CC BY
14
© А.С. Оганесян, В.В. Агафонов, 2013
УДК 622.013
А.С.Оганесян, В.В.Агафонов
АЛГОРИТМ МОДУЛЬНОГО СИНТЕЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
Приведен обобщенный алгоритм формирования технологических схем угольных шахт на базе эвристико-эволюционного подход
Ключевые слова: модуль, синтез, технологическая схема, угольная шахта.
Трудность создания структурной модели технологической схемы угольной шахты состоит в сложности корректного совмещения классификационных признаков и элементов, в колоссальном количестве вероятных сочетаний качественных характеристик, а также в необходимости охватить все возможные сочетания при условии упрощения характеристического ориентированного графа до того момента, когда в один разряд классификаций начнут попадать элементы с различными качественными характеристиками, в противном случае возникает множество несовместимых элементов и недопустимых путей на графе.
Общий алгоритм выбора оптимального и формирования множества рациональных вариантов технологической схемы угольной шахты в соответствии с постановкой задачи выглядит следующим образом:
• формируется обобщенная классификационная структура технологических схем угольных шахт (упорядоченный перечень элементов и уровней),
• формируется структурная модель всех возможных вариантов технологической схемы с учетом совместимости и адаптации отдельных техноло-
гических элементов внутри каждого варианта,
• в модель вводятся ограничения горно-геологического и горнотехнического плана (области применения элементов технологической схемы),
• на базе математической модели формируются матрицы совокупных коэффициентов эффективности отдельных элементов технологической схемы на основе статистических данных (технико-экономических показателей) угольных шахт региона,
• на базе вычисленных интегральных показателей эффективности определяется рациональный вариант технологической схемы.
Одной из важнейших итераций и условий возможности реализации процедуры формирования и синтеза технологических схем угольных шахт является технологическая совместимость альтернативных и принятых к учету вариантов проектных решений по взаимосвязанным элементам технологических схем, причем взаимосвязанными считаются элементы, которые не могут быть реализованы независимо друг от друга. Так например, индивидуальная схема отработки запасов шахтного поля не совмещает-
Рис. 1. Обобщенная технологическая схема угледобычи
Рис. 2.Фрагмент упрошенного изображения характеристического потокового графа угледобычи
Соответствие вершин характеристического потокового графа X = (А, Г) элементам обобщенной технологической схемы отработки запасов угольных месторождений
Номер элемента (идентификатор) Наименование элемента топологической схемы Узловая точка графа, соответствующая классификационной структуре
aj (TCOj) Открытый способ отработки запасов месторождения ТСО Способ отработки запасов месторождения
a2(TCOz) Подземный способ отработки запасов месторождения тсо
а3 (ТСОз) Совместный (открыто-подземный) способ ТСО
а4 (ТС 1ц Шахты старого технического уровня ТС1 Парадигма отработки запасовшахт-ного поля
а5(ТС12) Шахты нового технического уровня ТС1
а6(ТС13) Супердинамические шахтосистемы ТС1
а7(ТС14) Высокоэффективные шахтосистемы ТС1
а8(ТС15) Многофункциональные шахтосистемы ТС1
a9(TC2i) Классические технологические структуры ТС2 Технологические структуры отработки запасов
а10(ТС22) Шахта-лава ТС2
an (ТС23) Шахта-пласт ТС2
ai2(TC3i) Индивидуальная ТСЗ Схема отработки запасов шахтного поля
ai3(TC32) Блочная ТСЗ
ai4(TC4i) Центрально-сдвоенные стволы (штольни) ТС4 Вскрытие шахтных и выемочных полей Схема вскрытия шахтного поля
ais (TC42) Центрально-отнесенные стволы (штольни) ТС4
a16 (TC43) Фланговые стволы (штольни) ТС4
ai7 (TC44) Отнесенные стволы (штольни) ТС4
ais (TC45) Секционные стволы (штольни) ТС4
TC42 Число подъемных горизонтов
ai9(TC421) Одногоризонтная ТС4
