автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Динамическое моделирование взаимодействия оборудования механизированного очистного забоя

На правах рукописи

Гречишкин Павел Владимирович

ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОБОРУДОВАНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННОГО ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ

Специальность: 05.13.18 - математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 2005

Работа выполнена в Институте угля и углехимии СО РАН

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Конюх Владимир Леонидович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Тайлаков Олег Владимирович

кандидат технических наук Фёдоров Василий Николаевич

Ведущая организация:

Горный институт по проектированию предприятий угольной промышленности «Гипроуголь»

Защита состоится «04» октября 2005 года в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 003.036.01 при Институте угля и углехимии СО РАН, по адресу:

г. Кемерово, 650610, ГСП, ул. Рукавишникова 21, конференц-зал. Факс: 8-384-2-21-14-00 E-mail: iuu@kemsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИУУ СО РАН.

Автореферат разослан «3» сентября 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук

Преслер В.Т.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аюуальность работы. В настоящее время в Кузбассе подавляющее большинство механизированных очистных забоев оснащается не серийными комплексами, а скомпонованными под заданные условия из оборудования различных производителей. В мире насчитывается свыше 20 производителей механизированных крепей, 15 производителей узкозахватных очистных комбайнов и 18 производителей забойных конвейеров. Каждый завод выпускает несколько типов оборудования, для которых существует ряд типоразмеров. Насчитывается более 40 вариантов организации работ в забое. Эти факторы обеспечивают множественность технико-организационных решений для различных горно-геологических условий.

Выпускаемые очистные комбайны обладают существенным запасом производительности, скорость подачи может достигать 45 м/мин. В связи с этим увеличивается влияние концевых операций на производительность забоя, длительность которых зависит от организации работ, технических характеристик комбайна, крепи и конвейера. Отсутствие методик, позволяющих оценить эффективность работы компонуемых механизированных комплексов с учётом организации работ в забое, и число альтернативных вариантов значительно затрудняют обоснованный выбор технологической схемы.

Многовариантность решения задачи не позволяет экспериментальным путбм комплектовать оборудование очистного забоя из-за высокой стоимости технологического риска. Поэтому на передний план выступает математическое моделирование функционирования оборудования для подбора наиболее рационального состава комплекса и организации работ в забое с точки зрения производительности выемочного участка.

При многовариантном анализе сложных динамических объектов и технологий хорошо себя зарекомендовало имитационное моделирование. Оно позволяет отобразить взаимодействие элементов технологического комплекса во времени, проиграть на моделях альтернативные технико-организационные варианты и определить наиболее рациональные из них, оценить влияние отдельных параметров на поведение системы в целом, выявить узкие места и т.д. В связи с этим разработка системы динамического моделирования взаимодействия оборудования механизированного очистного забоя является актуальной научной задачей.

Цель работы - разработка системы динамического моделирования взаимодействия оборудования механизированного очистного забоя для выбора рационального сочетания комплекта машин и организации работ в забое при наличии ограничений по горно-геологическим |

> Г оУ-АЯ;

Идея работы заключается в отображении технических параметров единиц оборудования и технологических операций выемочного цикла временными сетями Петри для определения эффективности взаимодействия элементов комплекта.

Задачи исследований:

- разработать динамические модели технологического процесса очистной выемки и алгоритм для их построения;

- разработать систему динамического моделирования взаимодействия оборудования очистного механизированного забоя;

- исследовать влияние временных характеристик оборудования на производительность выемочного участка при различной организации работ в забое.

Научные положения:

1. Модули сетей Петри, отражающие работу комбайна, изменение положения шнеков, регулирования передвижки, передвижки секций крепи, крепи сопряжения и конвейера, обеспечивают необходимые и достаточные условия для синтеза динамической модели взаимодействия оборудования механизированного очистного забоя, синхронизация компонент которой задаётся кратностью выходных дуг стоковых позиций.

2. Система на основе динамических моделей взаимодействия оборудования на сетях Петри с постоянной структурой и изменяемыми параметрами обеспечивает выбор рациональных технико-организационных решений для механизированного очистного забоя.

3. Динамическая модель взаимодействия оборудования механизированного очистного забоя при многовариантной структурной организации модулей имеет множество состояний, определяющих множество рациональных технико-организационных решений по повышению производительности.

Методы исследований:

- теория больших систем для формализации процесса очистной выемки;

- аппарат сетей Петри для моделирования взаимодействия оборудования очистного забоя в динамике;

- проблемно-ориентированный имитатор сетей Петри NetStar 2.02b для построения и отладки моделей технологических процессов;

- методы теории вероятности, математической статистики и алгоритмизации, а также объектно-ориентированный язык программирования Borland Delphi 6 и табличный процессор MS Excel для создания динамической модели взаимодействия очистного оборудования и среды её функционирования.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- применением фундаментальных поведенческих и структурных свойств сетей Петри для доказательства достаточности разработанных модулей;

- верификацией динамической модели взаимодействия очистного оборудования посредством компьютерного отображения технологического процесса;

- сходимостью результатов моделирования с планограммами работ в очистном забое;

- серией экспериментов, показавших, что расхождение результатов моделирования в стохастической постановке задачи и хронометража выемочного цикла не превышает 10%.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- для целей моделирования взаимодействия оборудования очистного забоя на этапах его производительной, холостой работы и концевых операциях применён аппарат сетей Петри;

- построены оригинальные модули сети Петри: «работа комбайна», «передвижка секций крепи», «регулирование передвижки секций», «передвижка конвейера», «передвижка крепи сопряжения»;

- разработана система динамического моделирования, которая позволяет сопоставлять множество вариантов компоновки комплекса с учётом организации работ в очистном забое и стохастичности технологических операций;

- исследовано влияние временных характеристик единиц очистного оборудования на производительность забоя при различной организации работ на основных и вспомогательных операциях.

Личный вклад автора состоит:

- в разработке нового подхода к моделированию очистной выемки, учитывающего взаимодействие оборудования во времени не только при отбойке угля, но и на концевых операциях;

- в разработке оригинальных модулей сетей Петри - структурных компонент динамической модели взаимодействия оборудования очистного механизированного забоя и алгоритма её компоновки;

- в разработке системы динамического моделирования для сопоставления технико-организационных вариантов очистных работ и её реализации в виде пакета проблемно-ориентированных программ;

- в выявлении эффективных путей повышения производительности для вариантов организации работ в забое.

Практическая значимость:

- созданы динамические модели, учитывающие организацию работ при определении производительности очистного забоя, оснащённого оборудованием различного технического уровня;

- разработан пакет программ, позволяющий сопоставлять множество технико-организационных вариантов работы очистного забоя (количество организационных решений более 40);

- система динамического моделирования обеспечивает вычислительный эксперимент в широком диапазоне горно-технических условий с целью выявления узких мест и поиска эффективных путей повышения производительности действующих и проектируемых механизированных очистных забоев.

Реализация работы. Результаты работы были использованы на шахте «Полысаевская». На их основе были разработаны рекомендации по устранению узких мест в лаве №18-25, а именно, отставания крепления и не полного использования производительности комбайна.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на IV Всероссийской научно-практической конференции «Региональные проблемы устойчивого развития природоресурсных регионов» (Кемерово, 2003), IV Всероссийской конференции молодых учёных по математическому моделированию и информационным технологиям (Красноярск, 2003), первой Всероссийской научно-практической конференции «Опыт практического применения языков и программных систем имитационного моделирования в промышленности и прикладных разработках» (С.-Петербург, 2003), VIII Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодёжи» (Анжеро-Судженск, 2004).

