автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Автоматизированная система оценки и планирования работы карьерного железнодорожного транспорта

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Уральская государственная горно-геологическая академия

на правах рукописи 622.271.324:681.3.069

Стариков Андрей Дмитриевич

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ И ПЛАНИРОВАНИЯ РАБОТЫ КАРЬЕРНОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Специальность 05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (технические науки )

Автореферат диссертации на соискание ученой са^пени кандидата технических наук

Екатеринбург 1993

Работа выполнена в

Уральской государственной горно-геологической академш

Научный руководитель: - доктор технических наук,

■ профессор Хохряков B.C.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор Носырев М.Б.

- кандидат технических наук Аленичев В.М.

Ведущее предприятие: научно-исследовательский институт НИИОГР (г.Челябинск)

Защита диссертации состоится "20" января 1994 г.

в _ часов на заседании специализированного совета

К 063.03.05 в Уральской государственной горно-геологической академии по адресу: 620219 г.Екатеринбург, ул.Куйбышева, 30

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральской государственной горно-геологической академии

Автореферат разослан "_"_ 199_ г.

Ученый секретарь специализированного совета

М.Л.Печорина

- 1 -

Общая характеристика работы.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.

В связи с изменившимися экономическими условиями и зкологи-гескими требованиями перед предприятиями горнодобывающей отрасли зстает задача изыскания внутренних резервов. Это необходимо для зоддержания уровня рентабельности и выполнения экологических тре-5ований по ведению работ.

Значительной сферой для изыскания резервов является карьерный транспорт, так как затраты на него составляют более половины всех затрат на добычу .полезного ископаемого, и, по существу определяют рентабельность горных предприятий.

Проведенный анализ структуры карьерного транспорта по видам и схемам транспорта показал, что по большинству технико-экономических и экологических показателей лидирующее место занимает железнодорожный транспорт.

Исходя из проведенного анализа и учета эколого-экономических требований, задача изыскания внутренних технологических резервов горного предприятия является актуальной и определяется необходимостью выявления внутренних резервов железнодорожного транспорта с целью повышения эффективности его работы. Актуальность доказывается еще и возможностью выявления резервов автономных замкнутых систем железнодорожного транспорта на любых других предприятиях различных отраслей: металлургических комбинатах, обогатительных фабриках, заводах различного профиля, имеющих свой парк транспортных средств.

Данная работа проводится в соответствии с научно-технической программой 0.80.03 " Создание новых и развитие действующ« САПР и АСНЙ в народном хозяйстве", а также по заданию 0.80.03.29 А программы ГКНТ и АН Р5 "Развить и ввести в опытную эксплуатацию в Свердловском горком институте САПР открытых горных разработок рудных месторождений" и направлена на повышение качества учета информационных связей в гесинформационкой модели горного предприятия.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Система железнодорожного транспорта на горном предприятии с открытым способом разработки.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Создание автоматизированной системы сценки и планирования ра-

- £ -

боты карьерного железнодорожного транспорта для выявления его внутренних резервов при эксплуатации в целях принятия рациональных решений при планировании и управлении- работой горного предприятия.

ОСНОВНАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ.

Проведение вычислительного эксперимента по теории имитационо-го моделирования на геоинформациокной основе для оценки и планирования работы карьерного железнодорожного транспорта.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ВАЗА ИССЛЕДОВАНИЙ.

Системный анализ, геоинформационные методы проектирования, теория имитационного моделирования, вычислительный эксперимент, методы математической статистики.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ защищаемые в работе.

1.Выявление внутренних резервов системы карьерного ¡железнодорожного транспорта возможно путем проведения автоматизирование* оценки горно-транспортной системы на соответствие ее горно-техническим условиям эксплуатации с использованием вычислительного эксперимента на ЭВМ, разработанного по теории имитационного моделирования на геоинформациокной основе.

2.Закономерности изменения производительности горно-транспортных систем карьеров имеют характерные зоны "насыщения" при оа ределенном количестве транспортного оборудования, причиной этоп является наличие "узких" мест в путевой схеме, влияние которых н уровень производительности возможно выявить путем проведения вы числительного эксперимента.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ.

Достоверность подтверждается адекватностью результатов вычис лительного эксперимента в практике проектирования и эксплуатаци схем путевого развития на горнш предприятиях.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы.

