Дипломная работа: Анализ использования сырьевых ресурсов и пути их улучшения в производстве готовой продукции (на примере ЦОФ "Карагандинская")

На основании разработанной очередности переходов каждого очистного забоя из отработанного во вновь подготавливаемый, составляется для каждого из комплексно-механизированных забоев график ввода и выбытия, при этом даты окончания работ в отдельных выемочных полях определяются исходя из их линейных размеров и расчетных суточных подвиганий. Имея какую-то временную точку привязки, и определив продолжительность отработки столба, устанавливают дату его окончания и т.д. Эти даты затем используются в годовой программе развития горных работ в качестве плановых, где графически отображаются все переходы очистных забоев.

Следует отметить, что при планировании как очистных, так и горнопроходческих работ, возможны отклонения от утвержденной годовой программы вследствие нарушенности пласта, встречи зон ПГД и т.д., которые требуют корректировки годовой программы развития шахты. Однако осуществить это практически невозможно, вследствие чего сроки подготовки очистного фронта, как правило, не выдерживаются, годовая программа превращается в набор таблиц и возникают перерывы в ведении очистных работ [3]. Следует отметить, что все технологические решения принимаются в одном варианте без рассмотрения возможных альтернатив и их экономического обоснования. Технико-экономические показатели годовой программы рассчитываются тогда, когда все технологические решения уже приняты.

Существующие методы разработки годовой программы развития горных работ на шахте имеют следующие недостатки:

• не учитывается надежность элементов подсистем воспроизводства и динамика протекания процессов очистной выемки, также как подготовки новых лав;

• не производится анализ и не учитываются экономические последствия принимаемых решений по воспроизводству очистной линии;

• отсутствует увязка объемов работ по подготовке очистной линии с материальными ресурсами, вследствие чего возможность маневра с последующими ограничена;

• отсутствие экономически обоснованного критерия оценки эффективности разработки и реализации планов воспроизводства очистного фронта на шахтах;

• отсутствие формального описания процессов воспроизводства очистного фронта.

Возникла настоятельная необходимость в синтезе годовой программы развития шахты с последующей автоматизацией разработки календарных планов развития горных работ и их коррекции и процесса переработки полученной продукции на ОФ.

Для решения проблемы, связанной с построением системы управления развития шахты и обогатительной фабрики представляется весьма целесообразным и актуальным выбрать в качестве объекта исследования конкретную шахту или группу шахт и обогатительную фабрику, на пример которых рассмотреть взаимосвязь горных работ и качества переработки угля.

Ухудшение горно-геологических условий, включение в шихту углей нижних пластов К4-К1, А5-А7, а также отгрузка углей на ОФ в виде горной массы привело к значительному увеличению зольности рядовых углей, обогащенных в обогатительных фабриках и обогатительных установках.

В Карагандинском бассейне, добываются в основном угли марок КЖ, К ОК, ОС, Д и ДГ подземным и открытым способом. Угли подземной добычи обладают хорошими технологическими свойствами , однако использование и для производства доменного кокса без предварительного обогащения невозможно из-за высокой зольности.

Наиболее ценными являются угли марок К и КЖ. Добытый объем полностью перерабатывается на фабриках ,что позволяет включить в процесс угли марки ОС, а угли марок К, КО обогащаются частично и значительная их часть направляется для целей энергетики.

Товарной продукцией обогатительных фабрик и установок являются концентраты для целей коксования и энергетики, промпродукт, отсевы, шламы.

В настоящее время существуют следующие формы организации комплекса шахта - обогатительная фабрика:

а) группа шахт - обогатительная фабрика;

б) одна шахта - обогатительная фабрика.

Во всех случаях качество рядового угля , поступающего на обогащение зависит от качества угля, добываемого в отдельных забоях или на отдельных шахтах. Поэтому, вопрос о том, как в настоящее время учитывается качество угля при планировании развития горных работ на шахте, достаточно рассмотреть на примере какой-либо одной формы организации комплекса.

Обработка показателей добычи и отгрузки углей с шахт, связанных поставками на ЦОФ "Карагандинская" за период 1996-1999 годы, содержащиеся в годовых отчетах по форме 25-тп, учетниках производственно-хозяйственной деятельности, позволили установить основные показатели добычи и отгрузки углей на ЦОФ "Карагандинская" .

За исследуемый период на ЦОФ "Карагандинская" отгружались угли марок К и КЖ. Общий объем поставок углей обеих марок не превышает производственной мощности фабрики, равной 3200 тыс. тонн в год.

2.2 Технология и показатели переработки углей на ЦОФ “Карагандинская”

В карагандинском бассейне находится в эксплуатации обогатительные фабрики и установки, обогащающие угли марок КЖ, К, ОС, Д, ДГ для целей коксования и энергетики.

