автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Формирование, оценка и выбор рациональных технологических вариантов проведения подготовительных выработок на угольных шахтах

Министерство топлива и энергетики Российской Федерации Российская академия наук " Институт горного дела им. А. А.Скочинского

т-"од

На правах рукописи

Андрей Анатольевич ПЛАВСКИЙ

УДК 622.26.002.2.001.5

ФОРМИРОВАНИЕ, ОЦЕНКА И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНО ЛОГИЧЕСКИХ ВАРИАНТОВ ПРОВЕДЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК НА УГОЛЬНЫХ Ш АХТАХ

Специальность 05.15.02 - Подземная разработка месторождений полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работ» выполнена в Институте горного деле им. АЛ.Скочинсксго.

Научный руководитель:

клнд.техн.наук 10 Л.Барон.

Официальные оппоненты:

проф., докт.техн.наук О.В.Михеев, канд.техн.наук Ю.А.Кондрашин.

Ведущее предприятие:

АО "Росговуголь". /

Автореферат разослан * • / & ^ 1994 г.

За щита диссертации состоится " " __________г. в ^^ ч.

на мседании специализированного совета К/135.03.03 ИГД им. А.А.Скочинсхого (140004, г. Люберцы Московской сбл.).

С диссертацией можно ознакомиться в секретариате ученого совет института. „

Отзывы а двух экземплярах просим направлять по адресу: 140004, г. Люберцы Московской обл., ИГД им. А-А.Скочюкзсого.

Ученый секретарь специализированного соз*гга проф., докт.техн.иаук

И.Г.Ищух

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На современном этапе возрастает важность совершенствопания горноподготовительных работ (ГПР) на угольных шахтах, обеспечивающих сохранение и развитие производственного потенциала отрасли. В то же время произошло резкое ухудшение основных технико-экономических показателей (ТЭП) ГПР. Наряду с организационно-экономическими мероприятиями важнейшее значение для совершенствопания ГПР имеет разработка и внедрение эффективных технологий проведения выработок. Эффективность не может быть обеспечена за счет применения отдельных, пусть даже прогрессивных, видов оборудоиани». Необходимы создание и внедрение рациональных комплектов проходческого оборудования для конкретных условий проведения наработок на шахтах. Эта задача не может быть решена на основе использования лишь тиковых технологических рекомендаций, не учитывающих специфику конкретных шахт. Следовательно, актуальна разработка аппарата формирования и оценки технологических вариантов проведения заработок, который могли бы. использовать инженерно-технические работники предприятий в реальных условиях производства ГПР на шахте.

Цель работы заключается в пгвышешш обоснованности и эффективности рекомендаций по совершенствованию технологии проведения подготовительных выработок на угольных шахтах.

Идея работы состоит в объединении в рамках единой системы опыта квалифицированных технологов и апробириганного в отрасли расчетно-методического обеспечения процесса проектирования технологии проведения подготовительных выработок.

Методы исследования. К ним относятся: методы инженерии знаний, т.е. их приобретения, представления и использования; статистические, инженерно-аналитические, экономико-математические, имитационные методы, методы оптимизации.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: удовлетворительной сходимостью получаемых по моделям и фактических показателей применения проходческих технологий (расхождение в пределах 5-10%), а также соответствием качественных оценок технологических вариантов, формируемых системой, независимо получаемым специалистами-технологами результатам.

Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна:

построена качественная модель процесса проектирования технологии проведения подготовительных выработок, выполнена систематизация основных этапов проектирования, их информационного и методического обеспечения;

разработаны база знаний и механизм принятия решений, отражающие опыт квалифицированных технологов и обеспечивающие имитацию их деятельности в процессе построения рациональных технологических вариантов;

разработана и реализована нл ПЭВМ комплексная система, обеспсчнваюшан выполнение основных этапов формирования и выбора технологических варианте и - от задания у слоги;;! заложения и требуемых темпов проведения выработок до получения и оценки итоговых рекомендаций.

