Обоснование проектных решений по рациональной отработке запасов выемочных участков угольных шахт в зонах геологических нарушений

Актуальность работы. Угольная промышленность России в настоящее время находится на пути инновационного развития производства, повышения интенсивности и концентрации горных работ. В то же время активизация инновационной деятельности горных предприятий сопряжена с возрастанием различного рода рисков необоснованного принятия проектных решений по отработке запасов выемочных участков шахтных полей. Игнорирование этих рисков может привести к существенной потере устойчивости функционирования шахты и ее инвестиционной привлекательности, а также к снижению полноты использования георесурсного потенциала и значительным финансовым издержкам производства. Минимизировать эти риски возможно в первую очередь за счет надежного прогнозирования горно-геологических условий ведения очистных работ. Современные горно-геологические информационные системы позволяют корректно моделировать пластовые месторождения, выявлять нарушения в их залегании и объективизировать пространственно-планировочные решения по формированию контуров отработки запасов полезных ископаемых. Наличие достоверной информации о нарушенности шахтных полей дает возможность заблаговременно оценить степень сложности горно-геологических условий и обосновать проектные решения по рациональной отработке запасов нарушенных участков угольных пластов с использованием комплексов очистного оборудования современного технического уровня.

В то же время следует отметить, что в этом направлении в прошлом столетии и в начале этого был выполнен ряд исследований, посвященных оценке сложности геологических нарушений и разработке технологических решений по переходу их очистными работами. Однако эти решения относились к определенным комплексам очистного оборудования, что не позволяло использовать результаты выполненных исследований для формирования единой методической базы проектирования отработки запасов в нарушенных зонах выемочных участков и подготовки производства очистных работ с применением механизированных комплексов высокого технического уровня.

Вышеизложенное позволяет объективно говорить об актуальности для угольной промышленности задачи обоснования проектных решений по рациональной комплексно-механизированной отработке запасов в зонах геологических нарушений.

Целью диссертации является разработка методики обоснования проектных технологических решений по рациональной комплексно-механизированной отработке запасов в зонах геологических нарушений угольных пластов, обеспечивающих повышение эффективности и безопасности горных работ, а также полноты извлечения запасов угля и рентабельности производства.

Основная идея работы заключается в реализации комплексного подхода к обоснованию проектных решений по рациональной отработке запасов в зонах геологических нарушений угольных пластов с использованием информационных технологий для оценки сложности нарушений и минимизации рисков их безопасного и эффективного преодоления.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

• принятие решений на стадии проектирования отработки запасов выемочных участков в зонах геологических нарушений должно базироваться на результатах комплексной оценки параметров каждого нарушения, аналогов технологических схем перехода нарушений и возможных рисков их реализации;

• определяющими критериями рациональности проектных решений по отработке запасов в зоне геологического нарушения являются техническая возможность перехода его очистным механизированным комплексом, экономическая эффективность отработки запасов в режимах перехода или перемонтажа оборудования, а также безопасность ведения горных работ в зоне нарушения;

• устойчивая работа очистного механизированного комплекса в зоне выявленного геологического нарушения зависит в первую очередь от амплитуды нарушения, полноты соответствия технических возможностей применяемого оборудования параметрам нарушения, ресурса функциональных элементов очистного комплекса, уровней организации производства и безопасности при переходе зоны геологического нарушения;

• минимизация основных видов рисков, возникающих в процессе отработки запасов в зонах геологических нарушений, обеспечивается при адресно-ориентированном выполнении мероприятий по укреплению углепородного массива нарушенной зоны, а также при необходимости разупрочнения его торпедированием пород кровли, камуфлетным взрыванием, гидрорыхлением, в зависимости от горнотехнических характеристик массива в зоне нарушения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• проведены исследования результаты которых позволяют заранее спрогнозировать «ход событий», связанных с внезапной или предполагаемой встречей очистным забоем геологического нарушения, и своевременно применить ряд мероприятий для его успешного преодоления;

• разработаны методические положения по обоснованию рациональных проектных решений по отработке запасов выемочных участков в зонах геологических нарушений, позволяющие избежать проведения дополнительных геологоразведочных работ;

• разработаны алгоритм и программное обеспечение принятия решений по переходу зон геологических нарушений, позволяющие оперативно осуществлять принятие решений, как на стадии проектирования горных работ, так и при внезапной встрече геологического нарушения очистным механизированным комплексом;

• разработана база нечетких правил принятия решений по осуществлению необходимых мероприятий при ведении очистных работ в зоне геологических нарушений;

• определен комплекс мероприятий, позволяющих минимизировать основные риски, связанные с изменением состояния углепородного массива и сопровождающие отработку запасов выемочных участков в зонах геологических нарушений, и разработаны рекомендации по использованию возможностей программных модулей FUZZY TECH 5.54D для выбора, на стадии проектирования, необходимых мероприятий.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

• достаточным объемом геолого-маркшейдерской и статистической информации, характеризующей нарушенность и опыт отработки запасов угольных пластов перспективных месторождений России;

• корректным использованием современных методов исследований;

• адекватностью полученных результатов исследований и выводов реальным проектным решениям по отработке запасов нарушенных угольных пластов.

