О формировании инженерно-технической инфраструктуры нового угленосного района Кузбасса (Терсинского)

прошиваются оба концевых кольца соединяемых отрезков труб;

- поверх соединения одевается проволочный хомут, так называемая «удавка».

В первом случае в ткани трубы прокалываются дополнительные отверстия, которые со временем расширяются самопроизвольно, что приводит к снижению герметичности.

Во втором случае - диаметр трубопровода в месте соединения уменьшается на 10-15 см, что значительно увеличивает его аэродинамическое сопротивление и в конечном счете сокращает длину проветриваемого тупика. Как в первом, так

и во втором случаях ухудшаются аэродинамические свойства вентиляционного става, и эти методы нельзя считать совершенными и эффективными.

В настоящее время при участии автора разработаны и созданы новые соединения гибких шахтных вентиляционных труб, лишенных указанных недостатков (патент 8И 1724889 и патент ЯИ 2055214 [1,2]).

Для выявления эффективности этих новых соединений проведены сравнительные испытания различных соединений на надежность. Методикой испытания предусматривались многократная остановка и запуск вентилятора и фиксирова-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

лось число таких циклов до очередного разрыва става, т.е. отказа системы проветривания. Результаты испытаний на специальном стенде приведены в таблице.

Стендовыми испытаниями установлено, что стыковые соединения нового типа (СВТ-1 и СВТ-2) обладают высокой степенью надежности, в них не было рассоединений при остановках - включениях ВМ, соответствующих среднему сроку службы вентиляционных труб. Об этом также свидетельствуют результаты промышленных испытаний в условиях шахт «Березовская» и «Распадская» [3].

1. Пат. SU 1724889 А1 Е21 F 1 / 06. Соединения гибких вентиляционных труб / В.М.Абрамов, А.М.Ермолаев, В.П.Птицын (СССР); Заявлено 23.0589; Опубл. 07.04.92, Бюл. №12.

2. Пат.Яи 2055214 C1 E21 F 1/ 06. Соединения гибких вентиляционных труб / А.М.Ермолаев, А.А.Ермолаев (РФ); Заявлено 10.08.93;0публ.27.02.96; Бюл. №6.

3. Ермолаев А.М. Аэрогазодинамика тупиковой подготовительной выработки / Под ред. П.В. Егорова.- Кемерово,2001. -105 с.

Автор статьи:

Ермолаев Алексей Михайлович - докт .техн. наук, доц. каф. .разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом

УДК 622.014.5

О.А.Островерх

О ФОРМИРОВАНИИ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ НОВОГО УГЛЕНОСНОГО РАЙОНА КУЗБАССА

При проектировании новых угледобывающих предприятий на неосвоенном месторождении, из-за отсутствия многих данных, возникает неопределенность в решении задач размещения технологических объектов - промплощадки шахты, породных отвалов, обогатительной фабрики и подъездных путей, которые функционируют в течение долгого времени.

Очевидна взаимосвязан-

ность этих задач. Так, при изменении положения обогатительной фабрики изменяется оптимальное местоположение

промплощадки шахты и подъездных путей, т.к. каждый из объектов обладает собственной транспортно-технологической характеристикой [1].

В практике работы проектных организаций оптимизация размещения производственных объектов проводится раздельно: промплощадка шахты выбирается при фиксированном положении обогатительной фабрики; подъездные пути от фабрики до промплощадки проектируются (без учета перспективы развития угольного района) при заданных местоположениях пром-

площадки и фабрики.

Необходимо решать эти задачи совместно, на основе системного подхода, объединяя их в единую задачу раскройки месторождения на шахтные поля.

Институт угля и углехимии СО РАН приступил к выполнению НИР по оценке целесообразности освоения нового гео-лого-экономического района

Кузбасса (Терсинского) [2].

Объектом исследования является Терсинский геологоэкономический район Кузнецкого угольного бассейна.

Территория Терсинского

угленосного района относится к Новокузнецкому району Кемеровской области. Район занимает площадь около 2600 км2 в юго-восточной части Кузнецкого бассейна, граничит с Еруна-ковским, Центральным, Салты-маковским, Томь-Усинским,

Тутуясским и Байдаевским районами.

Западной границей района является река Томь, северной -Салтымаковский хребет и река Нижняя Терсь, остальные границы проводятся по геологоструктурным признакам и довольно условны - с востока это предгорья Кузнецкого Алатау, с юга - горы Г орной Шории.

Коммуникационная сеть Терсинского геолого-эконо-мического района представляет собой совокупность слаборазвитых автомобильных и железнодорожных дорог и линий электропередачи.

Дороги представлены двумя видами: с покрытием и без

покрытия. Существующие автомобильные дороги с покрытием имеют неразветвленную сеть, вытянутую преимущественно в меридиональном направлении, связывающую все населенные пункты с г. Новокузнецк. Общая протяженность сети автодорог с покрытием составляет не более 100 км. В пределах района существует только один мост, пригодный для автомобильного движения -через Верхнюю Маганакова на участке Осиновое Плесо - поселок Мутный. Остальные водные препятствия преодолеваются автотранспортом посредством временных переправ.