Практическое значение работы заключается в создании предназначенного шикснерно-тсхничсским работникам шахт аппарата дли технологической проработки возможных и выбора эффективных вариантов ведения горноподготовительных работ на базе существующей и перспективной проходческой техники и с учетом конкретных услоаий производства.

Реализации работы. Система автоматизированного проектирования технологии проведения подготовительных выработок внедрена в АО "Ростовуголь" и на шахте "Западная" АО Ту-ковушль", результаты расчстоа использовались также при подготовке проектного предложения по технологии проведения наклонного ствола на шахте им. Кирова АСП "Лсиинскуголь" н при выполнении прогнозной оценки вариантов развития подземной добычи угли к Кузнецком бассейне (с части оценки перспективных технологий проведения выработок).

Апробация. Содержание и основные результаты работы докладывались на научных семинарах отделения технологии проведении подготовительных выработок а Ученом совете ИГД им. А.Д.Скочппского (1993-1994 гг.), ил отраслевом семинаре "Осо-

стоянки и мерах повышения технического уровни горноподготовительных работ на шахтах РФ" (Москва, 1993 г.), а также на научном семинаре НТГА по проблемам моделирования технологических процессов на угольных шахтах (Москва, 1993 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит страниц машинописного текста, таблиц, /С" рисунков; состоит из введения, 4 глав, заключения, содержит список использованной литературы из 58 наименований и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В последние годы все более широкое применение при исследовании и совершенствовании технологических процессов в различных отраслях промышленности находят методы моделирования.

Моделирование процесса проведения подготовительных выработок может проводиться на разных уровнях - от высшего (модели отрасли, бассейна, шахты) до низшего (модель одного отдельно взятого забоя). Каждая модель характеризуется своими целями и критериями оценки, которые определяют эффективность принимаемых решений. На уровне групп выработок и одиночных выработок широкое применение находят имитационные модели процесса. Создаются укрупненные (интегральные) модели оценки уропнятехнолопш, позволяющие определить потенциальную зффектинность ее применения. И, наконец, продолжают разрабатываться все более детальные (пооперационные) модели трудоемкое™ проходческого цикла.

Вопросы моделирований процесса проведения подготовительных выработок, формирования и оценки технологических вариантов рассматривались в работах ЮЛ.Барона, В.С.Верхоту-рона, В.Ф.Горбунова, Э.Э.Нильвы, Т.И.Павличенко, В.В.Пер-шныа, М.И.Успшова, ЮЛ.Худина, И.Э.Цейтина, А.С.Шауль-ского, А.Ф.Эллера, А.И.Юшко, зарубежных авторов М.Картины, А.Мнллаидр.

Ключевой при проектировании технологии проведения подготовительных выработок яаляется задача создания многоуровневой системы формирования и оценки рациональных техно-

логических вариантов. В то же время, как следует из анализа результатов предшествующих исследований, был разработан ряд изолированных моделей процесса проведения подготовительных выработок, каждая из которых решает отдельные задачи, не увязанные в единую систему поддержки процесса проектирования технологии.

Существующие - экономико-математические и имитационные- методы моделирования позволяют решить лишь задачу оценки разрабатываемой технологии, полностью не учитывая различные трудноформалнэуемые (технологические, организационные, связанные с безопасностью работ) ограничения -эмпирические знания технологов о процессе проектирования. Воспользоваться этими знаниями, в известной степени формализовать их, отразить инженерную логику поиска решения, которая позволяет отбросить заведомо ложные, нерациональные его направления (что значительно сокращает время и область поиска, служит гарантией от получения явно ошибочного результата), позволяют разрабатываемые в последнее время в рамках исследований по искусственному интеллекту системы, основанные на знаниях, или экспертные системы.

Современный уровень создания автоматизированного аппарата поддержки принятия решений требует сочетания чисто расчетных моделей с экспертными системами, работающими со специфическими, специальным образом организованными данными - знаниями. Естественно, и основу создания такого автоматизированного аппарата должны быть положены результаты анализа к обобщении практического опыта проектирования технологии.

