Современные компьютерные методы проектирования горных предприятий с комбинированной технологией Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

1. Домрачев А.Н. Использование метода конгруэнтности оптимальных путей послойных изоморфных графов для синтеза технологических схем отработки запасов угля, неблагоприятных для длинных КМЗ//ГИАБ - 2002. - №7. -М.: Изд-во МГГУ. - С. 108-112.

2. Домрачев А.Н. Использование среды MatLab при моделировании процессов горного производства/Материалы конференции “Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых”. СибГИУ. - Новокузнецк, 2002. - С.215-219.

3. Домрачев А.Н. Использование математического аппарата нечеткой логики при модели-

ровании процессов горного производства/Материалы конференции “Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых”. СибГИУ.- Новокузнецк, 2003. - С.63-67.

4. Домрачев А.Н. Моделирование технико-

экономических показателей участков открытых горных работ на основе аппарата нейронных сетей /Материалы конференции “Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых”. СибГИУ. - Новокузнецк, 2004. - С.60-63.

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

Домрачев А.Н. - доктор технических наук, профессор,

Лукин К.Д. - кандидат технических наук, доцент,

кафедра «Разработка месторождений полезных ископаемых», Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк.

---------------------------------------- © А.Н. Домрачеев, К. Д. Лукин,

2005

УДК 622:681.31.001.2

А.Н. Домрачеев, К.Д. Лукин

СОВРЕМЕННЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ С КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ

¥""¥роектирование предприятий на И. основе комбинированной технологии характеризуется целым рядом особенностей, связанных с многообразием вариантов технических и объемнопланировочных решений и необходимостью использования новых, нехарактер-

ных для классического проектирования горных работ подходов к их оценке.

Первой особенностью проектирования предприятий на основе комбинированной технологии является необходимость рассматривать в качестве базовых вариантов традиционных открытого и подземного способов отработки

Выбор основной геологической структуры шахтного (карьерного)поля

Обработка данных об основных параметрах геологоразведочных работ

Оценка интенсивности дизъюнктивных и пликативных ___________нарушений____________

№ (О

53 ”

4 Є и о н а | §

5 'О

&

5

6 СЗ

М

н

о

Оч

с?

Оценка трещиноватости пород и угля, анализ параметров основной _________системы трещин__________

Оценка свойств почвы и кровли пластов, планируемых к разработке

Оценка гидрогеологических условий запасов, планируемых _________к разработке_________

н 3 и є О Он

и о

и й о к н *

й о

5 8

Характеристика угольных пластов

Оценка изменчивости горно-геологических условий в рамках ________________шахтного (карьерного) поля_________________

Выделение участков (технологических блоков) с однородными горно-геологическими условиями

Геометризация участков (технологических блоков) с однородными горно-геологическими условиями с учетом особенностей технологии горных работ

Подсчет запасов, благоприятных для открытых горных работ

Подсчет запасов, благоприятных для отработки длинными комплексно-механизированными забоями

~

Подсчет запасов, благоприятных для использования периферийных технологий подземной отработки угольных пластов

Синтез допустимого множества вариантов технологической схемы горнодобывающего предприятия на основе комбинированной

технологии

Рис. 1. Схема анализа горно-геологических условий

Расчет основных технико-экономических показателей горнодобывающего предприятия с комбинированной технологией

запасов месторождения или геологического участка. Таким образом, необходимо отметить, что само использование комбинированной технологии требует серьезного обоснования с точки зрения технической возможности и экономической целе-

Рис. 2. Последовательность синтеза и оптимизации параметров горного предприятия с комбинированной технологией

сообразности в заданных гор-но-геологи-ческих условиях.

Второй особенностью создания проектов горных предприятий с комбинированной технологией отработки запасов угля является необходимость использования критериев инвестиционной привлекательности (чистый дисконтированный доход, срок окупаемости инвестиций и др.) при определении срока службы горнодобывающего предприятия и выборе оптимального варианта его технологической схемы.

Третья особенность заключается в недостаточной разработанности нормативной базы для создания проектов горнодобывающих предприятий с комбинированной технологией и практически полном отсутствии проектных организаций, специализирующихся на вы-полнении такого рода работ. Проектирование горнодобывающего предприятия на основе комбинированной технологии неизбежно потребует от координатора проекта широкого кругозора и умения организовать совместную работу нескольких разнопрофильных проектных институтов и проектно-конструкторских бюро для достижения максимальной эффективности проектных работ. Здесь же необходимо отметить, что своеобразие горногеологических условий в каждом конкретном случае реализации комбинированной технологии предельно усложняет исполь-

зование типовых проектов и опыта предприятий-аналогов.

