В отвалах угольных шахт много запасов некоторых металлов, соизмеримых по объему с природными месторождениями полезных ископаемых, получение которых для Украины будет экономически выгодным, тем более что в настоящее время многие из минеральных ресурсов уже исчерпаны, что является одной из глобальных проблем. Порода попадает на породный отвал не хаотически, а в определенных объемах и последовательности. Основой для этого могут служить маркшейдерская горно-графическая документация, которая, по сути, является единым достоверным источником информации за весь период эксплуатации шахты, и, следовательно, за весь период отсыпки породы на отвал [1].

Крупные скопления отходов угольной промышленности оказывают негативное воздействие на окружающую среду. В частности происходит загрязнение атмосферного воздуха, особенно в случаях возгорания отвалов, а также почв и водных объектов. Технология формирования породного отвала заключается в насыпке породы на отвал отдельными ярусами. Так как отдельный ярус породного отвала насыпается определенное количество лет, то можно составить карту насыпки отвала за определенный период времени. Так как каждый пласт имеет свое геологическое строение, то можно составить прогноз тех химических реакций, которые произойдут при соприкосновении тех или иных элементов, содержащихся в различных пластах, то есть, заранее выявить неблагоприятные зоны на отдельном ярусе и в целом на отвале [2, 3]. Используя выше сказанное, можно сформулировать задачу о нахождении максимального компонента среди состава пород, входящих в пласт, а также сформировать вектор, позволяющий оценить объем выдачи на отвал породы, содержащий максимальный компонент по пластам [4].

С точки зрения линейного программирования, данная задача формулируется следующим образом.

Существует функция ƒ ( v₁, v₂...v_m), где

при ограничениях

В данном случае, вектор f характеризует значение максимального объема по пластам в зависимости от максимального компонента в составе пород пласта.

Варьируемые параметры, которые обозначают соответствующую компоненту в составе пород пласта.

Таким образом, используя данные выше приведенных функций, можно составить матрицу размерностью [1..k, 1..m], где k – количество компонент, m – количество пластов. Данная матрица будет иметь вид, представленный ниже.

Используя найденные объемы, можно составить сделать вывод о составе компонент, входящих в пласт, то есть, какие компоненты больше содержатся в объеме породы, отсыпанной на отвал, в зависимости от графика проведения подготовительных выработок. На рисунке 1 показан процесс нахождения такого компонента и дальнейшее его применение для формирования техногенного месторождения (рис. 2).

Данная методика вычисления была апробирована на примере использования данных по разрабатываемым пластам шахты "Щегловская-Глубокая", так как насыпка породы на отвал начиналась практически с основания отвала. Для нахождения объема использовался график ввода-вывода проходческих выработок и маркшейдерские планы по съемкам породных отвалов. Данные съемки производятся 2 раза в год, перед уплотнением очередного этапа насыпки породы при формировании яруса.

Рисунок 1 – Нахождение максимального компонента среди работающих пластов

Используя данные съемок, были составлены базы данных по каждой съемке, и используя среду SURFER, по каждому году была построена пространственная модель, которая отражает изменение отвала по высоте во времени. Используя данные поверхностных моделей, были найдены разности между двумя поверхностями, построенными по результатам съемок. Полученные разности соответствуют тому объему насыпки породы, который зафиксирован в графиках ввода-вывода на основе планограммы развития горных выработок.

Рисунок 2 – Построение поверхности техногенного месторождения в зависимости от найденного максимального компонента

На рис. 3 показана структурная схема, определяющая этапы нахождения объемов в период между маркшейдерскими съемками отвалов

Рисунок 3 – Структурная схема определения объемов вынутой горной массы в период между съемками

Таким образом, зная, что происходит с насыпкой породы в пределах одного пласта, и, зная какие работают пласты, то ли одновременно, то ли каждый по отдельности, можно составить хронолитологическую модель насыпки породы, в результате которой могут быть выявлены места с накоплением вредных веществ. По данной модели можно составить рекомендации по контролю за данными веществами, а также дать рекомендации по дальнейшему использованию этих веществ.

Список использованной литературы

1. Прокопенко Е.В. Разработка динамической модели породных отвалов угольных шахт. / Е.В. Прокопенко, С.В. Борщевский // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. Випуск 6 / Під заг.ред. А.В. Анциферова.– Донецьк, УкрНДМІ НАН України, 2010. – 14 с.
2. Проскурня Ю.А. Породные отвалы Донецка и их влияние на экологическую ситуацию. / Ю.А. Проскурня, Н.П. Бредихина // Охорона навколишнього середовищата рацiональне використання природних ресурсiв: зб. доп. I мiжнар. наук.конф. аспiрантiв та студентiв, 16–18 квiт. 2002 р.– Донецьк, 2002.– Т.2. С. 126–127.
3. Вахмянин И.С. Разработка модели алгоритма управления информационными потоками в ситуационных центрах органов государственной власти. / И.С. Вахмянин, Н.И. Ильин , Е.В. Новикова // Бизнес-Информатика №1(15), 2011. – С. 3–9.
4. Прокопенко Е.В. Построение пространственной модели участков ярусов породного отвала с использованием программного пакета Surfer. / С.В.Борщевский, Е.В.Прокопенко // Збірник наукових праць НГУ. – Національний гірничий університет, 2010. – т.1. С. 82–87.