1.разработаны принципы создания и ведения баз данных по схе мам путевого развития горных предприятий на графическом и технож гическом уровнях и методы межуровнезой связи геоинформационных технологических данных;

2.В составе модели схемы путевого развития выделены линейнь и сложные элементы и разработаны принципы их моделирования на ра: личных уровнях;

3.На основании оценки технологической плотности геоинформаш онных моделей схем путевого развития предложено ведение типизир< ванной библиотеки сложных элементов схемы для снижения трудоемко'

- У -

ти конструирования путевых схем;

4. Для целей имитационного моделирования автором обоснована возможность использования гамма-распределения интервалов погрузоч-но-разгрузочных операций и ведение базы данных по режиму погрузки и разгрузки горной массы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ

Разработанная автоматизированная система может применяться при оценке и планировании работы карьерных транспортных систем, а также при анализе работы любых замкнутых транспортных систем на предприятиях, имеюида собственный железнодорожный транспорт (металлургическое, химические, масиностроительное производство и др.).

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ исследований. Программный комплекс по имитационному моделированию в составе "АРМ транспортного диспетчера" внедрен на ПДДТ Джетыгаринского ГОКа, по заказам предприятий проведены НИР по исследованию работы гсрно-транспортных систем Лебединского и Качканарского ГОКов с использованием разработанного программного обеспечения, оценена провозная способность транспортной схемы Тюльгакского угольного разреза ПО "Вашккруголь" в составе проектных решений по формированию схемы.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения докладывались (тезисы доклада) на XII Всероссийской научно-практической конференции по открытым горным работам (г.С-Петербург, сентябрь 1993), на техническом совещании ведущих специалистов института "Уралгипрошахт", на семинаре отдела карьерного транспорта ЙГД г.Екатеринбурга, а также на совещаниях технических отделов Лебединского, Качканарского и Джетыгаринского ГОКов.

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований опубликовано 3 печатных работы.

СТРУКТУРА И ОВЬЕМ РАБОТЫ. Работа включает введение.четыре главы, заключение и список литературы из 86 наименований. Содержит 153 страницы, -включая 24 рисунка и 14 таблиц.

Содержание работы

Внедрение автоматизированных систем рекомендуется в различных сферах хозяйственной и научной деятельности, и в первую очередь в управлении и проектировании в базовых отраслях промышленности, одной из которых является горнодобывающая.

Решение задач горного производства в новых экономических ус-

ловиях требует оперативности и связано с обработкой большого объема информации : геологической, технической, технологической, экономической и др., что обусловило широкое применение ЭВМ в горном деле, в последнее время представленных персональными компьютера!,ш.

Современные направления в теории создания автоматизированных систем и бачков данных горнего производства развиваются в трудах акад. В.В.Ржевского, докторов технических наук В.С.Хохрякова, Ю.П.Астафьева, В.Л.Яковлева, В.П.Смирнова, А.И.Арсентьева, А.Ю.Дриженко, П.И.Томакова, А.Д.Школьникова, Г.Д.Вукейханова,

A.С.Танайно, А.Ф.Цехового, М.Б.Косырева, Б.Б.Зобнина, И.Б.Табакма-на, кандидатов технических наук А.Е. Анпилогова, Э. Б. Вагина,

B.М.Аленичева, М.Н.Сивкова, С.В.Корнилкова, В.П.Линева, Ю.С.Шкуты, коллективов МГИ, ЛГИ, УГИ, ИГД Скочинского, ИГД г.Екатеринбурга, институтов НИИОГР, НИИКМА, и других ученых и коллективов.

В первой главе дан анализ современного состояния системы же-лезнодорозкного транспорта на карьерах, особенности и перспективы его эксплуатации, внутренние резервы, способы и математические методы их выявления, достоинства и недостатки применяющихся методов, поставлены задачи исследования объекта.

Железнодорожный транспорт имеет значительные внутренние резервы, проявляющиеся в следующих областях: при изменении структура парка подвижного состава; при рациональной конструкции путевых схем; в организации движения поездов; в перспективных способах вскрытия карьеров.

Существующие методы исследования технологических процессов на карьерах, а именно исследование работы горно-транспортных систем с железнодорожным транспортом в большинстве своем основаны на расчетных зависимостях и математических моделях полученных в результате регрессионного и корреляционного анализа, а тагсш с использованием методов дифференциально-интегрального исчисления, и предполагают как правило изолированное рассмотрение технологических процессов. Избежать упрощенного рассмотрения горно-транспортного процесса позволяет метод имитационного моделирования, основанный на геоинформационной модели для связи с формированием рабочей зоны и развитием горных работ на карьере. В сравнении с реализацией других методов научных исследований (сетевое планирование, линейное и динамическое программирование) реализация данного метода при решении конкретной технологической задачи представляется более экономичной и рациональной (по затратам времени подготовка

данных и памяти ЭВМ, по возможности исследования сложных пространственных геотехнологических объектов).

