Modelling of Selective Mining and Homogenisation at Deep Mines Modelování selektivního odtěžení a homogenizace na hlubinných dolech

Transkript

1 XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, Modellig of Selective Miig ad Homogeisatio at Deep Mies Modelováí selektivího odtěžeí a homogeizace a hlubiých dolech JENDRYŠČÍK, Miloš, BURÝ, Alois 2 Ig, Katedra ATŘ-352, VŠB-TU Ostrava, 7. listopadu, Ostrava - Poruba, milos.jedryscik@vsb.cz, 2 Ig, CSc, Katedra ATŘ-352, VŠB-TU Ostrava, 7. listopadu, Ostrava - Poruba, alois.bury@vsb.cz, Abstrakt:Problematika selektivího odtěžováí a homogeizace je stále aktuálí, také vzhledem k složitým podmíkám v odvětví uhelého hlubiého dobýváí, zvláště pak z hlediska kokurece a trhu s uhlím. Metody selektiví těžby a homogeizace směsí surového uhlí, již v důlích zásobících, umožňují dyamické přizpůsobeí systému těžby uhlí k měícím se podmíkám a požadavkům a trhu s uhlím. Kritériem optimalizace je (získat) maximálí zisk z prodeje daé uhelé směsi, při požadovaých kvalitativích parametrech slojí. Aplikace metod selektivího odtěžeí a homogeizace, icméě je podmíěa řízeím celého procesu. Je všeobecě zámo, že kvalita řízeí jakéhokoliv procesu, je závislá a zalosti tohoto procesu a a možosti jeho předvídáí. Počítačové simulačí modely toto umožňují. Ve spolupráci s firmou ViP Praha, pobočka Ostrava, jsme se podíleli a aalýzách, potřebých pro tvorbu simulačích modelů realizovaých a počítači, a tvorbě počítačových modelů a simulaci jedotlivých variat. Komplexí výzkum si vyžadoval vyřešit tyto dílčí úkoly: aalýzu možostí selektivího těžeí a homogeizace v reálých podmíkách v uhelých polích a základě kvalitativích charakteristik dobývaých uhelých slojí, aalýzu vztahů mezi vstupími aalytickými údaji dobývaých slojí a výstupími aalytickými údaji uhelých směsí, aalýzu pracovích cyklů v porubech, výzkum progózy vývoje kvality uhelých směsí, a aalytických datech, výzkum kapacit uhelých zásobíků v uhelých polích, výzkum selektivího odtěžeí a homogeizace vzhledem k ekoomickému zhodoceí, vývoj simulačího programu pro realizaci simulačích modelů a počítači a simulací variat. V průběhu simulace počítačové modely musely presetovat ásledující údaje: z kterého čiého porubu, a v jakém kvalitativím složeí a možství, v daé časové poslouposti, daý tok uhlí vstupuje do zásobíku, respektive byl spoje s jiým tokem uhlí a přesypu, jak se dyamicky měily hladiy v důlích zásobících uhlí a jaká byla aktuálí komposice kvalitativích parametrů uhelých směsí, jaká byla vhodá kapacita důlích zásobíků z hlediska řízeí kotiuity odtěžeí, zda kapacita liek pásových dopravíků byla adekvátí,

2 XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, jaká byla čiost vertikálí skipové dopravy, které pásové dopravíky byly v chodu, v daý časový okamžik a zda dopravovaly uhlí a v jakém možství a kvalitativím složeím, jak by se projevily simulovaé poruchy a dobývacích komplexech a dopravíkových likách, v kvalitativím složeí směsí a v jejich možství, jak se projeví změy ve složeí a možství uhelých směsí v případě, že dojde přeplěí zásobíků s uhlím. Klíčová slova: modelováí,optimalizace,materiálové toky,řízeí,důlí dopraví system ÚVOD Výzamou součástí důlí čiosti je optimálí odtěžeí uhlí dobývacích prostorů. Proto se tato publikace bude zabývat, jak ejefektivěji uhlí v daých prostorech dobývat a odtěžit. Zároveň se bude zabývat aalýzou kvality těžeých slojí. 2 Selektiví odtěžeí uhlí a hlubiém dole Obrázek Schéma dopravího odtěžeí a dole ČSA

