XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, 2005 97 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, 708 33 milos.jedryscik@vsb.cz, http://homel.vsb.cz/~je02 2 Ig, CSc, Katedra ATŘ-352, VŠB-TU Ostrava, 7. listopadu, Ostrava - Poruba, 708 33 alois.bury@vsb.cz, http://www.vsb.cz/~bur50 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,
XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, 2005 98 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
XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, 2005 99 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 000 0 G 870B TH 600 20 2A 9520 TP 000 50 2G 700 TP 000 00 3A 439 TP 000 50 3G 700 TP 800 40 4G 7005 TP 800 00 B 44 009b TP 200 80 5G 7005 TP 800 50 2B 44 03 TP 200 230 6G 7005 TP 800 240 3B 44 08 BELT 200 60 7G 7005 TP 800 90 4B 44 07 TP 200 200 8G 7005 TP 800 200 5B 44 07 BELT 200 200 9G 7005 TP 800 80 6B 44 07 BELT 200 200 4H 40/ TP 000 30 5H 40 TP 000 50 C 02540 TP 20 55 6H 400/ TP 000 230 2C 980 TP 20 280 7H 2800 TP 000 250 3C 050 BELT 200 200 8H 2800 TP 000 20 4C 055 TP 000 200 9H 2800 TP 000 60 5C 4702 TP 000 50 0H 2800 TP 000 30 6C 4707 TP 000 50 H 28900 TP 800 40 2H 28704 TP 800 20 0D 9520 BELT 400 60 3H 28704 TP 800 250 THD 03 44 TH 700 25 4H 28704 TP 800 250 D 03 44 TP 200 25 5H 2873/ TP 800 80 2D 03 44 TP 200 245 3D 03 44 TP 200 270 CH 739 II TP 800 40 4D 4 403 TP 200 200 2CH 33398 TP 800 90 5D 4 403 TP 200 230 3CH 33952 II TH 502 0 8D 4 4009a TP 200 60 4CH 33952 II TP 800 60 9D 44 009 TP 200 20 9I 2890 TP 000 280 E 2540a TP 00 05 0I 2890 TP 800 20 2E 2540a TP 000 00 3E 056 TP 000 70 J 393 TP 000 90 4E 056 TP 000 75 2J 090 TP 800 80 5E 058 TP 000 220 6E 058 TP 000 20 4K 2394 TP 200 200 7E 900 TP 000 0 5K 2394 TP 200 60 8E 900 TP 000 00 6K 2396 TP 200 450 9E 900 TP 000 230 7K 2396 TP 000 80 0E 79 TP 000 70 8K 3936 TP 000 80 E 90 TP 000 60 9K 3936 TP 000 20 2E 7A TP 000 50 3E 7 TP 000 00 L 739 II TP 000 40 4E 7 TP 000 70 2L 739 II TP 000 0 3L 739 II TP 800 30 F 074/ TP 200 200 4L 739 II TH 60S 20 2F 074 BELT 200 60 3F 074 TP 200 230 4F 053/ TP 200 80
XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, 2005 200 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 400 303 V 4240 Ia TP 800 0 2M 3000 BELT 400 20 2V 42424 III TP 800 80 3M 44000/ TP 20 320 3V 42422 TP 800 80 4M 44000/ TP 20 460 4V 42422 TP 800 60 5M 44000/ BELT 200 330 6M 305 BELT 200 374 W 23974 TP 800 00 7M 305 BELT 200 370 X 34020 TP 000 320 7N 309 TP 000 50 2X 34020 TP 000 320 8N 306 TP 000 20 9N 3076 TP 000 60 Y 34022 TP 000 320 2Y 34022 TP 000 320 O 740 I TP 800 40 2O 740 I TP 800 60 Z 043a BELT 200 50 2Z 043 TH 700 350 P 790a TP 20 300 2P 790 TP 20 300 KD 700 2000 Q 740 TH 60S 30 KD 2 69 200 2Q 740 TP 000 220 KD 3 697 400 3Q 740 TP 000 60 KD 4 695 500 4Q 44009 TP 000 320 5Q 44009 TP 000 80 KD - kolejová doprava vůz = 3,3 m 3 R 23 90 IV TP 000 20 2R 23 90 IV TP 000 20 3R 08C TP 000 200 4R 060 TP 000 240 5R 4005 TP 000 70 6R 4005 TP 000 20 7R 400 TP 000 200 8R 4240 I TP 800 0 9R 4240 I TP 800 60 0R 4240 I TP 800 00 S 4 4009C TP 000 360 2S 2 390 III TP 000 80 3S 2390 TP 000 200 4S 2390 TP 000 00 5S 2398 TP 000 245 6S 2398 TP 000 80 7S 2398 TP 000 230 8S 3740 III TP 000 90 T 42426 TP 000 80 U 42424 TP 800 300 2U 42424 TP 800 300
XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, 2005 20 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
XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, 2005 202 Legeda: TP 200 pásový dopravík o šířce 200 milimetrů TP 20 - pásový dopravík o šířce 200 milimetrů TP 400 - 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
XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, 2005 203 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
výsledá popelatost je: kde a = b = a XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, 2005 204 + a b + b 2 2 +... + 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
XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, 2005 205 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
XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, 2005 206 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.
XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, 2005 207 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
XXX. ASR '2005 Semiar, Istrumets ad Cotrol, Ostrava, April 29, 2005 208 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. 2003. 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. 2004. Selective miig computer model of the ČSA udergroud coal mie. P.37-324, I Iteratioal workshop o earth sciece ad techology, Kyushu Uiversity, Fukuoka, Japa, ISBN 4-9902356-5-7