CC BY
15
© Г.А. Стрельцова, A.M. Ткаченко, 2014
УДК 622.012:658.264. 52.01.85
Г.А. Стрельцова, A.M. Ткаченко
КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЕЙ ПОДЗЕМНОЙ ПОТОЧНОЙ РОБОТИЗИРОВАННОЙ ДОБЫЧИ КРЕПКИХ РУД
Статья посвящена разработкам концептуальных моделей при создании системы управления технологией подземной поточной роботизированной добычи крепких руд. Используется информационный подход, при котором проектные решения обеспечиваются описанием моделей в форматах IDEF.
Ключевые слова: роботизация, подземная поточная выемка, крепкие руды, концептуальная модель, информационный подход.
В течение длительного времени в лаборатории механизации и роботизации подземных горных работ им. В.Ш. Шарипова Института горного дела им. Л. А. Кунаева (Ал-маты, Казахстан) по инициативе и активном участии доктора технических наук, профессора Ткаченко Артема Михайловича проводились исследования и разработки по созданию комплексно-автоматизированного и роботизированного рудника, который был назван как «Интеллектуальный рудник XXI века». При этом была поставлена следующая широкомасштабная задача: создать эталонный вариант для перевооружения предприятий, разрабатывающих мощные рудные залежи на основе самоходного оборудования, который функционировал бы на уровень выше лучших рудников мира. Ланный эталонный рудник должен был обеспечить поточную безлюдную выемку крепких руд на базе комплексной компьютеризации и роботизации применяемого оборудования.
По мнению исследователей [1], предпосылками для создания подобного эталонного рудника являлись следующие положения:
1. По материалам последних международных горных конгрессов и симпозиумов, очевидно, что горнорудная промышленность во всем мире подошла в своем развитии к необходимости ее коренного перевооружения, которое должно быть основа но на базе сплошной автоматизации и компьютеризации технологических процессов и применяемого оборудования.
2. Начало перевооружения горнодобывающей отрасли необходимо вести в каком-то одном предприятии, которое затем будет принято как эталон для последующей реконструкции всех рудников.
3. Республика Казахстан с ее развитой горнодобывающей промышленностью вполне может быть авангардом в решении проблемы создания данного эталонного предприятия.
Следует отметить, что у Института горного дела был накоплен большой опыт разработок по данному направлению, например:
• в 1970 году за создание и внедрение на подземных горных работах технологий с самоходным буровым и погрузочно-транспортным оборудова-
нием коллектив был удостоен Государственной премии.
• в 1978 году результаты научного направления по роботизации подземных горных работ получили одобрение на ученом совете института.
• на 1991—1995 годы было запланировано создание опытно-про мышленного образца роботизированного комплекса, для которого базовым горным предприятием должен был стать Тишинский рудник Ёенино-горского полиметаллического комбината.
Проведенные исследования в начале XXI века позволили сформулировать понятие интеллектуального рудника следующим образом [1]:
Интеллектуальный рудник — рудник с высокой эффективностью производства, достигаемой его автоматизацией в рамках интегрированной технологической системы с высокой надежностью технологических процессов, энергической насыщенностью процесса разрушения горных пород, безлюдностью процесса очистной выемки, экологической и промышленной безопасностью, полнотой и комплексностью использования добываемого полезного ископаемого.
Также были определены основные этапы проекта данного интеллектуального рудника:
1. Разработать технико-экономическое обоснование (на базе определенного горного предприятия).
2. Провести опытно-промышленную проверку необходимых систем и подсистем (управления ресурсами и производством, управления горным давлением, роботизированного забойного комплекса, обеспечения безопасности ведения горных работ).
3. Вместе с проектировщиками и эксплуатационниками обеспечить согласованную работу всех систем руд-
ника, как серийных, так и вновь созданных, произвести пуск интеллектуального рудника, как эталона для перевооружения всей отрасли.
В процессе разработки технико-экономического обоснования (ТЭО) был применен так называемый информационный подход [2], при котором систему управления технологией подземных горных работ для интеллектуального рудника определяют моделью данных — представлением данных (информационных потоков) и их взаимосвязей (отношений), описывающих понятие проблемной среды. Концептуальные модели, как известно, имеют в своем составе информационную и математическую составляющую. Построение информационных моделей роботизированной системы управления предполагает создание соответствующего информационного обеспечения (ИО), прототипом которого может служить ИО автоматизированной информационной системы (АИС). Существует достаточно развитая методология построения АИС с использованием стандартных процедур и моделей в таких программных средах, как, например, ГОБР или НиР.
Так, были построены соответствующие структурно-функциональные модели ГОБРО, представленные на рис. 1, 2, 3.
Рис. 1 является композицией системы управления роботизированным техническим комплексом (РТК) или структурно-функциональной моделью ГОБРО нулевого уровня.