Номер элемента (идентификатор) Наименование элемента топологической схемы Узловая точка графа, соответствующая классификационной структуре
А20 (ТС422) Многогоризонтная ТС4
ТС43 Способ вскрытия шахтного поля
Azi (ТС431) Вертикальные стволы ТС4
а22 (ТС432) Наклонные стволы ТС4
а23 (ТС433) Штольни ТС4
а24 (ТС434) Комбинированное вскрытие ТС4
ТС44 Направление вскрывающих вспомогательных выработок относительно гориз. плоскости
а25(ТС441) С горизонтальными вспомогательными выработками ТС4
а26(ТС442) С наклонными вспомогательными выработками ТС4
а27 (ТС443) С вертикальными вспомогательными выработкам ТС4
а28 (ТС444) С комбинацией выработок ТС4
а29 (ТСБ^ Цикличная ТС5 Схема транспорта
а30 (ТС52) Поточная ТС5
asi (TC6i) Центрально-сдвоенная ТСб Схема вентиляции
а32 (ТС62) Центрально-отнесенная ТСб
а33 (ТСб3) Фланговая ТСб
а34 (ТСб4) Секционная ТСб
а35 (ТС65) Отнесенная ТСб
a36 (ТС71) Этажная ТС7 Подготовка шахтного поля Схема подготовки
а37 (ТС72) Панельная ТС7
а38 (ТС73) Погоризонтная ТС7
а39 (ТС74) Подготовка технологических структур шахта-лава ТС7
ТС72 Порядок отработки этажей, панелей и столбов
а40 (TC72I) Нисходящий ТС7
a4i (ТС722) Восходящий ТС7
а42 (ТС723) От центра к границам ТС7
Номер элемента (идентификатор) Наименование элемента топологической схемы Узловая точка графа, соответствующая классификационной структуре
а43 (ТС724) От границ к центру ТС7
ТС73 Расположение главных подготовительных выработок относительно пласта
a44(TC73i) Пластовое ТС7
а45 (ТС732) Полевое ТС7
а46 (ТС73з) Пластово-полевое ТС7
ТС74 Вид дополнительной подготовительной выработки
а47 (TC74I) Квершлаг ТС7
а48 (ТС742) Скат ТС7
а49 (ТС74з) Гезенк ТС7
а5о (ТС744) Слепой ствол ТС7
ТС75 Количество пластов, обслуживаемых системой подготовительных выработок
a51 (TC75I) Один ТС7
а52 (ТС752) Группа ТС7
а5з (TC8i) Участковый штрек ТС8 Группирование пластов Вид групповых выработок
а54 (ТС82) Бремсберг, уклон, ходок ТС8
а55 (ТС83) Коренной штрек ТС8
956 (ТС84) Наклонные участковые выработки ТС8
а57 (ТС85) Магистральный штрек ТС8
ТС82 Местоположение групповой выработки
а58 (TC82i) Лежачий бок ТС8
а59 (ТС822) Висячий бок ТС8
а60 (ТС823) Междупластье ТС8
ТС83 Вид группирующей выработки
а61(ТС831) Скат ТС8
Эб2 (ТС832) Квершлаг ТС8
Ni W
Номер элемента (идентификатор) Наименование элемента топологической схемы Узловая точка графа, соответствующая классификационной структуре
а63 (ТС833) Гезенк ТС8
Эб4 (ТС834) Слепой ствол ТС8
ТС84 Порядок отработки сгруппированных пластов во времени
а65 (ТС841) Последовательный ТС8
а66 (ТС842) Одновременный ТС8
а67 (ТС843) Комбинированный ТС8
ТС85 Порядок отработки сгруппированных пластов в пространстве
а68 (ТС851) Нисходящий ТС8
а69 (ТС852) Восходящий ТС8
а70 (ТС853) Смешанный ТС8
а71(ТС9!) Нисходящий ТС9 Подготовка выемочного поля Порядок отработки этажей, ярусов, столбов
а72 (ТС92) Восходящий ТС9
а73 (ТС93) От центра к границам ТС9
ТС92 Направление отработки выемочных полей по отношению к линии простирания пласта
а74 (ТС921) По восстанию ТС9
а75 (ТС922) По падению ТС9
а76 (ТС923) Диагонально ТС9
ТС93 Способ отработки выемочных полей
а77(ТС931) На переднюю транспортную выработку ТС9
а78 (ТС932) На заднюю транспортную выработку ТС9
а79 (ТС933) На двустороннюю транспортную выработку ТС9
ТС94 Направление отработки выемочных полей по отношению к границам шахтного поля
а80 (ТС941) Прямой ход ТС9
а81(ТС942) Обратный ход ТС9
Номер элемента (идентификатор) Наименование элемента топологической схемы Узловая точка графа, соответствующая классификационной структуре
ТС95 Рациональная компоновка очистных забоев
а82 (ТС951) Одинарные ТС9
а83 (ТС952) Спаренные ТС9
а84 (ТС953) Сдвоенные ТС9
ТС96 Расположение участковых подготовительных выработок относительно пласта
а85 (ТС961) Пластовое ТС9
а86 (ТС962) Полевое ТС9
ТС97 Вид дополнительной участковой подготовительной выработки
а87 (ТС971) Квершлаг ТС9
а88 (ТС972) Скат ТС9
а89 (ТС973) Гезенк ТС9
а90 (ТС974) Слепой ствол ТС9
ТС98 Способ проведения подготовительных выработок
а91 (ТС981) БВР ТС9
