УДК622.22

СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ШАХТ МОДУЛЬНОГО ТИПА

Канд.техн.наук Е.И.Сергеев (МГГУ), инженеры А.С.Соловьев (АО УК "Кузнецкуголь"), А.Ю.Кузнецов (ШТУ)

В последние годы наблюдается явно выраженная тенденция к росту протяженности подготовительных выработок на действующих предприятиях угольной промышленности. Протяженность же капитальных выработок практически не растет, что отчасти объясняется необходимостью использования значительных финансовых, материальных и трудовых ресурсов на их сооружение. В настоящее время сложилась диспропорция между потребностью в объемах проведения главных и вспомогательных вскрывающих выработок и производственными мощностями строительных организаций. Поэтому, например, в Кузбассе около 50% шахт ведут работы в уклонных полях.

Уже длительное время выделяемых капиталовложений недостаточно для обеспечения потребностей народного хозяйства не только в наращивании объемов угледобычи, но иногда и для простого воспроизводства мощностей действующих предприятий. Диспропорция между требуемыми, выделяемыми и осваиваемыми объемами капитальных вложений привели к непрерывно ухудшающемуся состоянию горного хозяйства действующих шахт и недостаточному вводу производственных мощностей, не обеспечивающему планируемых объемов добычи. К тому же введенные мощности используются не полностью, а их освоение происходит со значительным отставанием от нормативных сроков.

С целью поддержания производственной мощности шахты на требуемом уровне, исключения влияния перечисленных выше негативных явлений на эффективность работы угледобывающего предприятия некоторые шахты ведут подготовку и ввод в эксплуатацию отдельных участков шахтопластов хозспособом. Эти шахтоучастки работают как самостоятельные производственные единицы (модули), без какой-либо технологической связи с шахтой-лидером. Анализ опыта работы таких участков как производственных единиц, входящих в структуру шахты, но технологически с ней не связанных, позволил установить эффективность данного подхода к отработке запасов шахтопластов, в результате чего улучшаются технико-экономические показатели даже базовой шахты.

Таким образом, под шахтой модульного типа как технической системой понимается часть месторождения или шахтного поля, вскрытая с поверхности стволами или скважинами, используемыми для спуска – подъема людей, оборудования и материалов, подъема полезного ископаемого и породы, а также для вентиляции. Объединяет шахты модульного типа общая для всех шахт месторождения или шахтного поля главная транспортная артерия, находящаяся на поверхности, по которой осуществляется транспортирование угля к главному пункту сбора и дальше – к потребителю. При этом отпадает необходимость в проведении главных (общешахтных) стволов, вскрывающих квершлагов и магистральных штреков. Выработки шахт-модулей по окончании отработки угля полностью погашаются. В данном случае исключается необходимость в проведении и поддержании большого количества выработок. Кроме того, что особенно важно, эта идея позволяет реализовать принцип поэтапного проектирования шахты.

Во многих теоретических разработках обосновывается концепция принципиально новой технологии отработки запасов угольных месторождений. Исходя из имеющихся геологических данных о месторождении, авторы предлагают осуществлять проектирование шахты с параметрами и технологическими решениями, которые считаются прогрессивными в течение определенного промежутка времени. Шахтное поле предполагается разделять на ряд участков в соответствии с длительностью этапов развития шахты. Параметры отдельных общешахтных технологических звеньев, срок службы которых превышает длительность одного этапа развития шахты, принимаются с учетом долгосрочных прогнозов. Определение параметров на следующем этапе становится задачей оптимального согласования решения о существенности имеющихся фондов законченного этапа с прогрессивными тенденциями в развитии техники и технологии в будущем. Это согласование и проектирование с обновлением производства осуществляются до тех пор, пока не будут отработаны все запасы шахтного поля.

Принципиальной особенностью предлагаемой концепции является то, что первоначально разрабатывают генеральную схему вскрытия месторождения или его части (шахтного поля) с предпосылкой работы шахты без погоризонтных углубок вскрывающих выработок.

