Управление на основе геоинформаци онных технологий качеством угля в потоке, сформированном из нескольких забоев

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Геология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

© A.A. Ботвинник, A.H. Дворникова, 2007
УДК 622. 271. 3/519. 21
А. А. Ботвинник, А.Н. Дворникова
УПРАВЛЕНИЕ НА ОСНОВЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ КАЧЕСТВОМ УГЛЯ В ПОТОКЕ, СФОРМИРОВАННОМ ИЗ НЕСКОЛЬКИХ ЗАБОЕВ
Семинар № 14
Согласно имеющимся прогнозам, в наступившем 21 веке ископаемые виды топлива — нефть, уголь и газ — останутся основными источниками первичной энергии и будут обеспечивать около 80% мирового энергопотребления. Уголь — второй после нефти по важности источник первичной энергии. Его доля в суммарном потреблении энергоресурсов всегда была значительна: в настоящее время за счет угольного топлива покрывается около четверти мировой потребности в энергоресурсах [1].
Обеспеченность России разведанными запасами углей составляет в целом сотни лет. При этом парадоксальным является тот факт, что обеспеченность рентабельными запасами отдельных угледобывающих предприятий не только крайне неравномерна, но составляет всего от 3−5 до десятков лет. В основном это обусловлено следующими факторами:
— отсутствием значительных инвестиций в угольную отрасль-
— неопределенной конъюнктурой на рынке топлив-
— сложной социальной обстановкой в угледобывающих регионах.
Все это наряду с ухудшением качества углеводородного сырья и усложнением технологических условий его извлечения приводит не только к снижению объемов добычи, но и сокращению номенклатуры угольной
продукции. В России из общего объема потребления углей в последние годы 72% расходуется на нужды энергетики, а на технологические нужды, главным образом на коксование
— лишь 15% (остальное составляют экспорт и другие виды использования углей) [2].
Одним из путей повышения конкурентоспособности углей в России уже в ближайшей перспективе является повышение качества угольной продукции и доведение его до мировых стандартов — до 15% по зольности и до 1% по содержанию серы за счет более полной переработки: обогащение и облагораживание по золе, влаге, сере и гранулометрическому составу.
Кроме этого, необходимо расширение и нетопливного использования органической и минеральной части углей, а именно: создание индустрии его глубокой комплексной переработки в ценные продукты. Уголь является энергетическим ресурсом со сложным составом, чьи потенциальные возможности при соответствующей переработке шире, чем у нефти и природного газа. На основе использования углей могут быть получены не только электро- и теплоэнергия, но и другие виды твердого, газообразного и жидкого топлива, сажа и углеграфитовые материалы, редкие и рассеянные элементы, строительные мате-
риалы, гуминовые удобрения, сорбенты, а также многие другие химические продукты и сырье [1].
Тенденция ухудшения качества добываемых углей проявляется в снижении спекаемости коксующихся углей, росте их зольности, влажности, сернистости и содержания других вредных примесей. В ближайшем будущем она сохранится. В этой ситуации для повышения потребительских свойств добываемых углей потребуется сделать акцент на предпочтительную добычу энергетически более ценных марок углей и постепенный переход на полное их обогащение, облагораживание низкосортных бурых и каменных углей, окускование угольной мелочи с целью перевода ее в высококалорийный и удобный для потребления продукт.
Расширение сфер использования угля в качестве источника первичной энергии потребует создания и внедрения экологически чистых технологий добычи, переработки и использования. Глобальной тенденцией в мировом углепотреблении является снижение твердых и газообразных вредных выбросов при сжигании ископаемых углей за счет следующих направлений:
— увеличения доли обогащаемых энергетических углей-
— внедрения на действующих угольных электростанциях сероочистки уходящих дымовых газов-
— использования новых прогрессивных технологий сжигания углей-
— предварительной газификации углей.
В условиях рыночной экономики одним из факторов повышения конкурентоспособности продукции является четкость и «прозрачность» отношений между деловыми и финансовыми партнерами. Поднять на новый уровень отношения между потребите-
лями угольной продукции и угледобывающими предприятиями невозможно без обладания последними достаточной информацией о качественных характеристиках углей по всем направлениям его использования. Производитель должен владеть информацией не только об объемах запасов, условиях залегания топлива, технике и технологиях его извлечения, но и обо всех свойствах полезного ископаемого, а, следовательно, и о потребительских свойствах выпускаемой или предполагаемой к выпуску продукции. Это ему необходимо, поскольку предстоит не только добыть уголь определенного качества в заданном объеме, но и обеспечить требуемый марочный состав продукции, а также, в соответствии с международными стандартами КО 9000, осуществлять постоянный мониторинг качества и поддерживать его за счет проведения обоснованных на стадии прогноза стабилизирующих мероприятий. Все это возможно только на основе функционирования системы управления качеством продукции [3].
Как известно, большая часть ископаемых углей в России добывается на карьерах. Открытые горные работы, как и многие производственные системы, представляют чрезвычайно сложный комплекс элементов с развитыми функциональными связями. Работа системы усложнена взаимодействием с изменчивой внешней средой: качественный состав полезного ископаемого, физико-механические свойства горных пород, геометрические параметры месторождения и горнотехнические условия их разработки, а также непрерывным изменением контуров системы в пространстве.