3 XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, Tabulka : Popis dopravího odtěžeí a dole ČSA Ozačeí Číslo Typ pásového Délka Ozačeí Číslo Typ pásového Délka chodby dopravíku [m] chodby dopravíku [m] A 05 TP G 870B TH A 9520 TP G 700 TP A 439 TP G 700 TP G 7005 TP B b TP G 7005 TP B TP G 7005 TP B BELT G 7005 TP B TP G 7005 TP B BELT G 7005 TP B BELT H 40/ TP H 40 TP C TP H 400/ TP C 980 TP H 2800 TP C 050 BELT H 2800 TP C 055 TP H 2800 TP C 4702 TP H 2800 TP C 4707 TP H TP H TP D 9520 BELT H TP THD TH H TP D TP H 2873/ TP D TP D TP CH 739 II TP D TP CH TP D TP CH II TH D a TP CH II TP D TP I 2890 TP E 2540a TP I 2890 TP E 2540a TP E 056 TP J 393 TP E 056 TP J 090 TP E 058 TP E 058 TP K 2394 TP E 900 TP K 2394 TP E 900 TP K 2396 TP E 900 TP K 2396 TP E 79 TP K 3936 TP E 90 TP K 3936 TP E 7A TP E 7 TP L 739 II TP E 7 TP L 739 II TP L 739 II TP F 074/ TP L 739 II TH 60S 20 2F 074 BELT F 074 TP F 053/ TP

4 XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, Tabulka 2: Popis dopravího odtěžeí a dole ČSA Ozačeí Číslo Typ pásového Délka Ozačeí Číslo Typ pásového Délka chodby dopravíku [m] chodby dopravíku [m] M 0240 BELT V 4240 Ia TP M 3000 BELT V III TP M 44000/ TP V TP M 44000/ TP V TP M 44000/ BELT M 305 BELT W TP M 305 BELT X TP N 309 TP X TP N 306 TP N 3076 TP Y TP Y TP O 740 I TP O 740 I TP Z 043a BELT Z 043 TH P 790a TP P 790 TP KD Q 740 TH 60S 30 KD Q 740 TP KD Q 740 TP KD Q TP Q TP KD - kolejová doprava vůz = 3,3 m 3 R IV TP R IV TP R 08C TP R 060 TP R 4005 TP R 4005 TP R 400 TP R 4240 I TP R 4240 I TP R 4240 I TP S C TP S III TP S 2390 TP S 2390 TP S 2398 TP S 2398 TP S 2398 TP S 3740 III TP T TP U TP U TP

5 XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, Obrázek zázorňuje celkové odtěžeí uhlí a dole ČSA. Toto schéma z hlediska odtěžeí uhlí je důležité zát pro určeí dob trváí z jedotlivých pracovišť a selektiví těžbu včetě míseí uhlí v jedotlivých zásobících a podkladě zámých kvalitativích parametrů. Podrobý popis celkového dopravího odtěžeí uhlí a dole ČSA je uvede v tabulkách a 2. Zároveň a obrázku 2 pro lepší orietaci je zobrazeo cetrálí odtěžeí uhlí dolu ČSA lokality Ja Karel. Z tohoto schématu lze vyčíst, že uhlí se těží v dole pomocí pásové a kolejové dopravy přes jedotlivé zásobíky až do fukčího zásobíku. Nakoec se z fukčího zásobíku plí skipové ádoby a po aplěí ádob je uhlí dopraveo a povrch. Obrázek 2 Schéma cetrálího odtěžeí lokality Ja Karel se dvěma dvojčiými skipy