Таким образом, выявлена необходимость решения следующих задач:

разработки модели процесса проектирования технологии: создания структурно-функциональной схемы данного процесса, выбора методов выполнения этапов проектирования, разработки требований к системе;

реализации автоматизированной системы проектирования технологи": построения базы знании и алгоритма принятия решений н процессе проектирования, разработки программного обеспечения;

исследования вариантов совершенствовании технологии: определения потенциальной эффективности новых техинчеекнк

средств, разработки рекомендации по совершенствованию технологии.

Исходным моментом при разработке модели процесса проектирования явился анализ деятельности квалифицированных технологов. Типовой процесс проектирования включает такие этапы, как выбор отдельных технических средств, оценку их совместимости, компоновку технологической схемы, определение ТЭП проходческого цикла. Данный процесс носит итеративный характер, требует выполнения различных инженерных расчетов, учета нормативных ограничений, требований правил безопасности и т.д. Такими знаниями не может обладать вычислительная машина. Поэтому прежде всего было необходимо перевести общее описание процесса формирования и оценки технологических вариантов на "понятный" машине язык. Это означает, что нужно описать "технологию" процесса проектирования технологии, т.е. зафиксировать технологию выполнения операций, в ходе которых происходит формирование технологической схемы, насыщение ее новыми деталями, новыми техническими решениями. Операция в данном случае - это шаг проектирования, то, в результате чего в технологической схеме появляется (или не появляется) новый фрагмент.

f ía основе анализа практики проектирования были определены основные требования к автоматизированной системе. При формировании и оценке вариантов должен учитываться набор характеристик, отражающих назначение, условия заложения, параметры выработки. С целью сокращения перебора вариантов необходимо выполнить анализ применимости различных способов проходки. Система должна выполнять обоснованный анализ применимости различных типов оборудования, осуществлять формальную оценку впнсывасмостн комплекта в целом в требуемое сечение (п рамках работы блока технологической совместимости), обеспечивать расчет параметров технологии по апробированным в отрасли моделям, представлять результаты расчетов в удобной для пользователя форме, обеспечивать возможность адаптации к конкретным специфическим условиям. Разумеется, система должна работать в диалоге с пользователем, быть рассчитанной на непрограммирующего специалиста.

Выполнение системой этих функций возможно лишь при использовании широкого спектра соответствующих методов. Укрупнеино их можно разделить на 2 группы: методы инженерии знаний и методы инженерно-аналитических, статистических,

экономико-математических, имитационных, оптимизационных расчетов.

Область применения методов оценки технологий хорошо изучена, в отрасли разработан ряд методов и моделей, позволяющих определить рациональные параметры проходческого цикла, оценить технический уровень процесса (пооперационные модели трудоемкости проведения выработок); оценить фактор надежности применяемой технологии, учесть основные виды отказов, влияющих на проведение выработок, отразить реальные временные цепочки операций проходческого цикла (имитационные модели). Напротив, процесс формирования технологических вариантой слабо изучен, содержит большое количество эмпирических методов и приемов. Не разработано жесткое алгоритмическое решение данной проблемы, задача не может быть описана в числовой (|мрме (требуется символьное представление), цели задачи не могут быть выражены в терминах точно определенной целевой функции. Таким образом, для решения проблемы формирования технологий необходимо использовать специальные методы работы со знаниями - данными, содержащими не только описание конкретной предметной области, но и процедуры принятия решений в этой области.

Методы инженерии знаний активно развиваются в различных отраслях промышленности, однако опыт их применения для решения задач совершенствования технологии ГПР до настоящего времени практически отсутствовал. В рамках данной работы были проанализированы существующие методы приобретения, представления и использования знаний. Приобретение знаний реализовывалось путем многочисленных итеративных процедур диалога с квалифицированными технологами, выяснении и фиксации того, как именно, на базе какой информации, какими методами, с какими взаимосвязями выполняются те или иные этапы проектирования. Для представления знаний был выбран продукционный формализм, а именно: набор относительно независимых правил - продукций, в виде которых отражаются инженерные представления о предметной области. Каждое правило имеет вид: ЕСЛИ...ТО... При этом и посылка, н утверждение правила могут иметь достаточно сложный вид и ссылаться на значения других элементов знаний, загруженных в систему. Таким образом, продукционная схема позволяет представить достаточно сложные сети взаимосвязей между различными утверждениями и осуществить вывод на этих сетях.