Вторая глава посвящена разработке информационного обеспечения автоматизированной системы оценки и планирования работы карьерного железнодорожного транспорта в составе требований к информационному обеспечению, разработке принципов организации баз данных по схеме путевого развития на графическом и технологическом уровнях, создании баз данных по режиму погрузочно-разгрузочных операций. Осуществлено обоснование модели данных для информационного обеспечения, оценена технологическая емкость геоинформационной модели.

Достаточно точную характеристику функционирования карьерного железнодорожного транспорта с меньшими затратами средств и времени можно получить используя методы имитационного моделирования т.е. заменяя натурный эксперимент моделированием на ЗЕМ, что позволяет производить оперативные исследования по отысканию оптимальных схем железнодорожного транспорта и по режиму его работы.

Эффективность моделирования определяется исходными данными, характеризующими особенности процессов и условий, в которых они протекают. К исходным данным предъявляются требования полноты характеристик исследуемого объекта, учитывающих влияние значимых факторов на результаты моделирования и адекватно отражающих реальный процесс. Процессы, состоящие из экскавации, транспортирования горной массы, отвалообразования вскрышных пород и приема руды фабрикой, рассматриваются, как замкнутая система, отличающаяся своей обособленностью от внешней среды.

От пунктов погрузки (перегрузки) до отвалов и приемных устройств обогатительных фабрик горная масса перевозится в железнодорожных составах.. Составы могут различаться по виду тяги, вместимости и типу вагонов, длине и т.д. Все характеристики составов для целей моделирования могут быть объединены в следующие факторы: назначение, скорость движения, вместимость. Этих факторов достаточно для учета всех основных показателей работы состава. '

Время движения по участку в общем случае является величиной переменной, так как скорость движения переменна и зависит от состояния локомотива, квалификации машиниста и других факторов. Однако, пределы изменения времени движения состава по коротким участкам незначительны (не более 1 мин.), поэтому для моделирования работы карьерного железнодорожного транспорта, когда учитываемая точность временных интервалов не превосходит 1 мин., целесообразно

принимать время движения, как детерминированную величину.

При моделировании объемы выполненных работ также, как и в реальных условиях, можно подсчитать по количеству и вместимости загруженных составов. Длина состава как на реальном карьере, так и при моделировании, используется при определении режима движения по элементам путевой схемы . Обычно движение вскрышных и добычных составов организуется по свободному или замкнутому циклам.

Для железнодорожного транспорта характерны жесткие требования к порядку организации движения поездов. Основными из этих требований являются: возможность пребывания на участке только одного поезда и возможность обгона или разминовки поездов только на участках, имеющих обгонные пути или разветвления.

Вся путевая схема карьера можег быть представлена в виде последовательных и параллельных участков, непосредственно примыкающих друг к другу. Локомотивы в процессе работы переходят с одного участка на другой в соответствии с определенным порядком организации движения поездов. Перевод составов с участка на участок производится согласно определенных приоритетов движения составов. По результатам анализа деятельности диспетчерских служб можно заключить, что остановки поездов при наличии свободных маршрутов в большинстве случаев нецелесообразны, и поэтому в модели схемы путевого развития принят приоритет по свободным участкам.

Обзор существующих моделей данных для выбора и обоснования необходимой модели исходя из задач исследования выявил в качестве наиболее приемлемой реляционную модель, как на стадии конструирования схемы путевого развития средствами машинной графики, так и на стадии имитационного моделирования горнотранспортного процесса.

На первой стадии возможности реляционной модели заключаются в к-арном отношении, где кортежами отношения являются различные конструкции станций и постов, элементами отношения - положение станции и постов в данной схеме (элементы привязки), атрибутами отношения (к) - путевые схемы.

На стадии имитационного моделирования горно-транспортного процесса реляционная модель схемы путевого развития реализуется на более детальном технологическом уровне. Кортежами отноиения являются элементарные участки схемы (забойные и отвальные тупики, перегоны, станционные пути, стрелочные переводы), элементами отношения - значения технологических характеристик, атрибуты отношения -наименования технологических характеристик (время погрузки, разг-

рузки, скорость, Бремя движения, станционный интервал, маршруты движения и др.).

