Концепция объектно-ориентированного подхода к выбору схемы вскрытия глубоких горизонтов шахт Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

3. Шепелев П. С., Кубрин С. С., Балакшев Д.Ф. Определение топологии размещения базовых станций и характеристик радиотелефонных сетей стандарта БЕСТ, размещаемых на территории шахтных поселков. - В сб:

Автоматизация управления производственными процессами и безопасность в угольной промышленности. - М.: Гипроуглеавтоматизация, 2001 г. - С. 120-126.

— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------------------

Кубрин Сергей Сергеевич - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.

Филиппов Юрий Алексеевич - инженер, Гипроуглеатоматизация.

Внуков Лев Александрович - ст. научный сотрудник, Гипроуглеавтоматизация.

-------------------------------------- © Б.Б. Зобнин, В.П. Некрасив,

2004

УДК 622.222.1

Б.Б. Зобнин, В.П. Некрасов

КОНЦЕПЦИЯ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА К ВЫБОРУ СХЕМЫ ВСКРЫТИЯ ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ ШАХТ

Семинар № 10

А нализ отечественного и мирового

.¿л. опыта строительства и реконструкции шахт и рудников позволяет сделать следующие выводы:

1. В настоящее время в зарубежной и отечественной практике наблюдается устойчивая тенденция вовлечения в эксплуатацию глубо-козалегающих месторождений полезных ископаемых. Их отработка сопровождается значительным увеличением затрат на вскрытие и эксплуатацию, а также снижением техникоэкономических показателей горных предприятий в целом.

2. Максимальные глубины горных работ достигли 3—4 км, что заставило горные предприятия перейти на использование многоступенчатых схем, особенно при отработке пологопадающих месторождений.

3. Среди многоступенчатых схем наибольшее распространение получили двух- и трехступенчатые схемы вскрытия горизонтальными и вертикальными вскрывающими выработками. При этом для пологопадающих месторож-

дений существенно сокращается суммарная длина горизонтальных выработок. Уменьшение высоты ступени по сравнению с одноступенчатой схемой позволяет использовать менее мощные подъемные установки.

4. В отечественной и зарубежной литературе нет обоснованных рекомендаций по выбору параметров ступени. В ней содержатся сведения только фактологического характера о количестве и типе стволов и глубине их заложения. Одним из основных критериев определения параметров ступени являются технические возможности применяемых подъемных установок. Аналитические критерии оценки схем вскрытия и специальные модели для их оптимизации имеются лишь для одноступенчатых схем.

Д ля решения проблемы выбора схемы вскрытия глубокозалегающего месторождения применим системный подход. Будем рассматривать ее как одну из задач управления проектированием горного предприятия.

Граф альтернатив Gi

Модель управления выбором схемы вскрытия должна включать в себя описание комплекса операций, преобразующих исходные данные в оценки альтернативных вариантов схем по заданным критериям оптимизации.

При объектно-ориентированном подходе решение этой задачи может быть основано на совместном использовании знаний по управлению проектами (project management body of knowledge) и знаний прикладной области проектирования шахт.

Из общей суммы знаний по управлению проектами возможно использование понятий жизненного цикла проекта, окружения проекта, оценок эффективности инвестиционных проектов, основных понятий и определений по управлению риском, архитектуры информационно- управленческих систем разработки и реализации проекта. В прикладной области могут быть использованы знания по основам проектирования шахт, горногеологическая и горно-техническая информация, необходимая для решения прикладных задач.

В обоих случаях знания могут быть структурированы по степени иерархии в виде деревьев, пересечение которых позволит определить с системных позиций свойства исследуемого объекта, необходимые для решения поставленной задачи, выделить межпредметные связи.

При объектно-ориентированном подходе исследуемый объект всегда относится к некоторому конкретному классу (метаклассу) объектов, характеризующемуся определенным набором свойств, которые наследует объект. При реализации объектно-ориентированного подхода естественно использовать объектно-ориентированное моделирование, позволяющее объединять модели различной физической природы В объектноориентированном моделировании роль объекта выполняет компонента, являющаяся совокупностью переменных и поведения, взаимодействующая с внешним миром только через внешние переменные. Компонента несет в себе информацию о поведении, структуре и динамическом образе моделируемого объекта. Это и есть три основных

элемента определения класса. Компонента всегда (явно или неявно) является экземпляром некоторого класса. Такой подход позволяет строить событийно-управляемые

многокомпонентные иерархические модели, характеризующиеся переменной структурой и состоящими из блоков с переменными: вход, выход, состояние, контакт.

В нашем случае системой является схема вскрытия, понимаемая как “совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой” [1]. Для описания поведения системы необходимо определить понятие состояния и составить полное множество состояний, в которых может находиться система.

