш.г

оптимальное, т.к. речь идет уже и о минимизации удельных капитальных, а не только эксплуатационных затрат.

Недостаток изложенных методов поиска Аш.г заключается в том, что в каждом конкретном случае необходимо находить индивидуальную зависимость себестоимости добычи и удельных капитальных затрат от Аш.г . Поэтому необходимо составлять несколь-

ко вариантов отработки месторождений и найти для этих вариантов все составляющие себестоимости и капитальных затрат. Кроме этого по формуле можно найти только одно значения Аш.г , в то время как её значения практически равноценны в пределах целой области.

Поэтому более рационально решать задачу определения Аш.г

методом вариантов, который и применяется в практике проектирования. Суть метода заключается в том, что для месторождения выбирается несколько вариантов производственной мощности шахты. При этом одно из значений Аш.г устанавливается по горным возможностям исходя из критерия концентрации работ и пропускной способности технологических звеньев. Для каждого значения Аш.г рассчитывают себестоимость, удельные капитальные вложения, удельные приведенные затраты. Затем сравнивают полученные результаты и выбирают оптимальное значение Аш.г ,

соответствующие минимуму Sпр . В этом случае, как правило,

71

Аш.г

выявляется несколько близких друг к другу значений . Из них

окончательно принимают за оптимальное, то, которое отвечает интересам развития горно-промышленного района или отрасли в целом.

Рассмотренный выше методический подход к установлению оптимального значения Аш.г основан на использовании затратного критерия. В современных экономических условиях в качестве критерия рекомендует принимать прибыль полученную от реализации угля за определенный период времени. Чаще всего это весь срок отработки запасов. Но как уже ранее отмечалось более правильно за данный период принимать время окупаемости капитальных вложений.

В связи с этим оптимальным будет то значения Аш.г , которое позволяет в кратчайшие сроки окупить первоначальные капитальные затраты.

72

6 ОПТИМИЗАЦИЯ СПОСОБОВ И СХЕМ ВСКРЫТИЯ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ

6.1 Факторы, влияющие на выбор способов и схем вскрытия

Под способом вскрытия понимают качественную характеристику вскрывающих выработок по их функциональному назначению.

Под схемой вскрытия понимают пространственное расположение вскрывающих выработок относительно элементов залегания угольных пластов и шахтного поля.

На выбор способов и схем вскрытия шахтных полей влияет большое количество факторов, которые можно разделить на геологические и технологические [14, 15].

Геологические факторы оказывают большое влияние. К ним обычно относят: угол падения пластов, число вскрываемых пластов, расстояние между ними, мощность наносов, свойство боковых пород, нарушенность месторождения, глубина разработки, газоносность пластов, рельеф поверхности.

К технологическим фактором относят размеры шахтных полей, принятый способ подготовки и система разработки, срок службы шахты, её производственная мощность.

Анализируя характер влияния указанных выше факторов на способы и схемы вскрытия можно отменить следующее.

При вскрытии пологих пластов используют преимущественно наклонные и вертикальные стволы с капитальными или погоризонтными квершлагами.

При вскрытии крутонаклонных и крутых пластов доминирующими являются вертикальные стволы с этажными

73

квершлагами.

Одиночные пласты, как правило, вскрывают без дополнительных вскрывающих выработок (квершлаги, гезенки и т. п.) Вскрытие свиты пластов обязательно требует проведения дополнительных вскрывающих выработок.

Расстояние между пластами часто определяет вид дополнительных вскрывающих выработок (квершлаги, гезенки, скаты и т.п.).

Мощность наносов накладывает ограничение на возможность применения наклонных стволов. При мощности наносов свыше 40 ÷ 60 м чаще всего применяют вертикальные стволы, а при меньших значениях и пологом залегании пластов - наклонные стволы.

Свойство боковых пород определяют место расположения околоствольных дворов, заложение вскрывающих выработок. Например, наклонные стволы могут быть полевыми, заложенными в устойчивых породах почвы.

Нарушенность угольных пластов определяет так же место заложения вскрывающих выработок и околоствольных дворов, которые располагают вне зоны нарушенности.

Глубина разработки определяет вид основных вскрывающих выработок. При вскрытии на глубине свыше 500-600 м, как правило, применяют вертикальные стволы, а на меньших глубинах могут применятся и наклонные стволы. Газоносность угольных пластов существенно влияет на наличие и количество вспомогательных вскрывающих выработок (вентиляционных стволов, шурфов, сбоек и т.п.).