Единственное ответвление автомобильной дороги выполнено вблизи населенного пункта Осиновое Плесо и связывает его с поселком Загадное, где осуществляется кустарная эксплуатация природного минерального водного источника. Данное ответвление ориентировано с За-

пада на Восток с резким поворотом после населенного пункта Макариха на юг.

Дороги без покрытия, так называемые проселочные, имеют более разветвленную сеть и протяженность. Самая протяженная из них (около 70 км), проходит по берегу реки Томь от Новокузнецка до деревни Ячменюха и бывает проезжей для автомобильного транспорта только в межсезонный период года, а в остальное время часто затапливается водами Томи и ее притоков. Другие проселочные дороги являются продолжением существующих дорог с покрытием: от Мутного до Ячменюхи и далее на Север, от Загадное на Восток до границы Государственного заповедника «Кузнецкий Алатау» и не имеют промышленного значения.

Железные дороги нормальной колеи представлены существующими путями, обслуживаемыми угледобывающими

Транспортно-технологическая характеристика на поверхности поля УДК «Увальный»

— - оптимальная трасса коммуникационного коридора;

—  — - граница блока 1 и блока 2;

— — - граница поля ш.Кушеяковская;

О ^ - изолинии поверхности

предприятиями. Ближайшие станции (Бардино, Курегеш), принадлежащие Кузбасскому отделению Западно-Сибирской железной дороги ОАО «Российские Железные дороги», расположены южнее данного геоло-го-экономического района. Функционирующая в настоящее время шахта «Полосухинская» осуществляет погрузку угля в железнодорожные вагоны силами собственного погрузочнотранспортного управления и затем передает железнодорожные составы в ведение Западно -Сибирской железной дороги на станции Бардино.

Особенностью Терсинского геолого-экономического района является то, что на севере и востоке района нет промышленно развитых соседей. Однако существуют проекты промышленного освоения Центрального и Салтымаковского районов, в частности по территории этих районов может в недалеком будущем пройти железнодорожная ветка Терентьевская-Белогорск, организовав, таким образом, пятый транспортный выход из Кузбасса. На западе располагается интенсивно развивающийся Ерунаковский гео-лого-экономический район, в котором уже есть широко развитые сети железных и автомобильных дорог и линий электропередачи. Однако этот район отделен от Терсинского естественной преградой - рекой Томь. На юго-востоке Терсинский район граничит с Томь-Усин-ским геолого-экономическим

районом, в южной части которого также ведется промышленное освоение угольных месторождений, широко развиты сети автомобильных и железных дорог и линий электропередачи. На юге соседом является Тутуясский геолого-

экономический район, в котором угольные месторождения не разрабатываются, а на юго-западе - промышленно развитый Байдаевский геолого-

экономический район.

Задачей развития коммуни-

кационных сетей при освоении Терсинского района является минимизация экономических затрат и экологического ущерба на основе учета планов перспективного развития как соседних геолого-экономических районов, так и очередности освоения геологических участков данного района. Так, одним из требований, предъявляемых к выбору места заложения стволов шахты, является возможность проведения самого короткого подъездного железнодорожного пути (с минимально допустимым уклоном), соединяющего промышленную площадку шахты с обогатительной фабрикой, железнодорожной

станцией и т.д.

В условиях холмистого рельефа местности эта задача в общем виде сводится к выбору наиболее приемлемого варианта с трассой минимальной длины при ограничении по допустимому руководящему уклону.

Операцию выбора кратчайшего расстояния производят графически на топографической поверхности, представленной в виде изолиний равных отметок и при сравнении нескольких вариантов выбирается наилучший вариант.

Компоновка транспортной сети на поверхности шахтного поля и за его пределами зависит от рельефа поверхности и наличия «запретных» зон. Определение траектории транспорта на поверхности в условиях пересеченной местности может быть решено применением метода динамического программирования [3].

Метод динамического программирования заключается в построении ортогональной траектории между двумя точками, расположенными в крайних углах прямоугольной сетки. При решении задачи оптимального примыкания от промпло-щадок шахт строится координатная сетка так, чтобы она охватывала участок магистрали. Затем просчитываются оптимальные трассы от промпло-

щадки шахты, и в точках пересечения магистрали с узлами координатной сетки проставляются значения целевой функции на строительство и эксплуатацию примыкающей трассы.

Многошаговый процесс оптимизации целевой функции f(p) определяется основным функциональным уравнением динамического программирования

f(p) =min H ( p,q, f(T(p,q)) ) .

