МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по проектированию технологии и организации работ при подготовке новых горизонтов действующих шахт

Харьков

1976

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

СОЮЗШАХТОСТРОЙ

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОРГАНИЗАЦИИ И МЕХАНИЗАЦИИ ШАХТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

внииомшс

УТВЕРЖДЕНО Главным инженером Союзшахтостроя Ю. А. СИБИРСКИМ 8 января 1976 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по проектированию технологии и организации работ при подготовке новых горизонтов действующих шахт

Харьков

1976

ребер с одинаковыми концевыми вершинами. Две цепи с индексами тип непересекающиеся, если вершины, входящие в Q_m, не являются внутренними для Q_n цепи.

2.10.    Представив сеть горных выработок горизонта в виде графа, рассматриваемую задачу можно сформулировать следующим образом: дан граф С=(У, Г), разбить его на множество непересекающихся путей.

Число разбиений конечного графа на независимые цепи можно определить из соотношения

* = 4-(м-1(р-2)),    (2.5)

где L — число вершин, для которых р= 1.

2.11.    Программа «Горизонт» предусматривает возможность определения срока строительства горизонта по нормативной, рекомендуемой и искомой скорости проведения горных выработок, лежащих на критическом пути. Нормативная скорость принимается согласно СНиП ШБ 9-69, а также согласно приказу Минуглепрома СССР № 339 от 18.09.73 г. (вариант).

Рекомендуемая скорость определяется на основании «Технологических схем проведения горизонтальных и наклонных капитальных горных выработок при строительстве и реконструкции шахт», разработанных ВНИИОМШСом:

8

v_lt - ^ис* П щ м/месяц    (2.6)

1=1

(для выработок околоствольного двора, камер и сопряжений выражается в м³/месяц);

Рис — исходная скорость проведения выработки.

За исходную принимается скорость проведения выработки при следующих горнотехнических условиях: сечение выработки в свету S_Cb> 11,2 м², в проходке 5_пр > 14 м²; коэффициент крепости пород / < 6; крепь для камер — бетон, протяженной выработки — металлические арки; выработка без обратного свода проходится с подрывкой пород >80%; для бурения шпуров применяются бурильные установки типа БУ, КБМ, НБ; для погрузки породы используются ковшовые погрузочные машины.

На основании перечисленных горнотехнических условий исходная скорость проведения протяженной выработки принята равной ПО м/месяц для выработок околоствольного двора, камер и сопряжений — 640 м³/месяц.

При вскрытии выбросоопасных или угрожаемых внезапными выбросами пластов, а также при применении мероприятий по предотвращению выбросов в забоях выработок к исходной ско-10

рости следует применять поправочный коэффициент. Так, для протяженных выработок I Im, =0,2; для выработок околостволь-

ного двора, камер и сопряжений Пm_j =0,4. При проведении

выработок по выбросоопасным породам — соответственно Пт* =

= 0,6 и Пт,-= 0,7. Эти коэффициенты определены на основании

данных, приведенных на рис. 1, 2, 3, 4, 5, 6 и в «Альбоме типовых технологических схем вскрытия и подготовки, систем разра ботки, способов ведения очистных работ и проведения подготовительных нарезных выработок на выбросоопасных пластах». М., 1973 г.

Исходная скорость проведения выработок, горнотехнические условия которых отличаются от вышеперечисленных, определяется с учетом следующих поправочных коэффициентов:

(2.7)

Перечисленные поправочные коэффициенты учитывают изменения: сечения выработки — m\_t крепости пород — то, типа крепи — т₃, бурового оборудования — т₄, погрузочных машин — т₅, обратного свода — Шб (если он имеется), угла наклона выработки — ту, величины подрывки породы — т₈.

Значения поправочных коэффициентов приведены в табл. 2.

2.12. Объем выработок, проводимых ежемесячно по каждому пути, ставится в соответствие элементу прямоугольной матрицы. Матрица имеет / строк (число независимых путей) и i столбцов (количество месяцев проходки самого длинного пути). Часть чисел в каждой строке матрицы может равняться нулю. Не менее чем одна строка имеет максимальное количество чисел. Группа чисел в строке всегда располагается непрерывно. Числа вдоль строки можно перемещать всей группой только вправо и вверх. Количество столбцов может увеличиваться. Строки имеют иерархию (учет ограничений по проветриванию и др.).

