Обоснование структуры и параметров углепотоков при разработке сложноструктурных месторождений тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Обоснование структуры и параметров углепотоков при разработке сложноструктурных месторождений"

Р Г 6 од

] [1 г Госуд арственный комитет Российской Федерации ¡,¡.1.1 по вь,СШему образованию

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи ПОЗАНОВА Ирина Анатольевна

УДК 622.33 :622.014.2 :658.012.2 (043)

ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ Н ПАРАМЕТРОВ УГЛЕПОТОКОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 08.00.28 — «Организация Производства»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата- технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте.

Научный руководитель проф., докт. техн. наук РЕЗНИЧЕНКО С. С.

Официальные оппоненты: проф., докт. экон. наук КОВАЛЬ В. Т., канд. техн. наук СЕРПУХОВИТИН В. И.

Ведущее предприятие — Центрогипрошахт.

Защита диссертации состоится « и. » ш 1993 г.

в ..... час. на заседании специализированного совета

К-053.12.06 в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте по адресу: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослац « . . . » . . . . . 1993 г.

Секретарь.ученого совета

канд. экон. наук СОКОЛОВСКАЯ М. Б.

Актуальность работы. Эффективность народного хозяйств.'» во многом определяется работой отраслей топливной промышленности, в том числе и угольной. Большая фондо- и материалоемкость угольной промышленности и длительность освоения новых место рождений, а также экономически приемлимых технологий требуют принятия новых решений по организации и планированию добычи полезных ископаемых.

Перспективы развития топливной промышленности свидетельствуют о том, что основной прирост добычи угля будет происходить за счет добычи открытым способом в регионах Кузбасса, Восточной Сибири и Дальнего Востока

Угольные месторождения этих регионов - это в основном сложноструктурные месторождения, имеющие несколько угольных пластов, разделенных большим числом породных пропластков. Кроме того, угли в них отличаются по комплексу качественных показателей.

При наличии нескольких потребителей топлива необходим вы пуск готовой продукции различных сортов (отгружаемые потребителю в рядовом виде, обогащенные , сортовые угли, отсев). Наличие изменчивого состава в недрах и нескольких потребителей готовой продукции приводит к возникновению сложной, разветвленной системы углепотоков. Это приводит к колебаниям объемов добычи и переработки, что в конечном итоге отражается в колебаниях объемов и качества готовой продукции.

Для обеспечения стабильных и ритмичных поставок топлива необходимо решить задачу обоснования структуры и параметров углепотоков при открытой разработке сложноструктурных месторождений.

Цель работы заключается в установлении зависимостей параметров углепотоков, выхода и качества готовой продукции от качества добываемого угля , позволяющих рационально использовать природные и материальные ресурсы , повысить эффективность работы комплекса разрез - обогатительнаЖ сортировочная) фабрика.

Основная идея работы состоит в формировании стабильных углепотоков за счет регулирования уровня засоренности при шинировании добычных работ на основе моделирования выхода и ка чества готовой продукции.

Научные положения.разработанные лично соискателем,и но-вшна :

для повышения эффективности горного производства при разработке сложноструктурных месторождений рекомендуется параметры углепотоков определять по предлагаемой методике, базирующейся на моделировании горно-геологической информации и отличающейся многокритериальным подходом;

для прогнозирования выхода и качества готовой продукции необходимо использовать установленные зависимости объемов рядового, сортируемого и обогащаемого угля от его засоренности;

для стабилизации параметров углепотоков необходимо обеспечение постоянного уровня засоренности добываемого угля, который достигается при использовании разработанных моделей планирования добычных работ.

Обоснованность и достоверность научных положений,выводов и рекомендаций подтвер' даются :

использованием и анализом представительного объема технико-экономических показателей работы разрезов и обогатительных фабрик;

корректным использованием методов статистического анализа данных (корреляционного) и достаточной надежностью установленных статистических зависимостей, оцененных высоким значением корреляционного отношения;

использованием методов математического моделирования, многокритериальной оптимизации и математического программирования;

апробацией результатов работы и положительными ее результатами.