При решении задачи оптимизации функции двух переменных

fN(x,y)= min RN(x1,..,xN;y1,..,yN); за переменные при оптимизации траекторий принимаются координаты Xi и yj вершин прямоугольной сетки. Функциональное уравнение принимает вид:

f(x,y) =

d

d

где d(x,y;x—l,y) - расстояние между узлами сетки (x,y) и (x-l,y) , определяемое по допустимому углу наклона железнодорожного полотна a0 в условиях пересеченного рельефа поверхности. Установка ориентации достигается заданием направления по осям x и y в фиксированную точку на поверхности.

Расстояние Lj между соседними узлами определяется из соотношения:

Lij =

S

Hj

при

при

aj  ^ ao

lj о

a-> a 4 o

где а - угол подъема трассы между смежными узлами сетки, радиан;

а0 - допустимый угол наклона для применяемого вида транспорта;

3 - длина ребра сетки;

К

высота точки ij над

уровнем моря;

¡у - приведенная длина ребра сетки;

А1, А2 - рабочие параметры;

I - индексы узлов сетки

размерностью N¡*N2

Исходная матрица высот Н={ку}тп с учетом ограничений преобразуется в матрицу расстояний Ь={їг]}т,т элементы которой минимизируются на каждом этапе.

Наличие «запретных» зон можно обосновать тем, что при отсутствии связи между некоторыми точками х,у и х-1,у (когда проведению трассы препятствует расположение зданий и сооружений на поверхности, инженерно-геологические особенности грунта, расположение водоемов и т.д.) мы будем считать соответствующее Ьу^<Х) .

В программной реализации для кодировки трассы используются следующие обозначения:

1) если отбрасываемый путь связывает смежные вершины по оси абсцисс, то на печать выводится число-индекс!;

2) если отбрасываемый путь связывает смежные вершины по оси ординат, то на печать выводится число-индекс 2;

3) если пути равнозначны (случай неединственности минимума), то для точки гЇ присваивается число-индекс 3 и выводится на печать.

Таким образом, на печать вместе с координатами точки г'] и суммарной минимальной длиной трассы выводятся ¡^2^3, что указывает на путь к следующей вершине .

Строительство технологических объектов, таких как мощный коммуникационный

коридор на поверхности месторождения, сопряжено с большими затратами на строительство и эксплуатацию. Значительными также могут оказаться потери угля, связанные с оставлением охранных целиков под сооружаемыми объектами. Специфика задачи оптимизации транспортных сетей заключается в том, что подъездные пути могут проходить через шахтные поля с консервацией угля в целиках под ними, а также в том, что выбор трассы подъездного пути на стадии ТЭО чаще всего производится при отсутствии надежных рекомендаций по местоположению основной промплощадки шахты.

Поэтому весьма важна разработка методов оптимизации не отдельной, а множества трасс подъездных путей на участке, включающем шахтное поле, с учетом рельефа местности и потерь угля в целиках под транспортные коммуникации.

На основании расчетов по составленной нами программе в среде EXCEL построена карта эквидистант (изолиний равных расстояний) для поля УДК «Увальный» (Терсинского гео-лого-экономического района), позволяющая градиентным методом найти оптимальную траекторию рационального размещения коммуникационного коридора на поверхности поля в условиях сложного рельефа земной поверхности (рисунок) .

Для решения задачи рационального размещения коммуникационного коридора на по-

верхности поля УДК «Уваль-ный» использован метод динамического программирования. Координатная сетка ориентированна так, чтобы получить множество оптимальных трасс на площади шахтного поля. Матрица высотных отметок составлена по топографической карте на площади 24,0*18,0 км с размерами ячейки координатной сетки 500*500 м.

В итоге получена транспортно-технологическая характеристика на поверхности первоочередных участков Терсин-ского геолого-экономического района. Из рисунка видно, что установленная трасса коммуникационного коридора имеет разветвление в определенной точке, которая в дальнейшем будет уточняться по рельефу поверхности и гидрогеологическим условиям. Данный метод облегчает решение при выборе подъездных путей к первоочередным участкам района.

Приведенный метод можно применять в условиях любого рельефа поверхности и произвольного распределения «запретных» зон, что дает возможность использовать его не только при компоновке комплекса поверхности шахты, но и при составлении технико-

экономического обоснования строительства железных дорог, связывающих новые месторождения полезных ископаемых с центрами переработки сырья.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Стрекачинский Г.А., Ордин А.А., Федорин В.А. Оптимальное размещение транспортных сетей на поверхности шахт. - Новосибирск: Наука, 1981.84 с.

2. Отчет НИР (Обоснование минерально-сырьевой базы Терсинского района) № госрегист-рации 0120.0412567, Инв. №15354/18 - 2117 - 51 от 01.12.2004г. 88с.

3. Островерх О.А., Оптимизация транспортной характеристики подъездного пути угольной шахты. Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Труды международной научно - практической конференции - Кемерово: «Экспо - Сибирь», 2004. №6. С.148-150.

Автор статьи:

Островерх Оксана Андреевна

- аспирант ИУУ сО РАН