CC BY
25
--------------------------------------- © Ю.Г. Вилкул, А. С. Давидкович,
В.Н. Коробко, 2004
УДК 622.271
Ю.Г. Вилкул, А.С. Давидкович, В.Н. Коробко
ДИСКРЕТНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ РАЗВИТИЯ ГОРНЫХ РАБОТ В КАРЬЕРЕ НА ПЕРСПЕКТИВНЫХ УРОВНЯХ
Семинар № 10
ш ш ерспективное планирование горных -Ж.-1 работ на рудных карьерах при помощи компьютеров обеспечивает многовариантную оптимизацию долгосрочной стратегии ведения горных работ. В существующих системах автоматизированного планирования, как правило, в процессе поиска решения выполняется следующая последовательность шагов: вводятся исходные данные, решается задача оптимизации, выводятся результаты. Если решение не устраивает - корректируются исходные данные и процесс повторяется. В тоже время производственники при разработке планов всегда хотят провести анализ имеющейся информации до выполнения задачи планирования. Эта информация позволяет более обоснованно задавать показатели плана, яснее понимать ту обстановку, в которой должны приниматься решения. При таком подходе задачи анализа и прогнозирования занимают существенную часть программных средств задач планирования. Кроме того, дополнительные средства анализа и различные сервисные функции по вычерчиванию планов карьера и геологических карт дают горнякам мощный инструментарий для выполнения проектных работ. В целом программные средства планирования горных работ должны обеспечивать анализ имеющихся исходных данных, выполнять прогноз недостающей информации, иметь высокую адекватность математических моделей планирования реальным условиям, обладать развитыми средствами ввода и вывода графической информации. На изложенных требованиях авторами создан программный продукт, представляющий инструментальную интеллектуальную среду, которая позволяет в интерактивном режиме осуществлять разработку квартальных, годовых, двухлетних и пятилетних планов развития горных работ на рудных карьерах. Отличительной особенностью системы от разработанных ранее является объединение на
интеллектуальном уровне задач оптимизации совместно с задачами маркшейдерского и геологического обеспечения планирования и анализа всей имеющейся на текущий момент информации, высокой степенью автоматизации ввода и вывода графической информации.
Для удобства работы в среде запроектирован интуитивно понятный интерфейс, при котором необходимые действия пользователя выбираются из меню курсором “мыши”. Доступность любой позиции иерархической системы меню зависит от выполненных ранее действий и предохраняет технолога и систему от ошибочных действий. Попутно это оказывает неявное обучающее воздействие на технолога при работе без документации. Интеллектуальность среды на этом уровне определяется системой правил разрешения или запрета каждой позиции меню в зависимости от имеющихся данных.
Ход решения и результаты расчетов отображаются на экране дисплея в графическом и текстовом виде. Графическая информация выводится на экран в виде геометрических объектов - линий, точек и закрашенных областей. На их основе создаются технологические объекты. Линиями отображаются ожидаемое и максимально возможное положения фронта горных работ, изолинии дневной поверхности, трассы транспортных коммуникаций, контуры выемочных блоков. Каждая из них использует установленный цвет и толщину линий. Точки используются для указания положения проекций разведочных скважин на каждом горизонте. Цветами выделяются типы руд по скважине -балансовая, забалансовая или пустая порода, а также сорта руд. Закрашенные многоугольники используются для отображения границ типов и сортов руд. Цвета многоугольников по выбору технолога отражают типы руд, технологические сорта руд или содержание главного компонента в руде. Текстовая информация ото-
бражает таблицы с данными о кондициях руд, плановом задании на период, допустимых отклонениях набираемых показателей от планового задания, справки о подсчете запасов, плане горных работ с детализацией по горизонтам, участкам, типам и сортам руд.
В любом месте работы можно получить контекстно-зависимую помощь. По ходу диалога в строке сообщений для пользователя непрерывно выдаются подсказки о его последующих действиях. Каждая копия среды комплектуется типографского качества документацией по эксплуатации. Для облегчения восприятия информации экран дисплея разделен на четыре части: строку состояния (верхняя строка экрана в которой выводится объем доступной памяти, текущий проект, текущие координаты, результаты подсчета запасов); строку сообщений (нижняя строка экрана в которую выводятся подсказки, сообщения и указания пользователю); рабочую часть экрана с планом карьера и графическими данными; поле меню (вертикальная правая часть экрана, в котором помещается система иерархически всплывающих меню).
