Сравнительная оценка аналитического расчета и результатов имитационного моделирования нагрузки на длинный комплексно-механизированный очистной забой Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ГОРНОЕ ДЕЛО И ГЕОТЕХНОЛОГИИ

УДК 622.831

А.Н. Домрачев, С.В. Риб Сибирский государственный индустриальный университет

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА АНАЛИТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА И РЕЗУЛЬТАТОВ

ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НАГРУЗКИ НА ДЛИННЫЙ КОМПЛЕКСНО-МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ ОЧИСТНОЙ ЗАБОЙ

Изучение закономерностей, характеризующих параметры работы длинных комплексно-механизированных очистных забоев, позволяет при планировании развития горных работ прогнозировать возникновение разрывов в очистном фронте [1].

В основе реализации модели длинного комплексно-механизированного забоя (КМЗ) лежит имитационное моделирование скорости подачи очистного комбайна, которая, согласно закону больших чисел, может рассматриваться как случайная величина, распределенная по нормальному закону. Формализация отказов работы комбайна, забойного конвейера, перегружателя и ленточного конвейера (конвейеров) участковой конвейерной линии выполнена путем моделирования длительности безаварийной работы и проведения ремонтных работ как случайных величин с экспоненциальным распределением (при генерировании случайной величины экспоненциальное распределение рассматривается как частный случай гамма-распределения).

Укрупненная структурная схема модели функционирования длинного КМЗ приведена на рисунке. Модель реализована на языке С++, для ее компиляции использована среда g++ (ОС SuseLinux). Генераторы равномерного, нормального и гамма-распределений реализованы в соответствии с рекомендациями, изложенными в работах [2 - 4], стандартные линейные конгруэнтные генераторы случайных чисел среды C++ не использовали.

В качестве исходных данных приняты параметры комплексно-механизированной отработки пологого пласта мощностью 1,6 м с сопротивлением угля резанию 220 Н/мм и плотностью угля 1,35 т/м3.

Длина очистного забоя составляет 240 м, ширина захвата выемочной машины принята равной 0,8 м. Традиционный расчет выполнен согласно комплексной методике, основанной на рекомендациях работ [5 - 7]. Скорость подачи определяли двумя методами: по возмож-

ностям режущей части комбайна и по удельной энергоемкости разрушения угля. Скорость подачи составила 8,36 и 4,88 м/мин соответственно. Окончательно был принят меньший из промежуточных результатов. Скорость крепления при использовании отечественной механизированной крепи в соответствии с работой [8] составила 3,64 м/мин. При выполнении расчета учитывали коэффициент отжима угля, который был определен аналитически и составил 0,75. Согласно расчету при стандартной организации работ (три добычных смены по 360 мин) и значении коэффициента машинного времени 0,26 при выполнении пяти циклов в смену нагрузка на очистной забой составила 2342 т/сут.

Для сравнения с показателями аналитического расчета результаты имитационного моделирования занесены в таблицу.

Таким образом, сравнение результатов позволяет сделать следующие заключения.

1. Повышенный коэффициент машинного времени при моделировании объясняется тем, что для значений скорости подачи, стремящихся к нулю, не происходит фиксации простоя и соответствующей корректировки коэффициента машинного времени. Таким образом установлено, что для приближения алгоритма оценки коэффициента машинного времени в модели к принятой в традиционной методике необходима разработка дополнительной процедуры.

2. Определенную сложность представляет учет специфики эксплуатации конкретных горных машин, так как не существует общепринятых алгоритмов определения среднего значения и дисперсии скорости подачи по типам комбайнов, времени передвижки секции по типам механизированных крепей и т.д. Разработка таких алгоритмов может рассматриваться как часть процедуры адаптации совместной аналитико-модельной методики определения нагрузки на длинный КМЗ.

