CC BY
46
A.M. Валуев
Московский государственный горный университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫПУСКА ПРОДУКЦИИ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА С ПОМОЩЬЮ ДИНАМИЧЕСКОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
ДОБЫЧНЫХ РАБОТ
Источники потенциальной нестабильности выпуска продукции угольного разреза
Потенциальная нестабильность выпуска продукции угольного разреза происходит как от причин, имеющий случайный характер, будущее действие которых невозможно предсказать к моменту составления плана, так и от действия детерминированных заранее известных факторов. Компенсация первых может быть предусмотрена в плане в виде резервов, например, производительности оборудования, непосредственной же целью планирования является максимальное ослабление воздействия последних.
Среди детерминированных причин выделяются две: 1) неравномерное распределение характеристик угля (мощность угля, плотность, зольность и т.п.) в пространстве в пределах заходок; 2) закономерное чередование производственных процессов [1]
Технологические способы компенсации причин нестабильности в значительной мере могут быть объединены понятием “управления запасами”[2], что объединяет как подготовку к выемке больших объемов горной массы, чем является минимально необходимым, так и создание усреднитель-ных и подшихтовочных складов добытого угля. Планирование может служить одним из методов управления запасами и в то же самое время способствовать выбору более
эффективных средств для этого. В частности, путем планирования в ряде случаев могут быть сокращены сроки, в течение которых использование складов является необходимым.
Методика проведения исследований. Моделирование условий задач планирования
За плановый период производственная система разреза обычно существенно меняет значения параметров отдельных своих элементов, как забои, усреднитель-ные склады и т.п., от которых зависят характеристики выпуска продукции как в количественном, так и в качественном отношении. Учет этих изменений приводит к динамической форме задачи, означающей, что для достижения целей планирования планируемые характеристики производственного процесса должны устанавливаться не для всего периода, а для отдельных его этапов.
Для оценки эффекта динамического планирования добычных работ для условий конкретного месторождения (разреза) и конкретного этапа его разработки нужно рассмотреть представительную выборку из множества всевозможных условий задач планирования, какие могут встретиться в течение этого этапа. Рассматривая процесс производства как случайный, приближенно соответствующий проектному порядку отработки месторождения (статистические
характеристики возможных отклонений от проекта развития горных работ должны быть заданы на основе эмпирических данных или правдоподобных гипотез), мы можем сгенерировать случайный набор начальных ситуаций (т.е., в формальном смысле, векторов состояния в начале планового периода) для задач планирования с выбранной продолжительностью планового периода, равномерно распределенных по изучаемому нами этапу.
Производственная ситуация, порождающая определенную задачу оперативного или текущего планирования, прежде всего характеризуется положением горных работ к началу планового периода. Кроме того, ее могут характеризовать также состояния ус-реднительных складов и вскрышных отвалов. Наконец, ее определяют также состояния отдельных единиц выемочнопогрузочной техники на добычных, вскрышных и отвальных работах и на перегрузке (является ли данная единица работоспособной или находится в плановом или неплановом ремонте и как долго и проч.), а также количество работоспособных транспортных единиц (по категориям). В общем моделирование отдельной производственной ситуации должно проводиться в тех же величинах, которые применяются как переменные состояния при описании производственного процесса. В частности, положения горных и отвальных работ должны описываться в величинах, применяемых при описании плановых заданий (номер заходки и текущее положение забоя в ней). Величины, характеризующие ситуацию, естественным образом разбиваются на группы, между которыми практически отсутствуют статистические зависимости (блоки величин “горные и отвальные работы”, “парк оборудования”, “складирование”).
Рассмотрим блок величин “горные и отвальные работы”. В соответствии с проектом и/или долгосрочным планом развития горных и отвальных работ карьерное поле
разбивается на уступы, уступы - на участки отдельных выемочно-погрузочных единиц, последние на заходки. Количество параметров может быть увеличено (например, дополнительным параметром может быть направление отработки заходки, если технологическая схема предусматривает такую возможность). Приняв определенный закон распределения отклонения величины фактического объема работ добычной единицы за плановый период от плановой (или проектной) величины (наиболее правдоподобно предположение, что оно близко к нормальному с ненулевым математическим ожиданием) и его параметры, проведем имитационное моделирование динамики горных работ в самом укрупненном виде - динамику положений горных работ на начало каждого планового периода и рассчитаем ряд реализаций случайного процесса развития горных работ. Если окажется, что средние по множеству реализаций характеристики не соответствуют эмпирическим оценкам, можно провести итерационное уточнение параметров закона распределения.