Публикации. По результатам работы опубликовано 7 печатных работ.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 42 наименования. Общий объем работы 189 страниц, в том числе, 104 рисунка и 4 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава содержит обзор литературных источников, посвящённых методам оценки эффективности очистных работ и их математическому моделированию.

Большой вклад в развитие аналитических методов внесли И.Е. Богопольский, В.Н. Караульное, С.С. Квон, A.C. Кузьмич, О.С. Курзанцев, Латаева П.Ф., Г.А. Лукьянов, Д.И. Местер, Л.С. Нагих, A.A. Ордин, В.Н. Федоров,

С.И. Хан, С.И. Цой, Г. Н. Шевалдин, В.М. Шрамко, В.Я. Эйдензон, Е.М. Юркович. Аналитическое моделирование, как правило, сводится к построению математической или экономико-математической модели для решения оптимизационной задачи. Аналитическими методами решался целый ряд задач оптимизации технологической схемы очистных работ для минимизации себестоимости добываемого угля, максимальной прибыли предприятия при отработке панели, оптимизации численности добычной бригады, синтеза оптимальных технологических схем и т.д.

В.И. Штеле, Я.Я. Кусиншом для повышения эффективности добычи руды решались задачи выбора оптимального варианта ведения очистных работ и комплекса оборудования для его осуществления, а также организации работ в забое. Авторы пришли к выводу, что перечисленные задачи выходят за пределы традиционных задач оптимизации организации очистных работ и их решение возможно лишь при детальном анализе возможных вариантов на имитационных моделях. Известны примеры успешного применения имитационного моделирования, когда процессы подземных горных работ не поддаются аналитическому описанию из-за своей сложности и требуют изучения взаимодействия элементов системы во времени и пространстве.

Основы имитационного моделирования перемещения очистного оборудования в забое были заложены Э.И. Гойзманом. Идеи получили развитие в работе Л.Н. Заниной по определению нагрузки на забой методом статистического моделирования работы механизированного комплекса.

Современные очистные механизированные комплексы компонуются из оборудования различных производителей. Временные характеристики очистного оборудования значительно возросли (существуют испытанные образцы комбайнов, скорость подачи которых достигает 45 м/мин). Накоплен богатый опыт использования различных схем передвижки секций крепи. За рубежом широко распространены системы автоматизации передвижки крепи и конвейера. Для определения эффективности взаимодействия оборудования различных производителей методы математического моделирования развиты недостаточно из-за использования нормативов времени концевых операций и ряда технологических процессов. Это не позволяет оценить эффективность технико-организационных вариантов работы очистного забоя и произвести выбор наиболее рациональных.

Во второй главе выбран объект моделирования, формализованы процессы очистной выемки, разработаны требования к универсальным модулям для синтеза динамической модели работы очистного оборудования и на их основе разработаны модули сети Петри.

Были выделены неотъемлемые технологических процессы очистной выемки при различной организации работ в забое. Формализация процессов позволила сформулировать требования к универсальным модулям, по которым построены их структурно-функциональные концептуальные модели. По концептуальным моделям разработаны модули сети Петри, см. табл. 1. Выполнение технологических операций имитируется вероятностными задержками маркеров в позициях сети.

Структура модулей такова, что после серии запусков маркировка стоковой позиции сети становится равной количеству маркеров в истоковой позиции при начальной маркировке и = Ю..оо;л/,(/>4) = Л/0(р1), см. рис. 1а. Как только один модуль соединён с другим '5 с 5', первый становится обладателем свойства «сифон» (рис. 16). Сифоны обладают тем поведенческим свойством, что если при некоторой маркировке он не имеет меток, то он остаётся без меток и при последующих маркировках. После серии запусков и„, где л = 10..°°, маркировка сети остаётся неактивной Мх = {0,0,1,0}.

Положение оборудования в забое, а также степень завершённости технологических процессов определяются маркировкой стоковых т(рс) и истоковых позиций т{ри) соответствующих модулей. Синхронизация процессов осуществляется заданием кратности выходных дуг из стоковых позиций модулей. Для отображения технологически связанных и технологически обусловленных процессов служат следующие варианты запуска и функционирования модулей.

1. Последовательный запуск модулей, когда запуск одного обусловлен максимальной маркировкой стоковой позиции другого (рис. 1в).

2. При достижении некоторой маркировки одного производится запуск другого модуля, после чего он функционирует автономно, т.е. его маркировка не зависит от маркировки других подсетей (рис. 1г).

3. Запуск ведомого модуля при достижении некоторой маркировки ведущего, после которой маркировка и активность ведомого зависят от маркировки ведущего модуля (рис. 1д).

Вариант №1 (пример рис. 1в). Каждый модуль является к-ограниченной сетью, где к равняется начальной маркировке истоковой позиции м^(,р)< мйСр,),м6 Я(А/0р,). Кратность выходной дуги стоковой позиции модуля разрушения земника равна начальной маркировке истоковой позиции и(рА,15) = М01№(р1), т.о., сток (о) сработает, когда все маркеры из р1 перейдут в р4. При этом маркировка сети станет Мп = {0,0,1,0}, маркированных ловушек в сети

нет и при последующих маркировках она будет не активной. Следовательно, позиция р5 безопасна.

Вариант №2 (пример рис. 1 г). Если кратность выходной дуги стоковой позиции модуля в два и более раза меньше начальной маркировки истоковой позиции, и{р4,/,) < 3, см. рис. 1в, то сток /512 активен (т.е. сработает более одного раза). Устранить это позволяет использование комплиментарной позиции р5 (рис. 1г), которая является минимальным сифоном. При этом сток становится Ь1-активным (т.е. сработает один раз). После запуска перехода минимальный сифон теряет метку- сток не активен, следовательно, позиция р6 - безопасна.

Вариант №3 (пример рисЛг). В данном случае сток модуля работы комбайна tз Ь2-активен. Он сработает п раз, где п равно начальной маркировке истоковой позиции модуля 1, после чего будет не активным при последующих маркировках —р? безопасна.

Как известно, существует 4 базовые схемы передвижки секций крепи: последовательная, групповая, паями и шахматная. Для моделирования последовательной и групповой передвижки секций используется один и тот же модуль. Только при групповой передвижке кратность выходной дуги стоковой позиции модуля работы комбайна задаётся равной количеству секций в группе.

Имитация передвижки секций паями реализуется параллельным соединением модулей последовательной передвижки секций. Очерёдность паёв определяется приоритетами переходов-истоков.

Для моделирования шахматной передвижки секций модуль работы комбайна соединяют с модулем регулирования и соответственно модулем шахматной передвижки секций.

Безопасность входных и истоковых позиций модулей при синтезе общих сетей, а также возможность отображения процессов очистной выемки с помощью описанных фрагментов сетей обосновывают первое научное положение.

