Geum.ru
Темы диссертаций по экономике » Организация производства

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



Автореферат



Ученая степень кандидат технических наук
Автор Позанова, Ирина Анатольевна
Место защиты Москва
Год 1993
Шифр ВАК РФ 08.00.28

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 Ч Организация Производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата- технических наук

Москва 1993

Работа выпонена 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 Ч Центрогипрошахт.

Защита диссертации состоится л 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 л . . . . . . . . 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 методикл 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 выпоненных 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, выпоненный 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.тельным фабрикам

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 выпонено 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-

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

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

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

Задаваемые контура, в которых выпоняется 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 паралельно:

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 Х

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

мого угля был разработан и программно реализован агоритм 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) (л5 ).

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 : Ло (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* Д + О.ГГ ; П> ГР * -0.gr. (8)

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

а V '28.24 3г- 4*8Х& . +9942. > -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. допонительно 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

где , (14)

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 Х . 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-

,Д, 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 ( кДк,), 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/х решений на опреде-

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, строися план добычных работ на IV квартал-1992 г. (по декадам) для разреза "Тугнуйский" ПО "Востсибуголь".

В результате решения задачи определяся 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

Выпоненные 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-

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 агоритмического 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);

задание порядка и параметров отработки забоев; установление ПР "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. Агоритм 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.

Похожие диссертации