В качестве начальных положений горных работ для задач планирования могут быть использованы положения, выбранные наугад (при одинаковой вероятности каждого исхода) из совокупности этапных положений для всех реализаций.
Другими рядами случайных величин являются те, которые характеризуют состояние других подсистем разреза, в частности, — складов. Представляется, что эти величины можно считать статистически независимыми от положений горных работ и при моделировании условий задач планирования брать реализации этих случайных величин независимо друг от друга и от динамики горных работ.
Факторами, определяющими решение конкретной задачи планирования и вообще эффективность планирования, является в первую очередь распределение характеристик залежи — в границах планового
Пример применения предложенного подхода
периода и в целом по этапам разработки месторождения. Если речь идет о конкретном месторождении, то, по крайней мере для задач текущего планирования можно обойтись конкретными данными эксплуатационной разведки, собранными в базе геологических данных по месторождению. Однако для меньших плановых периодов требуется учесть, что будут получены новые данные (по результатам обуривания взрываемых блоков). Отличие геологических характеристик, используемых при оперативном планировании, от рассчитанных на основе данных эксплуатационной разведки представляет собой случайную функцию, которую можно промоделировать на основе геостатистической характеристики месторождения. Тот же подход может быть применен и при проведении исследования эффекта оперативного планирования для тех этапов разработки месторождения, для которых отсутствует подробная геологическая информация, используемая при планировании.
Параметры, выражающие цель планирования,- требования к объему и качеству выпуска продукции, ее отдельных категорий, а также экономические показатели, -по отношению к предлагаемому типу исследования являются внешними данными. Если имеются несколько вариантов значений таких параметров, то результаты исследования могут служить аргументами в пользу выбора одного из них.
Совокупность расчетов для всех конкретных задач планирования, соответствующих порожденным описанным способом производственным способом ситуаций позволяет оценить эффект того или иного метода планирования как совокупность средних значений целевых показателей для построенных с его помощью планов (или, точнее, как разности между этими средними значениями и средними значениями для базового варианта, не предполагающего динамического планирования).
В рамках предложенного подхода автором было проведено исследование эффекта текущего (внутригодового) планирования для условий разреза “Тугнуйский” АО “Востсибуголь”. В основу исследования было положен порядок развития горных работ согласно проекту, разработанному проектным институтом
“Востсибгипрошахт” (пересмотр 1987 г.)[3]
. В расчетах были использованы положения горных работ согласно календарному плану выемки пласта 18 на первые 10 лет эксплуатации. Для расчетных ситуаций брались как непосредственно проектные положения на начало каждого года разработки, так и положения, представляющие собой случайные отклонения от них (с нулевым математическим ожиданием и среднеквадратичным отклонением порядка месячного объема).
В основу моделирования карьерного поля и вычисления характеристик заходок была положена геологическая база данных по Олонь-Шибирскому месторождению, структура которой и комплекс программ преобразования данных были разработаны проф. С.Д. Коробовым. Привязка расчетов к этой БД состояла в разделении карьерного поля на заходки согласно проекту и в расчете геологических блоков, на которые разбиваются заходки разрезами по линиям разведочных скважин.
Согласно проекту для первой очереди разработки предусматривается усреднение добытого угля на складе, состоящему из двух штабелей емкостью по 200 тыс. т угля, при годовом объеме добычи (начиная с третьего года) от 5200 до 6970 тыс. т. Основными потребительскими характеристиками угля являются зольность и содержание “видимой” (до 25 мм) породы, причем если первая практически всегда удовлетворяет требованиям потребителей — Гусиноозер-ской ГРЭС и Улан-Удэнской ТЭЦ-2, то для
второй характерны периодические всплески за пределы допустимой границы 2,5% (что соответствует “засоренности”, или общему содержанию породы 3,57%). В проекте предусмотрено также создание промежуточного склада объемом 100 тыс. т “чистых” и “грязных” углей для подшихтовки к углю, заполняющему усреднительный склад непосредственно с разреза, в счет уменьшения емкости основного склада.
Таким образом, усреднительные сооружения практически не влияют на средние показатели выпуска по месяцам (при месячном объеме выпуска порядка 500 тыс. т), соответствие которых допустимым пределам может быть обеспечено в рамках проекта только путем планирования. Следует отметить, что в проекте предусмотрена равномерная производительность каждого экскаватора по месяцам года (но не по годам), однако сохраняется значительный резерв производительности (при годовой производительности ЭКГ-8и на добыче угля 3200 тыс.т годовая нагрузка на них составляет от 1200 до 2290 тыс. т на участке №1 и от 2240 до 2340 тыс. т на участке №2, где используются два экскаватора).
Расчеты показали, что за исключением отдельных периодов (годы 7-й и 8-й), равномерная по месяцам нагрузка на экскаваторы не обеспечивает соблюдения требования потребителей по засоренности.
Приводимые ниже в таблицах 1 и 2 данные иллюстрируют возможность за счет регулирования по месяцам ликвидировать нарушение ограничений на засоренность товарного угля, которое по проекту следовало бы компенсировать за счет подшихтовки “чистого” угля. Применительно к данным по 6-му году расчет показывает, что полное использование объема подшихто-вочного склада для устранения нарушения ограничения в 4-м месяце (при условии, что засоренность угля на нем принимает минимальное для этого года значение 0,65%) дает засоренность шихты 3,677%, т.е. в пре-
делах нормы. Оптимальный план потребовал максимального опережения горных работ против проектного (на втором участке) на 122,6 тыс. т, что могло бы потребовать некоторого временного опережения вскрышных работ на участке против варианта с равномерным подвиганием. Однако общий объем извлеченного угля по месяцам не практически не изменялся против проектного, а т.к. создание резерва чистого угля требует общего увеличения объема угля, добытого с начала эксплуатации, на величину резерва, вариант с регулированием нагрузки на добычные участки представляется для рассматриваемого периода более экономически эффективным. (Кроме затрат на создание и заполнение подшихтовочного склада необходимо учесть затраты на его обслуживание). Необходимо подчеркнуть, что в описанных примерах проектные положения на конец каждого года были выдержаны и при планировании.
Следует отметить, что приведенные примеры несколько преуменьшают эффект планирования, т.к. расчет был проведен согласно проекту по участкам, а не по экскаваторам (на участке №2 предусмотрены 2 экскаватора), а перераспределение в динамике нагрузки между экскаваторами участка №2 несомненно увеличивает возможности обеспечивать требуемое качество товарного угля.
В целом ситуация, рассчитанная для положений от 3-го года (когда вводится в эксплуатацию участок №2) по 8-й с учетом вероятных отклонений от проектных положений горных работ, соответствует приведенным примерам и показывает достаточность планирования в динамике для обеспечения требуемого качества товарного угля без использования подшихтовочного склада. Условием для такой ситуации является значительная разница между среднегодовыми значениями засоренности и ее предельным допустимым значением.
Таблица 1
Г од 3-й
Месяц Добыча, тыс. т Зольность, % Засоренность, %
Опт. план Проект Опт. план Проект Опт. план Проект
1 421,15 425.00 17,10 17,01 0,59 0,54
2 422.30 425,00 20,17 19,91 0,98 0,99
3 421,90 425,00 19,90 20,61 1.47 1.71
4 427,22 425,00 21,15 20,71 3,15 2,75
5 427,29 425,00 21,86 23,00 3,14 3,83
6 425,17 425,00 18.19 17,42 1,23 0,74
7 425,07 425,00 16,28 15,90 1,52 1,67
8 424,46 425,00 18,25 18,15 2,17 1,70
9 425,97 425,00 18,51 18,78 1,74 2,19
10 430,00 425,00 18,75 18,39 1,16 1,14
II 427,59 425,00 21,58 21.88 1,86 1,80
421.88 425,00 19,85 19,86 1,13 1,13
ИТОГ 5100,00 5100.00 19,30 19,30 1,68 1.68
Следующие материалы показывают ситуацию, когда достижение требуемого качества путем подшихтовки чистого угля (в предусмотренных в проекте объемах) оказывается невозможным. Планирование
Год 10-й
нагрузки на экскаваторы в динамике позволяет разрешить ситуацию, однако при этом положения на конец года оказываются смещенными на величину порядка 190 тыс. т.