В рамках генеральной схемы вскрытия выделяются пионерные опытно-промышленные блоки на выходах пластов под наносы, на которых с минимальными капиталовложениями и малым сроком строительства ведутся опробование эксплуатационными работами и доразведка месторождения с целью сбора информации для последующего проектирования и строительства.

Проектирование, строительство и эксплуатация ведутся поэтапно на основе накапливающейся опережающей информации, полученной при эксплуатации пионерных блоков. При этом наиболее важные и дорогостоящие объекты (вертикальные стволы, околоствольные дворы, главная промплощадка, энерго- и теплоснабжение, обогатительная фабрика и т.п.) строятся в последнюю очередь на основе необходимого и достаточного объема опытно-промышленной эксплуатации, когда точно и однозначно определены возможности роста нагрузки на очистные забои, соотношение вскрывающих, подготавливающих и нарезных работ, потребности в транспорте и вентиляции, водоотливе и энергоснабжении, тепле. Наращивание объемов производства на стадии предварительной эксплуатации приводит к окупаемости внесенных ранее капиталовложений.

После окончания строительства шахты горные работы больше не углубляются до полной отработки всех запасов, чем ликвидируются все отрицательные последствия углубок-реконструкций. Шахта может подвергаться только техническому перевооружению.

Полный срок строительства шахты уже не будет иметь столь важного значения, так как финансовые и материальные затраты не будут омертвляться на весь срок строительства. Шахта может строиться 10 – 15 лет и более (при соответствующих запасах угля), но параллельная со строительством эксплуатация, окупающая поэтапные капиталовложения, позволит выбрать оптимальный вариант полностью готового объекта и его составных частей.

Исходя из поставленных при исследовании задач, разрабатываются новые технологические решения применительно к специфике конкретных горно-геологических условий, при принятии которых критически оценены и учтены достоинства и недостатки известных ранее решений.

Ответственным этапом исследований являются формирование для конкретных горно-геологических условий рациональных технологических решений и обоснование их параметров методом экономико-математического моделирования с использованием ЭВМ. Для этого необходимо произвести выбор критерия оптимальности принимаемых решений и на его основе осуществить разработку экономико-математической модели. Однако в настоящее время в условиях проведения в стране политической и экономической реформы в отрасли выбор критерия оптимальности весьма затруднителен. Если в “застойные” времена основным экономическим критерием, по которому оценивались принимаемые решения, служили приведенные затраты, рассчитываемые за определенный период времени (период оптимизации) и характеризующие вариант проектного решения с точки зрения как необходимых капитальных вложений, так и эксплуатационных издержек, то в настоящее время на первое место выступает прибыль. Однако мы не исключаем использование в качестве критерия и какого-либо еще показателя или выведение и обоснование комплексного критерия оптимальности, включающего в себя в интегральном виде ряд показателей или параметров.

Одним из главных достоинств вскрытия, подготовки и отработки запасов месторождений шахтами модульного типа является возможность самофинансирования их производственной деятельности. При этом в основном сохраняется принцип традиционного формирования фонда развития производства, однако структура финансовых накоплений угледобывающего предприятия должна быть изменена на инвестиционном уровне.

Для "воспроизводства" шахты-модуля за счет сформированного фонда развития производства необходимо, чтобы суммарные накопления в фонде развития производства за ряд лет были не меньше величины первоначальных капитальных вложений на освоение запасов рассматриваемой шахты-модуля с учетом налогов, различных платежей и отчислений в бюджет.

Реализация системы оптимального проектирования шахт модульного типа предусматривает подтверждение объективности аналитических расчетов параметров шахт модулей, а также технико-экономических показателей качества их функционирования и эффективности использования принимаемых технологических схем отработки запасов угольных месторождений.

Уместно заметить, что рыночный фактор при обосновании характеристик технологических схем шахт модульного типа может быть учтен при оценке проектных решений посредством показателя конкурентоспособности предприятия по потребным объемам и качеству конечной продукции.

г Е.И. Сергеев, А.С. Соловьев, А.Ю. Кузнецов, 1998