Структура системы технологического картографирования отработки запасов выемочных участков угольных шахт Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Ю.Н. Кузнецов, Д.Д. Стадник, 2008

УДК 622.272

Ю.Н. Кузнецов, Д.А. Стадник

СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ОТРАБОТКИ ЗАПАСОВ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Семинар № 15

За последние 15-20 лет в угольной промышленности произошли значительные качественные изменения в технологии добычи угля. Угледобывающие предприятия оснащаются более современной горной техникой, а удельный вес машин и механизмов в структуре промышленно-производственных фондов сохраняет тенденцию к постоянному увеличению. Современные добычные участки шахт характеризуются высоким уровнем механизации работ, оснащаются дорогостоящим оборудованием.

Комплексная механизация и автоматизация процесса добычи угля на шахтах тесно связана с необходимостью обеспечения надежной работы очистного оборудования. В процессе эксплуатации оборудование изнашивается под воздействием различных постоянно и периодически действующих факторов, повреждаются отдельные узлы и агрегаты. В результате этого снижаются ритмичность работы и производительность очистного забоя, качество выполняемых оборудованием функций, что приводит к необходимости восстановления работоспособности машин и механизмов в процессе отработки запасов путем замены непригодных деталей и функциональных элементов.

В настоящее время на шахтах отрасли основными документами по планированию мероприятий по заме-

не элементов оборудования являются графики планово-предупредительного ремонта, охватывающие не только замену, но и техническое обслуживание и ремонт комплекса добычного оборудования (графики ППР), технологические карты по безопасному техническому обслуживанию и текущему ремонту оборудования шахт, журналы нарядов.

Применяемым в отрасли регламентирующим документам по организации ремонтно-профилактических работ присущ общий недостаток - они не учитывают разнообразие и изменчивость горно-геологических условий, в которых происходит работа добычного оборудования. Составленные при пуске механизированных комплексов графики планово-предупредительных ремонтов не подлежат корректировке при появлении локальных зон геологических осложнений, в значительной степени влияющих на ресурс элементов оборудования. Нормы плановых замен узлов и деталей оборудования строятся с учётом только статистических значений наработки до отказа или интуиции персонала.

Согласно методическому руководству [9] основные данные по ресурсам и срокам службы добычного оборудования принимаются на основании нормативов сроков службы элементов оборудования и норм расхода

запасных частей, технологических карт по техническому обслуживанию и графиков ППР. Кроме того, данные могут быть получены по результатам эксплуатации оборудования в аналогичных горно-геологических условиях на основании информации, содержащейся в нарядах-рапортах и материалах наблюдений за работой комплексов оборудования. Такая формулировка условий определения ресурса элементов оборудования и сроков их службы для составления картограмм (карт) не позволяет определить срок плановой замены ввиду отсутствия единого подхода к его определению.

Отсутствие единого подхода к определению оптимального срока плановой замены элементов оборудования указывает на необходимость разработки методических принципов расчёта научно обоснованных регламентных работ по замене основных деталей и узлов добычного оборудования.

Очистной забой представляет собой сложную динамическую систему, условия функционирования очистных работ постоянно меняются. Забой лавы проходит участки геологических осложнений, и для обеспечения эффективной отработки запасов в этих ситуациях необходимо разрабатывать и осуществлять дополнительные мероприятия. Однако паспорта крепления не могут дать исполнителям работ необходимую информацию для выработки и принятия технологических решений в конкретных условиях ведения очистных работ. Подчас к разработке технологических мероприятий приступают, когда процесс функционирования очистных работ уже нарушен, поэтому изыскание дополнительных людских и материальных ресурсов приводит к значительным потерям времени и, соответственно, добычи угля. Между тем, в современ-

ных условиях цена ошибок от необоснованных и неквалифицированных решений управленческого характера оборачивается гораздо большими потерями для производства, чем ранее, в связи успешным внедрением в горнодобывающих отраслях новых дорогостоящих технологий практически в каждом направлении своей деятельности, начиная от разведки месторождений и кончая переработкой горной массы.

