Динамическое моделирование технико-организационных вариантов работы очистного забоя Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

-------------------------------------------- © П.В. Гречишкин, 2008

УДК 622.232.8 П.В. Гречишкин

ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНИКООРГАНИЗАЦИОННЫХ ВАРИАНТОВ РАБОТЫ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ

Семинар № 14

настоящее время в Кузбассе по-

А/давляющее большинство механизированных очистных забоев оснащается не серийными механизированными комплексами, а скомпонованными под заданные условия из оборудования различных производителей. В мире насчитывается свыше 20 производителей механизированных крепей, 15 производителей узкозахватных очистных комбайнов и 18 производителей забойных конвейеров. Каждый завод выпускает несколько типов оборудования, для которых существует ряд типоразмеров. При этом насчитывается более 40 вариантов организации работ в забое, отличающиеся схемой работы комбайна, схемой передвижки крепи, способом зарубки в пласт и креплением сопряжений, что обеспечивает множественность технико-организацион-ных решений. По мнению автора [1] для некоторых горно-геологических условий количество вариантов может достигать нескольких тысяч.

Одним из основных показателей эффективности работы забоя является его производительность. Для расчёта производительности используют методики [2, 3]. В данных методиках применяются различные нормативы (нагрузки на забой, времени выполнения множества операций и т.д.), полученные эмпирически для серийных механизированных комплексов или определённых вариантов компоновки, поэтому ввиду отсутствия опыта исполь-

зования некоторого комплекта необходимо прибегать к существенным допущениям при расчёте его производительности. Так же методики не позволяют учесть организацию работ в забое: а) [2] - принципиально; б) [3] - по причине отсутствия нормативов для современных наборных комплектов.

Устранить описанные недостатки позволяет применение динамического моделирования процесса очистной выемки [4, 5]. Идея заключается в создании на сетях Петри моделей с постоянной структурой отражающей последовательность и взаимосвязь операций очистной выемки как во время основных, так и вспомогательных технологических процессов. Изменяемыми параметрами являются размеры оборудования (количество секций забойной крепи, сопряжения, конвейера, длина комбайна), а так же скоростные характеристики горных машин и горнорабочих.

Очистная выемка рассматривалась как большая система. Основой больших систем является принцип агрегатизации, т.е. переход от проектирования жёсткой структуры к набору автономных функциональных блоков, из которых компонуются системы произвольной структуры [6]. Поэтому были выделены неотъемлемые технологических процессы очистной выемки при различной организации работ в забое. Формализация процессов позволила сформулировать требования к универсальным модулям,

по которым построены их структурно-функ-циональные концептуальные модели.

Для моделирования был выбран аппарат сетей Петри за счёт следующих его особенностей: 1) моделирования

процессов в системах, где происходит последовательная смена дискретных состояний при выполнении разнообразных условий; 2) наглядность модели 3) возможность реализации структурного подхода к построению модели.

По концептуальным моделям были разработаны типовые модули сети Петри, достаточные для построения более 40 моделей работы забоя отличающихся организацией процесса выемки. Непрерывные процессы здесь представлены дискретно. Перемещение оборудования и технологические операции отображаются движением маркеров с задержками в позициях сети, а причинноследственные связи событий заданы дугами и переходами. Структурнофункциональные концептуальные модели, модули сети Петри и начальные условия для каждого модуля приведены в таблице.

Динамические модели выемочного цикла строятся путём структурной компоновки типовых модулей, синхронизация имитируемых технологических процессов обеспечивается заданием кратности дуг стоковых позиций модулей.

Данный подход был использован при подготовке рационализаторского предложения по совершенствованию организации работ в очистном забое шахты «Полысаевская». Анализ существующей технологической схемы показал, что имеется недоиспользование производственной мощности комбайна, и этот недостаток можно устранить изменением схемы передвижки секций крепи. В данных горнотехнических и горно-

геологических условиях шахматная схема передвижки секций (через одну) вполне применима, т.к. комплекс КМ-138/2 позволяет это реализовать при допустимом значении площади обнажения кровли.

Были построены структурные схемы динамических моделей с челноковой работой комбайна и самозарубкой комбайна косым заездом, отличающиеся схемой передвижки секций (последовательная и шахматная). На рис. 1 представлена структура с шахматной схемой.