6 XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, Legeda: TP 200 pásový dopravík o šířce 200 milimetrů TP 20 - pásový dopravík o šířce 200 milimetrů TP pásový dopravík o šířce 400 milimetrů,2 skipové ádoby dvojčiého skipu číslo 3/ o objemu 6,8 tu 3,4 - skipové ádoby dvojčiého skipu číslo 3/2 o objemu 6,8 tu Zásobíky číslo jeda, tři, čtyři a pět mají tyto vlastosti: maximálí objem zásobíků je 920 tu provozí objem zásobíků je 700 tu miimálí objem zásobíků je 40 tu Fukčí zásobík má tyto vlastosti: maximálí objem zásobíků je 260 tu provozí objem zásobíků je 200 tu miimálí objem zásobíků je 40 tu 2. Aalýza kvality těžeých slojí Důlí podik ve vztahu k jakosti má svá specifika. Jsou dáa tím, že výstupem výroby eí kokrétí výrobek s jasě staoveými, měřitelými jakostími parametry, ale dobývaá surovia. Výsledá jakost je předem limitováa dobývacím prostorem a podmíkami vziku uhelých slojí. Každá sloj má své chemicko-techologické vlastosti, jejichž variabilita v každém bodě, místě sloje je složitá. Závislost variability chemickotechologických vlastostí vychází z body vziku sloje, z mocosti, z geotektoických a hydrogeologických podmíek. 2. Rozbor kvality těžeých slojí Uhlí rozdělujeme do těchto základích výrobích produktů: Praé uhlí - obsahuje 7 % popele Hrubý prach obsahuje 22 % popele Proplastek obsahuje 38 % popele Tříděé uhlí obsahuje 5 % popele Rozlišeí jedotlivých produktů je dáo obsahem balastu. Balast tvoří W t r, W t a, A a a A d, kde je: W t r celková voda [%] W t a - aalytická voda [%] A d popel přepočteý a sušiu [%] A a - popel aalytický [%] Obsah vody se liší podle typu uhlí. K tomu poslouží tabulka 3. Tabulka 3: Obsah celkové a aalytické vody v uvedeých typech uhlí typ uhlí celkové W t r [%] aalytická W t a [%] Praé uhlí 6 Hrubý prach 7 0,9 Proplastek 2 0,9 Tříděé uhlí 5

7 XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, Dle chemicko techologických vlastostí ( jakostí parametry ) se řazeí provádí:. Podle prchavé hořlaviy: Prchavá hořlavia charakterizuje stupeň prouhelěí daého uhlí. Obsah prchavé hořlaviy se liší podle typu uhlí: Praé uhlí obsahuje 26 až 3% prchavé hořlaviy Hrubý prach obsahuje 30% prchavé hořlaviy Proplástek obsahuje 32 % prchavé hořlaviy Tříděé uhlí obsahuje 28 % prchavé hořlaviy 2. Podle idexu puchutí : Idex puchutí vyjadřuje míru schoposti uhlí zvětšovat v plastickém stavu volě svůj objem a charakterizuje tak jeho koksovatelost po této stráce. 3. Podle dilatace : Dilatace je míra schopostí uhlí změit ( zvětšit, zmešit ) v průběhu plastického stavu svůj objem, avšak pouze jedím směrem a proti určitému stalému tlaku. Dilatace může být: záporá kladá kotrakce Dle vlastostí,2 a 3 se uhlí zatřídí do skupi MKS ( meziárodí kalasifikačí systém ) číslo ozačuje prchavou hořlaviu. 2 číslo ozačuje idex puchutí. 3 číslo ozačuje dilataci. 4. Podle obsahu síry a fosforu: Považují se za látky balastí, a přestože tyto prvky při spalováí hoří za vývoje tepla a přispívají tak svým podílem k výhřevosti uhlí, jejich výše obsahu ovlivňuje ežádoucím způsobem jakost výrobku v metalurgii. Při spalováí uhlí a otopového koksu uikají do ovzduší z ežádoucími důsledky a životí prostředí (exhalace). Obsah síry je většiou v rozmezí od 0,2 do 0,56 % a obsah fosforu od 0,00 do 0,06 %. 5. Podle spalého tepla: Spalé teplo, a z ěho odvozeá výhřevost je základím zakem jakosti. Z tohoto parametru se také vychází při výpočtu cey všech druhů tuhých paliv. Hodota spalého tepla se úpravou eměí, eboť závisí pouze a chemickém složeí uhelé hmoty. Čím je ižší popel, tím je vyšší spalé teplo lepší výhřevost. Pro selektiví těžbu je potřeba zát popelatost porubu a jakostí parametry dobývaé sloje. Pro staoveí popelatosti porubu se z profilu odeberou vzorky. Vzorky se odbírají každou šestou až sedmou sekci po celé délce porubu ( sekce odpovídá délce,5 metrů). Vypočítá se průměrá mocost jedotlivých vrstev sloje. Ze zásekových zkoušek je získáa popelatost jedotlivých vrstev k imž se přiřadí zdálivá měrá hmotost dle hodoty popelatosti jedotlivé vrstvy a provádí se propočet celkové popelatosti sloje v závislosti a celkové mocosti. Příklad výpočtu výsledé popelatosti : y x = a a z = b y2 x2 y x = a 2 = a a a2z2 z = b 2 = b kde y je mocost sloje, x je zdálivá měrá hmotost a z je popelatost