Информация, которая содержится в проектах отработки запасов выемочных участков, не может обеспечить разработку инженерных мероприятий, позволяющих:

• поддерживать оптимальный технологический режим функционирования забоев в конкретных (во времени и пространстве) условиях ведения очистных работ;

• эффективно использовать горнодобывающую технику;

• снизить отрицательное влияние горно-геологических факторов;

• создать наиболее безопасные и здоровые условия труда.

Следовательно, построение системы технологического картографирования для эффективного управления таким сложным и динамичным объектом как высокопроизводительный очистной забой является оправданным и экономически целесообразным.

Можно выделить следующие векторы управления, присутствующие в технологической карте:

• обоснование вариантов структуры механизации очистных работ;

• управление режимами эксплуатации оборудования;

• оптимизация комплекса технологических и ремонтно-профилактических мероприятий;

• установления "плавающих" значений нагрузки на очистной забой.

Каждая из задач горного производства, например, управление технологическими процессами выемочных участков, разведка месторождений полезных ископаемых и др. относится к классу задач о сложных объектах, которые принято решать с помощью построения систем управления. Центральным компонентом системы управления является модель, которая должна быть адекватна объекту управления.

Следовательно, система технологического картографирования должна удовлетворять как требованиям отдельных векторов управления, так и оптимальности управления выемочным участком в целом. Структура системы технологического картографирования отработки запасов выемочных участков приведена на рисунке.

На этапе ввода блоков входных параметров в систему технологического картографирования необходимо делать анализ статистики работы «подобных» выемочных участков. Анализ можно провести, например, с помощью нейронных сетей, что позволит выявить закономерности в статистических данных [6]. Данные о текущей наработке на отказ механического оборудования очень удобно получать из специализированной системы, предназначенной для ведения учета всего оборудования вместе с необходимой эксплуатационной документацией, например, из программы «Ремонт-Эксперт» [11]. В программе «Ремонт-Эксперт» автоматически формируется график планово-предупредительных ремонтов и обслуживания, а также ведется учет текущего состояния оборудования.

Центральным компонентом системы технологического картографирования является модель, которая должна быть адекватна объекту управления.

В управлении горным производством наблюдается устойчивая тенденция увеличения сложности математических и формальных моделей реальных систем и процессов управления, связанная с желанием повысить их адекватность и учесть все большее число различных факторов, оказывающих влияние на процессы принятия решений.

Почему же использование известных и ставших уже классическими концепций моделирования и управления не приводит к желаемому уровню адекватности моделей горного производства их оригиналам, а, следовательно, снижает их практическую значимость?

С одной стороны, традиционные методы построения моделей не приводят к удовлетворительным результатам, когда исходное описание подлежащей решению проблемы заведомо является неточным или неполным. С другой стороны, стремление получить всю исчерпывающую информацию для построения точной математической модели сколько-нибудь сложной реальной ситуации может привести к потере времени и средств, поскольку это может быть в принципе невозможно. В подобных случаях наиболее целесообразно воспользоваться такими методами, которые специально ориентированы на построение моделей, учитывающих неполноту и неточность исходных данных. Именно в таких ситуациях технология нечеткого моделирования оказывается наиболее конструктивной, поскольку за последнее десятилетие на ее основе были решены сотни практических задач управления и принятия решений [5].

Модель технологического картографирования должна обеспечивать:

т

їїїїїї

н

т

Модель технологического картографирования

/ктур

Структура системы технологического картографирования отработки запасов выемочных участков

1. возможность постепенной детализации требований, исходных данных, а также уточнения выдаваемых результатов;

2. возможность расширения функций без изменения основной структуры системы, например, учета новых массивов исходных данных (параметры вентиляции), получения дополнительных выходных данных (определение нагрузки на забой);

3. учет опыта, накопленного в процессе работы конкретного предприятия;

4. возможность работы с нечеткой и неполной информацией;

5. объяснимость предлагаемого решения;

6. использование нормативной документации при принятии решения;

7. учет ограничений, накладываемых на технологию добычи (Правила безопасности, вентиляция, проектная документация).