Достоинствами продукционных баз знаний являются относительная независимость элементов, простота пополнения базы новыми знаниями и несложность самой процедуры вывода; главным недостатком - слабая структуризопанность, что затрудняет практическую работу с базами, содержащими сотни правил, а также контроль достаточности и непротиворечивости знаний. Для преодоления указанного недостатка в системе использован блочно-иерархический подход к построению базы знаний.

Поскольку продукционные базы знании предоставляют возможность относительно независимого включения отдельных фрагментов (правил), в процессе построения системы допускалось частичное дублирование элементов правил. Это позволило уменьшить требования к точности формализации процесса проектирования. На основе продукционных правил, содержащихся в базе знаний, реализуется механизм вывода в соответствии со специальным сценарием, построенным также на основе анализа опыта технологов.

Методы расчетов в общем плане являются известными, однако в ходе исследования они также потребовали уточнения и корректировки. В частности, в экономико-математические модели трудоемкости был дополнительно включен фактор аб-разивности пород - на основе исследований, выполненных в лаборатории механического разрушения горных пород ИГД им. А.А.Скочинского.

После определения этапов, методов проектирования, требований к автоматизированной системе появилась возможность перейти к ее непосредственной реализации на ЭВМ.

Важнейшими составными частями системы являются: база знаний, содержащая набор инженерных правил проектирования и сценарий логического вывода и использующаяся при формировании технологаческих вариантов; группа расчетных модулей (пооперационные и имитационные модели), необходимых для расчета технико-экономических показателей технологических вариантов; блок интерфейса и модуль управления, необходимые для общения специалиста-непрограммиста с системой и подключения определенных расчетных и логических процедур в соответствии с необходимостью.

Выделим следующие принципы методического подхода при создании системы:

принцип модульности - обеспечение гибкости системы, возможности ее несложной и быстрой модификации, облегчения

адаптации к конкретным условиям проведения выработок на шахте и пополнения, добавления отдельными расчетно-логическими процедурами, описываемыми своими функциями и наборами входных и выходных данных;

принцип итеративного построения системы - возможность постоянного реконструирования системы к двух альтернативных направлениях: от ядер системы - к структуре и от структуры - к отдельным модулям;

принцип верифицируемое™ - возможность на любом этапе работы системы проверить полученные промежуточные ¡¡ли итоговые результаты, определить модули и процедур!»', "ответственные" за эти результаты (т.е. возможность сопровождения каждого шага поиском ошибок на этом шаге).

Вход системы в общем случае задается перечнем конкретных горнотехнических условии проведения, набором (каталогом) рассматриваемых (допустимых, имеющихся и наличии) технических решений, целевой функцией и ограничениями. Рассмотрим перечисленные группы исходных длиных.

Перечень конкретных горнотехнических фа:л оров, определяющих возможность и эффективность применения различных технико-технологических решений, включает: угол наклона и направление проведен»;; ьнработки, ее сечение (или мощность ¡¡ласта -дли нарезных выработок), характер забоя и степень прнссчкн по(юд, коэффициенты крепости и абразниности пород, проектную длину выработки. Особое положение здесь занимает фактор "сечение выработки", поскольку он может быть как задан изначально, так и определяться в ходе проектирования, исходя из размера "транспортной коробки" выработки в эксплуатации.

Каталог технических решений и минимальном варианте включает: наименования технических-средств, которые могут входить в состав проектируемых технологических схем, а так;«;е основные параметры этих средств (масса, габариты, условия применения, ¡.ид энергии, потребляемая мощность, тин кодовой части, стоимостные характеристики и т.д.). Необходимо отметить, что проектировщик, должен иметьвозможностьзадания новых технических средств, вводя не толькоосиояные их параметры, но г- определенные технологические связи (например, сочетаемость одних средств с другими, необходимость их совместного использовании, преемственность и т.п.). В более расширенном варианте системы каталог может {»ключа гь и набор укрупненных технологий, используемых для более направленного поиска

рациональных технологических схем, и характеризуемых условиями и ТЭП применения. При этом соответственно пополняется база знании н несколько модифицируется сценарии поиска.