Особенно это проявляется при разработке месторождений сложного качественного состава, когда управление функционированием техноло-
Рис. 1
гическои системы значительно усложняется за счет возмущении, инициируемых в неИ изменчивостью показателей качества в пространстве и во времени. В этих условиях стабилизация объемов и качества добываемого сырья требует увязки в процессе формирования календарных планов двух разнохарактерных процессов: низкочастотных изменении во времени состава и производительности оборудования и высокочастотных изменении показателеи качества полезных ископаемых по фронту добычных работ [4].
Создание на основе геоинформа-ционных технологии пространствен-нои модели месторождения и картирование с ее использованием качественных характеристик ископаемых углеи позволяет рассмотреть задачу отработки месторождения на совре-
менном уровне. При этом следует в процессе разработки текущих планов (годовых, квартальных) учитывать суще-ствующии накопленныи опыт в области постановки и решения задач оптимизации горных работ для месторождении сложного качественного состава [4].
Одним из основных критериев оптимизации качества полезного ископаемого в потоке, формируемом на карьере, является стабилизации пока-зателеи качества по периодам планирования. Это особенно важно при реализации основнои тенденции развития угледобычи — тотального обогащения, то есть обогащения всего добываемого полезного ископаемого. Стабилизации показателеи в процессе добычных работ возможно добиться прежде всего за счет:
— вовлечения в отработку запасов из нескольких добычных забоев-
Рис. 2
тыс. т
Суммарные объемы
Рис. 3
— изменения интенсивности отработки запасов в действующих забоях-
— раздельного извлечения углей низкого (высокого), то есть существенно отличающегося от среднего, качества для исключения его из общего потока и реализации потребителю по более низкой (или высокой) цене (вместо предполагаемого потребителя в этом случае может быть рассмотрен склад).
В ИГЛ СО РАН в рамках разработанной системы управления качеством на основе пространственной модели месторождения [5] создана программа для расчета показателя качества в потоке угля, формируемом из нескольких забоев. На примере отработки запасов Эльгинского каменноугольного место-
рождения показана возможность стабилизации зольности в потоке за счет изменения скорости отработки технологической заходки и формирования складов угля с низким качеством.
Произведено моделирование отработки двух произвольных заходок, динамика изменения зольности чистого угля вдоль фронта которых приведена на рис. 1. Требуется сформировать суммарный поток, значение зольности в котором изменяется от 15 до 20%. Зольность в суммарном потоке угля, полученном в процессе отработки заходок, представлена на рис. 2, а объемы добываемого угля -на рис. 3. Как видно из рис. 2 (кривая 1), при отработке заходок с равно-
мерной интенсивностью (кривая 1, рис. 3), то есть без управления, не удается получить значение зольности в требуемом диапазоне. Стабилизировать ее значение (кривая 2, рис. 2) возможно за счет изменения интенсивности отработки запасов по заходке (кривая 2, рис. 3) и формирования склада из угля низкого качества.
Склад создается в те периоды, когда за счет варьирования производительностью действующего в забое оборудования получить заданное значение зольности невозможно. Когда расчетное значение зольности для очередного отрабатываемого периода становиться больше 20%, то из забоя с углем большей зольности начинает формироваться склад. Исчезновение кривой 2 на рис. 2 и 3 на отметке 5000 м означает, что далее не удается получить суммарный поток с зольностью в заданных границах, так как изменение производительности оборудования имеет технологические ограничения, что не позволяет отгрузить на склад столько угля, сколько это необходимо для стабилизации суммарного потока.
В рассмотренном примере произведено моделирование изменения
1. Подковальников С. Б., Сендеров С. М., Стенников Б. А. и др. Энергетика XXI века: системы энергетики и управление ими / Отв. ред. Н. И. Воропай. — Новосибирск, Наука, 2004.
2. Иванов О. П. Природопользование. -Новосибирск: СибГАС, 2003.
3. Щадов М. И., Фрейдина Е. Б., Дворн икова А.Н., Ботвинник А. А. Системное управление качеством углей при открытой
скалярного показателя качества -зольности чистого угля. Созданный комплекс алгоритмов и программ предусматривает управление качеством, в том числе и по векторному показателю, составляющими которого могут быть показатели, заданные не только числом, полученным, как правило, непосредственным измерением, но и функцией, что позволяет расширить круг исследуемых свойств и управляемых показателей качества полезного ископаемого.
Коммерциализация деятельности угольных предприятий, настроенных на получение наибольшего эффекта при добыче угля, предусматривает наличие и актуализацию в интерактивном режиме информации о его составе и свойствах. Система управления качеством полезного ископаемого, одним из блоков которой является разработанный авторами комплекс алгоритмов и программ для картирования геолого-технологи-ческих данных об объемах и качестве ископаемого угля — информационная основа новых технологий извлечения и переработки его, как ценного энергетического и технологического сырья.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
добыче и переработке // Уголь. — 2003. -№ 2.
4. Фрейдина Е. В., Третьяков A.C., Мо-лотилов С. Г. Методы текущего планирования горных работ на карьерах. — Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1988.
5. Ботвинник A.A., Протасов С. И. Математическая модель распределения запасов угольных пластов по уровням качества // Вестник КузГТУ. — 1999. — № 5.
— Коротко об авторах---------------------------------------------------------
Ботвинник Александр Аронович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории открытой геотехнологии,
Дворникова Альбина Нафанаиловна — кандидат технических наук, ученый секретарь, ИГД СО РАН.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой