CC BY
23
© А.Н. Домрачев, 2002
УДК 622:001.572
А.Н. Домрачев
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КОНГРУЭНТНОСТИ ОПТИМАЛЬНЫХ ПУТЕЙ ПОСЛОЙНЫХ ИЗОМОРФНЫХ ГРАФОВ ДЛЯ СИНТЕЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОТРАБОТКИ ЗАПАСОВ УГЛЯ, НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ДЛЯ ДЛИННЫХ КМЗ
Основным инструментом разработки технологической схемы шахты (ТСШ) с неблагоприятными для длинных КМЗ горно-геологическими условиями является модель, имитирующая распределение материальных и финансовых потоков и представляющая ТСШ в виде графа G = (Ы",А), где N множество вершин, А- множество дуг. Решение на графе задач о поиске кратчайшего пути, критического пути, пути с максимальным потоком позволяет формировать оптимальный набор элементов технологической схемы по капитальным и эксплуатационным затратам, прибыли, объемам добычи угля [1, 2], а затем сформировать оптимальную технологическую схему по всей совокупности критериев. Геометрически каждый из перечисленных критериев представляет собой слой, на котором размещается соответствующая проекция изоморфного графа ТСШ. Синтез оптимальной технологической схемы для сложных горно-геологических условий при использовании геометрической интерпретации критерия определен как реализация метода конгруэнтности оптимальных путей послойных изоморфных графов и включает следующие этапы:
• формирование множества допустимых вариантов технологических схем шахт (ТСШ); множество допустимых вариантов представляется в виде графа G= {^А}, каждой дуге которого ставится в соответствие определенный элемент технологической схемы из множества
Э={Э1, Э2, ..., Эп}, {Э}0{А};
• синтез оптимального варианта технологической схемы шахты по слоям прибыль, удельные капитальные затраты, эксплуатационные за-
траты, объем добычи в виде пути из источника в сток на графе G = {^А}; каждой дуге этого пути соответствует определенный элемент технологической схемы шахты, а весь путь формируется на основе множества элементов, входящих в оптимальные пути по каждому из слоев;
• синтез оптимального варианта технологической схемы шахты для всего множества пакетов Р = {Р1, Р2, ..., Рт} осуществляется на основе множества элементов, входящих в оптимальные пути, синтезированные по отдельным пакетам (осложня-ющим факторам или их совокупностям). Изложенный выше подход позволяет заменить процесс выбора технологической схемы шахты из заданного множества вариантов по значению критерия оптимальности синтезом последней на основе конгруэнтности оптимальных путей послойных изоморфных графов.
Такой подход обеспечивает целый ряд преимуществ, в том числе:
• возможность проработки
большего числа альтернативных ТСШ, нежели чем при использовании метода вариантов; общее количество анализируемых альтернатив ТСШ может достигать S1xS2 хБ3,... xSm, где S - общее число допустимых элементов в подсистеме, М - количество подсистем (очистные забои, транспорт, вентиляция, подъем и т.д);
• представление исходного
множества вариантов в виде графа G = (^А), где N множество вершин, А - множество дуг, позволяет избежать затрат времени и ресурсов на обсчет и оценку нерациональных вариантов, которые могут быть синтезированы при использовании комбинаторных методов; таким образом, формирование графа G = (Ы",А) исходного мно-
жества вариантов может рассматриваться как дополнительная составляющая комплексного критерия оптимальности ТСШ;
• возможность использования экспертной оценки как на стадии синтеза, так и на стадии формирования исходного множества элементов ТСШ по отдельным группам осложняющих факторов и по всей их совокупности; при этом от эксперта не требуется знания всей специфики процесса моделирования и интерпретации его результатов, что позволяет привлекать для выполнения оценки специалистов-практиков из числа ИТР предприятий, работающих в сложных горно-геологических условиях;
• возможность адаптации критерия для решения широкого круга задач путем изменения количества и вида соответствия между пакетами слоев и внешними факторами без корректировки множества составляющих комплексного критерия ккомп. = ={к, С, А, П}; такая гибкость позволяет выполнять настройку модели не только путем изменения ее структуры и введения корректирующих коэффициентов, но и за счет управления качественными характеристиками комплексного критерия оптимальности;
• единство метода и критерия, позволяющее избежать неопределенности при интерпретации результатов конструирования технологической схемы и ограничений по количеству осложняющих факторов (их совокупностей), которые могут быть учтены в процессе синтеза ТСШ.
В качестве объекта исследований принят пласт Хв/п Кондомского района Кузбасса в границах блока №2 шахтоуправления «Кондомское». Ниже приводится краткая характеристика пласта:
• марка угля - Т;
Таблица 1
МНОЖЕСТВО ЭЛЕМЕНТОВ ПОДСИСТЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОТРАБОТКИ ПЛАСТА ХВ/П
Подсистемы
Э выемка угля участковый транспорт магистральный подъем
л транспорт
е буроштрековая выемка [3]; конвейерный транс- конвейерный транс- конвейерный транс-
м КМЗ (4КМ130, 2ГШ68Б, СП301); порт (1Л80, 1ЛБ100); порт (1Л100, порт (1ЛУ120,
е гидроотбойка в коротких забоях (12ГД-2, безнапорный гидро- 1ЛУ120); 2ЛУ120);
н ГМДЦ-4) [5]; транспорт; напорный гидро- гидроподъем (14УВ6,
т КМЗ с очистной машиной ГРОМ-1 [4]; транспорт (14УВ6, трубостав Ш 300-350);
ы КМЗ нового уровня (КМ144, К500, «Ан- трубостав Ш 200- скиповой подъем
жера-26) 250); 2Ц5,2Ч3
• мощность пласта, м - 2,02 2,4; Конструировнаие технологической Результаты моделирования по
Таблица 2
ОПТИМАЛЬНЫЕ ПУТИ (ВАРИАНТЫ ТСШ) ПО СЛОЯМ «ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАТРАТЫ», «КАПИТАЛЬНЫЕ ЗАТРАТЫ», «УГЛЕПОТОК»
Вид оптимизации (слой) Путь по вершинам Затраты, ед Натуральные показатели, ед Расшифровка пути
Капитальные затраты, тыс. руб 1-4-7-9-11 13040 буроштрековая выемка, безнапорный гидротранспорт, магистральный напорный гидротранспорт, гидроподъем
Эксплуатационные затраты 1-5-7-8-11 40 гидроотбойка, безнапорный гидротранспорт, обезвоживание, конвейерный магистральный транспорт и подъем
Объем добычи, т/сут 1-5-7-8-11 2000 гидроотбойка, безнапорный гидротранспорт, обезвоживание, конвейерный магистральный транспорт и подъем
6
Изоморфный граф множества вариантов технологической схемы отработки пластаА
КМЗ - комплексно-механизированный забой с 4КМ130; КМЗ1 - комплексно-механизированный забой с Гром1; КМЗ2 - комплексномеханизированный забой с КМ144; КТ - конвейерный транспорт; БГТ - безнапорный гидротранспорт угля; НГТ - напорный гидротранспорт; СП - скиповой подъем; ГО - гидроотбойка угля; ГП - гидроподъем угля; ПОУ - подземное обезвоживание угля
• угол падения пласта, град --31;
• твердые включения в пласте -колчеданы 0,1 - 0,7 м;
• нарушенность - нарушение «сброс» с амплитудой 0,45-5,5 м;
• прочие опасности - опасен по прорывам воды и самовозгоранию угля.
схемы велось по подсистемам выемка угля, участковый транспорт, магистральный транспорт, подъем. Сведения о множестве элементов, составляющих каждую подсистему, приведены в табл. 1.
В процессе формализации исходного множества элементов ТСШ был синтезирован изоморфный граф, приведенный на рисунке.
слоям «эксплуатационные затраты», «капитальные затраты», «углепоток» приведены в табл. 2.
Таким образом, по результатам моделирования в сложных горногеологических условиях предпочтение следует отдать технологической схеме с использованием гидротехнологии в сочетании с подземным обезвожива-
нием угля и конвейерным транспортом.
Выводы :
1. Выполненные расчеты показывают возможность и перспективность использования метода конгруэнтности оптимальных путей послойных изоморфных графов для конструирования технологической схемы отработки угольных пластов при наличии комплекса осложняющих факторов.
2. Результаты моделирования подтверждают перспективность науч-
ных исследований в области гидротехнологии как основы для эффективного и безопасного ведения горных работ в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях.
3. Несмотря на продекларированную адаптивность современных мехкомплексов к сложным горногеологическим условиям комплексная механизация проигрывает альтернативным технологиям вследствие высоких капитальных затрат и низкой нагрузке на забой.
4. Низкая капиталоемкость (и связанная с ней привлекательность при недостатке средств) буроштрековой выемки не являются фактором, обеспечивающим ее эффективное применение для отработки пластов при наличии комплекса осложняющих факторов.
5. Разработанная модель нуждается в блоке синтеза итогового оптимального пути, позволяющем сформировать единую технологическую схему, приемлемую по всей совокупности критериев оптимальности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Филлипс Д., Гарсиа-Диас А. Методы анализа сетей. Пер. с англ. - М.: Мир, 1984.- 496 с.
2. Домрачев А.Н. Разработка оптимальной структуры горнодобывающего предприятия методом послойной оптимизации. //Труды научно-технической конференции «Опыт и перспективы наукоемких технологий в угольной промышленности Кузбасса»- Кемерово, ИУУ СО РАН, 1998.- С.186-189.
3. Егошин В.В., Егоров П.В., Бонецкий ВА., Рыжков Ю.А. Причины низкой эффективности разработки наклонных и крутых пластов Кузбасса. - Уголь-1998- №3- С.26-28.
4. Кариман С.А. Гидрорезная очистная машина «Гром-1» . -Уголь-1999- №5- С.30-33.
5. Атрушкевич О.А., Кайдо И.И., Фомичев С.Г. Гидротехнология - экономически выгодная технология добычи угля. - Уголь-1999- №10- С.63-64.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Домрачев А.Н. — докторант Сибирского государственного индустриального университета.
