Поэтапность проектирования угольных шахт

Практика проектирования шахт базируется на представлениях о статичности (неподвижность) параметров шахты в течение всего срока службы. "Узкие места" могут быть следствием статичности параметров многих технологических узлов и звеньев шахты (производительность подъема, вентиляторов, пропускная способность околоствольного двора, технологического комплекса на поверхности, длина выемочных участков, величина запасов горизонта и др.). Вероятность проявления противоречий между возможностями различных технологических узлов на шахте вследствие статичности их параметров тем выше, чем на более длительный период эксплуатации их предусматривают. Между тем наряду со значительными производственной сложностью, масштабами и хозяйственной ролью угольную шахту отличает весьма длительный срок службы. Большая часть шахт существует, включая проектирование и строительство, свыше 30 - 80 лет.

Под этапом проектирования следует понимать период времени, в течение которого вырабатывают определенную, достаточно большую часть шахтного поля, имеющую пространственные естественные или условные границы.

Наибольшей статичностью отличаются параметры схемы вскрытия и подготовки, технологического комплекса на поверхности, подъема, схемы вентиляции и общешахтного транспорта.

Пример. При некоторых схемах вскрытия вертикальными стволами предполагают полностью отрабатывать запасы шахтного поля при выдаче угля по главному стволу, оборудованному одной и той же подъемной установкой, используя одну и ту же схему вентиляции, один и тот же технологический комплекс на поверхности и т.д. B такое же противоречие приходят значения количественных параметров, несмотря на непрерывную возможность их роста.

Корректирование параметров еще до ввода шахты в эксплуатацию, а также периодические реконструкции шахт частично являются отражением указанных противоречий, отражением изменения этих параметров на действующих шахтах.

Пример. В Кузбассе, Донбассе и Kитае магистральные выработки шахт, срок службы которых превышает 5 - 10 лет, подвергают неоднократному расширению (в 1,5 - 2 раза по сравнению с начальными проектными сечениями), заменяют стационарные средства транспорта с изменением параметров горных выработок или проведением новых.

При проектировании необходимо стремиться к образованию такого механизма развития шахты, при котором основные параметры поддерживаются в границах производственных и экономических пропорций, изменяющихся во времени.

Особенностью такого развития шахты является непрерывно-дискретный характер изменения проектных параметров. Сама природа основных качественных и количественных параметров шахты объясняет эту особенность. Схемы транспорта и вентиляции, технологический комплекс на поверхности не могут непрерывно изменяться. Смена этих качественных параметров происходит, во-первых, не часто, во-вторых, дискретно. Даже переход от сплошной системы на столбовую занимает два-три года и более.

Часто увеличение количественных параметров шахт ограничивается качественными параметрами (схемами подготовки, вентиляции, транспорта и пр.). Таким образом, и количественные параметры шахты с позиции длительного времени могут существенно изменяться лишь дискретно, поэтапно.

Определение интервала времени, в пределах которого качественные и количественные параметры шахты могут оставаться неизменными, экономически эффективными, является важным исходным моментом поэтапного проектирования. Данный интервал может быть принят за длительность этапа проектирования Т_э.п. Несомненно, что факторами, определяющими этап проектирования, следует считать длительность эффективной эксплуатации основных проектных решений на действующих шахтах, с одной стороны, и время, на которое можно распространять имеющуюся проектную информацию, т.е. глубину прогнозирования будущего развития шахты Т_пг, - с другой.

При увеличении глубины прогноза и этапа проектирования (до 10, 15, 20, 25, 30 лет) степень достоверности любых представлений о будущем, в том числе и о технологии шахты в будущем, снижается. Специалисты по прогнозированию принимают глубину прогнозирования технологических данных, считая от разработки проекта до "завершения" периода эффективной эксплуатации, использования прогнозируемого явления, параметра, элемента, в пределах 15 - 20 лет. Частные закономерности, параметры и элементы технологии, отличающиеся сравнительно небольшим "долгожитием", прогнозируются на 5 - 10 лет.