Элементы схемы путевого развития на графическом и технологическом уровне существенно отличаются. На графическом уровне это прямые участки, радиальные участки и блоки участков (станции, посты, разъезды). На технологическом уровне - забойные тупики (перегрузочные пункты), отвальные тупики (участки приема руды ДОФ), транспортные участки перегонов и постоянных путей, станционные пути, стрелочные переводы и участки горловин станций.

На технологическом уровне все элементы путевой схемы, независимо от их дифференциации, описываются следующими признаками: длина участка; время движения по участку; станционный интервал; время погрузки состава (для забойных участков); время разгрузки состава (для' отвальных участков и участков приема руды ДОФ); время укладки породы экскаватором в отвал (для отвальных участков); вид участка (забойный, отвальный и приемный на ДОФ,транспортный); признак запрета остановки; признак работы участка; тип участка (временные, постоянные); маршруты движения с участка.

На графическом уровне отображение прямых и радиальных участков реализуется стандартными средствами машинной графики и описывается двумя или тремя точками (Х,У) соответственно. Несколько иначе описываются блоки участков (станции, посты, разъезды). В связи с большой трудоемкостью описания станций с помощью прямых отрезков и дуг из-за большого их числа и сложности связей, а также в связи с теи, что подавляющее большинство станций, постов и разъездов строится по типовым технологическим схемам и проектам и размеры их в плане строго регламентированы ЕЛЕ и ПТЭ, предлагается в рамках ведения базы данных по схеме путевого развития создание и использование типизированной графической библиотеки сложных блоков схемы в составе конструкций карьерных станций, постов и разъездов. Использование такой библиотеки во многом облегчит и автоматизирует процесс формирования графического отображения транспортной схемы. В библиотеке имеется возможность пополнения ее новыми конструкциями станций, постов и разъездов.

Формирование базы данных по схеме путевого развития предлагается производить в 2 этапа. Это связано с разнородностью технологических признаков участков, а именно: все признаки кроме маршрута движения могут формироваться в момент создания участка и присвоения ему номера; признаки маршрута еозможно начинать форми-

ровать по уже имеющимся в базе данных участкам с присвоенными номерами.

Первый этап характеризуется созданием схемы из простых и сложных элементов на графическом уровне с запросом технологических характеристик простых элементов (для сложных элементов заполнение идет автоматически при переводе из библиотеки в схему), исключая маршруты движения. Формируется база данных технологических характе ристик.

Второй этап включает маршрутизацию схемы.

К маршрутизации предъявляются следующие требования: принятс не более 4-х направлений движения (маршрутов) с каждого участка схемы; выбор участка для перевода определяется по-условиям приоритета согласно номерам маршрутов с 1-го по 4-й; количество груш маршрутов (4 шт.) должно соответствовать количеству сортов перевозимой горной массы; группы маршрутов должны заполняться по каждом: сорту отдельно в груженом направлении и по всем сортам одинаково ■ в порожнем. Это условие необходимо для адресации определенное сорта горной массы на определенный разгрузочный тупик и для обес печения забоев порожняком по открытому циклу.

Маршрутизация линейных элементов (прямых и радиальных) проис ходит согласно их порядковым номерам, определяемым при указали участка в схеме графическими средствами. Далее указываются до смежных участков, происходит определение их номеров и занесение маршрут в базе технологических характеристик.

Маршрутизация сложных элементов схемы (станций и постое происходит при помощи поддержки библиотеки графических элементов.

Каждый сложный объект характеризуется количеством точек вхс да А; и Еыхода В^ для груженого направления и точками входа С; выхода . для порожнего направления. Отношение точек может быч типа "один к одному" или "один ко многим", и вида А^Е?! и С^->1 в зависимости от их числа, конструкции элемента и организаш движения. Каждое отношение описывается отдельной матрицей перев< да, состоящей из формализованных номеров участков и соответству! щих им маршрутах в виде формул типа (1 + п), где 1 - начальный ю мер элемента в блоке, 1=шах(А1,А2, Аз... )+1, п - постоянное числ-зависящее от расстановки номеров участков в сложном блоке

Матрицы переводов по одной из станций (рис.1) по ее отнош ниям А1->В1 и С1->01 приведены в таблице 1. Матрицы такого ти па составляются для каждого отношения А1->В1 и С1->01 по ка