Каждому состоянию поставим в соответствие вершину графа О. Вершины Б; и Sj связаны ориентированным ребром, если система из состояния, соответствующего вершине Б, может перейти в состояние, соответствующее вершине Напри-

мер, обозначим за Б1 состояние, соответствующее этапу проектирования схемы вскрытия совокупностью горизонтальных и вертикальных вскрывающих выработок. В свою очередь вершине Б1 может быть поставлен в соответствие субграф альтернатив О1 (рисунок).

Состояния:

Бц — выбор способа заложения центральных стволов; Б12 — заложение центральных стволов со стороны лежачего бока залежи; Б13 — определение длины квершлага верхнего горизонта; Б14

— определение числа ступеней в схеме вскрытия; Б15 — выбор одноступенчатой схемы; Б16 — выбор многоступенчатой схемы; Б17 — определение горизонтов заложения ступеней; Б18 — заложение центральных стволов со стороны висячего бока залежи; Б19 — заложение центральных стволов в поле месторождения; Б20 — определение числа ступеней в схеме вскрытия; Б21 — определение горизонтов заложения ступеней; Б22 — заключительная ситуация.

Траектория процесса проектирования описывается последовательностью переходов из состояния в состояние. Управляющими воздействиями являются разработанные алгоритмы определения числа ступеней в схеме вскрытия и базовых горизонтов заложения слепых стволов [2, 3]. Таким образом, существует конечное множество управлений и = {иь и2, ..., и;, ..., ик}. Для субграфа О2 к = 4. Траектории управления выбором схемы вскрытия имеют следующий вид.

При заложении центральных стволов со стороны лежачего бока залежи:

Б11 - Б12 - Б13 -- Б14 - Б15 - Б22 -- вы-

бор одноступенчатой схемы

— Б12 — Б13 — Б14 — Б16 — Б17 — Б22 — выбор многоступенчатой схемы

При заложении центральных стволов со стороны висячего бока залежи:

Б11 Б18 Б22

При заложении центральных стволов в поле месторождения:

Б11 Б19 Б20 Б21 Б22

При объектно-ориентированном подходе объектом является конкретная схема вскрытия, относящаяся к классу многоступенчатых схем. В качестве примера опишем класс многоступенчатых схем вскрытия при использовании математической модели, учитывающей параметры определяющие топологию схемы [2, 3].

Подкласс одноступенчатых схем:

СВМ1(а,Ир, Ив, Иэт, 1КВ, 1ц, V)

Входные параметры:

а — угол падения залежи (град); Ир — глубина распространения залежи (м); Ив — расстояние от поверхности до верхнего горизонта (м); Ид, — высота этажа (м); 1кв — длина квершлага верхнего горизонта (м); 1ц — ширина предохранительного целика (м).

Выходные параметры:

V — суммарный объем вскрывающих выработок (м3).

Подкласс двухступенчатых схем:

СВМ2(СВМ1, п1)

Выходные параметры:

п1 — число горизонтов, принадлежащих первой ступени.

1. Bertalanfy L. General System Theory — a Critical Review // General System, vol. VII, 1956, p. 11— 17.

2. Некрасов В.П., Лещуков Н.Н., Матвеев П.Ф. Ма-

тематический аппарат выбора схем вскрытия глубоких горизонтов шахт // Екатеринбург, УГГГА, 1995. - 93 с.

Подкласс трехступенчатых схем:

СВМ3(СВМ2, п2)

Выходные параметры:

п2 — число горизонтов, принадлежащих второй ступени.

Аналогично определим подкласс р — ступенчатых схем:

СВМР(СВМ(Р - 1), пр-1)

Выходные параметры:

пр-1 — число горизонтов, принадлежащих (р - 1) - й ступени.

Критерием управления является качество проекта с учетом прогнозируемого риска. Критериальное пространство при выборе схемы вскрытия составляют технологические, экономико-математические, временные и смешанные критерии [2[. Все они имеют определенный уровень риска, возрастающий при увеличении глубины вскрытия месторождения. Поэтому при выборе варианта вскрытия следует ориентироваться не на один, а на несколько разнотипных критериев оценки эффективности. В качестве одного из таких критериев, особенно на начальном этапе при отборе неконкурентоспособных вариантов, может использоваться метрический, под которым понимается суммарный объем вскрывающих выработок. Его характеризуют простота вычислений, независимость от финансовой конъюнктуры рынка, очевидность для проектировщиков.

Выходные параметры компонент являются исходной информацией для управления этапом строительства шахты и выбора подъемного оборудования.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Некрасов В.П. Многоступенчатые схемы вскрытия глубоких горизонтов шахт // Изв. вузов. Горный журнал, 1997, N 9 - 10. - С.21 - 24.

— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------------

Зобнин Борис Борисович — профессор, доктор технических наук,

Некрасов Владимир Петрович — доцент, кандидат технических наук, кафедра информатики, Уральская государственная горно-геологическая академия. ^ © А.1. дедегкаев, В.П. Алексеев,

2004

УДК 656.13

А. Г. Дедегкаев, В.П. Алексеев