Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2010, № 10

В.В. Мельник
Л.И. Шулятьева
В.В. Агафонов
Р.А. Сущев

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ
ТЕОРИИ И МЕТОДОВ
ОПТИМИЗАЦИИ
ПАРАМЕТРОВ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
СХЕМ ШАХТ

УДК
ББК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
М 48

622.273 
33.31 
М 48 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 
29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной
службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.09 
 
 
 
 
 
 
 
 
Мельник В.В., Шулятьева Л.И., Агафонов В.В., Сущев Р.А. 

Совершенствование теории и методов оптимизации парамет
ров технологических схем шахт: Отдельные статьи Горного информационно-аналитического 
бюллетеня 
(научно-технического

журнала). — 2010. — № 10. — 24 с.— М.: Издательство «Горная
книга» 

ISSN 0236-1493 

 Дано 
научное 
обоснование 
рациональных 
пространственнопланировочных и проектных технологических решений по отработке
запасов участков угольных месторождений сложной конфигурации и
совершенствования теории и методов оптимизации параметров технологических схем шахт для разработки стратегии развития угледобывающих предприятий. 
 The scientific justification of the efficient solutions for mining coal deposits with irregular shape is given. Project solutions involve spatial designing 
as well as process planning and help to update the theory and optimize parameters of technological schemes of underground mines. In conclusion a 
development strategy for coal mining enterprises is drawn up. 

 
УДК 622.273

ББК 33.31

 
©  В.В. Мельник, Л.И. Шулятьева, В.В. Агафонов, 
Р.А. Сущев, 2010 
©  Издательство «Горная книга», 2010 

ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство «Горная книга», 2010

© В.В. Мельник, Л.И. Шулятьева, Р.А. Сущев, 2010 

 
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕОРИИ И МЕТОДОВ  
ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ  
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ШАХТ  
ДЛЯ РАЗРАБОТКИ СТРАТЕГИИ РАЗВИТИЯ  
УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ 
 
Дано научное обоснование совершенствования теории и методов 
оптимизации параметров технологических схем шахт для разработки 
стратегии развития угледобывающих предприятий. 
Проведен комплекс теоретических и прикладных  исследований, на 
основании которых предложен новый метод вариантов оптимального 
комплексного развития угледобывающего предприятия; для обоснования 
оптимальных параметров технологических схем шахта представлена 
как сложная система; установлены элементы, разработан метод их 
оптимизации на основе синтеза адаптируемых ТС подсистем во времени 
и пространстве при разработке вариантов развития шахты; разработана методология и реализована методика формирования стратегических решений комплексного развития шахт для дальнейшей их совместной оптимизации на основе технолого-экономической оценки. 
Ключевые слова: разработка стратегии, обоснование оптимальных параметров; сложная система, синтез ТС подсистем, оптимальное решение, технологическое оборудование, комплексное развитие. 
 
 
Анализ состояния и использования шахтного фонда угледобывающих предприятий, рассматриваемых как единый 
производственно-технологический комплекс, а также научных направлений оптимизации вариантов его эффективного 
функционирования позволяет сделать вывод о том, что проблема поиска оптимальных решений при выборе стратегических направлений его развития, оставаясь недостаточно 
исследованной, кроме того, в настоящее время получила 
новое содержание. Это обусловлено следующим: 
1. В основу разработки прогрессивных технологических 
схем шахт в б. СССР были положены наивысшие достиже

ния их работы при использовании технологического оборудования на основных подземных процессах, технологические характеристики которого значительно уступают мировым аналогам, применяемым в настоящее время на шахтах 
стран СНГ. С внедрением на основных процессах угледобычи высокопроизводительной техники выявилось несоответствие параметров технологических схем шахт параметрам технологических процессов. Так, при проектировании 
шахт и новых горизонтов за основу определения годовой 
проектной мощности были приняты нормативные нагрузки 
на очистные забои в пределах 900−1500 т в сутки, исходя из 
чего, и в соответствии с возможными вариантами развития 
горных работ определялись параметры технологический 
схем других подсистем шахты. Параметры технологических 
схем, в частности размеры шахтного поля, выемочного 
столба ориентированы были на подвигание очистного забоя 
не более чем на 40 м в месяц, что обусловлено было продолжительностью поддержания нарезных и подготовительных выработок, их вентиляцией. С применением высокопроизводительной техники на очистных работах эти параметры должны быть пересмотрены. 
2. Отсутствие единого методологического подхода при 
обосновании целесообразности принимаемых решений на 
различных стадиях эксплуатации шахты усложняет применение метода непрерывной оптимизации вариантов её развития. 
3. При обосновании рациональных вариантов ТС вскрытия и подготовки, а также ТС процессов подземной угледобычи использовались либо стоимостные среднеотраслевые 
параметры, либо регрессионные статистические модели затрат. Несовершенство математических моделей, которые в 
большей степени носили статический характер, ограничивало сам процесс обоснования выбора и приводило к необходимости разработки механизма оптимизации для конкретной задачи исследования. 