В соответствии со структурными схемами были разработаны динамические модели на сетях Петри. На рис. 2 показана сеть, созданная по схеме рис. 1. Для построения моделей и проведения экспериментов был использован проблемно-ориентиро-ванный имитатор сетей Петри NetStar 2.0Ь разработанный в Институте угля и углехимии СО РАН.

Эксперименты проводились на моделях с различной организацией работ и одинаковыми параметрами оборудования. В результате моделирования получили, что в заданных горнотехнических условиях при переходе на шахматную схему передвижки секций крепи и увеличении численности добычной бригады на 1 чел/смену. Скорость подачи комбайна увеличивается на 46 %, а производительность забоя повышается на 41,8 %.

Компьютерное отображение взаимодействия забойного оборудования в пространстве и времени позволяет избавиться от эмпирических нормативов, быстро оценить эффективность различных технико-организационных вариантов и определить производительность с учётом организации работ в забое.

расстояние от штрека

Рис. 1. Структурная схема динамической модели

274

Модули сети Петри, отображающие технологические процессы и операции очистной выемки

№

Концептуальные модели

Модули сети Петри

Начальные условия для мо__________дулей___________

Маркировка Р3 - количество элементарных отрезков пути; задержка времени в Р2 - время прохождения одного отрезка

Маркировка Р6 - количество секций для передвижки; задержка в Р2 - передвижка одной секции, в Р3 - время перемещения ГРОЗ до пульта следующей секции

Маркировка Р1, Р9 - количество секций для передвижки первым и вторым ГРОЗ; задержки в Р2, Р5 -передвижка одной секции, в Р3, Р7 - время перемещения ГРОЗ до пульта следующей чётной (нечётной) секции

У1 Регулирование шахматной передвижки секций

эу

Маркировка Р8 - минимальное отставание крепления

1

2

3

4

275

t t VI

ПК ? ппер ? перС ?

t TI

шпер ? штрС

Start

Передвижка крепи сопряжения со штреком

Окончание

передвижки

Маркировка Р1, Р7 - количество переходных и штрековых секций крепи сопряжения; задержки в Р2, Р8 - передвижка соответствующих секций; задержки в Р3, Р6, Р10 - перемещение ГРОЗ; кратность дуги w(P5,t3) - количество переходных секций________________________

Маркировка Р1 - количество участков конвейера для передвижки; задержки в Р2, Р3, Р8, Р9 - переключение гидрораспределителей участков, в Р4, Р11 -передвижка участка, в Р7-Р12 - переключение гидрораспределителей последнего участка

Задержка в Р1 - изменение положения шнеков

6

7

Рис. 2. Сеть Петри, отображающая взаимодействие забойного оборудования

1. Цой С.И. Моделирование технологических процессов в угольной промышленности. -М.: Недра, 1979.

2. Нагрузки на очистные забои действующих угольных шахт при различных горногеологических условиях и средствах механизации выемки. - Люберцы: ИГД им. А.А. Скочинского, 1996. - 48 с.

3. Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. - М: ИГД СО АН. 1979 г.

4. Конюх В.Л., Гречишкин П.В. Компоновка оборудования очистного забоя методом имитационного моделирования// Вестник

— Коротко об авторе -------------------------------------------------------------------

Гречишкин П.В. - кандидат технических наук, младший научный сотрудник, Институт угля и углехимии СО РАН.

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 14 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Н.И. Федунец.

А

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «БУРОВАЯ ТЕХНИКА» — ВНИИБТ»

ЩЕРБИН Алексей Викторович Создание внутрискважинных герметизаторов с многослойными эластичными оболочками для строительства, освоения и ре- 25.00.15 к.т.н.

КузГТУ. - 2004. - № 2. - С. 77-82.

5. Гречишкин П.В. Имитационное моделирование технологических схем очистных работ// Сборник докладов первой Всероссийской научно-практической конференции «Опыт практического применения языков и программных систем имитационного моделирования в промышленности и прикладных разработках» (23-24 октября 2003, С.-Петербург). -С.-Петербург, 2003. - С. 38-43.

6. Денисов А.А., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления. - М.: Энергоиздат, 1982.-288 с. ЕШ