№

Концептуальные модели

Модули сети Петри

Начальные условия для модулей

Start ,

Работа комбайна

Start следующего(их)П^

i —t-y-^f—. •

Маркировка РЗ - количество элементарных отрезков пути; задержка времени в Р2 - время прохождения одного отрезка

Последовательная передвижка секции крепи

Start t Start слсдуЮ1иего(их)ТП

иЛ^--^

•Jr

Маркировка Р6 - количество секций для передвижки; задержка в Р2 - передвижка одной секции, в РЗ - время перемещения ГРОЗ до пульта следующей секции

Шахматная передвижка секции крепи (

Start j Start следующего(их)ТГ1

П

Регулирование шахматной передвижки секций

т

Г

Маркировка Р1, Р9 - количество секций для передвижки первым и вторым ГРОЗ; задержки в Р2, Р5 - передвижка одной секции, в РЗ, Р7 - время перемещения ГРОЗ до пульта следующей чётной (нечётной) секции

Маркировка Р8 - минимальное отставание крепления

'иимр' НщмрС Передвижка крепи сопряжения со штреком Окончание передвижки _

Start

А..

Маркировка Pl, Р7 - количество переходных и штрековых секций крепи сопряжения; задержки в Р2. Р8 - передвижка соответствующих секций; задержки в РЗ, Р6, Р10 - перемещение ГРОЗ; кратность дуги w(P5,t3) -количество переходных секций_

> '/»i > "я ■ > 'л i >> > ППд> 1щПЬ > "ст > ППю ' 'nWTio' Передвижка конвейера Start следующего{их)ТГ^

Start t

Маркировка Р1 - количество участков конвейера для передвижки; задержки в Р2, РЗ, Р8, Р9 - переключение гидрораспределителей участков, в Р4, Р11 — передвижка участка, в Р7-Р12 - переключение гидрораспределителей последнего участка

Время опраци^

Start

Изменение положения шнеков

Stait стедуюшего(их)ТГ^

Задержка в Р1 - изменение положения шнеков

Разрушение эемгшка

• Р1^0> I *

«Ж

Т1 < Р1

* Зарцбм косым »аемом

а)

б)

в) Г)

Рисунок 1. Функционирование модулей

Д)

В третьей главе описаны этапы синтеза динамической модели взаимодействия очистного оборудования, представлен алгоритм компоновки структурной схемы динамической модели выемочного цикла (рис. 2). Проведена проверка адекватности отображения моделью технологического процесса очистной выемки и описана система динамического моделирования взаимодействия оборудования выемочного участка. Синтез модели осуществляется в три этапа:

Компоновка структурной схемы динамической модели выемочного цикла. Соединение структурно-функциональных концептуальных моделей процессов в соответствии с описанием выемочного цикла. Компоновка модулей сети Петри согласно структурной схеме и настройка связей между ними.

1. 2.

3.

Рисунок 2. Алгоритм компоновки структурной схемы динамической модели выемочного цикла: ЧРК - челноковая схема работы комбайна; ФЗ - фронтальная самозарубка; КЗ - зарубка косым заездом в пласт; набор концептуальных моделей, отображающих: А - работу комбайна и крепление забоя вслед за ним; Б - операции по передвижке конвейера, крепей сопряжения и разрушению земника; В - операции по фронтальной самозарубке комбайна при условии ЧРК; Г - операции по КЗ при условии ЧРК; Д - подготовку к КЗ, передвижку конвейера при условии односторонней работы комбайна и КЗ, крепление сопряжений и операции непосредственно по КЗ; Е - передвижку конвейера при условии односторонней работы комбайна и СЗ, крепление сопряжений и операций, связанных с

СЗ

Проверка адекватности проводится в 3 этапа:

1. Используется отладка в интерактивном режиме и файл следа.

2. Результаты моделирования выемочного цикла в детерминированной постановке задачи сравниваются с планограммой работ в очистном забое.

3. Результаты моделирования в стохастической постановке задачи сопоставляются с результатами наблюдений во время безотказной работы оборудования.

Пример сравнения результатов моделирования с планограммой работ приведён на рис. 3.

Выемка угля комбайном Перегон комбайна Передвижка секций Передвижка конвейера Передвижка секций крепи сопряжения

♦ Выемка уптя комбайном

♦ Перегон комбайна

* Передвижка секций крепи

• Зарубка комбайна

♦ Разрушение земиика

♦ Крепление над комбайном

Рисунок 3. Сравнение результатов моделирования с планограммой работ в очистном забое

Для сравнения результатов моделирования в стохастической постановке задачи с результатами наблюдений в лаве №18-25 на ш. «Полысаевская» трижды производился хронометраж добычного цикла. Максимальная разница реальных значений и математического ожидания времени цикла составила 7,1% при девиации производительности 3,72%. Значения не попали в область 3 (рис. 4) по причине нарушения рабочими последовательности концевых операций и, следовательно, правил безопасности, вследствие чего производительность была выше приблизительно на 6,5%, чем прогнозируемая, см. рис. 4. Построив модель с последовательностью операций, как во время наблюдений в забое, получили пузырьковую диаграмму 4, см. рис. 4.

Значения цикловой производительности во время наблюдений в шахте (2 -рис. 4) уложились в диапазон прогнозируемых значений, следовательно, модель адекватно отображает технологический процесс очистной выемки.

о

Рисунок 4. Цикловая производительность очистного забоя №18-25 ш. «Полысаевская»:

1 - моделирование в детерминированной постановке задачи;

2 - результаты хронометража;

3 -моделирование с учётом стохасгичности технологических операций;

4 - моделирование с учётом стохасгичности технологических операций при нарушении

последовательности операций, регламентированной паспортом выемочного участка

Система динамического моделирования должна выступать помощником при обосновании принятия решения для выбора компоновочной схемы и организации работы оборудования очистного механизированного комплекса. В соответствии с разработанными требованиями создана система динамического моделирования, структура которой приведена на рис. 5.

Рис. 5. Структурная схема разработанной системы динамического моделирования

Система динамического моделирования формирует два типа входных данных для разработанных дискретных моделей на сетях Петри: инвариантные организации работ в забое и зависящие от организации работ.

1. Входные данные, инвариантные организации работ в забое.

Л =

*°=Уг

N = Тгипс\

С

Ш

I =

€ пИ, Тгиго

" А.

^пухо ^пу

V ~ /у'

/ ПК

= Яоши^

2. Входные данные, зависящие от организации работ в забое.

Ранжируя варианты организации работ в забое по схеме работы комбайна и способу зарубки, можно выделить 4 типа. Входные данные для них формируются системой ИМ по-разному.

челноковая работа комбайна, зарубка косым заездом челноковая работа комбайна, фронтальная самозарубка односторон няя работа комбайна, самозарубка косым заездом ' односторонняя работа комбайна, фронтальная самозарубка

где Л - множество входных данных для моделей, заданных х.

*м=

* = Щ(1)

х = Л{2},(2)

х = Щ,(3)'

х=Х{4},(4)

Си =£■«, "„=-(".■ к,-",))

енИ,

(2-А.+4

^пуПд ^ж

4,=4.+л1

Д(3) =

£ ¡п1,

(¿„+«1

Я

«л« =-(««■ л,-(4.+ «.))