Значение работ Научное значение работы состоит в установлении зависимостей объемов рядового, сортируемого и обогащаемого угля, выхода и качества готовой продукции от засоренности добываемого угля и в разработке на их основе подхода к обоснованию структуры и параметров углепотоков.

Практическое значение работы заключается в том, что разработанная методик« обоснования параметров организационной системы разрез - обогатительнаяСсортировочная) фабрика при нескольких углепотоках позволяет стабилизировать объемы и качество углепотоков, повысить эффективность использования сырьевых ресурсов.

Реализация выводов и рекомендаций. Методика обоснования структуры и параметров углепотоков принята ПО "Востсибуголь" для использования при организации и планировании добычных работ на разрезе "Тугнуйский" .

Апробация работы. Основные положения и результаты исследо ваний докладывались в ПО "ВостсиСуголь", на межреспубликанской научно-практической конференции "Пути решения эколого-техноло-гических задач на горных предприятиях'Ч Ташкент, 1991г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований и теме опубликовано пять научных статей.

Объем работы. Диссертация состоит из введения,четырех глав, заключения,списка используемых источников из 101 найме-.нования,приложений и содержит 160 страниц текста,68 рисунков, 30 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРИШНЕ РАБОТЫ

Многие угольные месторождения Кузбасса, Восточной Сибири и Дальнего Востока , регионов наиболее перспективных в добыче угля открытым способом, - это сложноструктурные месторождения, имеющие несколько угольных пластов, разделенных большим числом породных пропластков. Анализ гор'но-геологических условий, выполненный для строящегося разреза "Тугнуйский" ПО "Востсиб-уголь" , действующего на базе Олонь-[Сибирского сложноструктур-ного месторождения углей, позволяет сделать вывод о наличии значительных колебаний показателей зольности и содержания минеральных примесей как по всему разрезу,так и на отдельных его участках .

Сложность горно-геологических условий месторождений разносортных углей приводит к колебаниям объемов добычи, поставок на переработку, что в конечном итоге отражается в колебаниях объемов и качества готовой продукции. Например, анализ опыта работы Черемховского и Сафроновского разрезов ПО "Востсибуголь" свидетельствует о наличии существенных колебаний объемов и качества угля, отгружаемого непосредственно потребителям и на переработку. Коэффицент ритмичности ( по объему и качеству ) составляет 0.71-0.91, коэффицент вариации - 11-422. Это приводит к существенным колебаниям объемов готовой продукции. Те -,по Касьяновской центральной и Сафроновской обога.лтельным фабрикам

- 3 -

коэМицент ритмичности составляет 0. 56-0.89, а коэффицент вариации от 0.3 до 52%.

Наличие изменчивого состава углей в недрах и нескольких потребителей топлива приводит к возникновению сложной, разветвленной системы углепотоков.

В этих условиях для обеспечения стабильных и ритмичных поставок угля необходимо решить задачу обоснования структуры и параметров углепотоков для планирования добычных работ на разрезах.

Вопросам организации и планирования добычных работ на карьерах посвящены труды докторов технических наук КХ П. Астафьева, Н. С. Буктукова, Е Ф. Вызова, К. Е. Винницкого, К И. Ганицкого, Ф. Г. Грачева, С. С. Резниченко, Е. а Фрейдиной и других: Однако большинство работ для угольных разрезов выполнено для относительно простых горно-геологических условий, кроме того в системе карьер - потребитель, как для рудных, так и для угольных месторождений обычно не учитывается наличие нескольких потребителей добываемого сырья.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

установления зависимостей показателей углепотоков, выходов и качества готовой продукции от качества добываемого угля;

разработки методики обоснования структуры и параметров углепотоков;

разработки методики планирования внутрикарьерных углепотоков на разрезах.

Базой для исследований является один из наиболее перспективных в Восточной Сибири разрез "Тугну-йский" производственного объединения "Востсибуголь", горно-геологические условия которого схожи с рядом месторождений Кузбасса, Восточной Сибири и Дальнего Востока, имеющих сложноструктурное строение.

Решение поставленных задач сопряжено с обработкой больших объемов геологической информации, со сложными горно-геометрическими и инженерными расчетами. Поэтому в диссертации разработана подсистема информационного обеспечения .