Фактическая продолжительность эффективной эксплуатации реализуемых в соответствии с проектными решениями мероприятий Т_э.э, т.е. "долгожитие" элементов технологической схемы, определяют по формуле

Т_{э.э =} Т_в - Т_пр.р, год

где Т_в - время выбытия из эксплуатации конкретного технологического звена, технического средства, технологической схемы на данной шахте, годы; Т_пр.р - время принятия проектного решения, предусматривающего реализацию при строительстве, реконструкции или текущем развитии шахты, а также эксплуатацию соответствующего варианта технологической схемы и ее элементов, точнее время начала практической эксплуатации соответствующего проектного решения на данной шахте, год.

Затем вычисляют средние показатели "долгожития" принимаемых и реализуемых проектных решений, мероприятий, элементов технологических схем, технических средств механизации и т.д.

Как показали расчеты, "долгожитие" основных элементов схем вскрытия, подготовки и вентиляции (вентиляторная установка, генеральная схема горных выработок), технологического комплекса на поверхности, схемы транспорта (общая компоновка транспортных магистралей шахты) Т_д.осн составляет в среднем 15 - 20 лет.

C учетом обоснованной глубины прогнозирования Т_пг фактического "долгожития" базовых элементов технологии шахты Т_д.осн принимают окончательную длительность этапа проектирования:

10 лет < T_{э.п =} f (Т_пг, Т_д.осн) < 20 лет

Установленная длительность этапа проектирования касается большинства проектных решений строящейся или реконструируемой шахты. Вместе с тем в проекте приходится принимать решения, "долгожитие" которых должно быть заведомо большим (установление границ шахтного поля, выбор местоположения технологического комплекса на поверхности, транспортных коммуникаций на поверхности).

Для проектирования предприятий в конкретных горно-геологических условиях временная определенность этапа должна получить определенность пространственную и организационную. Под этим подразумевают запасы полезного ископаемого, разрабатываемые в пределах этапа, число пластов и их пространственные характеристики, геометризацию раскройки шахтного поля, порядок его разработки и пр. В противном случае невозможно начинать проектирование шахты.

Каждому этапу в развитии шахты должна соответствовать некоторая часть шахтного поля, ограниченная естественными или условными границами: группами пластов, отдельными пластами, горизонтами, блоками, панелями, этажами.

Таким образом, под этапом проектирования следует понимать период времени, в течение которого вырабатывают определенную, достаточно большую часть шахтного поля, имеющую пространственные естественные или условные границы.

Предварительно первый этап в развитии шахты представляют частью шахтного поля с объемом промышленных запасов:

Z_пр.э.п = A_ш.г T_э.п

Установление объема промышленных запасов, отрабатываемых на первом этапе развития шахты, позволяет наметить к разработке угольные пласты с соответствующими условиями залегания. Подобным образом с большей условностью можно определить часть шахтного поля для второго и третьего этапов. Вместе с тем отнесение к тому или иному этапу конкретных угольных пластов дает возможность наметить основные проектные решения, определяющие технологическую схему шахты.

Предпочтение необходимо отдавать таким геометрическим формам технологических схем шахт, таким конструктивным решениям, которые в наибольшей степени обладают динамической управляемостью с наименьшими затратами средств и времени.

B связи с многовариантностью проектных решений по каждому производственному процессу пространственная определенность этапа и развития шахты представляется многовариантной.

Метод поэтапного проектирования предусматри­вает конструирование технологии угольной шахты как развиваю­щейся системы с оптимальным управлением в течение всего срока службы.

Идея создания данного метода проектирования заключает­ся в возможности выбора наилучших сочетаний основных техноло­гических параметров угольной шахты, которые характеризовали бы поведение системы в будущем, а более конкретно - в течение неко­торых научно обоснованных этапов жизни угольного предприятия в условиях влияния постоянно изменяющихся природных, технологи­ческих и экономических факторов.

Особенности по­этапного проектирования заключаются прежде всего в том, что ус­тановленные параметры шахты не считают обязательными на весь срок существования предприятия, обоснование параметров осуще­ствляют в единстве технологических задач каждого отдельного эта­па и развития шахты в целом за весь срок службы, а также в един­стве технологических задач каждого отдельного этапа за весь срок службы шахты, обоснование и обновление параметров шахты на каж­дом этапе выполняют на базе прогрессивных (с точки зрения данного этапа) тенденций развития техники, технологии и организации про­изводства на шахтах, хозяйственных потребностей страны и т.д.