'я>>/7«э = 'а* ' И/7»

, ='*/ >" /1,5

*(2) =

П^Ку1>ПП>1п,П'КкПдо6.>П

/И > пуПд

■(О

ПК'{^>ПП>1«уП>К\> П6сЛ, >ПШ> кпд = (О

где п,у - количество элементарных отрезков пути, пройденных комбайном; £„ - длина комбайна в относительных единицах;

- время прохождения комбайном одного элементарного отрезка пути;

время перемещения ГРОЗ от одного пульта управления гидрораспределителями до соседнего; ¡„- время передвижки секции крепи;

количество передвинутых секций крепи; и„с- количество групп секций для передвижки; /!„ - количество секций в группе;

"о/л > пок2' количество секций для передвижки первому оператору крепи и второму соответственно;

"крС

„ - время передвижки переходной секции крепи сопряжения со штреком;

- количество переходных секций; , - время передвижки штрековой секции крепи сопряжения;

пштрС - количество штрековых секции крепи сопряжения;

пк - количество участков конвейера, которые нужно передвинуть вслед за комбайном;

/л>, - время переключения гидрораспределителей участка «На слив» (равно времени установки «На передвижку» и в нейтральное положение);

С" время перемещения горнорабочего от одного блока управления гидрораспределителями до другого и подачи команды;

пп - количество рештаков в последнем участке при передвижке вслед за комбайном;

'пуп' время переключения гидрораспределителей последнего участка; /„, - время перемещения ГРОЗ к началу участка;

г„ - время перемещения ГРОЗ одного блока управления гидрораспределителями до другого;

"м. - количество участков конвейера при додвиге хвостовой части; пт- количество рештаков в последнем участке при додвиге;

'vnd' время переключения гидрораспределителей последнего участка при додвиге хвостовой части конвейера;

па- количество участков конвейера, которые нужно передвинуть вслед за комбайном при холостой перегонке;

пЛа- количество рештаков в последнем участке хвостовой части конвейера при зарубке косым заездом;

'пуп*- время переключения гидрораспределителей участка длиной пПк1; S* - шаг установки секций; V - шах скорость крепления; L - длина забоя; L] - длина комбайна (м);

Л„- длина пути комбайна при снятии стружки угля (отн. ед.);

- время прохождения комбайном одного участка пути на концевых операциях; v'm - скорость перемещения ГРОЗ;

Д^ - диаметр шнека в относительных единицах; D'm - диаметр шнека (м);

Д„ - минимальное отставание крепления от комбайна; Na - размер незакреплённого пространства в отн. ед.; Ln - длина пути комбайна при разрушении земника; £„,- длина пути комбайна при зарубке косым заездом;

- длина пути комбайна при холостой перегонке;

Кухх- время прохождения комбайном расстояния Sпри холостой перегонке.

Условия начала крепления, передвижки крепи сопряжения со штреком и передвижки конвейера задаются системой по умолчанию с возможностью коррекции пользователем. Начало остальных технологических процессов связано с окончанием предыдущих в соответствии со структурной схемой динамической модели выемочного цикла. ^

Как после ввода горно-геологических условий (I I У), в базе данных формируется список подходящего оборудования. Из него пользователь компонует механизированный комплекс и, по необходимости, корректирует значения временных характеристик. Блок активизации сценариев строит список возможных вариантов организации работ в забое при заданном оборудовании. Из библиотеки моделей по списком модели загружаются в блок имитации. Блок формирования начальных условий (НУ) вычисляет необходимые параметры для каждой модели. Результаты моделирования поступают в блок оценки технико-организационных вариантов (TOB), где рассчитываются показатели TOB (в данном случае средне-цикловая производительность). Далее формируется отчёт, где TOB ранжируются

по убыванию производительности - это позволяет добиться совмещения во времени операции выемочного цикла без использования планограмм.

Анализ технологической схемы в лаве №18-25 на ш. «Полысаевская» показал, что узким местом является крепление. Шахматная схема передвижки секций через одну позволяет, существенно увеличить фланговую скорость крепления. Площадь незакрепленной кровли при данной схеме передвижки не превышает допустимого по ГГУ значения. Моделирование работы очистного забоя по существующей и по предлагаемой технологической схеме показало, что при переходе на шахматную передвижку секций время цикла сокращается на 34,4%, при этом производительность увеличилась на 52,4%. Разработанные рекомендации были одобрены главным технологом шахты и начальником отдела проектирования для применения в очистном забое.

Сопоставление результатов, полученных методом планограмм и с помощью разработанной системы динамического моделирования, а также применение её для анализа вариантов работы очистного забоя на ш. «Полысаевская» подтверждают второе научное положение.

В главе 4 на моделях с различной организацией работ было исследовано влияние изменения горнотехнических параметров в широких пределах на производительность забоя. На основании полученных в результате моделирования данных выявлены эффективные пути повышения производительности забоя при различной организации работ.

Эксперименты типа: «Что если?» проводились на моделях четырёх основных видов организации работ: с челноковой работой комбайна и фронтальной самозарубкой (ЧФЗ), с челноковой работой комбайна и самозарубкой косым заездом (ЧКЗ), с односторонней работой комбайна и фронтальной самозарубкой (ОФЗ), с односторонней работой комбайна и самозарубкой косым заездом (ОКЗ). Временные характеристики оборудования на входе моделей изменяли от 60% до 1200% от номинального значения. Характеристики оборудования, наиболее распространённого на шахтах Кузбасса, были приняты за номинальные величины. Длина забоя варьировалась от 60 до 600 м.

Было получено множество массивов данных. По характеру изменения производительности их можно разделить на три типа: 1) приращение временной характеристики вызывает увеличение прироста производительности (рис. 6а); 2) приращение временной характеристики вызывает уменьшение прироста производительности (рис. 66); 3) при некотором значении временной характеристики производительность не зависит от длины забоя (с увеличением длины забоя масса стружки растёт пропорционально времени цикла, см. рис. 6в), при дальнейшем увеличении временной характеристики наблюдается уменьшение производительности с ростом длины забоя. Появление изломов означает, что какой-то из технологических процессов стал узким местом (рис. 6а, -б).

Степень влияния различных временных характеристик оборудования на производительность наглядно демонстрируется на рис. 7, где а, б - ЧКЗ; в, г -ЧФЗ; д, е - ОКЗ; ж, з - ОФССЗ. Столбцы показывают, на сколько процентов изменилась производительность при изменении:

1) значения характеристик 60-1200% от номинального при длине забоя 60 м и 600 м (рис. 7а, -в, -д, -ж);

2) длины забоя 60-600 м при значениях характеристик 60% и 1200% от номинального (рис. 76, -г, -е, -з).

Рисунок 6. Изменение производительности при различной организации работ и варьировании

длины забоя, а также временных характеристик оборудования: а) скорости крепления (ЧКЗ); б) скорости холостого хода комбайна (ОКЗ); в) скорости подачи комбайна на концевой операции (ОКЗ)

Рисунок 7 (а, б, в, г). Влияние изменения длины забоя и временных характеристик на

производительность 18

!

ж) 3)

Рисунок 7 (д, е, ж, з) Влияние изменения длины забоя и временных характеристик на

производительность:

1 - скорость подачи комбайна; 2 - скорость крепления; 3 - скорость подачи комбайна на концевой операции, 4 - время изменения положения шнеков; 5 - скорость подачи комбайна

при пропорциональном увеличении скорости крепления; 6 - скорость подачи комбайна (скорость крепления изменяется пропорционально скорости комбайна, передвижка секций и конвейера производится автоматически); 7 - скорость холостого хода комбайна

На основе анализа полученных данных выявлены эффективные пути повышения производительности для четырёх вариантов организации работ в забое (проранжированы по убыванию степени влияния).