Учитывая специфику сложноструктурных месторождений и исходной информация , представляющей собой данные по пластопе-ресечениям по отдельным пластам и скважинам, была обоснована структура геологической базы, в состав которой вошли файлы пя-

- 4 -

ти типов. Подсистема информационного геологического обеспечения построена на основе использования средств системы управления базами данных Foxbase.

Разработанные сервисные программы позволяют: получить полную геологическую информацию о всех пластопересе-чениях по всей длине каждой разведочной скважины; пополнять геологическую базу данными эксплуатационной разведки;

выполнять подсчет запасов угля в заданных контурах и получать их качественные характеристики.

Задаваемые контура, в которых выполняется подсчет запасов угля, могут соответствовать экскаваторным блокам, тогда их характеристики могут использоваться для решения задач текущего и оперативного планирования добычных работ. Кроме того, подсчет-ные блоки могут соответствовать контурам горных работ на уступах ( месячным,квартальным, годовым). В этом случае план горных работ составляется в диалоговом режиме, при этом проектировщик задает различные варианты ведения горных работ, а ЭВМ подсчитывает показатели плана.

Для решения поставленных задач для базового разреза "Туг-нуйский" создана геологическая база Олонь -Шибирского месторождения. Она содержит геологическую информацию по 22 угольным пластам и 512 разведочным скважинам, что позволило с высокой степенью достоверности подготовить информацию для дальнейших исследований.

Создание организационной системы горного производства включает определение структуры и параметров возможных углепо-токов, а соответственно и определение производственных мощностей по переработке добываемого угля.

Число и параметры углепотоков загноят от технологии ведения добычных работ и от расположения породных пропластков. В работе рассматривалось семь вариантов технологических схем, когда в технологический комплекс разреза входят сортировка и обогатительная фабрика, работающие параллельно:

валовая добыча угля с обогащением всего добываемого угля; валовая добыча угля с выделением углепотоков рядового и обогащаемого угля;

валовая добыча угля с выделением углепотоков сортируемого и обогащаемого угля;

валовая добыча угля с выделением углепотоков рядового, сортируемого и обогащаемого угля;

добыча угля с разделением пласта на уступы (подуступы) и выделением углепотоков рядового и обогащаемого угля;

добыча угля с разделением пласта на уступы (подуступы) и выделением углепотоков сортируемого и обогащаемого угля;

добыча угля с разделением пласта на уступы (подуступы) и выделением углепотоков рядового, сортируемого и обогащаемого угля.

В работе рассматривались три подхода к формированию тех-нологческого комплекса:

максимальная отгрузка рядового угля и обогащение минимального объема ;

максимальный выпуск сортового угля за счет сортировки и обогащение высокозасоренного угля ;

обеспечение потребностей основных потребителей (ГРЭС,ТЭЦ) за счет рядового угля и отсева с поставкой сортового топлива за счет сортировки и обогащения .

Для определения структуры углепотоков и их параметров была разработана методика , включавшая следующие этапы : построение геологической базы месторождения; моделирование объемов и качества добываемого угля по периодам разработки;

моделирование процесса разделения и переработки угля по потокам;

установление зависимостей выходов и качества угля по сортам в зависимости от качества добываемого угля;

подсчет технико-экономических показателей добычи и переработки по различным схемам;

обоснование оптимальных параметров углепотоков с использованием количественных методов многокритериальной оптимизации.

На основании г. .нных из геологической базы месторовдения анализировалось изменение качества добывав ..¡ого угля по годам эксплуатации для Тугнуйского разреза в целом и его отдельным участкам. Предусмотренное проектом развитие горных работ вед^т к колебаниям засоренности и , как следствие, к колебаниям выходов различных сортов готовой продукт •

Для определения параметров углепотоков для каждого варианта технологической схемы в зависимости от качества добывае-

_ б -

мого угля был разработан и программно реализован алгоритм моделирования процессов сортировки и обогащения рядового угля,' на основании которого определялись выходы угля по сортам.