ГСЧ со стандартным нормальным распределением

ГСЧ с гамма распредечением

ГСЧ с распредечением Пуассона

Статистические данные

Характерист ики горно-геологических и горно-технических условий

Расчет перемещения комбайна

Расчет длительности зарубки комбайна

Расчет положения комбайна

Расчет скорости подачи комбайна

Расчет скорости зачистки забойной _дорожки_

Расчет скорости крепления

Расчет времени безаеа рийной работы комбайна

Расчет времени безаеа-' рийной работы забойного _конвейера_

Расчет времени безаварийной работы перегру-_жатечя_

Расчет времени безаварийной работы ленточно-_го конвейера

Расчет времени безаварийного поддержания _выработок_

Расчет минутной производительности комбайна ц

Асут.г Асут.г-1 + ф

г = г + 1

нет

Результаты моделирования

Укрупненная структурная схема модели функционирования длинного КМЗ

3. Отдельным фактором, требующим учета при моделировании технико-экономических показателей очистного забоя, является выполнение условия неразрывности фронта очистных работ. Так как скорость проведения выработок является случайной величиной, необходима разработка дополнительного модуля моделирования динамики объема запасов, готовых к выемке, и корректировка нагрузки на очистной забой для исключения разрыва фронта очистных работ.

4. Для повышения адекватности модели необходимо ввести модули, учитывающие влияние на минутную добычу газовыделения в очистной забой (с учетом его неравномерности), а также скорость воспроизводства запасов, готовых к выемке (по условию неразрывности фронта очистных работ с учетом реализации схем шахта - лава и шахта - пласт).

Выводы. В целом результаты моделирования нагрузки на очистной забой достаточно близки к результатам аналитического расчета,

Результаты аналитического расчета и имитационного моделирования

Значение показателя

Показатель аналитический расчет имитационное моделирование

Среднесуточная нагрузка на очистной забой, т/сут 2129 2342

Среднее число циклов, шт 4,10 5,00

Коэффициент машинного времени 0,47 0,26

что указывает на возможность использования традиционной методики для расчета технико-экономических показателей работы очистных забоев, оснащенных отечественным горношахтным оборудованием. Определенный интерес представляет использование этой модели в учебном процессе при проведении занятий по дисциплинам «Технология отработки пологих пластов» направления 130400 «Горное дело» и «Моделирование технологических процессов горного производства» направления 210601 «Геология, разведка и разработка полезных ископаемых».

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Д о м р а ч е в А.Н., Р и б С.В. К вопросу об оценке неравномерности работы длинных комплексно-механизированных забоев. - В кн.: Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых. Сб. науч. статей / Под общ. ред. В.Н. Фрянова. - Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2007. С. 28 - 31.

2. Ф е д о т к и н а М.А. Модели в теории вероятностей. - М.: Физматлит, 2012. - 608 с.

3. Т р у б И.И. Объектно-ориентированное моделирование на С++: учебный курс. -СПб.: Питер, 2006. - 411 с.

4. Press Numerical Recipes in C++ / H. William, Teukolsky Saul A., Vetterling William T., Flannery Brian P. - Cambridge University Press, 2002. -976 р.

5. Нормативы нагрузки на очистные забои и скорости проведения подготовительных выработок на шахтах. - Донецк: изд. ДонУГИ, 2007. - 41 с.

6. П у ч к о в Л.А., Ж е ж е л е в с к и й Ю.А. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых. - М.: изд. МГГУ, 2009. - 562 с.

7. Подземная разработка пластовых месторождений: учебное пособие для вузов / В.В. Першин, М.Д. Войтов, Г.К. Клюкин, В.И. Сарычев. - Кемерово: изд. КузГТУ, 2014. - 360 с.

8. А л е к с а н д р о в Б.А., Ж у р а в л е в Р.П., А н т о н о в Ю.А., Б у я л и ч Г.Д. Особенности взаимодействия с кровлей механизированных крепей третьего поколения // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2003. № 5. C. 43 - 47.

© 2016 г. А.Н. Домрачев, С.В. Риб Поступила 19 августа 2016 г.