Формализованная кодировка сгаицнн

— участки с р1зрешгнием ястаювк* ¡щз[ - участки с запрещением остановки

Рис. \

Таблица 1

Матрицы парирутов станции по отношениям "БЗЮД-ЕЫХОД" для Гн'менога и порс.^.кзго направления

ш Грч МП порочнее нзпрэблек'.!&

ЧЧ-ка уч-ка

А1-> 31 Б2, п2-> Б1 92 С1-> И С2, С2-> 0! 02

А1 1 + 13 ■ -¡ + ¡5 ---- ---- С! 3 + 11

А2 1 +23 ---— ---- ----- ■ С2 3+26 ] +^,7 ---- -----

14-1 1 + 12 1+20 ---- ---- .3+1 з + 1ь ---- ----

1 +2 1 + 12 1 + 20 ---- ---- 3+2 3 + 1ь

1+3 и 1 + 24 ---- ---- 0 + 3 4+16 ] + ---- ----

Н4 1+7 } + — --- ---• — з+ч 3 + 9 ---- ----

1 1+7 ---- -- — .1+5 з + з

] +6 1 + 1 1 г — - «— ---- з + о 3 + 1

1 -+? 1 +9 ---- ---- ---- 1+7 3+4 ] + 2 ---- ----

1 +3 1 +6 - — ---- -- — 3+0 з+ъ ---- ---- ----

1 + 9 1+11 — - - ---- ____ 3+9 3 + 16 ---- ---- ----

1+10 1 +3 и-а — — л + 10 з+з — —

1+11 1 + 14 — — - - - - л + 11 3+10 ---- ----

1+12 В1 —— ——— — 4 + 12 —— —

1+13 1+4 1*5 ---- ---- 3 + 13 ---- ---- —....

1+14 В1 ---- ---- ---- 3 + 14 ---- ---- ---- ----

¡ + 15 1 + 16 ---— —— — — 3 + 15 ---- ---- ,— -

1 + 16 1М0 ---- ---- —-— 3 + 16 ---- -----

1 +17 ---- ---- ---- ) + 17 01 ---- ----■ ----

1 +1 '3 1 + 1 52 ---- ----- 4 + 13 --— ---- ---- ----

1 +19 1+4 э + 5 ---- ,1 + 19 3+4

1 +_:0 1+:-з — — ---- .3 + 20 1 + 23 ---- ---- ----

1+21 1 + 19 _— ---- 3 + 21 3 + 19 - ~—- - ———

] )0 з 1-21 ---- ---- ¿ + 22 з +з ¿+,11 ----

1 ч^З 1 +22 1 + Ш — — 3 + 23 3+23 ---- -----

1 +24 1 +29 — ---- 3 + 24 ---- ---- ----

1 С5 ---- ---- ---- ---_ ---- ---- ----

1 + 2ь ---- ---- —---- 3 + 2 — - — — -

1 +27 ---- ---- ---- --— 4 + 27 — ---- ----

1+23 ---- ---- ---- 4 + 28 62 ---- ---- |

1 +29 32 ---- ----. ---- 3 + 29 ---- ---- ----1

Примечания: 1 • Участки «с скре^гнлеи Мерырутснз о^ногз направления фиксируются только однсгг. лз двух скреии&йнлдохса марирутсз т = щйх С аЬ > ] - шах с1« с2 1

^ : ) ♦ г^е Я - ног!ер '.'чьстка» «риксируязодий смену направления 2 гру»'екзго на порожнее.

дой станции или посту и заносятся в соответствующий раздел библиотеки в качестве программной поддержки. При маршрутизации станции при зтом достаточно указать точки входа и выхода для блока, номера их вычисляются автоматически при проверке принадлежности точек, а по вычисленным номерам происходит автоматизированная кодировке маршрутов.

Таблица 2

Параметры гамма-распределения (а,у) времени погрузки для различных сочетаний горного и транспортного оборудования (база данных по процессу погрузки железнодорожных составов)

Марка экскаватора Грузоподъемность состава, т

600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400

ЭКГ-5 17.18 17.22 17.27 07ГО 17.30 17^33 17.36 07ТО2 17.39 атом 17.41 070В8 17.44

07Т87 и. 162 О! 125 0.081

ЭКГ-8И 16.30 16.36 16.41 07ТШ 16.45 со со 1оГ- 16.52 07139 16.55 07127 16 58 16.61 опта

0.251 о: 213 о: тез

ЭКГ-12.5 15.07 СГЗШ 15.13 15.18 072Б2 15.22 07235 15.26 07Ж 15.29 071Ш 15.32 15.35 оттез 15^37