Числа в строке перемещаются так, чтобы: а) сумма чисел по столбцам не превышала определенной величины. Тогда

2 v„ < п

где / — количество строк в матрице;

i — количество столбцов в матрице;

П — ежемесячная производительность подъема;

Уц — объем породы, выданной в течение месяца из /-го пу

И

	Значения поправочных коэффициентов
Коэффициент	для протяженных выработок	для выработок около-ствольного двора, камер и сопряжений
1	2	3
тх	1.05	1.03
п,г	0,95 9 >/ > 6 0.75 / > 9	0,85
т9	0,9—металлобетонная, тюбинговая, блочная и смешанная крепи;
	0,85 бетонная крепь; 1,1 — штанговая и набрызг-бетонная крепи	0,9 — металлобетонная крепь
тА	0,97	0,93
т5	1,2 0,85 — при применении скреперной установки	1,15
	0,65	0,75
т-	0,85 — уклонные выработки 0,95 — бремсберговые выработки
mt	1,35 — горизонтальные выработки с подрывкой породы < 80% 1,1 — наклонные выработки с подрывкой породы <80%

б)    соблюдалась минимальная размерность матрицы по столбцам и строкам, т. е.

[/] -* min, [/] -*min;

в)    критерием оптимальности выступает срок подготовки горизонта (минимальное число столбцов).

Методом перебора вариантов производится перестройка матрицы.

Полученное количество столбцов является сроком строительства горизонта, а количество строк соответствует количеству одновременно проходимых забоев.

2.13. Удельная численность суточной бригады проходчиков (отнесенная к 1 м³ выработки в свету), зависящая от горнотехнических условий проходки, для горизонтальных и наклонных протяженных выработок

В методических указаниях предлагается метод оптимизации параметров строительства нового горизонта. Предложена методика расчета оптимальных параметров проходческого цикла для проектирования организации работ по проведению горных выработок. Даны методические рекомендации по выбору общешахтных комплексов и энергоснабжению в период подготовки новых горизонтов, а также краткие указания по монтажу постоянного технологического оборудования.

Разработали методические указания канд. техн. наук Морозов В. Е. (руководитель), инженеры Горбик Л. Б. (ответственный исполнитель), Гершфсльд А. А., Костюченко Н. Б., Маркова Л. В. при участии канд. техн. наук | Алексеева В. Б. _t канд. эконом, наук Шунтакова Б. В., инженеров Лепетченко Л. А., Нахимовой Г. И., Сенкевич М. В., Окус-ка А. А., Павлюткина А. П., Барского В. В., техников Якуновой В. И., Федоренко В. В.

Работа предназначена для проектных и шахтостроительных организации Министерства угольной промышленности, осуществляющих проектирование и строительство новых горизонтов.

Методические указания утверждены на заседании учёного совета института (протокол Nt 9 от 24 ноября 1975 г.).

Задача повышения эффективности использования капитальных вложении в угольную промышленность требует непрерывного совершенствования технологии и организации ведения горных работ по воспроизводству линии очистных-забоев и, в частности, строительству новых горизонтов на действующих шахтах.

Проектирование организации подготовки новых горизонтов традиционными методами не обеспечивает достаточную обоснованность принимаемых решений с точки зрения их оптимизации и не удовлетворяет возросшим требованиям повышения эффективности использования капитальных затрат.

В связи с этим назрела необходимость совершенствования методов проектирования организации строительства горизонтов с тем, чтобы обеспечить своевременный ввод их в эксплуатацию при минимальных капитальных затратах.

Этим требованиям удовлетворяют методы математического моделирования с использованием ЭВМ, которые позволяют оптимизировать весь комплекс параметров (скорость проведения горных выработок, последовательность и сроки выполнения горнопроходческих работ, выбор проходческого оборудования), связанных с подготовкой новых горизонтов, при наиболее эффективном использовании капитальных вложений, трудовых и материальных ресурсов.

В свете решения перечисленных задач ВНИИОМШС в соответствии с отраслевым тематическим планом разработал «Методические указания по проектированию технологии и организации работ при подготовке новых горизонтов действующих шахт».

3

Раздел I

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СОСТАВЛЕНИЯ ПРОЕКТА ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА НОВОГО ГОРИЗОНТА ДЕЙСТВУЮЩЕЙ ШАХТЫ

1.1.    Основными документами по подготовке нового горизонта действующего предприятия должны быть утвержденные проекты организации строительства и производства работ.

1.2.    Разработка оргстройпроектов и производство работ при

подготовке новых горизонтов действующих шахт должны осуществляться в соответствии с требованиями СНиП Ш-Б 9-69, СНиП П-М 4-65, «Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах», «Указаний по организации строительства предприятий по добыче полезных ископаемых» (СН 377-67), «Инструкции по разработке проектов организации строительства и проектов производства работ» (СН 47-74), «Указаний по проектированию трубопроводов, прокладываемых в подземных выработках угольных и сланцевых шахт», М.,    1972,

«Основных направлений и норм технологического проектирования угольных шахт, разрезов и обогатительных фабрик», М., 1973, «Единых правил безопасности при взрывных работах», «Инструкции по расчету количества воздуха, необходимого для проветривания действующих угольных шахт», М., 1973, «Временной инструкции по определению расчетных расходов сжатого воздуха для угольных шахт», «Указаний по проектированию электроснабжения угольных шахт», М., «Центрогипрошахт», 1963 г., «Руководства по борьбе с пылью в угольных шахтах», М., 1971, «Временной методики по прогнозированию температурных условий в тупиковых горных выработках», «Основных положений по проектированию и эксплуатации подземного транспорта угольных шахт», М., 1975 и рекомендациями настоящих методических указаний.