Задача выбора оптимального комплекса технологических и ремонтнопрофилактических мероприятий при управлении выемочным участком угольной шахты, является эвристической, так как требуемый эффект при отработке запасов (нагрузка на забой, экономическая эффективность эксплуатации оборудования, снижение времени простоев) может достигаться множеством наборов технологических и ремонтно-профилактических мероприятий, при постоянно изменяющихся во времени условиях работы забоя. Следовательно, необходимо осуществить выбор из множества вариантов решений в условиях нечеткой информации. Как показал анализ существующих методов решения подобных задач, наиболее перспективным является применение нечеткого моделирования [2, 8].

Решение проблемы технологического картографирования выемочно-

го участка угольной шахты с помощью построения системы управления на базе нечеткой модели позволит:

1. Построить информационно-логическую модель технологического картографирования выемочного участка. Модель будет реализовывать зависимость комплекса технологических и ремонтно-профилактических мероприятий от изменяющихся во времени условий работы выемочного участка;

2. Настраиваться на специфику очистных работ конкретной шахты путем обработки статистики работы выемочных участков;

3. Легко корректировать параметры модели с помощью введения дополнительных правил в процессе функционирования системы, так как объект управления существенно нестационарен, а для эффективного управления технологическим картографированием модель должна быть постоянно адекватна объекту;

4. Даст возможность работать с неполной или нечеткой информацией, так как в производственных условиях не всегда удается получить точный прогноз условий работы выемочного участка на длительный период;

5. Сократить размерность модели за счет исключения из рассмотрения параметров, изменение которых слабо влияет на комплекс технологических и ремонтно-профилактических мероприятий;

6. Учитывать опыт и знания персонала при выработке оптимального управляющего решения за счет включения отдельного блока в базу правил;

7. Получить объяснимое решение при выработке комплекса технологических и ремонтно-профилактических мероприятий;

8. Улучшить экономические показатели работы добычного участка за счет увеличения и стабилизации нагрузки на забой, снижению

1. Кузнецов Ю.Н., Некрасов В.В., Постников В. И. Технологическое картографирование отработки запасов выемочных участков. - М.: МГГУ, 1993, 61с.

2. Рассел С., Норвиг П. Искусственный интеллект: современный подход, 2-е издание. М.: Издательский дом “Вильямс”, 2006 г., 1408 с.

3. Нейлор К. Как построить свою экспертную систему. - М.: Энергоатомиздат, 1991 г.

4. Методические документы по определению нагрузки на очистные забои угольных шахт. - М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1980 г. 140 с.

5. Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH. -СПб.: БХВ Петербург, 2005. 736 с.: ил.

6. Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. - М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 382 с.; ил.

времени простоя оборудования, повышению управляемости технологических процессов.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

7. Стадник Д.А. Прогнозирование и управление электропотреблением угольных шахт. - Сборник научных трудов студентов магистратуры МГГУ Выпуск 4. - М.: МГГУ, 2004 г.

8. Куприянов В.В., Фомичева O.E. Интеллектуализация технологий автоматизированных систем. Учебное пособие - М.: МГГУ, 1994 г. - 101 с.

9. Методическое руководство по совершенствованию производства на шахтах отрасли на основе разработки и внедрения технологических картограмм и карт организации труда. - М.: ЦНИЭИ-уголь, 1977. - 28 с.

10. Методические указания по про-

гнозированию горно-геологических условий на участках высокопроизводительных лав. - Гуково.: Гуковуголь,

1977,- 54 с.

11. Сайт http://remontexpert.ru. ШИН

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

Кузнецов Ю.Н. - профессор, доктор технических наук,

Стадник Д.А. - аспирант,

Московский государственный горный университет.

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 15 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.В. Куприянов.