В бассейне применяются прогрессивные методы обогащения угля: тяжелые среды, отсадка, флотация. На обогатительных фабриках применяется раздельное обогащение крупного и мелкого угля, обогащение угля в неклассифицированном виде и обогащение крупного угля с выделением при этом необогащенного и частично обогащенного отсева.

Обогатительные фабрики и установки Карагандинского угольного бассейна работают по замкнутому циклу водоснабжения через наружные шламовые отстойники и сбросов за пределы этих отстойников не имеют. На фабриках применяются различные водошламовые схемы.

Флотационные отделения фабрик оснащены в основном высокопроизводительными флотационными машинами типа МФУ-2-63, МФУ-12, МФУ6-6.

Основная часть угля в карагандинском угольном бассейне обогащается методом отсадки и в тяжелых средах.

ЦОФ "Карагандинская" является старейшей фабрикой в бассейне. Фабрика была сдана в эксплуатацию в 1936 году. Методы обогащения : отсадка и флотация.

Особенностью технологической схемы ЦОФ "Карагандинская " является обогащение неклассифицированного угля на отсадочных машинах ОМ-18 и флотацией с получением четырех товарных продуктов : концентрата для коксования, крупного концентрата, промпродукта и отходов.

Зольность основных продуктов обогащения колеблется в незначительных пределах и остается практически на одном и том же уровне.

Ухудшение показателей переработки угля на обогатительной фабрике и шахтах, поставляющих уголь на переработку, дает предпосылки для дальнейшего исследования с целью определения параметров оптимального функционирования комплекса шахта или группа шахт обогатительная фабрика.

2.3 Анализ исследований, направленных на совершенствование развития горных работ, повышение качества перерабатываемых углей

В схеме шахта - обогатительная фабрика рядовой уголь выступает как сырье, в результате переработки которого образуется конечный продукт угольной отрасли. И для оптимизации качества углей, направляемых на обогащение , необходимо определить какие мероприятия по снижению или усреднению зольности добываемого угля целесообразно осуществить непосредственно на шахте до передачи угля на обогатительные фабрики Решение этой задачи в огромной степени зависит от правильного выбора и оценки перспективы направления развития горных работ, которое должно обеспечивать систематическое возобновление очистного фронта с целью достижения заданных объемов добычи угля необходимого качества и марочного состава.

Первыми исследованиями по оперативному управлению горными работами на шахте были исследования, предпринятые в МГИ под руководством А.С. Бурчакова [4,5,6]. В серии этих работ использовались различные модификации сетевых методов с оптимизацией во времени, трудовым ресурсам и стоимости.

Вопросам распределения месячной добычи между очистными забоями шахты посвящены исследования О.И. Ниязова [7]. Критерием оптимальности в рассматриваемой постановке задачи является минимум общешахтных затрат. В ограничениях модели учитывается пропускная способность технологических звеньев шахты, а так же выполнение требования по качеству угля.

Разработка и совершенствование методов календарного планирования развития горных работ велись в ведущих институтах СНГ, таких как МГИ, ИГД им. А.А. Скочинского, ДонУГИ, ВНИИУголь, Центрогипрошахт, ЦНИЭИуголь, ИЭПАН УССР, ДГИ, КарПТИ, ИГД СО АН СССР и др. Исследователями, внесшими значительный вклад в решение перечисленных задач были П. В. Авдулов, Н.И. Иванов, К.Н. Адилов, Э.И. Гойзман, А.В. Стариков, В.М. Еремеев, Е.И. Рогов, В.Н. Вылегжанин и др.

В работе С.Д. Качармина [8] процесс очередности отработки запасов рассматривается как дискретный многошаговый, причем на каждом из них осуществляется выбор нового выемочного поля взамен отработанного, с учетом возможности его подготовки и окончательной отработки запасов в старой лаве. Здесь же учитывается наличие трудовых и материальных ресурсов для горнопроходческих работ, возможность выполнения планового объема добычи по шахте и пропускных способностей транспортных звеньев. Критерием оптимальности служит минимум суммарной прибыли по шахте за период отработки столба.

Значителен и весом вклад в разработку методов оптимального воспроизводства очистного фронта на угольных шахтах чл.-корр. АН Республики Казахстан К.Н. Адилова. В работах [9,10] для условий Карагандинского бассейна им разработаны методы расчета календарных планов воспроизводства очистного фронта с учетом оптимального резерва времени на подготовку очистных забоев. Особенно весом вклад К. Н. Адилова в создание методов расчета надежности технологических схем разработки угольных пластов, а также резервирования очистного фронта.