4

1.3.    Исходными материалами для разработки оргстройиро-екта, построения и реализации экономико-математической модели строительства горизонта являются:

—    схема вскрытия горизонта;

—    план горных работ подготавливаемого горизонта;

—    характеристика угольных пластов, пересекаемых горными выработками;

—    титульный список на горные работы с геологической и технической характеристиками выработок;

—    характеристика проходческих и постоянных подъемов, намечаемых для использования при строительстве горизонтов, и баланс времени их работы;

—    краткая характеристика действующих общешахтных комплексов (транспорта, вентиляции, водоотлива и др.);

—    сведения об источниках получения сжатого воздуха и электроэнергии с указанием мест возможного подключения;

—    прогноз ожидаемых водопритоков при проведении горных выработок;

—    схема вентиляции шахты, количество поступающего воздуха;

—    краткие сведения о режиме работы шахты.

1.4.    Проект организации строительства горизонта должен состоять из расчетно-пояснительной записки, чертежей, схем, таблиц и содержать:

—    план горных работ и околоствольного двора подготавливаемого горизонта;

—    характеристику горно-геологических условий горизонта;

—    обоснования принятых методов производства горнопроходческих и монтажных работ;

—    обоснования принятой последовательности проведения горных выработок;

—    обоснования принятых скоростей проведения выработок;

—    обоснования по выбору проходческого оборудования;

—    расчеты потребности в материально-технических ресурсах;

—    технологические схемы проведения выработок;

—    схемы и средства водоотлива;

—    схемы и средства проветривания;

—    проверочный расчет производительности подъема;

—    схемы энергоснабжения, освещения, сигнализации и связи;

—    потребность рабочей силы по годам строительства;

—    технологические карты по монтажу постоянного оборудования и календарный план монтажных работ;

—    сводный календарный план подготовки горизонта;

—    основные мероприятия по технике безопасности.

5

Раздел 2

МЕТОД ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ СТРОИТЕЛЬСТВА НОВОГО ГОРИЗОНТА ДЕЙСТВУЮЩЕЙ ШАХТЫ

2.1.    К основным задачам технологии и организации строительства нового горизонта действующей шахты относятся:

—    установление очередности проведения горных выработок;

—    определение скорости проведения выработок;

—    выбор комплектов проходческого оборудования для проведения горных выработок.

Совокупное решение этих задач в оптимальном варианте, определяющее рациональный срок подготовки горизонта, решается методом экономико-математического моделирования с использованием ЭВМ.

2.2.    Вычислительные и логические процессы решения рассматриваемой задачи на ЭВМ выполняются в следующей последовательности:

а)    вводятся массивы исходной информации;

б)    производится разбиение графа на непересекающиеся пути;

в)    выбирается комплект проходческого оборудования для проведения горных выработок;

г)    рассчитывается состав проходческих бригад;

д)    определяется скорость проведения выработок;

е)    строится график выхода породы с учетом ограничений по фактору подъема;

ж)    определяется срок и минимальная стоимость строительства горизонта;

з)    рассчитывается распределение капвложений и трудоре-сурсов по годам строительства горизонта.

Определение перечисленных параметров производится на ЭВМ «Минск-32» при помощи программы «Горизонт» (ГРЗНТ), изложенной в Инструкции по проектированию технологии и организации работ при подготовке новых горизонтов действующих шахт, раздел I.

2.3.    Для решения перечисленных задач на ЭВМ примени

тельно к конкретным условиям шахты необходима следующая количественная и качественная информация:    представление

сети горных выработок в виде графа; горно-геологическая и горнотехническая характеристика каждой выработки (вид выработки, тип крепи, коэффициент крепости пересекаемых пород, сечение выработки и ее назначение); стоимостные коэффициенты.

6

Информация о представлении горизонта в виде графа объединяется в двухмерный массив.

Для расчета данные о природных характеристиках выработок объединяются в одномерный массив чисел и вводятся в память ЭВМ после ввода массива о представлении горизонта в виде графа.

Информация о стоимостных параметрах объединяется в двухмерный массив, строчками которого являются индексы выработок, а столбцами — их характеристики. Стоимостные данные записаны в магнитной ленте в ВЦ «Южгнпрошахта», а также хранятся в архиве ВНИИОМШСа.

2.4. Оптимизация основных параметров строительства горизонта должна производиться с учетом изменения природных и технических факторов, представленных в табл. 1.