В качестве целевой функции, как правило, принимается одни из важнейших ТЭП, остальные характеристики могут использоваться в качестве ограничения. Например, цель может заключаться з разработке технологии, обеспечивающей достижение скорости проведения полевых выработок (определенно!« сечения и крепости пород) со скоростью не менее 120 м/мес, при обеспечении минимальной трудоемкости работ, ограничении расчетной себестоимости проведения.

Естественно, могут рассматриваться и дополнительные ограничения - на состав технологий, величину относительного выигрыша по сравнению с базовым вариантом, минимальный уровень ТЭП, обеспечиваемый в определенной группе условий.

Выход системы я минимальном варианте должен включать характеристику рекомендуемой технологии, достаточную для построен!!!? сс-отвстстпующсй технологической схемы проведения заработки (тслючая график организации работ). В максимальном »«лриаитс }ч»ходс'1стенм содержит всю па:кнейшую информацию, полуилсму'о специалистом в ходе проектирования: графическое тгр^лстар.лсч'лс хемпоноаки оборудования (я трех ортогональных проекциях), характеристики области применения технологии, срапнительнугасдругими схемами оценку ее технико-экономического уровня, характеристику надежности технологии, ее "узких мест", степени соответствия мировому уровню. Максимальный вариант не реализован в данной конфигурации системы, однако вполне осуществим п рамках представленного подхода (с дополнительным аклгочеиием в систему р.чда стандартных пакетов программ).

Формирование и оценка технологических вариантов происходят л рамках системы следующим образом (рис. 1): производится выбор сечения (по модифицированной методике ИГД им. Л.А.Скочинского а ВНИМИ) - определяются размеры транспортной коробки, форма крепя, размер сечения в свету и проч-одгее (при необходимости они могут быть скорректированы пользователем). При этом учитываются свойств пород, назначение выработки, вид транспорта я эксплуатации, глубина зяло-ггстжя и т.д. Определяются способ проходки и типы оборудования (иогут быть включены новые типы). что обеспечивает технологическую проработку перспективных плрилнтов сш.е до их

та-s. 6, к.. ß 1

CÍ, nWHAMCHUt — 1 i

.СПИСОК' В g

___J

J_ _

к -шс

tons

ш (6)

чшь

1Ш25Н

"1Г

Кб

1 г 3 * s

БЛОК КОШБЛШШЁ (БК)

Г-----7

^_

ЩШ-

aiK-sa

ÍTs&l'l

E.10S ТРДНСПОРШБТ)

1S2-!)

азтаы

7 » 9 « И

0,Ш ПОГРУЗОЧНЫХ МАШИН (БШ

БЛОК БиРИЛЬПЫХ МАШИН (ББ)

вот

/::у z;:7

"ZT/

I -БК-БТ •'(l.ff.Mi2S-3lM«'»'>22.2Sf-304<4í'»2S-3fli(l.«ia.25-2l).....

ßjj -0К-0Т-13П-1Ш-БТ

Рис. 1. Формирование и расчет рациональных технологических вариантов

I

широкого внедрения в отрасли, а также определяется применимость зидов оборудования, технологическая совместимость по виду энергии, ходовой части, производительности, учитывается преемственность транспорта.

После формирования технологического варианта оценивается его зписываемость в сечение, затем по апробированным п отрасли моделям оцениваются его ТЭП, осуществляется выбор рационального варианта н расчет параметров цикла для графика организации работ.

Система реализована на 1ВМ РС АТ и включает около 20 основных и вспомогательных программ. При дальнейшем развитии системы, видимо, целесообразно дополнить ее диалоговым блоком графического представления результатов отдельных этапов.