1. Технологическая схема с челноковой работой комбайна и зарубкой косым заездом:

а) максимально возможное увеличение длины очистного забоя;

б) увеличение фланговой скорости крепления при длине забоя от 60 до 135 м (рис. 8), свыше 135 м - скорости подачи комбайна с условием автоматизации передвижки секций и конвейера;

в) увеличение скорости подачи комбайна и передвижки секций.

Рисунок 8. Прирост производительности при изменении: 1 - скорости подачи комбайна с условием автоматизации передвижки секций и конвейера; 2 - скорости крепления

2. Технологическая схема с челноковой работой комбайна и фронтальной самозарубкой:

а) увеличение скорости подачи комбайна с условием автоматизации передвижки секций и конвейера;

б) увеличение фланговой скорости крепления при длине забоя от 60 м до 100 м (рис. 9), свыше 100 м скорости подачи комбайна с пропорциональным увеличением скорости крепления;

в) увеличение длины забоя.

Рисунок 9. Прирост производительности при изменении: 1 - скорости подачи комбайна при пропорциональном увеличении скорости крепления; 2 -скорости крепления

3. Технологическая схема с челноковой работой комбайна и фронтальной самозарубкой:

а) увеличение фланговой скорости крепления при длине очистного забоя от 60 м до 180 м (рис. 10), скорости подачи комбайна с условием автоматизации передвижки секций и конвейера;

б) увеличение скорости подачи с пропорциональным увеличением скорости крепления;

в) увеличение длины забоя.

Рисунок 10. Прирост производительности при изменении: 1 - скорости подачи комбайна с условием автоматизации передвижки секций и конвейера; 2 -скорости крепления;

4. Технологическая схема с челноковой работой комбайна и зарубкой косым заездом:

а) увеличение скорости подачи комбайна с условием автоматизации передвижки секций и конвейера;

б) увеличение фланговой скорости крепления;

в) увеличение скорости подачи на концевой операции при длине лавы до 145 м (рис. 11), свыше 145 м - скорости холостого хода комбайна.

к

j »^А--

S 70*—,-,-,---,

60 90 120 150 180 210 Длина забоя, м

-Ряд1 -Ряд2

(

Рисунок 11. Прирост производительности при изменении: 1 - скорости подачи комбайна на концевой операции; 2 -скорости холостого хода комбайна.

Неоднозначность эффективных путей повышения производительности для технологических схем с различной организацией работ в забое обосновывает третье научное положение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена задача разработки системы динамического моделирования взаимодействия оборудования механизированного очистного забоя, имеющая существенное значение для применения математического моделирования в исследовании технологических процессов угледобычи и решении прикладных задач выбора рационального сочетания оборудования и организации работ в забое из множества вариантов.

Основные выводы:

1. Для имитации процессов очистной выемки разработаны модули сетей Петри: «работа комбайна», «передвижка секций крепи» (по различным схемам), «регулирование передвижки секций», «передвижка конвейера», «передвижка крепи сопряжения». При этом количество секций крепи, длина конвейера и пути комбайна соответствуют начальной маркировке сети Петри, а временные характеристики оборудования - вероятностным задержкам времени в позициях сети.

2. Система на основе динамических моделей взаимодействия оборудования очистного забоя на сетях Петри с постоянной структурой и изменяемыми параметрами обеспечивает выбор рациональных технико-организационных решений при более чем 40 вариантах организации работ в забое.

3. Выбор рационального совмещения во времени технологических процессов выемки с помощью графиков организации и планограмм работ в очистном забое эквивалентен ранжированию вариантов по показателю производительности.

4. Получено 26 массивов значений производительности при изменении длины забоя и временных характеристик оборудования для четырёх основных вариантов организации работ в забое. Анализ полученных данных позволил выявить эффективные пути повышения производительности для вариантов организации работ в забое. В равных условиях производительность забоя с ЧФЗ всегда выше остальных, с ОФЗ ниже остальных; множества значений производительности выше при ЧКЗ и ОКЗ являются пересекающимися.

5. При ОКЗ увеличение скорости подачи комбайна на концевой операции до некоторого значения приводит к неизменной производительности вне зависимости от длины очистного забоя. Увеличение скорости свыше этого значения приводит к убыванию производительности с увеличением длины забоя.

Основное содержание опубликовано в работах:

1. Гречишкин П.В. Выбор перспективной технологии очистных работ методом имитационного моделирования// Сборник трудов 4-й международной научно-практической конференции «Региональные проблемы устойчивого развития природоресурсных регионов и пути их решения» (14-17 октября 2003 г., Кемерово). Том 2. Кемерово, 2003. С. 16-20.

2. Гречишкин П.В., Михайлишин А.Ю. Применение имитационного моделирования для выбора технологических схем очистных работ// Программа и тезисы докладов IV Всероссийской конференции молодых учёных по математическому моделированию и информационным технологиям (3-5 ноября 2003 г., Красноярск). Красноярск, 2003. С. 20-21.

3. Михайлишин А.Ю., Гречишкин П.В. Исследование сетей подземного транспорта методом имитационного моделирования// Программа и тезисы докладов IV Всероссийской конференции молодых учёных по математическому моделированию и информационным технологиям (3-5 ноября 2003 г., Красноярск). Красноярск, 2003. С. 34.

4. Гречишкин П.В. Имитационное моделирование технологических схем очистных работ// Сборник докладов первой Всероссийской научно-практической конференции «Опыт практического применения языков и программных систем имитационного моделирования в промышленности и прикладных разработках» (23-24 октября 2003, С.-Петербург). С.-Петербург, 2003. С. 38-43.

5. В.Л. Конюх, П.В. Гречишкин. Компоновка оборудования очистного забоя методом имитационного моделирования// Вестник КузГТУ. 2004. №2. С. 77-82.

6. Гречишкин П.В., Михайлишин А.Ю. Имитационное моделирование работы очистного забоя угольной шахты// Материалы VIII Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодёжи» (16-17 апреля 2004 г., Анжеро-Судженск). Томск, 2004. С. 28-29.

7. Михайлишин А.Ю., Гречишкин П.В. Имитационное моделирование распределённых конвейерных линий подземного транспорта// Материалы VIII Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодёжи» (16-17 апреля 2004 г., Анжеро-Судженск). Томск, 2004. С. 47-49.

Подписано в печать 31.08.2005. Формат 60х84'/16. Объём 1,0 усл. печ. л. Тираж 100 экз. РИО ИУУ СО РАН 650610, г. Кемерово, ГСП-610, ул. Рукавишникова, 21 тел. 210-500

115679

РНБ Русский фонд

2006-4 16179

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОЧИСТНЫХ РАБОТ. ф 1.1. Проблемы выбора технологических схем очистных работ в длинном забое.

1.2. Подходы к задаче выбора технологических схем и методы оптимизации их параметров.

1.3. Выводы по главе.

2. РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ОЧИСТНОЙ ВЫЕМКИ.

2.1. Постановка задачи моделирования.

2.2. Разработка концептуальной модели очистных работ.