Таблица 1

Факторы Услов ные обозна чения Диапазон изменения Примечания 1 2 3 4 Природные Коэффициент крепости пород f 4—14 — То же, угля Мощность пластов угля f 1,5-2.0 — т 0.G-3.5 — Обводненность забоя кв До 6м5/ч — Газоносность угольных кг Любой — пластов Склонность пластов к внезапным выбросам кииб Учитывается при определении скорости проведения выработок Угол падения пластов а Любой — Технические Сечение горных выра- Sen 2,7-35.0 боток Тип крепи Кк По данным и. 2.5 Стоимостные коэффициенты а, b Классифицированы по видам выработок] Тип выработки i п 1 ! ! Разделены на: выработки околоствольного двора, квершлаги, полевые штреки, штреки с подрывкой, полевые бремс-5ерги, бремсберги с подрывкой, полевые уклоны, уклоны с подрывкой Производительность П Л юбон — подъема

7

2.5.    В расчетах принята следующая классификация типов крепи:

Стены и свод — бетон Металлическая (в камерах)

Штанговая

Арки из спецпрофиля из I Л? 20 в бетоне с обратным сводом То же, I ЛЬ 24

Арки из спецпрофиля или I ЛЬ 20 Железобетонные стойки с металло-в бетоне    верхняком

То же, I ЛЬ 24    Стены    и свод из монолитного желе

зобетона (сопряжения)

Набрызгбетон

2.6.    При проектировании организации строительства нового горизонта следует исходить из учета влияния многих взаимосвязанных как количественных, так и качественных характеристик на временные и стоимостные показатели строительства.

Перечисленные в п. 2.1 параметры определяют как продолжительность строительства горизонта, так и уровень капитальных затрат на его подготовку. Поэтому в качестве критерия оптимальности принимаются приведенные затраты на строительство горизонта:

(2.1)

где Сt — годовые затраты, руб;

t — год строительства горизонта (1, 2, ...);

Е_Пр — нормативный коэффициент эффективности, равный 0,08;

п — продолжительность строительства горизонта, год.

2.7. Задача выбора оптимальных параметров строительства горизонта заключается в исследовании на минимум стоимости нелинейной функции в зависимости от природных и технических условий:

С = Ф(Х, и),

где X — вектор природных и технических характеристик;

U — вектор оптимизируемых характеристик.

Вектор А' можно представить следующими компонентами:

Х= (/, ш, квыГи о, 5св, £к, Тп, я, Ь» П),    (2.3)

(их расшифровку см. в табл. 1).

Вектор U включает такие компоненты:

Й=(£(У. О л₃, v_it *>з,о, Тт, Т),

8

где g(W, Г) —качественная характеристика, определяющая очередность проведения горных выработок; п₃ — количество одновременно работающих забоев;

Vi — искомая скорость проведения каждой выработки; v_B — нормативная скорость; и_р — рекомендуемая скорость;

Уз. о — качественная характеристика, учитывающая комплекты проходческого оборудования;

Т_т — распределение трудовых ресурсов в разрезе календарного времени строительства горизонта;

Т — срок строительства горизонта.

Значения компонентов вектора X задаются однозначно согласно проекту вскрытия и подготовки нового горизонта. Разнообразие компонентов вектора U определяется в соответствии с конкретными особенностями и характером решаемых задач.

Наивыгоднейшим является такое сочетание оптимизируемых параметров, которое удовлетворяет условию минимума приведенных затрат на подготовку горизонта.

2.8.    Экономико-математическая модель охватывает области природных и технических условий подготавливаемого горизонта. При расчете значений функции цели к учету принимаются затраты, связанные со строительством горизонта и зависящие от оптимизируемых параметров.

Экономико-математической моделью учитываются прямые нормируемые затраты на строительство горизонта, общешахтные и накладные расходы, а также плановые накопления.

2.9.    Сеть горных выработок горизонта представляется в виде частично ориентированного графа G=(У, Г) без петель.

Каждая дуга графа отображает выработку, а вершина — ее пересечение или конец. Тогда любой путь на графе может быть интерпретирован как поток породы с топологической характеристикой [1].

Под мажорантами на графе G(У, Г) понимаются вершины графа, которым соответствуют подготовительные выработки у очистных забоев и др.

За миноранты принимаются вершины выработок, проводимых для сбойки между стволами.

Число ребер р, выходящих из вершины, определяет ее локальную степень. Если локальная степень р= 1, вершины определяют начальное или конечное положение ребра (миноранту или мажоранту в исходном графе). Степень р = 2 определяет естественное продолжение графа, а для всех р > 3 вершины графа имеют разветвления.

Множество ребер, построенных в определенном порядке, образуют цепь Q. Цепь Qj независимая, если она не содержит

9