8 výsledá popelatost je: kde a = b = a XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, a b + b a b b a y = a Počet odebraých vzorků v porubech a čelbách závisí a variabilitě chemickotechologických vlastostí uhlí. Pokud jsou chemicko-techologické vlastosti rovoměré tj. popelatost sloje do 5 %, tak se odebere u čeleb každých 00 metrů jede vzorek. V rubáí, pokud je délka do 00 metrů, se odebere jede vzorek. Pokud je délka rubáí větší ež 00 m, tak se odeberou dva vzorky. Pokud je popelatost sloje do 50 %, tak každých 75 m se odebere jede vzorek.v rubáí s délkou do 00 metrů se odeberou dva vzorky, pokud je delší, tak se odeberou tří vzorky. Provádí se jedekrát za dekádu daého měsíce. Pokud jsou erovoměré chemicko-techologické vlastosti ( bez ohledu a popelatost sloje ), tak se odebere jede vzorek každých 40 metrů. V rubáí pokud je délka do 00 m, tak se odebírají tři zásekové vzorky z ichž se vytváří průměrý vzorek pro staoveí chemicko-techologické vlastosti. U erovoměrých chemicko-techologických vlastosti v rubáí, pokud je postup větší ež 4 m, se odeberou dva vzorky za dekádu. Pokud je deí postup meší ež 4 metry, odebere se jede vzorek za dekádu. Pokud je proplástek ve sloji (hlušia) o mocosti větší ež 40 cetimetrů, vzorky uhlí se odebírají z každé vrstvy zvlášť a provádí se samostatě aalýza chemicko-techologických vlastostí. Pro lepší orietaci odběru zásekových vzorků poslouží vývojové diagramy pro rubáí a čelbu a obrázku 4 a 5. Pro těžbu uhlí je potřeba zát průměrou mocost sloje. Tu určíme tak, že po celé délce sloje v porubu se každých deset metrů měří výška. Je zapotřebí, aby se každá vrstva měřila zvlášť (uhlí, káme, proplástek). Ze všech aměřeých hodot jedotlivých vrstev vypočítáme průměry. Tyto výsledé hodoty ám určí přibližou mocost jedotlivých vrstev. Je potřeba také staovit, jakým způsobem se odebírají zásekové vzorky. Zásekové vzorky se po celé délce sloje odebírají co šestou až sedmou sekci. Ve stejé sekci můžeme odebírat i více vzorků pro přesější určeí parametrů uhlí. Odběr vzorků se v daé sloji vždy provádí dvakrát. Prví odběr vzorku: V rubáí začíáme odebírat vzorky od třetí sekce. Další vzorky se již odebírají (od třetí sekce) co šestá až sedmá sekce a to až a koec rubáí. Systém odběru vzorků je zázorě a obrázku 3. Obrázek 3 Prví odběr zásekových vzorků v jedé sloji