Таблица 5
Месяц Добыча, тыс. т Зольность, % Засоренность, %
Опт. план Проект Опт. план Проект Опт. план Проект
I 565,22 565.00 14,87 14,85 1,33 1,27
2 565.08 565,00 16,01 15,93 0,58 0,50
3 563,76 565,00 15.20 15,23 1,44 1,08
4 560,20 565,00 16.64 16,43 2,52 3.01
5 561,36 565,00 16,77 18,32 3,57 4,98
6 567,46 565,00 17.78 16.88 3,10 3,63
7 567,44 565,00 16.66 17,93 3,46 1.67
8 567,47 565,00 18.80 18,90 3.23 2,47
9 569,41 565,00 18,09 14,91 3,05 1.89
!0 568,04 565,00 15,57 16,82 1,56 2,94
11 566.90 565.00 16,19 16,23 1,30 1,79
12 565,80 565,00 17,54 18.68 3,10 5,57
ИТОГ 6788,14 6780,00 16,68 16,76 2,35 2,57
Заооретостъ, под 10-й
Отклонение падвигания по плану от проектного, 10-й год
01 ♦ » 1 2 3 Год 10 4 5 6 7 8 -й -і—♦ « » < 9 Ю 11 12 -6001
Месяц Всего, тыс. т Участок 1 Участок 2
За месяц С нач.года Отклонение За месяц С нач.года Отклонение
1 518,89 247,41 247,41 -57,41 317.81 317,81 57,19
2 518,89 247,18 494,59 -114,6 317,9 635,71 114,3
3 519,35 247,04 741,63 -171,6 316,71 952,42 172,6
4 519.33 249,53 991,16 -231,2 310,67 1263,09 236.9
5 519,68 248,94 1240.1 -290,1 312,42 1575,51 299,5
6 521,39 241,75 1481,85 -341,9 325,71 1901,22 348,8
7 521,13 240,81 1722,66 -392,7 326,64 2227,86 397,1
8 520,15 190.29 1912.95 -393 377.18 2605,04 395
9 521,25 233,42 2146,37 -436,4 335,99 2941,03 434
10 519,37 166,46 2312,83 -412,8 401.59 3342.62 407,4
11 520,70 82,64 2395,47 -305,5 484,26 3826.88 298,1
12 519,86 82,76 2478,23 -198,2 483,04 4309.92 190,1
Таблица 4
В заключение следует отметить, что использование подшихтовочного склада для целей усреднения также представляет собой задачу, решение которой может быть элементом задачи планирования в динамике производственного процесса на угольном разрезе. Модели планирования такого рода были ранее предложены автором [4].
Постановка многообразных задач планирования может быть осуществлена с помощью разработанных автором программно-информационных средств автоматического формирования задач планирования^].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах. — М.: Недра, 1982,—405 с.
2. Богачев А.Ф. Управление запасами горной массы и надежность работы карьера. — М.: Недра, 1979.—200 с.
3. Проект на строительство разреза “Тугнуйский” ПО “Востсибуголь”: Первая очередь. Книга 1п. Пояснительная записка (пересмотр 1987 г.) // Иркутск: “Востсибгипрошахт”, 1987. — 276 с.
4. Резниченко С.С., Валуев А.М. Моделирование и оптимизация планирования добычных работ и качества полезных ископаемых при комплексном освоении месторождений // Всесоюз. науч.-тех. конф. "Технология и техника открытых горных разработок при извлечении полезных ископаемых": Тез. докл. — М., 1988. — С. 54-59.
5. Валуев А.М. Вопросы информационной поддержки задач адаптивного организационного планирования открытых горных работ // Горный информационно-аналитический бюллетень, 1996, №2.—С. 137-144.
©А.М. Валуев