2.3. Построение модулей сети Петри.

2.3.1. Работа комбайна.

2.3.2. Крепление забоя.

2.3.3. Регулирование шахматной передвижки секций.

2.3.4. Передвижка конвейера.

2.3.5. Передвижка крепи сопряжения.

2.3.6. Изменение положения шнеков.

2.4. Правила соединения модулей.

2.5.Выводы по главе.

3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОБОРУДОВАНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННОГО ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ.

3.1. Синтез моделей взаимодействия очистного оборудования.

3.2. Проверка адекватности отображения технологического процесса очистной выемки сетью Петри.

3.2.1. Отладка в интерактивном режиме и файл следа.

3.2.2. Сравнение результатов моделирования выемочного цикла в детерминированной постановке задачи с планограммой работ в очистном забое.

3.2.3. Сопоставление результатов моделирования в стохастической постановке задачи с результатами наблюдений во время безотказной работы оборудования.

3.3. Концепция системы динамического моделирования взаимодействия оборудования механизированного очистного забоя.

3.4. Формирование входных данных для моделей.

3.5.Выводы по главе.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЫЕМКИ С ПОМОЩЬЮ ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ.

4.1.Воздействие длины забоя и временных характеристик оборудования на производительность очистного забоя.

4.1.1. Рабочая скорость подачи комбайна.

4.1.2. Скорость крепления.

4.1.3. Скорость подачи комбайна на концевой операции.

4.1.4. Скорость холостого хода комбайна.

4.1.5. Время изменения положения шнеков комбайна.

4.1.6. Скорость подачи комбайна при пропорциональном изменении скорости крепления.

4.1.7. Скорости подачи комбайна при пропорциональном изменении скорости крепления с условием автоматической передвижки секций крепи и конвейера.

4.2.Эффективные пути повышения производительности для вариантов организации работ в забое.

4.3.Выводы по главе.

Актуальность работы. В настоящее время в Кузбассе подавляющее большинство механизированных очистных забоев оснащается не серийными комплексами, а скомпонованными под заданные условия из оборудования различных производителей. В мире насчитывается свыше 20 производителей механизированных крепей, 15 производителей узкозахватных очистных комбайнов и 18 производителей забойных конвейеров. Каждый завод выпускает несколько типов оборудования, для которых существует ряд типоразмеров. Насчитывается более 40 вариантов организации работ в забое. Эти факторы обеспечивают множественность технико-организационных решений для различных горно-геологических условий.

Выпускаемые очистные комбайны обладают существенным запасом производительности, скорость подачи может достигать 45 м/мин. В связи с этим увеличивается влияние концевых операций на производительность забоя, длительность которых зависит от организации работ, технических характеристик комбайна, крепи и конвейера. Отсутствие методик, позволяющих оценить эффективность работы компонуемых механизированных комплексов с учётом организации работ в забое, и число альтернативных вариантов значительно затрудняют обоснованный выбор технологической схемы.

Многовариантность решения задачи не позволяет экспериментальным путём комплектовать оборудование очистного забоя из-за высокой стоимости технологического риска. Поэтому на передний план выступает математическое моделирование функционирования оборудования для подбора наиболее рационального состава комплекса и организации работ в забое с точки зрения производительности выемочного участка.

•4* При многовариантном анализе сложных динамических объектов и технологий хорошо себя зарекомендовало имитационное моделирование. Оно позволяет отобразить взаимодействие элементов технологического комплекса во времени, проиграть на моделях альтернативные технико-организационные варианты и определить наиболее рациональные из них, оценить влияние отдельных параметров на поведение системы в целом, выявить узкие места и т.д. В связи с этим разработка системы динамического моделирования взаимодействия оборудования механизированного очистного забоя является актуальной научной задачей. Л

Цель работы - разработка системы динамического моделирования взаимодействия оборудования механизированного очистного забоя для выбора рационального сочетания комплекта машин и организации работ в забое при наличии ограничений по горно-геологическим условиям.

Идея работы заключается в отображении технических параметров единиц оборудования и технологических операций выемочного цикла временными сетями Петри для определения эффективности взаимодействия элементов ^ комплекта.

Задачи исследований:

- разработать динамические модели технологического процесса очистной выемки и алгоритм для их построения;

- разработать систему динамического моделирования взаимодействия оборудования очистного механизированного забоя; г

- исследовать влияние временных характеристик оборудования на производительность выемочного участка при различной организации работ в забое.

Научные положения:

1. Модули сетей Петри, отражающие работу комбайна, изменение положения шнеков, регулирования передвижки, передвижки секций крепи, крепи сопряжения и конвейера, обеспечивают необходимые и достаточные условия для синтеза динамической модели взаимодействия оборудования механизированного очистного забоя, синхронизация компонент которой задаётся кратностью выходных дуг стоковых позиций.

2. Система на основе динамических моделей взаимодействия оборудования на сетях Петри с постоянной структурой и изменяемыми параметрами обеспечивает выбор рациональных технико-организационных решений для механизированного очистного забоя.

3. Динамическая модель взаимодействия оборудования механизированного очистного забоя при многовариантной структурной организации модулей имеет множество состояний, определяющих множество рациональных технико-организационных решений по повышению производительности.

Методы исследований:

- теория больших систем для формализации процесса очистной выемки;

- аппарат сетей Петри для моделирования взаимодействия оборудования очистного забоя в динамике;

- проблемно-ориентированный имитатор сетей Петри NetStar 2.02b для построения и отладки моделей технологических процессов;

- методы теории вероятности, математической статистики и алгоритмизации, а также объектно-ориентированный язык программирования Borland Delphi 6 и табличный процессор MS Excel для создания динамической модели взаимодействия очистного оборудования и среды её функционирования.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- применением фундаментальных поведенческих и структурных свойств сетей Петри для доказательства достаточности разработанных модулей;

- верификацией динамической модели взаимодействия очистного оборудования посредством компьютерного отображения технологического процесса;

- сходимостью результатов моделирования с планограммами работ в очистном забое;

- серией экспериментов, показавших, что расхождение результатов моделирования в стохастической постановке задачи и хронометража выемочного цикла не превышает 10%.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- для целей моделирования взаимодействия оборудования очистного забоя на этапах его производительной, холостой работы и концевых операциях применён аппарат сетей Петри;

- построены оригинальные модули сети Петри: «работа комбайна», «передвижка секций крепи», «регулирование передвижки секций», «передвижка конвейера», «передвижка крепи сопряжения»;

- разработана система динамического моделирования, которая позволяет сопоставлять множество вариантов компоновки комплекса с учётом организации работ в очистном забое и стохастичности технологических операций; г

- исследовано влияние временных характеристик единиц очистного оборудования на производительность забоя при различной организации работ на основных и вспомогательных операциях. щ Личный вклад автора состоит:

- в разработке нового подхода к моделированию очистной выемки, учитывающего взаимодействие оборудования во времени не только при отбойке угля, но и на концевых операциях;

- в разработке оригинальных модулей сетей Петри - структурных компонент динамической модели взаимодействия оборудования очистного механизированного забоя и алгоритма её компоновки;

- в разработке системы динамического моделирования для сопоставления технико-организационных вариантов очистных работ и

4 её реализации в виде пакета проблемно-ориентированных программ;

- в выявлении эффективных путей повышения производительности для вариантов организации работ в забое.