Рис. 2 представляет собой структурно-функциональной модель или декомпозицию системы управления ГОБРО первого уровня.
Рис. 3 представляет собой структурно-функциональной модель или декомпозицию системы управления ГОБРО второго уровня.
Рис. 1. Структурно-функциональной модель системы управления РТК ЮБРО нулевого уровня
ш:ш а | Ф | я я и и и'
Рис. 2. Структурно-функциональной модель системы управления РТК ЮБРО первого уровня
Рис. 3. Структурно-функциональной модель системы управления РТК ЮБРО второго уровня
Ланные модели показывают, что на первом уровне процесс управления роботизированной технологией разделяется на две составляющие: управление добычным циклом (обеспечивающее поточность технологического процесса) и управление горным давлением (обеспечивающее устойчивость выработанного пространства).
Автоматизированное управление данными технологическими процессами обеспечивается роботизированным комплексом подземной безлюдной поточной выемки крепких руд, представленным в соответствующих научно-технических источниках, например, [3].
Так как при разработке мощных залежей современное самоходное оборудование не может обеспечить необходимый рост производительности труда из-за цикличности процесса, поэтому используется роботизи-
рованный комплекс. Разработанный комплекс предназначен для поточной выемки мощных пологозалегающих и крутопадающих месторождений крепких руд, в сложных горно-геологических условиях, с одновременной закладкой выработанного пространства, без постоянного присутствия людей в забое. Комплекс должен обеспечить полную механизацию и автоматизацию труда, повышение пропроизводительности в 4—5 раз, снижение себестоимости добычи руды в 1,5—2 раз, потерь — в 5—6 раз при практическом отсутствии разубо-живания, безопасность работающих (люди выводятся из забоя). Комплекс экологически безопасен, аналогов в дальнем зарубежье и в СНГ не имеет, патентоспособен, возможен его экспорт в технически развитые страны. Состояние разработки комплекса характеризуется выполненными широ-
Рис. 4. Статическая технологическая схема выемки ЮБР3
Рис. 5. Компонентная модель выемки длинным забоем ЮБР3
Рис. 6. Компонентная модель выемки коротким забоем ЮЕР3
комасштабными теоретическими исследованиями, разработанным бизнес-планом, необходимо провести его опытно-промышленную проверку на базовом руднике.
Компонентные модели роботизированного комплекса представлены структурно-функциональной моделями ГОЕР3, например, рис. 4, 5, 6. Рис. 4 показывает, что компонентный состав комплекса разделяется на две его составляющие технологические схемы: выемка коротким забоем и выемка длинным забоем, соответственно определяющий состав компонентов рис. 5 и 6.
Состав компонентов в моделях описывается табл. 1 в формате ГОЕР.
В данном перечне компонентов выделяется новая разработка института — буро-зарядно-взрывной агрегат-робот (БЗВА) для поточной безлюдной выемки крепких руд.
Идея перехода от цикличной добычи на непрерывную поточную выемку осуществлена в промышленных масштабах при добыче некрепких руд и угля. Главным препятствием такого перехода на крепких рудах является отсутствие работоспособного органа непрерывной отбойки. Разработанный в институте способ непрерывной буровзрывной отбойки (имеется авторское свидетельство) и конструкция агрегата для осуществления этого способа — буро-зарядно-взрывной (БЗВА) — могут эффективно решить проблему поточной выемки крепких и крепчайших руд. Техническая характеристика БЗВА представлена в табл. 2.
Для варианта безвзрывной выемки институтом была создана новая разработка — агрегат безвзрывной отбойки крепких руд, основанный на принципе разрушения крупным сколом с использованием щелевых выработок.
Таблица 1
Компоненты моделей ЮЕБЗ
Таблица 2
Технические характеристики БЗВА
Высота забоя (высота слоя), м 2,8-3,2
Длина лавы, м 20-120
Производительность при / = 12-14:
а) техническая, т/мин 11-12
б) сменная, т/см 3000-3300
Диаметр шпура, мм 40-42
Транспортные габариты, мм (длина х ширина х высота) 3000 х 2500 х 2500
Масса, т 7,8
Применяемая для добычи крепких руд взрывная отбойка имеет много недостатков (цикличность процесса, большая длительность проветривания забоев после взрывания и др.), поэтому в некоторых случаях она неприменима. Разработанный агрегат имеет исполнительный орган для одновременного бурения направляющих шпуров с насечками и отбойки руды с помощью конусообразного разрушающего инструмента на вторую свободную поверхность. Названный исполнительный орган является предметом заявки на изобретение и имеет основные показатели эффективности: производи-
тельность отбойки не менее 1000 т/смену, в забое может работать 2—3 агрегата, что при крепости руды до / = 16 по М.М. Протодьяконову превышает производительность взрывного способа при меньшей себестоимости. Агрегат экологически чистый и безопасен для обслуживающего персонала, что показывает испытание экспериментального образца агрегата. Областью применения агрегата является забой-лава с высотой слоя 3 м и длиной до 120 м с крепостью руды до 16 по М.М. Протодьяконову.