В данной разработке большое внимание уделено алгоритмам подготовки горной графической информации, поскольку они определяют удобство работы технолога в среде и трудоемкость планирования. Данные вводятся с планов при помощи дигитайзера. Предусмотрена возможность любой ориентации чертежа относительно поля планшета. Привязка выполняется по двум точкам с известными координатами. Встроенный в систему графического ввода редактор позволяет исправлять неточности и механические ошибки по ходу ввода. Альтернативным средством ввода графических данных является «мышь». При редактировании можно перемещать графические данные на плане карьера, добавлять или изменять положения участков линий или отдельных точек.
Перед решением задачи планирования выполняется подготовка геолого-маркшей-дерской информации. Выборка геологические данных из цифровой модели месторождения полностью автоматизирована. По указанному техноло-
План карьера с имеющимися геологомаркшейдерскими данными
гом списку горизонтов, на которых предполагается ведение горных работ в плановом периоде, выполняется поиск разведочных скважин. Затем из них выбираются скважины, попадающие в формируемые варианты плана программным путем. Выбранные геологические данные также можно редактировать: перемещать скважины, изменять значения показателей по ним, добавлять новые с данными вышележащих горизонтов при недостаточной плотности разведочной сети на отдельных горизонтах (рисунок).
Важнейшей задачей автоматизации планирования является проектирование структур данных и алгоритмов набора объемов горных работ. Удачно спроектированная горногеометрическая модель развития горных работ для перспективного планирования должна обеспечить получение линии фронта горных работ на конец планового периода, позволить формирование контуров выемочных блоков и манипулирование ими, учитывать связки по подвиганию фронта горных работ на смежных участках и по вертикали. Перечисленное требует построения модели, в которой развитие горных работ моделировалось бы линиями, а набор плановых показателей осуществлялся бы дискретными блоками, в которых предварительно выполнен подсчет запасов.
Модель развития горных работ в этом случае удобнее представить линиями ожидаемого положения фронта горных работ, перемещающихся в сторону невыработанной части карьера. Область максимального подвигания фронта горных работ разбивается на дискретные элементарные блоки. Ширина элементарных блоков ограничивается средствами пакета диапа-
Координаты Указатели на соседей Номер полосы Объ- ем План Тип и сорт руды Показатели качества
На начало На конец л п в тип сорт 1 2 3 13 14 15
хп Уп хк ук
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 25 26 27
зоном 15-75 м. Это соответствует диапазону от половины до трех заходок экскаватора. Пользователь, в зависимости от требуемой точности, может сам задавать эту величину. Чем она меньше, тем точность расчетов выше, однако растет время поиска решения. Длина элементарных блоков также задается пользователем в пределах 15-500 м, т.е. ограничена примерно двухмесячной заходкой. Блоки следуют друг за другом слева направо и имеют одну общую сторону. Стороны элементарных блоков в направлении развития горных работ всегда будут почти параллельны. При построении элементарных блоков сразу же формируются указатели на соседа слева, справа и на вышележащем горизонте для учета горно-геометрических взаимосвязей. Такие элементарные блоки являются неделимыми в последующих расчетах. Наборы данных по блокам имеют следующую структуру (см. таблицу).
Приведенная структура данных позволяет одинаково просто переходить от координат линий фронта горных работ к совокупностям элементарных блоков. Объем блока и качественные характеристики руды с выделением сортов используются для набора плановых показателей по принятому критерию. Если блок включается в план, в 10 столбец заносится соответствующий признак. Кроме простоты и универсальности использования приведенная выше горногеометрическая модель развития горных работ при перспективном планировании позволяет быстро перерисовывать на экране дисплея геологические карты участков месторождения. Это связано с тем, что закрашиваются простые фигуры - четырехугольники заранее предопределенными для каждого сорта или типа руды шаблонами и цветами.
В построенных элементарных блоках выполняется подсчет запасов с выделением типов и сортов руд. Он использует систему правил, позволяющих оконтурить геологические однородности, и интерполяцию методом обратных расстояний заданной степени для прогнозирования качественных характеристик руды в блоках по данным разведочных скважин. Интер-
поляция осуществляется на специально подобранной системе узлов, согласованной с направлением развития горных работ. После подсчета запасов выполняется раскрашивание геологической карты и вывод табличных данных. Они позволяют геологической службе рудника визуально исследовать неоднородность размещения руд в недрах. Возможно раскрашивание по типам, сортам руд и по содержанию главного компонента в руде. Набор данных после заполнения всех показателей хранится в долговременной дисковой памяти компьютера отдельно по горизонтам и может быть прочитан в любое время программными средствами анализа, прогнозирования и планирования горных работ. Ранее нами в [4] предлагалось хранить горногеометрические данные только в виде линий и разворачивать их в блочную модель с подсчетом запасов только на этапе решения из-за дефицитной и дорогостоящей в те времена дисковой памяти. Упрощены также требования к кривизне участков линии ожидаемого положения фронта горных работ - она может быть произвольной формы и формироваться только по технологическим условиям, ранее же требовалось фронт работ делить прямолинейные участки или с незначительной кривизной в одном направлении. При этом все работы по выделению слоев, делению их на блоки и подсчет запасов полностью автоматизированы.