Практическая значимость:

- созданы динамические модели, учитывающие организацию работ при определении производительности очистного забоя, оснащённого оборудованием различного технического уровня;

- разработан пакет программ, позволяющий сопоставлять множество технико-организационных вариантов работы очистного забоя количество организационных решений более 40);

- система динамического моделирования обеспечивает вычислительный эксперимент в широком диапазоне горно-технических условий с целью выявления узких мест и поиска эффективных путей повышения производительности действующих и проектируемых механизированных очистных забоев.

Реализация работы. Результаты работы были использованы на шахте

Полысаевская». На их основе были разработаны рекомендации по устранению узких мест в лаве №18-25, а именно, отставания крепления и не полного использования производительности комбайна.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на IV Всероссийской научно-практической конференции «Региональные проблемы устойчивого развития природоресурсных регионов» (Кемерово, 2003), IV Всероссийской конференции молодых учёных по математическому моделированию и информационным технологиям (Красноярск, 2003), первой Всероссийской научно-практической конференции «Опыт практического применения языков и программных систем имитационного моделирования в промышленности и прикладных разработках» (С.-Петербург, 2003), VIII Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодёжи» (Анжеро-Судженск, 2004).

Во Введении дано обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цели и идея работы, задачи и методы исследования, научная новизна, практическая значимость работы и положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит обзор литературных источников, посвящённых методам оценки эффективности очистных работ и их математическому моделированию.

Во второй главе выбран объект моделирования, формализованы процессы очистной выемки, разработаны требования к универсальным модулям для синтеза динамической модели работы очистного оборудования и на их основе разработаны модули сети Петри. р В третьей главе описаны этапы синтеза динамической модели взаимодействия очистного оборудования, представлен алгоритм компоновки структурной схемы динамической модели выемочного цикла (рис. 2). Проведена проверка адекватности отображения моделью технологического процесса очистной выемки и описана система динамического моделирования взаимодействия оборудования выемочного участка.

В главе 4 на моделях с различной организацией работ было исследовано ф влияние изменения горнотехнических параметров в широких пределах на производительность забоя. На основании полученных в результате моделирования данных выявлены эффективные пути повышения производительности забоя при различной организации работ. Щ

4.9. Выводы по главе

1. Получено 26 массивов значений производительности при изменении длины забоя и временных характеристик оборудования для четырёх основных вариантов организации работ в забое. Анализ полученных данных позволил выявить эффективные пути повышения производительности для вариантов организации работ в забое. В равных условиях производительность забоя с ЧФЗ всегда выше остальных, с ОФЗ - ниже остальных; множества значений производительности выше при ЧКЗ и ОКЗ являются пересекающимися.

2. Существует три типа отклика производительности очистного забоя на изменения горно-технических условий.

3. При ОКЗ увеличение скорости подачи комбайна на концевой операции до некоторого значения приводит к неизменной производительности вне зависимости от длины очистного

SS 5 44 О 5 J 34 о ц а. ш || 24, а 14 со X О л 1

-•-РЯД2

-Г 1 1 с 60 80 100 120 140 160 180 Длина забоя, м забоя. Увеличение скорости свыше этого значения приводит убыванию производительности с увеличением длины забоя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена задача разработки системы динамического моделирования взаимодействия оборудования механизированного очистного забоя, имеющая существенное значение для применения математического моделирования в исследовании технологических процессов угледобычи и решении прикладных задач выбора рационального сочетания оборудования и организации работ в забое из множества вариантов.

1. В Кузбассе подавляющее большинство очистных забоев оснащается не серийными механизированными комплексами, а скомпонованными под заданные условия из оборудования различных производителей, отличающимися более высокими показателями работы по сравнению с типовыми комплектами.

На рынке очистного оборудования представлено множество образцов отечественных и зарубежных производителей. Для равных горногеологических условий количество альтернативных технологических схем очистных работ может достигать нескольких сотен и даже тысяч за счёт наличия множества вариантов организации работ в забое и компоновки оборудования выемочного участка.

3. Существующие методики и программные продукты для определения нагрузки на забой и проектирования выемочного участка не позволяют сопоставить множество технико-организационных вариантов работы очистного забоя современного технического уровня.

4- Для выемочных участков, оснащённых оборудованием современного технического уровня, существует более 40 вариантов организации работ в забое. Разработанные модули сети Петри («работа комбайна», «изменение положения шнеков», «последовательная передвижка секций крепи», «регулирование шахматной передвижки секций крепи», «шахматная передвижка секций крепи», «передвижка крепи сопряжения», «передвижка конвейера») позволяют отображать неотъемлемые технологические процессы при данном множестве организационных решений.

5. Структура модулей такова, что при построении динамических моделей выемочного цикла обеспечивается безопасность истоковых позиций подсетей, отображающих технологические процессы в очистном забое.

6. Строящиеся по разработанному алгоритму синтеза динамические модели взаимодействия оборудования с различной организацией работ в забое адекватно отображают процесс очистной выемки.

Т.Выбор рационального совмещения во времени технологических процессов выемки с помощью графиков организации и планограмм работ в очистном забое эквивалентен ранжированию вариантов по показателю производительности.

8 .Система на основе динамических моделей взаимодействия оборудования очистного забоя на сетях Петри с постоянной структурой и изменяемыми параметрами обеспечивает выбор рациональных технико-организационных решений при более чем 40 вариантах организации работ в забое.

3.Получено 26 массивов значений производительности при изменении г длины забоя и временных характеристик оборудования для четырёх основных вариантов организации работ в забое. Анализ полученных данных позволил выявить эффективные пути повышения производительности для вариантов организации работ в забое. В равных условиях производительность забоя с ЧФЗ всегда выше остальных, с ОФЗ ниже остальных; множества значений производительности выше при ЧКЗ и ОКЗ являются пересекающимися.

Существует три типа отклика производительности очистного забоя на изменения горно-технических условий.

7/.При ОКЗ увеличение скорости подачи комбайна на концевой операции до некоторого значения приводит к неизменной производительности вне зависимости от длины очистного забоя. Увеличение скорости свыше этого значения приводит к убыванию производительности увеличением длины забоя.

1. Планирование и ценообразование в угольной промышленности. ЦНИЭИуголь, 1978. Статистическое моделирование работы очистного механизированного комплекса. Л.Н. Занина. С. 47.

2. Совершенствование планирования горного производства. Сб. науч. тр., ИГД СО РАН, Новосибирск 1986. Опыт разработки и эксплуатации задачи расчёта нагрузок очистных забоев на ЭВМ в Карагандинском бассейне. Д.И. Местер, Г.А. Латева.

3. Планирование горных работ на угольных шахтах. ИГД СО АН СССР, 1976. Метод оптимального планирования нагрузки на очистной забой при разработке пластов с применением механизированных комплексов. П.Ф. Лукьянов, О.С. Курзанцев, В.Н. Караульное.

4. Моделирование технологических процессов при подземной разработке рудных месторождений. Сб. науч. тр., ИГД СО РАН, Новосибирск 1987. Моделирование организации работ в очистных забоях при применении самоходного оборудования. В.И.Штеле, Я.Я.Кусиныи.