Для решения этих проблем был проведен комплекс теоретических и прикладных исследований, на основании которых: 
1. Предложен новый метод вариантов оптимального 
комплексного развития угледобывающего предприятия, 
рассматриваемого 
как 
единый 
производственнотехнологический комплекс по добыче угля, цель которого – 
получение конкурентоспособной продукции при максимальном использовании технико-технологического потенциала входящих в его состав шахт, путем оптимального 
распределения материально-технических ресурсов и инвестиций. 
2. Для обоснования оптимальных параметров технологических схем шахта представлена как сложная система, 
формируемая путём синтеза рациональных технологических схем подсистем и оптимальных параметров технологических процессов.  
При разработке эффективного метода формирования 
системы основополагающими условиями выделения её подсистем приняты: их функциональная и технологическая однородность; четко выраженная иерархия внутреннего построения; внутренняя логическая взаимосвязь и многовариантность развития. 
В соответствии с этим выделены подсистемы шахты 
первого порядка: 
I − подсистема «Запасы», её элементы – запасы вскрытые, подготовленные, готовые к отработке 
II − технологические схемы вскрытия, подготовки и системы разработки пластов – подсистема ТСВП; 
III − технологические схемы процессов, реализующих 
данные технологические схемы во времени и пространстве - 
ТСПР. 
3. В соответствии с предложенной схемой установлены 
элементы, разработан метод их оптимизации на основе син

теза адаптируемых ТС подсистем во времени и пространстве при разработке вариантов развития шахты. С целью его 
реализации разработаны модели расчета параметров технологических 
процессов 
с 
учетом 
влияния 
горногеологических, горнотехнических и организационных факторов. На основании исследований, проведенных с помощью этих моделей получены следующие результаты: 
• установлена закономерность взаимного влияния параметров технологических схем процессов, которая позволила обосновать объёмы дегазационных работ, обеспечивающих высокопроизводительную работу очистного оборудования с использованием его на полную мощность;  
• установлена рекомендуемая продолжительность дегазации выемочного столба скважинами из нарезных и газодренажных выработок с учётом коэффициентов фильтрации угля; 
• разработан алгоритм обоснования производительной 
плотности скважин, позволяющий установить оптимальные 
объёмы их бурения при заданных параметрах газоносности 
и продолжительности каптажа метана при различных комбинациях схем дегазации; для эффективного применения 
высокопроизводительных очистных комбайнов необходимо 
применение комбинированных схем дегазации пласта и 
вмещающих пород; так, увеличение коэффициента дегазации на 10 % позволяет увеличить скорость подачи комбайна 
на 4,8 %; на основании этого обоснована максимально возможная нагрузка на очистной забой при разработке газоносных пластов;  
• разработаны алгоритмы моделирования параметров 
проходческого цикла, на основании которых установлены 
закономерности формирования параметров технологического процесса «проведение горных выработок» с использованием комбайнов и буровзрывным способом, это позволило 
обосновать технологическую целесообразность применения 

различных типов проходческого оборудования в конкретных условиях проведения горных выработок; 
• установлено влияние продолжительности работ по 
предотвращению внезапных выбросов угля и газа на скорость проведения горных выработок в зонах геологических 
нарушений путём расчёта объёмов бурения скважин для 
каптажа метана и гидроразрыхления; объёмы и продолжительность бурения рассчитаны с учётом протяженности переходимой зоны геологического нарушения, эти исследования использованы при обосновании оптимальной продолжительности горноподготовительных работ; 
• установлены допустимые пределы  скорости проведения выработки комбайнами и буровзрывным способом в 
зависимости от обеспеченности забоя количеством воздуха, 
при определённой остаточной газоносности массива; установлено, что ТС дегазации бортовыми дегазационными 
скважинами дает наибольший эффект при использовании ее 
на пластах с газопроницаемостью не менее 0,15; эффективность дегазации может достигать величины 12−14 %; при 
низкой газоотдаче пласта дегазация бортовыми скважинами 
вследствие значительного снижения при этом скорости проведения не эффективна и может быть использована при отсутствии альтернативных ТС; 
• наиболее эффективным способом дегазации газоносных пластов является комбинированный способ – сочетание 
ТС дегазации путём бурения скважин с выработок подрабатывающего или вышележащего пластов, а при их отсутствии  с поверхности и с полевых выработок; установлена 
эффективность дегазационных мероприятий при различной 
их продолжительности; 
• разработан алгоритм расчёта и установлены закономерности формирования параметров технологического процесса «поддержание и ремонт горных выработок», которые 
позволили обосновать рациональные варианты развития 

горных работ, на основании этого установлено, что увеличение скорости подвигания лавы на 1 м позволяет сократить 
общий объём поддержания выработок в период эксплуатации на 200 м × мес.; 
• при проектировании шахт расчет количества воздуха 
осуществлялся с учетом работы количества очистных забоев, обеспечивающих объем добычи по шахте при средних 
нагрузках до 1000 т в сутки; количество воздуха, подаваемое в шахту, определялось исходя из протяженности подземных горных выработок и максимально допустимой общешахтной депрессии, это обусловило на большинстве действующих шахт наличие значительного запаса по обеспечению воздухом; расчётами установлено, что при достижении 
высокой нагрузки на очистной забой нагрузка на шахту может быть обеспечена меньшим числом одновременно работающих лав, сокращением поддерживаемых выработок, упрощением схемы транспорта и вентиляции.  
Все эти исследования позволили обеспечить и пространственно-временную взаимосвязь всех параметров процессов, что позволило разработать алгоритм их совместной 
поэтапной оптимизации в пределах ТС подсистем и системы «шахта» в целом. 
4. Установлено, что совместная оптимизация параметров ТС подсистем и процессов позволяет обеспечить сбалансированное движение запасов, снизить удельные объемы 
проведения и поддержания выработок. Увеличение длины 
лавы на 1 % позволяет снизить удельные объемы проведения на 0,96 %. Снижение объемов и продолжительности 
поддержания выработок в период эксплуатации пропорционально снижению продолжительности отработки очистных 
забоев в выемочном поле. Учитывая значительное влияние 
газового фактора на величину нагрузки на очистной забой, 
может иметь место резерв для проведения дегазационных 
мероприятий.