Моделирование проводилось по всем годам эксплуатации для двух технологических схем добычи - валовой (одним добычным уступом) (1) и при добыче угля с разделением на уступы (под-уступы) (2). Результаты моделирования разделения углепотоков позволили установить зависимости (по всем годам эксплуатации): выходов рядового СУ^.Л/^) и обогащаемого (V/, У^) угля, а также общего содержания минеральных примесей в рядовом {¿¿, и обогащаемом (¿5/, ¿5^) углях от граничной засоренности (Згр)\

объемов (т ) рядового {0.^,0.^) и сортируемого( угля от общего содержания минеральных примесей в добываемом угле (засоренности) («5 ).

Например,для 16-20 годов эксплуатации разреза установленные зависимости имеют следующий вид:

уг- -0.009-31гр-+-0.05673гр +0.-Г608 ; 1 -0,9&\ (1)

-0.0004-2)% + 0.02.97-ЬгТ+0.4044 \ 1 -0.99; (2)

V/- 0.009-аЗД - 0.0567-2)гр +0.8392. 1 -0.98 (3)

V/- 0.0004 - 0.029Г- 4, ^ 0.5956 < Ч "0.99* (4)

4'" - 0.0068 а)*+05236 4» * 0.8 7 : Л® (5)

-о.оо&9-#р+аззго-Зг+о.5б : 1 -0.99- (6)

УГ -0.0542. 3fs 9.7-Згй 7.55 Ь ~0.80> (7)

¿1- -О.ОУЖ-З* „ + О.ГГ ; П> ГР * -0.gr. (8)

- 6.25-3*.-5ГЛ.9-3. +¿±385 г -0.97'' (9)

а V '28.24 ■3г- 4*8•& . +9942. > í -0.9Г- (10)

42.03-3* -¿¿85.6-3 +Ш50 1 -0.90' (И)

бг*--6.8379.4-3 + 9?67 :

Полученные зависимости отличаются весьма тесной статистической связью С -0.80-0.99), что позволяет их использовать для любых технологических схем и для прогнозирования объемов обогащаемого,сортируемого и рядового угля при установленном среднем значении показателя общего содержания минеральных примесей в добываемом угле, т.е. получать исходную информацию для оасчета схем сортировки и обогащения угля , а также при организации и планировании добычных работ.

По результатам моделирования разделения углепотоков для двух технологических схем ведения горных работ были определены показатели сопоставляемых вариантов схем углепотоков, которые отличаются объемами рядового, сортируемого и обогащаемого угля, а, следовательно, и общей выручкой от реализации готовой продукции, эксплуатационными, капитальными затратами и прибылью. То есть задача обоснования оптимальных параметров углепотоков является типичной многокритериальной задачей. Для ее решения рекомендуется использовать количественные . методы многокритериальной оптимизации, а именно - функцию полезности и метод "идеальной" то<-',"и, и окончательное решение принимать с учетом мнения экспертов. При сложившейся системе цен ( на 1. X 92 г.) для условий разреза "Тугнуйский" установлено, что по комплексу технико-экономических показателей является лучшей схема 2+(Р+С - "добыча угля с разделением пласта на уступы (подуступы) и выделением углепотоков рядового и обогащаемого угля".

При увеличении спроса на сортовое топливо рекомендуется использовать схему 2+(Р+>.Ю) - "добыча угля с разделением угольного пласта на уступы(подуступы) и выделением углепотоков рядового, сортируемого и обогашдемого угля" .т.е. дополнительно использовать сортировочную установку.

Таким образом, была решена статическая задача организации производства - обоснования структуры и параметров организационной системы (определены объемы и качественные характеристики углепотоков и соответствующие мощности по их переработке).

Динамическая задача организации к^оизводства заключается в поддержании на различных временных уровнях стабильных объем- 8 -

ных и качественных параметров углепотоков.

Для этого предложена методика планирования внутрикарьер-ных углепотоков , включающая следующие этапы : подготовку геологической информации;

определение основных технико-экономических показателей (плановые объемы добычи, возможная производительность экскаваторов, объемы и качественные показатели углепотоков); построение математической модели планирования; оптимизация нелинейной динамической математической модели. В диссертации разработана обшдя математическая модель планирования внутрикарьерных углепотоков с использованием комплексного критерия оптимальности, где в качестве составляющих критерия входят отклонения по объемным и качественным показателям от плановых (средних) значений : Г L /V ~

±'1 С.Н 1-1 «Л/ ^ А/ У

¿'I

э

где , (14)

Я'

У- номер забоя, из которого поступает полезное ископаемое;

¿=/,7*- подпериод планирования;

&Ц.- номер углепбтока;

- вид качественного показателя;

Ко - "весовой" коэффицент значимости отклонений объемов £-то углепотока от плановых значений в ¿-й период времени;

!</ - "весовой" коэффицент значимости отклонений по у'-му качественному показателю ; < - объем добычи из /-го забоя, поступш.дий в углепоток • . в ¿--й период времени;

сб-^- значение ,/-го качественного показателя из ¿-то забоя, добываемый уголь из которого поступает в <?-й углепоток в ¿-й период времегч; г^,- плановый объем добычи в подпериод планирования посту-

,„, пающий в углепоток;

сС^- плановое значениеу-го качественного показателя в с-м углепотоке в подпериод планирования ¿- .

Применение данного критерия отражает основные показатели - 9 -

работы разреза, важные для потребителей 6Г0 продукции : стабильность объемных и качественных показателей углепотоков с учетом их значимости - "весовых" коэффицентов ( к„к,), устанавливаемых статистическим или экспертным путем.

Сформулированный комплексный критерий позволяет при наличии сложных горно-геологических условий и отсутствия какого-либо критерия, охватывающего все многообразие факторов, найти компромиссные варианты планов развития горных работ.

Для рассматриваемого типа месторождений, учитывая, что с одной стороны,показатели засоренности определяют зольность добываемого угля, а с другой - установлены зависимости выходов рядового, сортируемого и обогащаемого угля от засоренности , существует возможность перехода от комплексного критерия к критерию стабилизации засоренности:

предприятия; ■

по ^/-му качественному показателю для £-то углепотока. Количественные (объемные) за каждый подпериод планирования

по общему объему добычи всего разреза ; по Съему углепотоков; по производительности экскаваторов. Качественные за каждый подпериод планирования £ : по соблюдению показателей качества в допустимых пределах. В своей математической форме задача относится к классу динамических задач нелинейного программирования. Динамический подход в решении задач планирования добычных работ позволяет учитывать высокую изменчивость производственной ситуации. Наряду с использованием ограничений за весь период планирования модель содержит ограничения по подпериодам планирования , что позволяет , принимая определенные решения, воздействовать на конечный результат. Совокупность принг/лх решений на опреде-

(15)

Математическая модель планирования внутрикарьерных угле-

потоков включает следующие ограничения. Общие за весь период планирования Т : по производственной мощности разреза; по производственной монщости £-го перерабатывающего

ленных интервалах времени дает возможность управления всем процессом в целом.

Для получения оптимального решения в Московском горном институте канд. физ^мат. наук Валуевым А. М. разработан эффективный математический метод . являющийся модификацией метода возможных направлений.

По разработанной А. М. Валуевым программе для IBM PC с использованием базы планов горных работ, входящей в состав геологической базы месторождения, строился план добычных работ на IV квартал-1992 г. (по декадам) для разреза "Тугнуйский" ПО "Востсибуголь".

В результате решения задачи определялся плановый объем работ и качество добываемого угля для каждого экскаватора по периодам планирования, были определены параметры углепотоков рядового и сортируемого угля. При этом было установлено, что использование предложенной методики планирования способствует стабилизации качественных показателей углепотоков. По сравнению с планом добычных работ, разработанным разрезо» предлагаемый план позволяет снизить колебания по зольности на 4.4Z, колебания по засоренности на 13.7 X, что приводит к увеличению выхода сортовой продукции.

ЗАКГЗЧЕШСЕ

В диссертационной работе дано новое решение актульной задачи обоснования структуры и параметров углепотоков при открытой разработке сложноструктурных месторождений, позволяющей рационально использовать природные и материальные ресурсы и повысить эффективность работы комплекса разрез - обогатительная (сортировочная) фабрика

Выполненные исследования позволяют сделать следующие основные ВЫВОДЫ:

1. Наличие нескольких потребителей угля с различными требованиями к качеству готсой продукции при разработке "лож-ноструктурных месторождений обусловливают необходимость разделения внутрикарьерных углепотоков , при этом необходимо комплексное решение двух организационных задач :

формирования структуры и обоснования параметров углепотоков, возникающих при разработке сложноструктурного меоторозде-

- II -

ния (стратегическая задача);

поддержания стабильных параметров углепотоков на различных периодах планирования .

2. Для получения геологической информации при решении задач обоснования структуры и параметров углепотоков при открытой разработке сложноструктурных месторождений рекомендуется использовать разработанные формы представления и ввода исходной геологической информации (результаты интервального опробования по пластам, список угольных пластов, реестр разведочных скважин), программные средства создания объединенной геологической базы месторождения, подсчета объемов горных работ и качества угля, а также итоговую базу данных показателей планов горных работ, разработанные с использованием алгоритмического языка и средств СУБД.

3. Для определения показателей объемов и качества готовой продукции (по сортам) в зависимости от качества угля в недрах и параметров углепотоков разработана иммитационная модель разделения углепотоков и переработки угля.

4. Установлены параболические зависимости объемов и показателей качества углепотоков , а также выхода готовой продукции (в рядовом и рассортированном виде) от засоренности добываемого угля и определенных границ разделения.

5. Для обоснования параметров углепотоков необходимо использовать предложенную методику, основанную на оценке вариантов схем по комплексу технико-экономических показателей и выбора лучшего с использованием количественных методов многокритериальной оптимизации (построение функции ценности альтернатов и метод "идеальной" точки).

6. Для текущего планирования добычи разносортных углей при наличии нескольких внутрикарьерных углепотоков целесообразно использовать предложенную математическую модель, включающую комплексный критерий оптимальности и систему количественных и качественных ограничений по периодам планирования.

Планирование добычных работ следует осуществлять по предложенной методике, включающей :

подготовку геологической информации;

определение основных технико-экономических показателей (плановые объемы добычи, возможная производительность экскаваторов, объемы и качественные показатели углепотоков);

- 12 -

задание порядка и параметров отработки забоев; установление ЛПР "весовых" коэффицентов, определяющих приоритет количественных и качественных показателей; построение математической модели планирования; оптимизация нелинейной динамической математической модели.

7. В связи о наличием взаимосвязи между уровнем засоренности и выходом и качеством угля для стабилизации параметра» углепотоков следует обеспечивать постоянный уровень засоренности по периодам планирования .

8. Использование предложенной методики при разработке плана добычных работ на IV квартал 1992 г. для разреза "Туг-нуйский" ПО "Востсибуголь" способствует стабилизации качест-венных показателей углепотоков ( колеоания по зольности снижаются на 4.4%, колебания по засоренности на 13.7%) и , следовательно, выхода готовой продукции по сортам.

Основные положения диссертационной работы изложены в следугаих работах ( лично соискателем разработана модель (1)):

1. Коробов С. Д., Подольский М. И , Позанова И. А. Моделирование горно-геологических условий месторождения для планирования добычных работ. - Деп. в МГИ,- Москва, 1992, 15 с.

2. Позанова И. А. Алгоритм моделирования углепотоков при разделении его на рядовой, сортируемый и обогащаемый. - Деп. в МГИ,- Москва,1992, 2 с.

3. Позанова И. А. Использование альтернативных графов при текущем и оперативном планировании добычи разносортных углей. -Деп. в МГИ,- Москва, 1992, 1 с.

4. Позанова И. А. Особенности организации и планирования добычи разносортных углей. - Деп. в МГИ,- Москва, 1992, 5 с.

5. Позанова И. А. Стабилизация углепотоков при открытой разработке разносортных углей // Пути решения эколого-технологических задач на горных предприятиях. /Тез. докл. на межрес-пуб. научно-практ. конференцию. - Ташкент, 1991, 2 с.