По результатам подсчета запасов в элементарных блоках выполняется оптимизация плана горных работ. Предусмотрена оперативная возможность выбора трех критериев оптимальности: минимальное отклонение набираемых объемов руды от планового задания, минимальное отклонение набираемых объемов меди от планового задания, минимальное отклонение содержания меди в руде от планового задания. Система ограничений включает требования выполнения директивных показателей по объемным и качественным характеристикам типов и сортов руд; условия равномерного развития горных работ, сохранение рабочих площадок указанных размеров и заданного соотношения сортов руд. По каждому показателю
системы ограничений оперативно задаются допустимые отклонения в большую и меньшую стороны. Если ограничения задачи несовместны, можно ослабить их и продолжить расчеты. Если этого недостаточно, необходимо менять направление развития горных работ. Процесс поиска решения продолжается до получения приемлемого результата. Каждый включенный в план элементарный блок в столбце 10 таблицы содержит номер интервала планового периода.
Вывод результатов осуществляется в табличной и графической форме. В первом случае из информации по блокам формируется выходная таблица и выводится в текстовый редактор для просмотра и корректировки при необходимости. Она может возникнуть при ручной корректировке плана, доработки его в деталях. План выводится с детализацией по участкам и горизонтам карьера с выделением типов и сортов руд. Работа с графикой возможна в режимах: вывод графического материала в формате БХГ для последующей обработки средствами ЛиТОСЛБ, вывод на плоттер средствами пакета, вывод на лазерный принтер, поддерживающий язык плоттера ИР-ОЬ/2. В процессе диалога выбирается состав выводимой графической информации при помощи меню. Для скважин детальной и эксплуатационной разведок динамически задаются состав и цвет надписей возле ее положения на плане. После этого
1. Табакман И.Б. Принципы построения АСУ на карьерах.-Ташкент: Фан, 1977.-140 с.
2. Компьютеры и системы управления в горном деле за рубежом/ Ю.П. Астафьев, А.С. Зеленский, Н.И. Горлов и др. - М.: Недра, 1989. - 264 с.:ил.
3. Точечно-блочная модель карьера для текущего планирования горных работ./ Астафьев Ю.П., Чернов А.П., Коробко В.Н. Разработка рудных месторождений. Респ. межвед. Научн.-техн. Сб., 1982, вып.33, с. 3-10.
4. Бевз Н.Д., Кузъминое Л.П. Планирование добычных работ в карьере по технологическим сортам. -
выполняется вывод в файлы или непосредственно в устройство.
Разработанная инструментальная система перспективного планирования горных работ позволяет существенно автоматизировать перспективное и текущее планирование горных работ и обеспечить много вариантность разработки планов. Выполнены контрольные и реальные просчеты годовых планов на реальных данных ГОКа «Эрдэнэт». Они показали работоспособность системы в различных режимах эксплуатации, требуемые скорость расчетов и точность подсчета запасов, правильность набора планов. На шести горизонтах было выделено 14 участков, для которых задали ширину полосы 15 м, длину элементарного блока 15 м при высоте уступа 15 м. Всего автоматизированным способом построено около 12000 блоков. Время, затраченное на формирование блоков составило 8 мин, на подсчет запасов - 14 мин с учетом диалога технолога с системой по выбору горизонтов, участвующих в расчетах, параметров полос и блоков, метода и параметров интерполяции при подсчете запасов. Указанные параметры эксплуатации системы являются приемлемыми на уровне перспективного и текущего планирования и позволяют использовать модель в составе АСУП и САПР на карьерах цветной и черной металлургии.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Разраб. рудных месторождений: Респ. межвед. науч.-техн. сб., 1983, вып. 35, с. 9 - 14.
5. Бызов В.Ф. Управление качеством продукции карьеров. - М.: Недра, 1991. - 239 с.
6. Автоматизированное проектирование карьеров: Учеб. пособие для вузов/ B.C. Хохряков, С.В. Кор-нилков, Г.А. Неволин, В.М. Каплан. - М.: Недра, 1985. -263 с.
7. Комплекс математических моделей оперативного планирования добычных работ на рудных карь-ерах/В.Н.Коробко, Горлов Н.И. Известия вузов. Горный журнал. 1987, N 1, с. 36-39.
— Коротко об авторах ----------------------
Вилкул Ю.Г. - доктор технических наук, профессор, Давидкович А.С. - доктор технических наук, профессор, Коробко В.Н. - доктор технических наук, профессор, Криворожский технический университет, Украина.