9 XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, Na obrázku 3 je šedou barvou zobrazea uhelá sloj, žlutou barvou jsou zobrazey místa zásekových vzorků v jedotlivých sekcích, které jsou a daém obrázku popsaé. Obrázek 4 Vývojový diagram počtu zásekových vzorků v čelbě

10 XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, Obrázek 5 Vývojový diagram počtu zásekových vzorků v rubáí Druhý odběr vzorku : Teto odběr vzorků se liší od prvího odběru vzorků v tom, že se ezačíají odebírat vzorky s třetí sekce, ale s páté sekce. Další postup je již stejý jako při prvích odběrech vzorků. Systém odběru vzorků je zázorě a obrázku 6.

11 XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, Obrázek 6 Druhý odběr zásekových vzorků v jedé sloji Na obrázku 6 je opět šedou barvou zobrazea uhelá sloj, žlutou barvou jsou zobrazey místa zásekových vzorků v jedotlivých sekcích, které jsou a daém obrázku popsaé. Z prvího odběru a druhého odběru se vyhodocují kvalitativí parametry uhlí průměrově zvlášť. Tyto dva průměry se pak porovávají. Podle obsahu popele přepočteého a sušiu v procetech se jedotlivé vrstvy sloje zařazují do: uhlí obsahuje ejvýše 5 % hlušiy prorostlé uhlí obsahuje 5 až 50 % hlušiy prorostlá hlušia obsahuje 50 až 75 % hlušiy hlušia obsahuje více ež 75 % hlušiy Pro lepší orietaci možosti odběru zásekových vzorků ám poslouží obrázek 7. Na obrázku 7 lze vidět, že při ražeí chodeb byly vzorky uhlí v daém místě odebráy ( jsou ozačey žlutou barvou ) a z toho důvodu eí potřeba provádět již tolik zásekových vzorků (jsou ozačey zeleou barvou ). V ěkterých případech mohou být záme vzorky i z adloží vrstvy (jsou ozačey červeou barvou) ebo vzorky z vrtů jádra u ichž se provedla aalýza chemicko-techologických vlastostí (jsou ozačey modrou barvou). Šedá barva zde zobrazuje uhelou sloj. Obrázek 6 Místa odběru zásekových vzorků při těžbě uhlí

12 XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, Další rozděleí uhlí zobrazuje tabulka 2. Tabulka 4: Rozděleí typů uhlí Typy uhlí Začka Třída MK Odrazost v % Přibližá korelace s V daf v % Pálavá D 7,8 pod 0,65 ad 4 Plyová G 6 0,65 až 0,95 33 až 4 Žírá Ž 5 0,96 až,5 28 až 33 koksová žírá KŽ 4,6 až,30 24 až 28 Koksová I.skupiy Ka 4,3 až,45 20 až 24 Koksová II.skupiy Kb 3,46 až,85 4 až 20 Atracitová T 2,86 až 2,20 0 až 4 Atracity A ad 2,20 pod 0 Přibližé porováí s třídou Meziárodí klasifikace (MK) a s V daf umožňuje představu jakým typovým rozsahům odpovídají rozmezí odrazosti. 3 Závěr Cílem této práce bylo provést aalýzu odtěžeí uhlí a dole ČSA pomocí dopravích cest v dole. Zároveň i do této problematiky se prolíá aalýza kvality těžeých slojí, a podkladě které je důl ČSA schope selektivího odtěžeí uhlí. Pokud by důl ČSA této vymožeosti evyžil, došlo by k fiačím ztrátám a tím i k eretabilitě podiku z hlediska prodeje uhlí. 4 Použitá literatura JENDRYŠČÍK,M Aalýza a simulačí modely pro řízeí dopravích procesů a Dole ČSA. Diplomová práce, Ostrava: VŠB TU Ostrava, HGF, istitut ESŘ, odděleí AŘS. 2003, 85 str. BURÝ,A.,JENDRYŠČÍK,M Selective miig computer model of the ČSA udergroud coal mie. P , I Iteratioal workshop o earth sciece ad techology, Kyushu Uiversity, Fukuoka, Japa, ISBN