5. Горная промышленность 1999, №4. Новые направления ассоциации «Кузбассуглемаш» в совершенствовании выпускаемого оборудования и расширении его номенлатуры. А.В. Ремезов, Е.В. Червоткин, В.Е. Изоткин, М.И. Рейзин, Б.М. Ефременков, Б.К. Мышляев.

6. Уголь 2001, №5. Зарубежная панорама: Совершенствование добычи угля длинными лавами в США. С. 66.

7. Уголь 1998, №5. Обеспечение нагрузки на очистной забой 2-3 млн. т. угля в год на шахтах России. Н.К. Гринько, Л.Н. Гапанович, О.Б. Батурин.

8. Уголь 1998, №10-11. Управление реструктуризацией очистного фронта шахт Кузбасса. Е.Ф. Козловчунас, В.Д. Носенко, С.В. Шатиров. С. 17.

9. Уголь 2001, №1 Основные направления развития технологий и средств комплексной механизации очистных работ для отработки пологих угольных пластов. H.JT. Разумняк, Б.К. Мышляев. С. 34.

10. Технологические схемы очистных и подготовительных работ на угольных шахтах. Министерство угольной промышленности СССР. М., изд-во «Недра», 1978. 288 стр.

11. Моделирование технологических процессов в угольной промышленности. С.И. Цой. М., изд-во «Недра», 1979.

12. Н.Математические методы оптимизации в горном деле. Труды ИГД АН КазССР. Том 32. Алма-Ата 1968. В.Я. Эйдензон. Определение оптимальных параметров очистных механизированных забоев пологих пластов. С.44.

13. Планирование и проектирование горных работ на угольных шахтах. ИГД СО РАН, 1980. Система автоматизированного проектирования оптимальной технологии очистных работ. С. Цой, В.Я. Эйдензон, M.JI. Малацкая., с.29

14. У голь 1997, №10. Автоматизированный поиск рентабельной производительности комплексно-механизированного очистного забоя. Е.А. Косьминов, А.А. Ордин, А.В. Ремезов, В.И. Клишин.

15. Оптимизация и автоматизация проектных решений в горном деле. Сб. науч. тр., ИГД СО РАН, Новосибирск 1987. О создании системыавтоматизированного проектирования технологических схем угольных шахт для условий Карагандинского бассейна. С.С.Квон, Л.С.Нагих.

16. Оптимизация технологии выемки полезных ископаемых: Сб. науч. трудов.- Караганда: КарПТИ, 1988.-143 с. Структура САПР вскрытия и подготовки выемочного поля и паспортов выемочного участка. С.К. Баймухаметов, С.И. Хан, С.Б. Искаков.

17. Прогрессивные технологические схемы разработки полезных ископаемых: Сб. науч. трудов/ Караганд. политех, ин-т. Караганда, 1990. 102 с. Автоматизация оптимального планирования развития горных работ действующей шахты. С.С Квон, С.И. Хан, A.M. Маринушкин.

18. Вопросы совершенствования горных работ на шахтах и карьерах Сибири. Сб. науч. тр., ИГД СО РАН, Новосибирск 1990. Аналитические решения задачи оптимизации длины комплексно-механизированного очистного забоя. А.А. Ордин.

19. Научная организация производства и труда. Сб. науч. трудов 25. 1975. ЦНИЭИуголь. Определение показателей использования выемочной техники. Г. И. Проценко.

20. Научная организация производства и туда. Сб. науч. Трудов. Вып. 25. 1975. Выявление резервов использования механизированных комплексов и пути их реализации в очистных забоях. Л.В. Богачек.

21. Научная организация производства и труда. Сб. науч. трудов 25. 1975. ЦНИЭИуголь. Влияние численности рабочих комплексномеханизированных лав на производительность угледобывающих агрегатов. Г. Н. Шевалдин.

22. Научная организация производства и труда. Сб. науч. трудов 25. 1975. ЦНИЭИуголь. К вопросу исследования влияния организационных факторов повышения производительности туда в угольной промышленности. А.В. Недогонов.

23. Научная организация производства и труда. Сб. науч. трудов 25. 1975. ЦНИЭИуголь. Исследование влияния горнотехнических факторов и численности бригады на нагрузку высокопроизводительных очистных забоев. И.Е. Богопольский, Е.В. Ляшенко.

24. Уголь 2001, №5. О производительности комплексно-механизированных очистных забоев, оснащаемых по инвестиционным проектам и договорам лизинга. Ю.А. Коровкин, П.Ф. Савченко, В.А. Бураков.

25. ТЭК 2001, №2. К вопросу о методике и комплексе компьютерных программ автоматизированного выбора и обоснования параметров технологических схем выемочных участков угольных шахт. А.В. Копеин.

26. Автоматизирование проектирование горных работ. Сб. науч. тр., ИГД СО РАН, Новосибирск 1983. Расчёт нагрузок на очистные забои в процессе их воспроизводства. В.М.Шрамко, Е.П.Еремин, В.М.Муров, А.Х.Тигай.

27. КарПТИ, 1987. 93 с. Методология моделирования и оптимизации систем горных машин. П.Б. Степанов.

28. Планирование горных работ на угольных шахтах. ИГД АН СССР, 1976. Некоторые вопросы взаимосвязи проблем прогнозирования и оптимизации параметров технологических схем очистных работ. В .И. Штеле.

29. Системное моделирование технологии горных работ. Сб. науч. тр., ИГД СО РАН, Новосибирск 1989. Перспективы развития методологии обоснования технологических решений на стадии управления горными работами. В.И. Штеле.

30. Вопросы совершенствования горных работ на шахтах и карьерах Сибири. Сб. науч. тр., ИГД СО РАН, Новосибирск 1990. К вопросу выбора оборудования в условиях частичной неопределённости. Г.В.Морозова.

31. Горный журнал 2003, №3. Перспективные направления создания очистной техники, с. 60.

32. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: ГУП «Издательство «Высшая школа». 2003 г. 343 с.

33. ТЭК и ресурсы Кузбасса 2002, №1. Направления развития очистных работ и интенсивных технологических процессов добычи угля подземным способом. H.JI. Разумняк, В.Н. Вылегжанин, Е.Ф. Козловчунас. С. 34-38.

34. Теория больших систем управления. Денисов А.А., Колесников Д.Н. Москва: Энергоиздат, 1982. 288 стр.

35. Гойзман Э.И. Моделирование производственных процессов на шахтах. М.: «Недра», 1977. 192 с.

36. Banks J., Carson J., Nelson В., Nicol D. Discrete-Event System Simulation. New Jersey: Prentice Hall, 2000. 3-d Edition, p. 639.

37. Мурата Т. Сети Петри: Свойства, анализ, приложения/ЛГИИЭР. -1989. -№77. -С. 41-85.

38. С" время перемещения горнорабочего от одного блока управления гидрораспределителями до другого и подачи команды;пп количество рештаков в последнем участке при передвижке вслед за комбайном;

39. S* шаг установки секций; V* - max скорость крепления; L - длина забоя; Z,* - длина комбайна (м);1.- длина пути комбайна при снятии стружки угля (отн. ед.);

40. Куио " время прохождения комбайном одного участка пути на концевыхоперациях; V*nK скорость перемещения ГРОЗ; Dm0 - диаметр шнека в относительных единицах; D* - диаметр шнека (м);у Ат минимальное отставание крепления от комбайна;