Разработка модели формирования эффективной технологической схемы высокопроизводительной угольной шахты Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.В. Мельник, А.С. Оганесян, 2011

УДК 622.272

В.В. Мельник, А.С. Оганесян

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ

Представлен единый методологический подход при моделировании параметров технологических процессов обеспечивающий их сопоставимость и взаимосвязь с параметрами технологических схем шахт. Установлены оптимальные соотношений параметров подсистем и осуществлено формирование адаптивных моделей подсистем формирующих оптимальную комплексную модель шахты как единой геотехнологической системы.

Ключевые слова: угольная шахта, моделирование технологических процессов..

Моделирование параметров технологических схем подсистем шахты с учётом их изменения в пространстве и во времени позволяет управлять ими в целях поиска оптимального соотношения. В отношении объемов производства (О й )

варианты развития горных работ на шахте имеют два направления:

I - О й в момент времени t - О й имеет ограничение Ой < Апл й , (1)

то есть является управляющим параметром при моделировании параметров технологических процессов подсистем;

II - О й не имеет ограничений, то есть является управляемым параметром

(2)

X Ас х Б — . , і і

Ас - ^--------------------> 0:

и Б

(3)

где

Ас и Ас -

і

зольность угля соответст-

Технологические схемы очистных работ должны обеспечивать соответствие качества добываемого угля параметрам обслуживаемого спроса

венно установленная планом и в 7-м очистном забое, %.

Формирование параметров подсистемы напрямую связано с принятым направлением при разработке вариантов развития шахты. Разработанная модель

формирования параметров технологического процесса элементов подсистемы -сменной нагрузки и численности комплексной бригады очистного забоя позволяет определить их максимально возможные значения в конкретных условиях работы забоя. В целом задача моделирования нагрузки на шахту сводится к разработке наиболее рационального графика добычи, который базируется на условии покрытия спроса в каждый момент времени ^ При этом необходимо учитывать периоды возможного спада или роста спроса на угольную продукцию в течение всего периода оптимизации Т путем обеспечения резерва увеличения объёма производства и распределения дополнительных потребностей в соответствии с имеющимися резервами.

В соответствии с этим регулирование параметров технологических процессов подсистемы на шахте осуществляется:

- регулированием нагрузки на /-й очистной забой в момент времени t

ОЩ/ = Осм,:: X Ысм X ЫсуШ , (4)

Щ и1 ^ й/

при этом нагрузка и численность рабочих в очистном забое в момент времени t являются управляемыми параметрами процесса подсистемы, а количество смен по добыче в сутки, количество суток работы лавы -управляющими;

- регулированием расчетного количества одновременно действующих очистных забоев в момент времени , (троз ), определяемое исходя из условия

троз , = тах{т },

^ а

при обеспечении

ти

—Апл. < 0, й/ Я

/=1

(5)

мого параметра

- Тд,

Возможно управление объемом добываемого угля путем изменения одной из составляющих, при условии, что

0 < Бсмпл < Бсм ,

24

0<Мм™ ,

Тсмщ

(8)

(9)

(10)

Пт,.

и - Е Б < 0.

і=1

Параметр сменной нагрузки на забой ограничен по газовому фактору. Это предполагает введение ещё одного управляе-

0 < ЫсутпЛ < Ысут , где Осм - предельно возможная сменная

Щ

нагрузка на очистной забой в

конкретных условиях его работы, определяется согласно (10); Мсут - количество календарных суток в момент времени ,.

Согласно выполненных исследований и в соответствии с принятым направлением оптимизации параметров при обосновании вариантов по условию ограничения нагрузки на шахту количество одновременно действующих забоев определяется системой неравенств

трози — т < 0

ег , который опреде-

ляется исходя из условия

ОсмЩ/ — Осмгф < 0 . (6)

й/ й/

Определим объем планируемой добычи по 1-й шахте в момент времени , как

т

Опл = 2 Осмпл X Ысмпл X Ысутпл, (7) ,1 / = 1 щ

где

Опл

- плановый объем добычи угля в

Щ

момент времени , по 1-й шахте из 7-го очистного забоя.

2 о — о < 0 (11)

1 ,1щ ,1

7 = 1

Разработанная модель формирования параметра численности комплексной бригады (Ыкб ) позволяет сформировать закономерность её изменения в зависимости от нагрузки на забой.

Согласно (1.10)

0,4033х£

Усра1 = -------------------------7 + 0,2247 (12)

Бсм„.

= 1208/щ. (0,977шещ - 0,624) х х(1,46 - 61,464)(1,014 - 0,0092а вш)

(13)

На основе определения Ыкб из вы-

Щ

ражения (1.16) с учётом принимаемого ограничения скорости подачи комбайна, осуществляется приведение параметра в

соответствие с нагрузкой на очистной забой. Этим обозначена область определения параметров Б и Б , представляемая системой неравенств

О,1 — Апла < 0 т,-

£ Б — Б < 0 (14)

] = 1

Бсмп/ — Бсмгф < 0.