Представляет интерес работа А.М. Арабаджева [11], где предложена методика составления перспективного плана развития горных работ для шахт, разрабатывающих одиночные пласты. В работе задача перспективного планирования ставится как целесообразное распределение добычи угля между очистными забоями, т.е. отыскания такого их сочетания, которое обеспечило бы наиболее эффективную степень ведения горных работ.

Для описания экономико-математической модели и при ее реализации для выбора оптимального варианта календарного плана используется метод последовательного конструирования, анализа и отсеивания вариантов, разработанный В.С. Михальченко.

Перспективам повышения технического уровня горно-подготовительных работ на угольных шахтах посвящены работы [12,13].

Резниченко С.С. в работе [14] отмечает, что в настоящее время интенсивно развиваются методы оптимального планирования горных работ. В то же время разработка оптимального плана развития горных работ и его главных параметров важнейшее, но не единственное условие решения поставленной проблемы. Необходимо также создать условия, при которых предприятию в целом и отдельным его подразделениям было бы невыгодно отклоняться от найденного оптимального режима.

Наиболее тщательно вопрос планирования очистных работ в рамках производственной программы и использования ЭВМ разработан в ФРГ. Учитывая особенности горного производства, авторы опубликованной работы [15,16] Шик Д. и Клинген Б. четко формулируют задачу производственного планирования как максимальное исчерпание запасов месторождений, эффективное ведение очистных работ с учетом требований рынка и экономически выгодной разработки этих запасов. Результатом решения задачи на ЭВМ являются объем добычи, скорость подвигания очистных забоев и качество угля по отдельным очистным участкам.

Значительные исследования проведены в ЦНИЭИуголь по экономико-математическому обеспечению подсистемы оперативного управления производственным комплексом угольная шахта - ОФ в рамках ОАСУ –Уголь [17,18]. Кроме того, исследованиями, проведенными в ЦНИЭИуголь, установлено влияние качества угля на показатели работы обогатительной фабрики [19], однако отсутствуют положения о системе управления качеством угля на шахте, что является основной предпосылкой оптимального функционирования комплекса. В работе Квашиной Г.В. [20] разработана экономико-математическая модель формирования прибыли на шахте от реализации угольной продукции. Исходя из условий поставки и наличия на шахтах обогатительных установок, рассчитывается стоимость угля, отправляемого потребителю в рядовом виде (1 вариант) и стоимость продуктов обогащения (2 вариант), стоимость угля в рассортированном виде (3 вариант), стоимость угля при комбинации перечисленных вариантов. Рассмотренные варианты представляют функционально и структурно экономико-математическую модель реализационной стоимости удельной продукции по шахте.

Исходными материалами для расчетов являлись графики ввода и выбытия забоев в планируемом году, технические возможности того или иного звена, структурные колонки отрабатываемых пластов, планы горных работ, различные виды нормативов. Проведены довольно глубокие исследования , но область рассмотрения данного вопроса не охватывает комплекса шахта - обогатительная фабрика, когда обогатительная фабрика находится на отдельном балансе.

Анализ существующих разработок, как в области управления угледобывающими и углеперерабатывающими объектами, так и области управления качеством угля на шахте, путем оптимального планирования очистных работ показывают, что до настоящего времени теоретические и экспериментальные исследования сводятся в большинстве случаев к решению отдельных частных вопросов управления либо угольной шахтой, либо обогатительной фабрикой. Хотя уже имеются отдельные элементы системного подхода к проблеме, которые требуют своего дальнейшего развития.

В работе Мироновой Э.И. [21] исследованы и разработаны методы определения оптимальных заданий по объемам добычи из очистных забоев шахты с учетом результатов обогащения угля. В работе сформулированы две экономико-математические модели управления очистными работами на шахте с учетом результатов обогащения угля для совместного управления шахтой и обогатительной фабрикой и для раздельного управления. В результате решения задачи определяются месячные нагрузки на очистные забои шахт, поставляющих угли на обогатительную фабрику. Выбор оптимальных нагрузок на очистные забои шахты, при которых обеспечивается согласованное с обогатительной фабрикой плановое содержание золы и плановая прибыль комплекса шахта - обогатительная фабрика или прибыль каждого из этих объектов. Также в работе решена задача определения степени влияния от участия определенной группы пластов или отдельно взятого пласта в общей добыче шахты на результаты обогащения. С помощью корреляционного анализа найдены математические параметры и формы , отражающие наличие и конкретно выражение схоластической связи одного показателя с другим или группой других .

Оценивая горно-техническую литературу, посвященную решению проблемы воспроизводства очистного фронта и, как ее составную часть, календарное планирование развития горных работ, можно заключить, что эти исследования развивались в трех направлениях:

1) поставленные задачи решались методами экономико-математического моделирования;

2) для решения задач использовались методы сетевого планирования и теории графов;

3) работы с использованием имитационного моделирования, методами инженерной эвристики и другие, не относящиеся к первым двум направлениям.