Как отмечалось, база знании - именно та составляющая систем;:, которая позволяет говорить об имитации деятельности квалифицированных технологов. В сотрудничестве с ними была построена, проэкспертирована, скорректирована база знаний, включающая около 300 правил.

В системе представлены знания:

о применимости оборудовать в данных горно-гео-лопшеских условиях </, К , а) при требуемых характеристиках выработки (от, 5, Ы, включающие также знания о заведомой нецелесообразности применения в конкретных условиях тех или иных зидоз оборудования;

а технологической совместимости комплектов оборудования, содержащие правила проверки совместимости по ходу, производительности, энергии, учитывающие преемственность транспорта при проходке и в эксплуатации, однотипность основного и вспомогательного транспорта;

о правилах вписываемости комплектов оборудования п заданное сечение с учетом требований "Правил безопасности".

. Нн.-г-е приведен ряд примеров продукционных правил.

ЕСЛИ [характер забоя угольный или смешанный, а < 60 МПа, а <5 мГ, а < ±18°, 5-6-17 м2, Л > 150 м ],

ТО [применимы проходческие комбайны легкого типа ].

ЕСЛИ [применяется комбайновый способ проведения и в качестве основного транспорта используется скребковый и ленточный конвейеры, а п качестве оспомогателытого транспорта используется рельсовый с доставкой электровозом ],

ТО [минимальная необходимая ширина выработки равна 700 + 1360 + 400 + 1200 + 400 - 4060 мм ].

ЕСЛИ [ основной транспорт - конвейерный ],

ТО [вспомогательный транспорт - рельсовый, либо вспомогательный транспорт - монорельсовый ].

Описание проблемной области состоит из описаний атрибутов и правил вывода. Атрибуты используются для задания состояния проблемной области. Описание атрибута включает область определения этого атрибута, а также лингвистическую информацию, необходимую программе для ведения диалога с конечным пользователем во время консультации.

Решение задачи сводится к получению значений некоторых целевых атрибутов. Источниками значений атрибутов являются правила вывода и исходные данные (в том числе получаемые путем автоматического запуска системой необходимых расчетных модулей). Правило описывает способ вычисления значения атрибута при некотором состоянии проблемной области. Сценарий и правила вывода образуют процедурные знания, причем сценарий выполняет роль метазнаний по отношению к правилам. Описания атрибутов и исходные данные образуют декларативные знания о проблемной области.

Один из важнейших блоков, обеспечивающий проверку технологической совместимости, представлен на рис. 2. Рассмотрены варианты с рельсовым и конвейерным транспортом, с применением различных проходческих комбайнов, погрузочных машин и бурильных установок, а также средств вспомогательного транспорта.

При проверке выделяются различные зоны выработки: призабопная зона, зона расположения средств транспорта; анализируются основные ситуации при одновременной работе оборудования, учитывается, в частности, величина размаха стрелы комбайна и зоны обурнвания бурильных установок. Расчет ведется с учетом конкретных видов оборудования и необходимых зазоров.

В ходе поиска решения система проходит различные маршруты по промежуточным утверждениям, может многократно возвращаться назад, пересматривать предыдущие промежуточные результаты до тех пор, пока не будет сформирован н отправлен на расчет очередной технологический вариант, включаемый в перечень для последующей оптимизации. В системе предусмотрена возможность оптимизации по любому из трех факторов (тру-

mu. 1ПР-7ВМ. «паиям* шмоцвр-лы

МТ-ЯГЦАШ! 9. (3,Д) tir-EOï, ЛШ1

2ШЗ-23,й, О,А)

I

1

1-1-

! : 1

t 3

1 1

i ; i

-«н- - ..

н,«<ca«; s,«3tCQu

ЙШИ. ШИ-533. ÍÍS

ф-Иа.'ш-зза.тм t»,T-Büa, AMitíMaw) я, (з.л) з

ч

ir

ц

с

а,

-га

Ö

J

й Ö

8, » 7f3 » na • ез » га » i гж » < CT 3 «и

Я 1-1 '«Я 1-1

H," 3,2 M

суг,ям

га м-

ra f-ï

♦ сзз«;я»?я» Я/кз'огя^ет* ♦жя'ГоаЗмм »«жгэ'ЗЯЯье«

л

-га 1-1-

Р,«ХПи

нлкзм

I - J = 1-1:

зизс?'*)

Рмс. 2. Ríes технологической совместимости (проверка вписмпзсмостм)

доемкость, скорость, стоимость) с использованием двух оставшихся в качестве ограничений.