а92 (ТС982) Комбайновый с механическим разрушением ТС9
а93 (ТС983) Комбайновый с гидравлическим разрушением ТС9
ТС99 Схема проветривания выемочного участка
а94 (ТС991) Прямоточная с подсвежением ТС9
а95 (ТС992) Прямоточная без подсвежения ТС9
а96 (ТС993) Возвратоточная с подсвежением ТС9
а97 (ТС994) Возвратоточная без подсвежения ТС9
ТС910 Способ управления горным давлением
а98 (ТС91М) Полное обрушение ТС9
а99 (ТС9102) Плавное опускание ТС9
а100 (ТС9103) Полная закладка ТС9
ТС9ц Технология подготовки выемочных участков
Ni сл
Номер элемента (идентификатор) Наименование элемента топологической схемы Узловая точка графа, соответствующая классификационной структуре
аю! (ТС9Ш) Одноштрековая ТС9
а102 (ТС9ц2) Двухштрековая ТС9
а103 (ТС9цз) Многоштрековая ТС9
а104 (TClOi) Отечественное ТС 10 Горношахтное оборудование Типы комплектаций
а105 (TCIOz) Импортное ТСЮ
а106 (ТС Юз) Смешанной комплектации ТСЮ
ТСЮ2 Горношахтное оборудование подсистем
аю7 (ТСЮ21) ГШО очистных работ ТСЮ
а108 (ТСЮ22) ГШО подготовительных работ ТСЮ
а109 (ТСЮ23) ГШО транспорта-подъема ТСЮ
а110 (ТСЮ24) ГШО вентиляции ТСЮ
аш (ТСЮ25) ГШО водоотлива ТСЮ
ац2 (ТСЮ26) ГШО энергоснабжения ТСЮ
ац3 (ТСЮ27) ГШО дегазации ТСЮ
ац4 (ТСЮ28) ГШО технологического комплекса поверхности ТСЮ
ans (TClli) Угольный склад ТС 11 Технологический комплекс поверхности
апб(ТС112) Склад ГСМ ТС11
ац7(ТС11з) АБК ТС11
ац8 (TCII4) ОФ (ДСК) ТС11
а119(ТС115) Сооружения энергоснабжения и водоочистки ТС11
ТС112 Типы ТКП
а120 (TCII21) Классический технологический комплекс поверхности ТС11
а121 (TCII22) Технологический комплекс поверхности с ОФ (ДСК) ТС11
а122 (ТС1123) Углеэнергетический комплекс поверхности ТС11
а123 (ТС 1124) Углехимический комплекс поверхности ТС11
а124 (ТС1125) Многофункциональный комплекс поверхности ТС11
ся с секционным (блочным) расположением главных вскрывающих выработок и секционной (блочной) схемой вентиляции. В свою очередь, с блочной схемой отработки запасов шахтного поля не совмещается центральное, центрально-отнесенное, фланговое, отнесенное расположение главных вскрывающих выработок, центрально-отнесенная, централ ьно-сдво енная и фланговая схема вентиляции. Рассмотрение уровня «Группирование угольных пластов» невозможно при наличии одного угольного пласта в шахтном поле. Технологические структуры «шахта-лава» нереализуемы при углах падения более 18о и сильной нарушенности угольных пластов с изменяющейся гипсометрией угольных пластов. Поточная схема транспорта, требующая использования цепочки конвейерных линий от очистного забоя до поверхности, также, в принципе, невозможна при угле падения свыше 18о. Многофункциональные технологические комплексы поверхности нецелесообразно формировать при одноцелевой направленности деятельности угледобываю-
щего предприятия (только добыча угля). Высокоэффективные шахтосистемы невозможно сформировать без использования технологических структур шахта-лава и т.д. Данные аспекты подземной угледобычи вводятся в виде ограничений на выбор тех или иных элементов в упорядоченной форме. Таким образом, возникает необходимость формирование матрицы ограничений технологической совместимости элементов технологической схемы угольной шахты, которая автоматически вводится в общую модель программного обеспечения реализации общей блок-схемы алгоритма.
Исходя из вышеизложенного, на основании проведенных исследований, была сформирована обобщенная технологическая схема угледобычи (рис. 1) и характеристический потоковый граф, фрагмент упрощенного изображения которого представлен на рис. 2. В таблице представлено соответствие вершин характеристического потокового графа X = (А, Г) элементам обобщенной технологической схемы отработки запасов угольных месторождений, гттгтэ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Оганесян Армине Сейраровна - кандидат технических наук, доцент, преподаватель, Агафонов Виталий Валерьевич — аспирант кафедры ПРПМ, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
A