0.301 0.178

ЭКГ-20 13.92 0.4У2 13.98 07123 14.02 0737Н 14.07 07334 14.11 073ОТ 14.14 07277 14 Л8 14.21 07233 14.23 07213

Примечание в числителе - V , в знаменателе - й

При взаимодействии погрузочного и транспортного оборудован« для получения данных по времени погрузки и разгрузки составов, ко торые в сущности являются случайными величинами, предложен __мето генерации случайных величин по известному закону гамма-распределе ния, заключающийся в генерации случайной равномерно распределение точки в поле исследования и оценке ее местоположения по отношена к кривой плотности вероятности. Воздействие генерируется в случа попадания точки под кривую.'

Для реализации этого метода по результатам хронометража наблюдений за работой горно-транспортного оборудования получег параметры плотности вероятности гамма-распределения для различи сочетаний погрузочного и транспортного оборудования. Значения ш раметров приведены в таблице 2.

Показатели плотности вероятности гамма-распределения д: различных сочетаний горного и транспортного оборудования составл] ют базу данных по режиму работы горно-транспортного оборудовали:

Использование показателей распределения в имитационной модели осуществляется следующим образом : при переводе состава на забойный или отвальный тупик, из соответствующей базы данных по значениям полезной массы поезда и типа экскаватора выбираются показатели гамма-распределения, и время погрузки или разгрузки и складирования генерируется по вышеописанному методу.

Каждый элемент схемы наряду с графическим имеет еш,е и технологический уровень, и для оценки технологической плотности геоинформационной модели предложен коэффициент технологической емкости моделируемого элемента.Кт(Б). Для линейных элементов он определяется по формуле с

Е М1

Кт(5) = - , (1)

N ( Мх + Му )

где М1 - объем памяти занимаемый 1-ой технологической характеристикой участка,байт; Ь - количество технологических характеристик линейного элемента; N - число точек описывающих элемент (N=2 для прямых, ' !<!= 3 для кривых); Мх,Му - объем памяти для хранения координат X, У, байт.

Количество технологических характеристик для различного количества транспортируемых сортов горной массы определяется по формуле

Ь = 4 (N3) + , (2)

где N5 - число сортов горной массы; Мп - постоянное количество технологических характеристик N=9.

Значения коэффициента Кт(3) в зависимости от количества транспортируемых сортов горной массы от 2 до 9 находятся в пределах 3,19...8,44 для прямых участков и в пределах 2,13...5.63 для участков кривых.

Коэффициент технологической емкости сложных блоков схемы определяется несколько иначе и зависит от количества простых элементов (станционных путей, участков горловин и стрелочных переводов) в составе сложного блока (станции, поста). Коэффициент вычисляется по формуле м

£ С Ми

КТ(Б) = --(3)

Мхл + Мул + Ма + Мтх + Мщу

где Ми - объем памяти занимаемый Ьой технологической характерис-

такой 3-го простого элементе сложного блока; Мхп - объем памяти занимаемый координатой X точки привязки Муп - объем памяти занимаемый координатой У точки привязки М^ - объем памяти занимаемый углом поворота Мшх.Ипу _ объем памяти занимаемый масштабом приведения по осям X и У

Значения коэффициента технологической емкости для имеющихся в составе типизированной графической библиотеки станций в зависимости от сложности конструкции и количества транспортируемых сортов горной массы от 2 до 9 находятся в пределах 60...750.

Таким образом, для сложных блоков коэффициент технологической емкости превышает на 2 порядка КТ(Б) линейных объектов, что предопределяет и делает актуальным организацию, ведение и использование' типизированной графической библиотеки по сложным блокам с имеющимися в ней технологическими характеристиками при автоматизированном конструировании модели путевой схемы. Пороговое значение коэффициента, при котором создание путевой схемы стандартными средствами машинной графики, затруднительно и для этих целей рекомендуется использование специальных средств (графические библиотеки) , находится в диапазоне 10-15.

В третьей главе рассмотрено техническое и математическое обеспечение имитации горно-транспортного процесса, возможности имитационной модели по оперативности получения решений и основные характеристики модели.

Задача исследования предусматривает определенную скорость обработки информации и оперативность получения решения. Оценить эти возможности имитационной модели позволяет временной масштаб, равный отношению чистого времени работы процессора при моделировании (10сек-1,5мин. в зависимости от типа ЗВМ и объема модели) к реальному времени исследуемого периода (смена, сутки и т.д.). Временной масштаб модели при имитации 12-часовой смены находится в интервале от (1:4000) до (1:140), что позволяет с достаточной оперативностью принимать решения в области оперативного планирования работы железнодорожного транспорта.