Существенно, что система выдает не один "наилучший", а несколько "хороших" вариантов, выбор из которых может быть сделан пользователем с учетом его специфических требований и ситуации на конкретной шахте.

Оптимальный технологический вариант может быть отправлен на имитацию с целью оценки вероятностного распределения расчетной продолжительности цикла и автоматизированного построения типового графика организации работ.

В целом разработанная система обеспечивает выполнение основных этапов формирования, оценки и выбора технологических вариантов проведения выработок , что было подтверждено в ходе экспериментальных расчетов и сопоставления рекомендаций системы и результатов "ручного" счета технологов.

Исследование вариантов в ходе апробации системы производилось как применительно к конкретным условиям производства на шахте, так и в плане технологической оценки перспективных видов оборудования.

Системой для данных конкретных условий проведения конвейерного штрека на шахте "Западная" АО "Гуковуголь" было сформировано 9 вариантов, отличающихся набором применяемого оборудования, и определена возможная эффективность каждого из них. При этом расчетный уровень показателей для фактически применяемой на шахте технологии примерно соответствовал реально достигнутым при ее использовании результатам. Рекомендуемому варианту соответствовало улучшение итоговых ТЭП (скорости проходки и производительности труда рабочих) на 6-12% по сравнению с применяемым вариантом.

Исследование перспективных технологических вариантов производилось для комбайнового способа проведение выработок (б сопоставлении с буровзрывным). Рассматривало«- 6 групп условий, отличающихся величиной сечения выработок, коэффициентами крепости и абразивности пород. Для каждых условий были сформированы к оценены системой до 20 технологических вариантов для комбайнового способа., отличающихся типом комбайна (ПТ1КС, 4Г1П-2М, КП-20, КП-25) и средствами транспорта (ленточный телескопический конвейер, скребконый и ленточный конвейер, рельсопый транспорт с откаткой электровозом или лебедками), а также по несколько вариантов для буровзрывного способа.

Установлено, что относительная эффективность технологических схем с использованием указанных типов комбайнов (по сравнению с буровзрывной технологией) уменьшается с ростом сечения выработок, а также абразивности и крепости пород (от максимального сокращения затрат труда н времени на проходку соответственно на 40 и 60% до относительно небольшого выигрыша в 15-20%). Напротив, с усложнением условий возрастает относительная эффективность замены существующих типов комбайнов на новые, однако данное изолированное мероприятие обеспечивает незначительное улучшение расчетных показателей - в 2 раза меньше, чем диапазон их изменения при выборе различных средств транспорта, составляющий до 15-20%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований в диссертационной работе решена актуальная научная и практическая задача разработки аппарата поддержки принятия решений по выбору рациональной технологии проведения подготовительных выработок в конкретных условиях шахт.

1. Впервые в отрасли разработана автоматизированная система, обеспечивающая:

формирование технологических вариантов с учетом условии залол;ения и ¿«значения выработки, выбора размера сечения и типа крепи, наличия оборудования п требуемых темпов проведения выработки;

оценку сформированных вариантов методами пооперационного и имитационного моделирования, с учетом специфики конкретных условий производства;

выбор рациональных при заданном критерии и ограничениях технико-технологических решений (в том числе с использованием перспективного проходческого оборудования), построение графика организации работ.

Автоматизированная система реализована на ПЭВМ п шще диалогового комплекса программ, рассчитанного на непрограммирующего пользователя-специалиста.

2. На основании анализа практического опыта проектирования проходческой технологам выполнена систематизация сспошшх этапов проегггнрокшия, их информационного я методического обеспечения, взаимосвязей я последовательности вы-

полнения. Полученная качественная модель процесса проектирования представлена в системе в виде базы знаний и сценария логического вывода.