Четвертое характерное отличие проектирования предприятий с комбинированной технологией - необходимость создания пионерных участков, обеспечивающих добычу в период строительства без использования специализированной техники для ведения очистных работ. Такой подход дает возможность повысить конкурентоспособность комбинированной технологии по сравнению с длинными комплексно-механизированными забоями в широком диапазоне горно-

геологических условий.

Наконец, пятой особенностью проектирования горнодобывающих предприятий с комбинированной технологией является использование целого ряда математических методов, которые при традиционном проектировании шахт и разрезов обоснованно считаются избыточными. Это прежде всего математический аппарат теории графов, линейное и динамическое программирование, моделирование на основе нейронных сетей, методы теории игр, нечеткая логика, эволюционные алгоритмы, теория случайных функций, и т. д. Опыт показывает, что наибольший эффект достигается при использовании в процессе проектирования компьютерных реализаций перечисленных выше методов.

Осложняющими факторами при которых использование периферийных технологий становится целесообразным по эксплуатационным затратам являются:

6. тектонические нарушения с амплитудой более 1.5 м и протяженностью зоны в очистном забое более 25 м;

7. зоны неустойчивой кровли при высоте вывалов более 0.5 м или уменьшении мощности пласта свыше 25 %;

8. наличие в пределах выемочного столба зон с разрывными нару-шениями и твердыми включениями;

9. наличие в пределах выемочного столба нарушенных участков с повышенной обводненностью;

10. наличие в пределах выемочного столба обводненных участков с неус-

тойчивой кровлей; участки выемочных столбов, непереходимые КМЗ по технологическим причинам (деформированные горные выработки с рамной крепью и неизвлеченным оборудованием, зоны ПГД, заилованные водосборники объемом 100-300 м3, деформированные участки выемочных штреков, участки выемочных штреков с вывалами большой высоты, участки с уменьшением мощности пласта ниже минимальной раздвиж-ности мехкрепи);

11. участки выемочных столбов неправильной формы, образующиеся при закладке штреков в обход разрывных нарушений или прилегающие к наклонным выработкам, пройденным под значительным углом к линии падения.

Последовательность анализа горногеологических условий приведена на рис. 1.

Выбор исходного множества вариантов технологической схемы выполняется на основе укрупненной техникоэкономической оценки по капитальным или приведенным затратам. Для группирования и выбора наиболее значимых видов затрат следует учитывать, что затраты на проведение горных выработок, определяющих вскрытие и подготовку шахтного поля, достигают 15-25 % от общих затрат. Если учесть горные выработки, связанные с системой разработки, то удельный вес затрат на проведение и поддержание всех горных выработок составляет до 30-45 %. Затраты на поддержание и обслуживание поверхностного комплекса составляют 3-5 %, на подземный транспорт 5-8 % сметной стоимости шахты. Последовательность процесса оптимизации параметров горного предприятия с комбинированной технологией приведена на рис. 2. Проведенный анализ позволил сформировать перечень методов синтеза и оптимизации технологической схемы горного предприятия с комбинированной технологией, приведенный в таблице.

Таблица 1

Использование современных компьютерных методов при решении задач проектирования объектов с комбинированной технологией

Задача, требующая решения Метод решения задачи Реализация метода в виде прикладных программ

Выделение технологических участков Кластеризация на основе нечеткой логики Кластеризация на основе аппарата нейронных сетей Matlab 6.xx Fuzzy Toolbox SNNS v 4.2 Matlab 6.xx Neural Toolbox

Оценка техникоэкономических показателей отработки каждой группы технологических участков Использование статистических моделей Использование моделей на основе нейронных сетей нечеткой логики гибридных сетей Statistica 5.xx R-base 1.9 Matlab 6.xx Fuzzy Toolbox SNNS v 4.2 Matlab 6.xx Neural Toolbox ANFIS

Синтез и оптимизация технологической схемы горного предприятия с комбинированной технологией Метод вариантов Метод конгруэнтности оптимальных путей послойных изоморфных графов Анализ динамических систем Методы теории игр Выбор элементов технологической схемы из параметрических баз данных на основе SQL-запросов Эволюционные алгоритмы GPSS Wordl goblin 2.6 (2.7) CONTENT DynamicsSolver Oracle, DB2, VisualFoxPro, Dbase III, Paradox 7, MySQL, Access

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

Домрачев А.Н. - доктор технических наук, профессор,

Лукин К.Д. - кандидат технических наук, доцент,

кафедра «Разработка месторождений полезных ископаемых», Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк.

© К.Д. Лукин, 2005

УДК 622.272.013.3 К.Д. Лукин