Рельеф поверхности сильно влияет на вид вскрывающих

74

выработок и позволяет определить возможность вскрытия штольнями или стволами. Размеры шахтных полей определяют возможность вскрытия шахтного поля блочными стволами, схему их расположения.

Способ подготовки и система разработки определяют вид дополнительных вскрывающих выработок: погоризонтные, этажные, капитальные квершлаги.

Производственная мощность и срок службы шахты могут определять количество основных вскрывающих выработок, количество горизонтов и блоков, а, следовательно, и количество дополнительных вскрывающих выработок.

6.2 Методы формирования вариантов вскрытия

На данный момент времени доминирующим является способ формирования вариантов вскрытия, основанный на опыте и интуиции проектировщиков и использовании типовых способов и схем, а так же рекомендаций нормативных документов.

Данный способ, однако, не гарантирует того, что в исходный перечень рассмотренных вариантов будет включен действительно лучший. Не исключает данный способ и субъективных ошибок, а количество анализируемых вариантов в этом случае весьма ограничено. Кроме того, если учесть, что на способы и схемы вскрытия влияет большое число факторов, то весьма сложно обычным инженерным анализом учесть весьма разнообразное число сочетаний этих факторов.

В связи с этим была предложена методология конструирования вариантов вскрытия на основе существующих классификаций. Наиболее детальная классификация была разработана в МГИ (ныне

75

МГГУ) [14].

Принцип конструирования заключается в следующем.

На первом этапе вычерчиваются в масштабе геологический разрез и гипсометрический план участка месторождения.

На втором этапе наносят границы шахтного поля на разрезе и

плане.

На третьем этапе делят шахтное поле на части (панели, блоки, горизонты, этажи и т.п.) в зависимости от принятого способа подготовки. При выполнении этого этапа целесообразно воспользоваться ранее рассмотренными формулами, полученными на основе теории фракталов.

На четвертом этапе конструируют возможные схемы и способы вскрытия шахтного поля ориентируясь на их классификацию и область применения.

На пятом этапе для каждого из сформированных вариантов определяют объемы работ на проведение, поддержание горных выработок, транспорт горной массы и водоотлив.

Устанавливаются площади поперечного сечения горных выработок, тип и объем околоствольных дворов, типовые технологические комплексы поверхности, количество подаваемого по вскрывающим выработкам воздуха.

Рассмотренный способ конструирования вариантов вскрытия шахтного поля систематизирует саму процедуру в отношении последовательности её выполнения. В то же время по-прежнему открытым остается вопрос взаимоувязки конкретных условий залегания угольных пластов с областью применения различных способов вскрытия. Данный вопрос по-прежнему решается на основе

76

инженерного анализа и не формализован в должной степени, что не позволяет рассмотреть все возможные варианты вскрытия приемлемые в заданных условиях. Поэтому с целью исключения данного недостатка предложен более объективный метод конструирования вариантов вскрытия угольных пластов.

Данный метод основан на применении морфологического анализа. На первом этапе сеть вскрывающих выработок разбивается на две группы. Применительно к первой группе различают основные и дополнительные вскрывающие выработки. Применительно ко второй группе – главные и вспомогательные.

Косновным выработкам относят все выработки, обеспечивающие доступ с поверхности к транспортному или иному горизонту.

Кдополнительным выработкам относят все выработки, которые обеспечивают доступ от основных выработок к угольным пластам.

Кглавным выработкам относят все выработки, обеспечивающие транспортирование полезного ископаемого от забоев до поверхности.

Квспомогательным выработкам относят все выработки, обеспечивающие выполнение всех вспомогательных функций (проветривание, доставка людей, материалов, водоотлив и т. п.).

В реальных условиях возможно совмещение функций выполняемых главными и вспомогательными выработками, что позволяет существенно упростить сеть вскрывающих выработок.

С учетом изложенного процедура конструирования вариантов вскрытия заключается в следующем.

На первом этапе составляется таблица, в которой отражаются конкретные условия залегания угольных пластов и соответствующие

77

им признаки выработок. Таких признаков может быть несколько, что и приводит к многовариантности решений. При этом не обращают внимание на совместимость признаков между собой.

Рассмотрим порядок составления такой таблицы на конкретном примере.