3. Разработанная база знаний включает около 300 правил выполнения отдельных операции процесса проектирования, в том числе операции по оценке технологической совместимости и вписываемости данного набора оборудования в требуемое сечение с учетом необходимых зазоров. Построенная база знаний отражает в сжатом виде опыт квалифицированных технологов и имеет в этом смысле самостоятельное значение.

4. Реализованный в системе механизм принятия решений имитирует основные этапы деятельности технолога (в соответствии с разработанной качественной моделью процесса), обеспечивает последовательное формирование технологической схемы проведения выработки, и может быть легко модифицирован с учетом индивидуального опыта пользователя.

5. Выполнена корректировка поиерациошшх моделей трудоемкости проведения выработок, в частности, учтено влияние фактора абразивноети пород на показатели комбайнового проведения выработок. Установлено, что снижение технико-экономических показателей по циклу в целом под влиянием данного фактора может составить для существующих комбайнов легкого и среднего типов соответственно 2.5 н 15%, для перспективных образцов комбайнов указанных типов - соогвстстьсиио 15 и£%.

6. Установлено, что применение технологических схем с комбайнами нового типа КП-20 и КП-25 способно обеспечить максимальное снижение затрат труда и времени на проходку со-, ответственно на 40 и 60% по .сравнению с буровзрывной техно-; логией, однако с усложнением условий (прежде всед> - ¡к>сюп сечений выработок) указанный выигрыш сокращается до 15-20%. Изолированное внедрение комбайнов нового типа взамен су ц>сст: вугощнх способно повысить показатели проходки ае более, чем ла 8-10%, что свидетельствует о необходимости разработки и использования адаптированных к конкретным усяоютл комплектов проходческого оборудования.

7. Реализованная на ПЭВМ система внедрена в АО "Ростов-уголь" п на шахте "Западная" АО Тукоьуголь"; результаты расчетов использовались также при подготовке проектного предложении по технологии проведения наклонного ствола на шахте им. Кирова АС,П "Ленинскуголь", и при выполнении прогнозной оценки вариантов развития подземной добычи угля в Кузнецком

бассейне (в части оценки перспективных технологий проведения выработок).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Система автоматизированного проектирования технологии проведения подготовительных выработок // Проведение, крепление и поддержание горных выработок: Науч. сообщ. / Ин-т горн, дела им. А.А.Скочинского. - М., 1990, - С. 4-7 (соавторы ЮЛ.Барон, С.Э.Ннльва, Н.Н.Ерохина).

2. Проектирование и оценка технологических вариантов проведения подготовительных выработок / / Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Науч. сообщ. / Тульский политехи, ин-т. - Тула., 1991. - С. 12-14 (соавтор В.В.Мошкевич).

3. Модуль выбора сечения а системе автоматизированного проектирования технологии проведения подготовительных выработок // Горн, информ.-аналит. бгалл., вып. 1 / Информационно-аналитический центр горных наук, Московский горн. ин-т. - М., 1992.-С. 38.

4. Практическая реализация САПР технологии проведения подготовительных выработок // Горн, информ.-аналит. бюлл., зьш. 1 / Информационно-аналитический центр горных наук, Московский горн. гш-т. - М., 1992.-С.27 (соавтор В.В.Мошкевич).

5. Моделирование технологии проведения выработок и процесса подготовки запасов угля П Моделирование технологических про'цессов на угольных шахтах: Сб. докл. на научн. семинаре 22-23 марта 1993 г. / Научно-техническая горная ассоциация. - М., 1993. - С. 51-57 (соавторы ЮЛ.Барон, А.П.Коста-рев, В.П.Федоров).

Подписано к печати 25.05.1994 р. Формат 62,5x84 1/16. Бум. писчая 14й!. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Изд. N"10020. Тип. зак.

Институт горного дела им. А.А.Скочгшского, 140С04, г. Люберцы Моск. обл. Типография: 140004, г. Люберцы Московской обл.