Научное значение диссертации состоит в разработке методики обоснования возможности рациональной отработки запасов угля в зонах геологических нарушений и мероприятий по минимизации рисков принятия решений на различных стадиях проектирования отработки запасов выемочных участков шахтных полей.

Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по повышению уровня обоснованности технологических и пространственно-планировочных решений при проектировании отработки запасов с геологическими нарушениями выемочных участков угольных шахт с целью снижения издержек производства, связанных с несвоевременным принятием решений или принятием решений, не отвечающих условиям рационального и безопасного преодоления механизированными комплексами нарушенных зон.

Реализация работы. Результаты исследований рекомендованы к использованию при обосновании проектных решений по рациональной отработке запасов в зонах геологических нарушений угольных пластов на шахтах ЗАО «Распадская угольная компания».

Апробация работы. Основные положения диссертации были обсуждены и получили одобрение на научных симпозиумах в рамках «Недели горняка» в МГГУ (Москва, 2010 — 2012), на научных семинарах кафедры подземной разработки пластовых месторождений МГГУ (Москва, 2009 — 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 2 — в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, содержит 26 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 80 наименований.

выводы.

1. Разработаны рекомендации по организации в угольных компаниях системы обоснования проектных решений по отработке запасов в зонах геологических нарушений высокопроизводительными комплексами очистного оборудования, состоящей из: базовой горно-геологической информационной системы, одного из лидеров отрасли коммерческих программных продуктов, предназначенных для угледобывающих предприятий, разработанного автором диссертации и внедренного в базовую горно-геологическую информационную систему алгоритма принятия проектных решений по преодолению очистными механизированными комплексами зон геологических нарушений.

2. Реализация системы обоснования проектных решений по отработке запасов в зонах геологических нарушений путем разработанного автором диссертации программного обеспечения и синхронизированного с базовой горно-геологической информационной системой, позволяющего в автоматизированном режиме принимать проектные решения по отработке запасов угольных пластов имеющих геологические нарушениясинхронизированного с базовой горно-геологической информационной системой программного пакета нечеткой логики FUZZY TECH 5.54D, работающего по нечетким правилам выбора мероприятий по переходу зон геологических нарушений, разработанным автором диссертации.

3. Для минимизации основных видов рисков, сопровождающих принятие проектных решений по переводу очистного механизированного комплекса через геологическое нарушение, необходимо, по возможности, осуществить более детальную разведку зоны влияния геологического нарушенияоценить техническое состояние очистного комплекса с целью минимизации последствий отказов по технической причинеосуществление мероприятий по управлению состоянием углепородного массива в зоне распространения геологического нарушения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, содержится решение задачи обоснования проектных решений по рациональной отработке запасов выемочных участков угольных шахт в зонах геологических нарушений, обеспечивающих повышение безопасности и эффективности горных работ, а также полноты извлечения полезного ископаемого, что имеет существенное значение для угольной промышленности России.

Основные научные результаты и выводы, полученные лично автором, и рекомендации заключаются в следующем:

1. Осуществлена оценка минерально-сырьевой базы перспективных угольных месторождений и нарушенности угольных пластов.

2. Проведен анализ опыта отработки запасов нарушенных пластов.

3. Проведен анализ уровня изученности вопроса перехода очистными механизированными комплексами зон геологических нарушений.

4. Обоснована структура формирования геологической базы принятия решений об отработке запасов угля в нарушенных зонах выемочных участков.

5. Разработана теоретическая база обоснования проектных решений по эксплуатации очистных механизированных комплексов в зонах геологических нарушений с использованием информационных технологий.

6. Разработаны алгоритм и информационно-программная база системы комплексной реализации методики обоснования проектных решений по отработке запасов угольных пластов в зонах геологических нарушений.

7. Сформирована система ограничений и управления рисками при принятии проектных решений по отработке запасов в зонах геологических нарушений.

8. Разработана база правил нечеткого вывода и сформулированы рекомендации по использованию возможностей программных модулей нечеткого вывода FUZZY TECH 5.54D при обосновании выбора мероприятий по снижению основных видов рисков, связанных с изменением состояния углепородного массива при отработке запасов в зонах геологических нарушений.

При проверке работоспособности разработанного алгоритма, программного обеспечения и базы нечетких правил были использованы особенности работы очистного механизированного комплекса в условиях преодоления геологических нарушений добычного участка 0.5.2 шахты «Распадская-Коксовая», а в качестве аналогов проектные решения, принятые ранее инженерно-техническими работниками шахты для успешного преодоления очистным механизированным комплексом геологического нарушения. В результате проверки установлено, что все рекомендуемые технологические решения по преодолению зоны геологического нарушения при реализации разработанного алгоритма, с использованием разработанного автором программного обеспечения, и базы правил нечеткого вывода в программных модулях FUZZY TECH 5.54D, удовлетворительно совпали с принимаемыми инженерами шахты решениями, которые в свою очередь оказались рациональными.

Вся процедура оценки переходимости нарушений и выдачи рекомендаций о реализации необходимых мероприятий осуществляется при нулевом участии человеческого фактора в принятии проектных решений, а быстрота получения результата позволяет использовать разработанные алгоритм и программное обеспечение и базу правил нечеткого вывода даже в условиях внезапной встречи геологического нарушения.