В ходе решения системы взаимозависимость параметров Бем-- и Бем-- определяется как

Б = Бсм X Исм X Ысут . (15)

В соответствии с проблемной постановкой по первому из рассматриваемых вариантов обеспечение условия О- — АплЩ < 0 достигается, согласно (15), путём управления параметрами:

- нагрузкой на очистной забой - Би. ;

- количеством одновременно действующих забоев - трозщ .

Логическая взаимосвязь этих параметров может быть выражена

т .

2 Б — Апл <0,

, ,/ й 7 = 1

трозщ — тщ < 0. (16)

Очевидно, что минимальное количество одновременно действующих забоев, обеспечивающих плановую нагрузку на шахту, достигается при максимально возможных нагрузках на забои. В результате решения приведенных систем неравенств формируются параметры технологического процесса

Бпл < Б,

Параметры , Мсут^/' являют-

Б/ < Бг.

,г) -

(17)

Бсм'пл < Бсм№, трозп < троз . .

пл

пй] , Ис:ут,1/ ся организационными. Управление ими позволяет обосновать нагрузку на забой в течение всего периода реализации проекта, планировать развитие производства на шахте так, что в периоды спада или увеличения спроса на уголь определённого качества изменение объёмов его добычи регулируется графиком работы забоев и выходов рабочих.

Имеющийся резерв увеличения объема добычи из очистного забоя в конкретных горно-геологических условиях и принятых горнотехнических и технологических параметрах ТС подготовки и отработки столба, позволяющий обеспечить дополнительный выпуск продукции в случае сбоев в работе других очистных забоев или других шахт угледобывающего предприятия формируется

- по /-му очистному забою 1- й шахты

К(Б)Й] = Б. — Б/, (18)

- по 1- й шахте

Я(Б)а = Б — Бпл, (19)

при этом он складывается из

- повышения эффективности использования очистной техники, когда

пл_____V п

к —т Бсм

(20)

- максимизации использования ресурса времени эксплуатации забоя - К(Т),/ :

К(Т)„/ = 4Исут, — Ысмп х Исутп

*(Т)/ ^ 0.

(21)

Моделирование второго направления формирования вариантов развития горных работ основано на том, что установление оптимальных соотношений параметров ТС и формирование адаптивных моделей подсистем осуществляется с учетом ограничений только по состоянию её запасов, горно-геологическим и горно-техничес-ким условиям их эксплуатации. Обоснование рациональных ТС и их параметров по подсистемам

шахты осуществлено с использованием модели Д ^ max

при условии, что

DcMtij — Dcm2(^ < 0 (22)

3 tij

mpo3ti — този < 0,

где Шозй - количество одновременно действующих забоев, ограниченное состоянием запасов, количеством отрабатываемых пластов, ТС их вскрытия и подготовки, а также последовательность их отработки.

Предлагаемая модель регулирования объема добычи угля в пределах одной шахты позволяет выбрать рациональные варианты её развития, а также осуществлять оперативное управление, нейтрализовать влияние не-

1. Шевяков Л.Д. Основы проектирования угольных шахт. - М., Недра, 1958. - 328 с.

2. Бурчаков А.С., Кузнецов ЮН. Структура, математическая постановка и реализация прогнозных разработок при проектировании угольных шахт. - Применение ЭВМ и математических методов в горном деле. Труды 17-го Международного симпозиума. - М.: Недра, 1982, т.1, с.97-102.

3. Сагинов А. С. Проблемы разработки месторождений полезных ископаемых. Избранные труды. / Под общей редакцией КНАдилова. -Алматы, Гылым, 1995.

4. Митейко А.И. Система автоматизированного проектирования угольных предприятий. -Уголь. № 6. - С. 19-22.

5. Сагинов А. С., Квон С. С., Адилов К.Н. Методы анализа и оптимизации технологических схем угольных шахт. - М., Недра, 1974. - 296 с.

гативных факторов на стабильность работы очистных забоев и шахты в целом.

Общая продолжительность эксплуатации выемочного столба

Тэкс = ,отр + ,рд / Исут , (23)

7 7 7 ,

где ,рд - продолжительность работ по

7

демонтажу оборудования в монтажной камере очистного забоя.

Предложенная модель является основой для привязки моделей выбора рациональных технологических схем и обоснования параметров технологических процессов других подсистем шахты.

В статье осуществлено обоснование параметров подсистемы «длинные комплексно-механизированные забои».

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

6. Бурчаков А.С., Малкин А.С., Устинов М.И. Проектирование шахт: Учебник для вузов. М., Недра. - 1985. - 399 с.

7. Дюпин А.Ю. Развитие угольной отрасли Кузбасса в 2003 г. и её дальнейшие перспективы. - Уголь. 2004. - № 4. - С.5-7.

8. Тёньес Б. Инновационные высокопроизводительные добычные участки на шахтах компании ДСК - первые итоги и следствия. - Глюкауф. 2000. - № 9. - С. 11-17.

9. Трубецкой К.Н., Гурьянов В.В. Повышение эффективности подземной разработки высокогазоносных угольных месторождений на основе организации совместной добычи угля и метана. -Уголь. № 9. - С. 3-6. ШИН

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------

Мельник Владимир Васильевич - доктор технических наук, заведующий кафедрой,

Оганесян Армине Сейрановна - кандидат технических наук, доцент, msmu-prpm@yandex.ru Московский государственный горный университет.