Исходя из вышеизложенного можно сделать выводы:

1) на сегодня компьютеризированы и доведены до законченных программ в основном экономические задачи, выполняемые в процессе составления годовой программы ввода и выбытия забоев. Начальные этапы планирования и, прежде всего, формирование вариантов годового плана в проектах и на шахтах выполняются традиционно ручными методами;

2) большинству рассмотренных работ характерен некомплексный подход к построению календарного плана развития шахты, как основной задачи воспроизводства очистного фронта. Как правило, не учитываются ограничения обусловленные требованиями, предъявляемыми обогатительными фабриками к качеству угля , поступающего на обогащение;

3) отсутствует работоспособная и эффективная программа воспроизводства очистного фронта, которая связала бы воедино календарный план в проектах, годовую программу шахты и программу обогатительной фабрики по выходу продуктов обогащения. Реализация годовой программы обеспечила бы в процессе оперативного управления процессами воспроизводства, качественную подготовку новых очистных забоев;

4) следует отметить сложность и динамичность системы воспроизводства и ее подсистем с большой ценой ошибки планирования в развитии горных работ как при проектировании, так и в условиях действующих шахт. Практика планирования одновариантна и не отвечает современным требованиям компьютеризации этих работ. Предлагаемые методы календарного планирования в своем большинстве не учитывают динамику и случайный характер процессов воспроизводства очистной линии забоев;

5) отсутствует методика, учитывающая влияние на развитие горных работ шахт, которые поставляют свою продукцию на обогащение требований обогатительной фабрики к марочному и качественному составу шихты;

6) отсутствует методика определения оптимальных параметров работы угледобывающих шахт, обогатительной фабрики и подразделения по утилизации отходов углеобогащения как единого производственного комплекса.

Основное направление совершенствования методов календарного планирования развития горных работ в современных условиях связано с созданием экономико-математических моделей для построения календарных планов и прогноза их временных параметров. На основе которых может быть создана программа эффективного воспроизводства очистного фронта для угольных шахт с учетом ограничений , обусловленных требованиями предъявляемыми обогатительными фабриками к углю , поступающему на обогащение и оптимального функционирования всего комплекса в целом. Эта задача требует системного подхода и своего дальнейшего развития.

2.4 Основные направления комплексного повышения качества перерабатываемых углей на ЦОФ, цель, задачи, методы исследования

В качестве одного из основополагающих принципов реструктуризации угольной промышленности принято стремление к повышению конкурентоспособности угля и угольной продукции, главным образом посредством снижения производственных затрат и повышения качества продукции. Складывающиеся рыночные отношения в угольной отрасли, бывшей всегда на дотации государства, потребовали от угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий принятия самостоятельных решений по повышению эффективности и рентабельности своего производства. Эффективность производства для этих предприятий, в первую очередь, определяются качеством и ценой конечного продукта. Обогатительные фабрики становятся основным связующим звеном между шахтами и потребителем.

Экономические показатели обогатительных фабрик во многом определяются требованиями потребителей, в то же время, обогатительная фабрика может удовлетворять требования потребителей только при наличии шихты заданного качества, поэтому для углеперерабатывающих предприятий вопрос качества весьма важен. Следовательно, в современных условиях необходима совместная работа обогатительной фабрики и угледобывающей шахты. Отсюда вытекает необходимость формализованного управления развитием горных работ на шахтах, поставляющих уголь на дальнейшую переработку, обеспечивающее высокое качество переработки углей с минимальными технологическими затратами.

Поэтому весьма актуальным становится вопрос повышения экономической эффективности работы угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий на основе комплексной оптимизации процессов отработки пластов, переработки.

Для разработки и обоснования рекомендаций по совершенствованию горных работ и повышения качества шихты, поступающей на обогащение, с целью эффективности работы угледобывающего и углеперерабатывающего комплекса в целом необходимо решить следующие задачи:

• установить количественные и качественные взаимосвязи между параметрами поставляемых на обогатительную фабрику углей;

• определить наиболее рациональное соотношение марок угля в исходной шихте для получения максимального выхода продуктов обогащения заданного качества с учетом параметров ведения горных работ и переработки угля на обогатительной фабрике.

Для решения указанных задач необходимо использовать следующие методы:

• инженерного, экономического, системного и научного анализа;

• теории вероятности и математической статистики; о теории построения корреляционных моделей.

В основу постановки перечисленных задач положена идея обоснования возможности повышения экономической эффективности работы угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий на основе совместной увязки процессов добычи и переработки угля в рыночных условиях хозяйствования.