Математическое обеспечение включает алгоритмы имитации горно-транспортного процесса и расчета показателей работы горно-транспортного оборудования.

В четвертой главе дана постановка задачи исследования для конкретных предприятий-представителей в области промышленногс использования и для использования в учеб но-исследовательски

целях. Приведены результаты решения задач исследования работы горно-транспортных систем карьеров Лебединского, Качканарского и Джетыгаринского ГОКов.

Задача исследования режима эксплуатации транспортной системы для условий Качканарского ГОКа ставилась в следующем виде: обосновать рациональное число локомотивосоставов на линии в течение смены для выполнения запланированных сменных соъемсз отгрузки горной массы. Автоматизированная система выступила в качестве "арбитра" для разрешения разногласий в методах проведения мероприятий по стабилизации сменных объемов и для проведения экспертной оценки ситуации.

Для условий транспортной схемы КГОКа была создана ее модель, реализованная для 2-х сортов гсрной массы. Путем имитационного моделирования работы транспорта в течение 12-часовой смены с увеличением числа составов в схеме (серия вычислительных экспериментов) была получена кривая "насыщения", ■ характеризующая пропускную способность схемы. Результаты исследования выявили неправомерность увеличения числа локомотивосоставов на линии для обеспечения плановых объемов. Были также вскрыты причины недостаточной провозной способности транспортной схемы. Наибольшее количество простоев по результатам исследования было зафиксировано на участках приема руды фабрикой.

Задача исследования транспортной системы для условий Джетыга-ринского карьера комбината "Кустанайасбест" появилась в следствие возможности перевода путевой схемы на руководящий уклон 0.055. При выявленных преимуществах предлагаемого варианта необходимо было оценить провозную способность схемы с повышенным уклоном с учетом уменьшенной весовой нормы поезда.

По проектной (с уклоном 0,040) и предлагаемой (с уклоном 0,055) схемам ДаГОКа на 2001 год были созданы их модели и проведен вычислительный эксперимент. Результаты исследования выявили резерв провозной способности варианта с повышенным уклоном в 10 т.т/см при уменьшенной весовой норме поезда (рис.2).

Для условий карьера Лебединского ГОКа исследован ряд задач в области оперативного недельно-суточного планирования (анализ и прогноз схемы на 1990 г. в нормальном и аварийном режимах) и в области долгосрочного прогнозирования работы железнодорожного транспорта (проработки схемы на 19Э5 г., рис. 3)

Результаты проведенной оценки показали, что для существующей

Исследование вариантов развития транспортной системы Джетыгаринското

карьера на 2000 год

Производи? ельность

составсв

Рис. 2

Исследование вариантов развития транспортной системы карьера „ Лебединского ГОКа на 1995 год

Производительность систсмы тл/см

170 160 150 140 130 120 110

30 34 38 42 48 50 Число

составов

Рнс. 3

схемы путевого развития характерно отсутствие "насыщения" в диапазоне рассматриваемых значений числа поездов в работе,

К 1995 году для транспортирования проектных объемов горной массы железнодорожным транспортом (150 гыс.т в смену) потребуется 46...47 локомотивососгавов по проектному варианту и 42...43 локо-мотивосостава по предлагаемому варианту, при этом схема путевого развития усложняется, объемы перевозок возрастают, и для проектных разработок "насыщение" наблюдается при нахождении в работе 49...50 составов. Этому значению соответствует и максимальная для этого периода производительность карьера по горной массе 157...160,тыс.т в смену.

Рассмотрены также показатели функционирования транспортной системы в варианте, когда закрыты некоторые технологические пути по причине аварийных ситуаций либо плановых ремонтных работ. В качестве примера закрыт один из путей второй выездной траншеи.

Закрытие участка приводит к снижению объемов транспортирования. Происходит резкое "насыщение" схемы, кривая производительности приобретает ярко выраженный максимум, которому соответствует рациональное число локомотивосоставов для этой ситуации. Появляется возможность формирования типовых рекомендаций по рациональному количеству поездов на линии при разнообразных нештатных ситуациях путем их моделирования.