Допустим имеем следующие геологические условия залегания угольных пластов и технологические условия их отработки: угол падения 160, мощность наносов 40 м, глубина нижний отметки шахтного поля 600 м, количество разрабатываемых пластов – 2, расстояние между пластами по нормам 100 м, относительная газообильность 12 м3/т, водоприток 1 м3/час, боковые породы устойчивые, пласты невыбросоопасны и не склонны к самовозгоранию, рельеф поверхности ровный, годовая производственная мощность шахты 1500000 т, размер шахтного поля по простиранию 6000 м, по падению 2000 м, схема подготовки панельная, система разработки столбовая.

Запишем указанные условия в таблицу 6.1. В ней же в других колонках запишем возможные в заданных условиях признаки вскрывающих выработок. При составлении подобных таблиц целесообразно использовать существующие классификации горных выработок или же способов и схем вскрытия, шахтных полей.

После составления данной таблицы составляют морфологическую таблицу (табл. 6.2).

78

Таблица 6.1 − Исходная таблица конструирования вариантов

	Характеристика			Признаки выработок
	геологических и		Основные		Дополнительные
	технологических
			главные	вспомогатель-	главные	вспомогатель-
	условий
				ные		ные
	α =160		наклонный,	наклонные,	квершлаг	отсутствуют,
	Нн = 40 м		вертикальный	вертикальные	горизонта-	квершлаг
	Н = 600 м		центральное	центральное	льный,	наклонный,
	nпл = 2		заложение	заложение	квершлаг	квершлаг
	Мпл =100 м			Шурф	наклонный	горизонтальный
	q =12 м3/т			центрально-	центральное	центральное
	ω =1м3/час			отнесенный,	заложение	заложение
	Боковые породы			заложены в		квершлаг гори-
				центре панелей		зонтальный	на
	устойчивые					вент. горизонт в
	Пласты не	выбросо-				середине ш.п.,
	опасные и не склон-					квершлаг гори-
	ные ксамовозгоранию					зонтальный	на
	Рельеф поверхности					вент. горизонт в
	равнинный					центре панелей
	Аш.г =1500000 т
	S = 6000
	Н = 2000
	Панельная	подго-
	товка
	Столбовая	система
	разработки

В таблицу 6.2 включено 16 морфологических признаков. Они в совокупности дают 2×2×3×2×4×3 = 288 вариантов сетей вскрывающих выработок. Но эта цифра получена без учета технической несовместимости отдельных признаков. Для их учета при переборе вариантов сетей вскрывающих выработок необходимо записать условия технической несовместимости признаков выработок.

79

Таблица 6.2 − Морфологическая таблица

Основные

Дополнительные

Главные

Вспомогательные

Главные

Вспомогательные

Шурф

Приуроченные

Накл.

Верт.

Накл.

Верт.

Кв-г

Кв-г

Кв-г

Кв-г

Кв-г

к шурфу

ц.

ц.

ц.

ц.

ц.

гор.

накл

отс

гор.

накл

гор.

Кв-г

Кв-г

ств

ств

ств

ств

отс

пан

ц.

ц.

ц.

ц.

вент

отс

гор.

отн

ц.о

пан.

1,1

1,2

2,1

2,2

3,1

3,2

3,3

4,1

4,2

5,1

5,2

5,3

5,4

6,1

6,2

6,3

1

+

+

+

+

+

2

+

+

+

+

+

+

3

+

+

+

+

+

+

4

+

+

+

+

+

+

5

+

+

+

+

+

+

6

+

+

+

+

+

+

7

+

+

+

+

+

+

8

+

+

+

+

+

+

9

+

+

+

+

+

+

10

+

+

+

+

+

+

11

+

+

+

+

+

+

12

+

+

+

+

+

+

13

+

+

+

+

+

+

14

+

+

+

+

+

+

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

53

+

+

+

+

+

+

При этом необходимо провести логический анализ возможности объединения различных выработок в одной сети. Например, задается вопрос: совместима ли основная главная наклонная выработка с вспомогательной наклонной или нет? Если совместима, то условия несовместимости не записывается. Далее: совместима ли основная главная наклонная выработка со вспомогательной вертикальной или нет? Если совместима, то условие несовместимости не записывается. Данная процедура продолжается до тех пор, пока не будут проанализированы все без исключения признаки.

В результате выполнения данной процедуры в полном объеме были установлены следующие условия несовместимости: 1.2 не 2.1; 3.1 не 5.1; 6.2; 6.3; 3.2 не 5.4; 6.3; 3.3 не 5.4; 6.2; 4.2 не 5.1; 5.1 не 6.1;

80