Для создания концептуальных моделей ресурсов системы управления
Рис. 7. Модель ЮРЮ последовательности выполнения работ при управлении горным давлением
был использован формат ЭРЭ. Например, на рис. 7 показана последовательность выполнения работ при управлении горным давлением.
Следует отметить, что возведение искусственного закладочного массива в данной технологии может осуществляться с регулярным оставлением в нем внутренних конструктивных изо-
лированных пустот, объем которых зависит от величины горного давления, которое увеличивается с глубиной разработки.
В заключении следует отметить, что математическая составляющая концептуальных моделей была представлена, в основном, имитационными моделями, описанными, например, в [4].
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Калиев С.А., Прокушев Г.А., Ткаченко А.М. Концепция создания приоритетной горной технологии - «Интеллектуальный рудник XXI века». Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2006, № 4.
2. Стрельцова Г.А. Проблемы информационного подхода при создании роботизированной технической системы. Научные Труды XII Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики», Том Информатика. МГУПИ, Сочи, 2009. - с. 145-148.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
3. Ткаченко AM., Вороненко В.К Подземный очистной роботизированный комплекс для поточной выемки крепких руд. Материалы конференции «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды», Новосибирск, 10-13 октября 2006 года.
4. Стрельцова Г.А., Ткаченко A.M. Об особенностях мультиагентной системы управления роботизированным комплексом поточной подземной добычи крепких руд. Горный информационно-аналитический бюллетень. - Москва: МГГУ, 2008, отдельный выпуск 11, с. 228-235. Г^Ш
Стрельцова Галина Альбертовна, кандидат технических наук, Королевский институт управления, экономики и социологии КИУЭС. E-mail: galastreltsova@mail.ru Ткаченко Артем Михайлович, доктор технических наук, профессор.
UDC б22.012:б58.2б4. 52.01.85
CONCEPTUAL MODELS OF CONTROL BY KNOW-HOW OF UNDERGROUND CONTINUOUS-FLOW ROBOTIZED MINING FOR HARD ORES
Strelcova G.A., Candidate of Engineering Sciences, e-mail: galastreltsova@mail.ru Korolev Institute of Management, Economics and Sociology Tkachenko A.M., Doctor of Technical Sciences, Professor.
In the paper is devoted working out of conceptual models at creation of control system by technology of the underground continuous-flow robotized extraction for hard ores.
The author has used an information approach and represented the intelligent underground mine technology control as a model composed of data (information flows) and their interconnection (relations) to describe the concept of a problem environment. Conceptual models are composed of the information and mathematics constituents.
The related structure-and-function models IDEF0 are constructed:
Composition of robotized engineering complex (REC) control and zero-level structure-and-function model IDEF0;
Structure-and-function model or decomposition of the first-level IDEF0 control;
Structure-and-function model or decomposition of the second-level IDEF0 control.
The information approach at which design decisions are provided with description of models by IDEF formats is used.
Key words: robotizing, underground continuous-flow extraction, hard ores, conceptual model, information approach.
REFERENCES
1. Kaliev S.A., Prokushev G.A., Tkachenko A.M. Kontseptsiya sozdaniya prioritetnoi gor-noi tekhnologii - «Intellektual'nyi rudnik XXI veka». (Concept Of The Selected Mining Technology—21st Century Intelligent Mine), Mining Informational and Analytical Bulletin, 2006, No. 4.
2. Strel'tsova G.A. Problemy informa-tsionnogo podkhoda pri sozdanii robotiziro-vannoi tekhnicheskoi sistemy (Challenges of information approach to a robotized engineering system design), Nauchnye Trudy XII Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Fundamentalnye i prikladnye problemy priborostroe-niya, informatiki i ekonomiki», Tom Informatika. MGUPI, Sochi, 2009, p. 145-148.
3. Tkachenko A.M., Voronenko V.K. Podzemnyi ochistnoi robotizirovannyi kompleks dlya potochnoi vyemki krepkikh rud (Robotized stoping machine group for continuous hard ore extraction), Materialy konferentsii «Fundamentalnye problemy formirovaniya tekhnogennoi geosredy», Novosibirsk, 10-13 oktyabrya
4. Strel'tsova G.A., Tkachenko A.M. Ob osobennostyakh mul'tiagentnoi sistemy up-ravleniya robotizi-rovannym kompleksom potochnoi podzemnoi dobychi krepkikh rud (Features of multi-agent control over a robotized complex for underground continuous hard ore mining), Mining Informational and Analytical Bulletin, 2008, otdel'nyi vypusk 11, p. 228-235.
200б.
Cq
Q
Издательский и научный феодализм и раздробленность невыгодны и неэффективны.