В учебно-исследовательских целях можно выделить следующие группы задач:

1.Исследование зависимости провозной способности от рабочего парка локомотивосостаЕоз при неизменной транспортной схеме (определение возможностей транспортной схемы по объемам горной массы при наличии определенного парка подвижного состава; определение потребного рабочего парка для транспортирования плановых объемов; определение режима "насыщения" схемы, т.е. оптимального числа составов при увеличении которого объемы остаются на прежнем уровне или снижаются; определение коэффициента резерва провозной способности схемы при известных объемах перевозки и рабочем парке);

2.Исследование зависимости провозной способности от изменений в транспортной схеме при фиксированном рабочем парке (определение провозной способности при реконструкции схемы; определение возможностей транспортной схемы при закрытии отдельных участков; определение провозной способности при изменении руководящего уклона) ;

3. Минимизация рабочего парка путем реконструкции схемы (изменение уклона, конструкции станций и постов) при неизменных плановых объемах транспортирования.

4. Другие локальные задачи (исследование зависимости провозной способности от скорости движения состава, количества думпкаров в составе, организации движения поездов (разрешение или запрещение остановок на отдельных участках, одностороннего движения и др.)).

Заключение

В результате выполненных в работе исследований дано новое решение актуальной научной и практической задачи исследования режима эксплуатации горно-транспортных систем.

Основные результаты заключаются в следующем:

1. В настоящий период рекомендовано для поддержания рентабельности горных предприятий выявлять и использовать внутренние резервы карьерного, транспорта, в частности карьерного железнодорожного транспорта, как наиболее удовлетворяющего экономическим условиям и экологическим требованиям

2. Для выявления внутренних резервов предложена автоматизированная система оценки и планирования работы карьерного железнодорожного транспорта путем проведения вычислительного эксперимента на ЭВМ , разработанный по теории имитационного моделирования на геоинформационной основе;

3. Разработаны принципы создания и ведения баз дачных по схемам путевого развития горных предприятий на графическом и технологическом уровнях и методы межуровневсй связи геоинформационных и технологических данных;

4. Проведен структурный анализ мсдели схемы путевого развития, е ее составе выделены линейные и сложные элементы, предложено ведение типизированной библиотеки сложных элементов схемы для снижения трудоемкости конструирования путевых схем;

5. Оценена технологическая плотность геоинформационных моделей схем путевого развития ;

6. Для целей имитационного моделирования обоснована возможность использования гамма-распределения интервалов погрузоч-но-разгрузочных операций и ведение базы данных по режиму погрузки и разгрузки горной массы.

7. Разработанная автоматизированная система оценки и планиро-

вания работы кзрьеркего железнодорожного транспорта и соответствующее программное обеспеченна применены при решении актуальных производственных задач на ряде горнодобывающих предприятий.

8. Разработанная система предложена к использованию в учебно- исследовательском процессе.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СОДЕРЖАТСЯ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Стариков А.Д., Макаров В.В. Методы выявления технологических и инфраструктурных резервов горных предприятий с учетом эколого-экономических требований/ //Известия Уральского горного института / Серия ГОРНОЕ ДЕЛО - 1993. - N 3. - с.96-100.

2. Стариков А.Д. Принципы создания автоматизированного банка данных системы железнодорожного транспорта на горном предприятии. // Известия Уральского горного института / Серия ГОРНОЕ ДЕЛО - 1993. - N 3. - с.126-129.

3. Корнилков C.B., Старикоз А.Д., Витязев О.В., Стариков Д.Я. Автомобильно-железнодорожный транспорт на глубоких горизонтах карьеров. // Горный журнал - 1988.- N12.-с.27-28.

4. Кощеев В.И., Бахтурин Ю.А., Стариков А.Д., Мальцев A.M. Повыке-ние эффективности транспортной системы Лебединского карьера на основе выбора рациональной схемы вскрытия и интенсификации работы железнодорожного транспорта. Отчет о НИР / ИГД ММ СССР. - Свердловск,1989 г. - 145 с.

5. Стариков А.Д., Мальцев A.M., Бахтурин Ю.А. Обслуживание персональных ЭВМ, занятых оперативным управлением железнодорожного транспорта Качканарского ГОКа. Отчет о НИР / ИГД ММ СССР. - Свердловск, 1991 г. - 66 с.

/

Подписано в печать 6.12.93 г. Формат бумаги 60x84 Vi б Печ.л.1,0. Автореферат. Тираж 100. Заказ379

620219, г.Екатеринбург, ул.Куйбышева, 30 Уральская государственная горно-геологическая академия Отдел множительной техники