автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Научные основы эффективного воспроизводства очистного фронта на угольных шахтах

Российская Академия наук Сибирское отделение

ИНСТИТУТ УГЛЯ

РГО од

п п ■ ■ i Иа правах рукописи

ЮТОВ Виктор Цихайдовнч

УДЯ 622. oía 3.001.2

Научныэ основы эффективного воспроизводства очистного фронта на угольных вахтах

Спацгалыюсть 05.15.02 - Подзеюая рззработга. иесгороадвннй

полезных гхтпге&аа

Автореферат диссертации на саисканве ученой степени доктора технических наук

Кемерово - 1993

Работа выполнена в Карагандинском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте

Научные консультанты: Академик HAH Республики Казахстан,

докт. техн. наук, проф. Абыякас Сапоюшсч Саганов

Чл. -корр. HAH Республики Казахстан,

докт, техн. наук, проф. Какржан Наукебаевич Адклов

Официальные оппоненты:

Докт. техн. наук, проф. Борис Александрович ТеОдоровмч

Докт. техн. наук. проф. Ллаксе* Васюевмч Стариков

Докт. техн.. наук, проф. Щрк* Нншвевич Кузнецов

Ведущее предприятие - институт Каратандагипрошахт

Защита диссертации состоится О^^—Р^^Р-У 1993 г.

в "--" часов на заседании специализированного совета по присуждению ученых степеней Д 003.57.01 при Институте угля СО РАН по адресу: 650610, г.Кемерово, ГСП, ул. Рукавишникова, 21

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан М&Л-У^З 1993 г.

Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направить по адресу специализированного Совета

Ученый секретарь специализированного Совета, докт. техн. наук

Б. В. Власенко

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность проблемы, в новых условиях экономического хозяйствования стратегической задачей горного производства является существенное повышение эффективности угледобычи. На это и направлено насыщение шахт весьма дорогостоящей и производительной техникой нового поколения, которая позволяя интенсифицировать рабочие процессы, выдвигает новые требования к методам планирования развития горных работ на угледобывающих предприятиях. Их совершенствование связано, в первую очередь, с повышением комплексности и научной обоснованности подготовки очистной линии. Применение современных методов моделирования, совместно с автоматизацией процессов проектирования шахт, позволяет существенно повысить качество проектов, что особенно важно при разработке календарных планов в годовой программе предприятия, являющейся основой своевременного воспроизводства очистного фронта.

Вынужденное расчленение единой угольной отрасли создало ряд специфических трудностей, связанных с неоднородным размещением предприятий горного .машиностроения, транспортировкой угля между потребителями добычи и ведущими бассейнами бывшего СССР, ныне СНГ. В этой связи проблемы воспроизводства очистного фронта выглядят по-разному для стран содружества И наиболее актуальный вопрос - перераспределение поставок очистных мехкомплексов из Украины на другие страны СНГ и дальнее зарубежье.

На эффективность работы шахт решающее влияние оказывает фактор своевременного воспроизводства очистной линии. Как несвоевременная так и преждевременная подготовка приводят к значительным экономическим издержкам, что в основном связано с недостатками в планировании развития горных работ. Так, по шахтам ПО "Караганда-уголь" фактические издержки в 1990 г. превысили 17 млн. руб. Тенденции к их снижению не наблюдается.

Главным критерием качественной подготовки очистных забоев является соответствие времени проведения выработок, монтажа мех-комплекса и участкового транспортного оборудования, а такте сопутствующих воспроизводству работ - времени отработки выемочных полей. Этот критерий должен бьггь заложен в моделях развития горных работ, где учитывались бы специфика конкретных гррно-техни-ческих условий, параметры технологии горного производства, неравномерность протекания во времени производственных процессов, а

также реальные технические, технологические и организационные ограничения имеющие место на шахтах.

Основной первопричиной несвоевременной подготовки очистных забоев является отсутствие научно-обоснованной комплексной программы эффективного воспроизводства очистного фронта, где разрабатываемые календарные планы, как в проектах, так и в условиях действующих пахт, были бы связаны воедино и была обеспечена преемственность их выполнения при реализации на практике.

Комплексная программа должна быть направлена на сокращение инерционности и многостадийности воспроизводства, проработку эффективных календарных планов по очередности ввода забоев с привязкой к ним во времени и пространстве подготовительных, монтажных и дегазационных работ и обеспечить высокую надежность. подготовки очистного фронта при минимальном экономическом ущербе из-за несвоевременного его восстановления. Программа представляет синтез календарных планов развития горных работ, используемых в проектах новых горизонтов и годовой программе шахт, с последующим оперативным управлением процесса воспроизводства.

В работе нашли отражение результаты исследований, проведенных автором при выполнении планов НИР Минуглепрома СССР, Минхимп-рома СССР, ПО "Карагандауголь, КарПТИ и института "Карагандагип-' рошахт". Таким образом, создание комплексной программы эффективного воспроизводства очистного фронта является важной и актуальной проблемой, которой и посвящена диссертационная работа.

Цель исследовании - создание комплексной программы эффективного развития очистных, подготовительных и сопутствующих воспроизводству работ на основе взаимосвязанных календарных планов, разрабатываемых на компьютерной основе в проектах новых горизонтов и годовой программе шахт.

Идея работы заключается в оптимальном синтезе технологических стратегий проектов отработки горизонтов и сопряженных с ними годовых программ развития шахты, на основе преемственности их перспективных и текущих календарных планов, где своевременность подготовки очистного фронта обеспечивается достоверным прогнозом развития горных работ, с учетом динамики процессов и надежности подсистем обеспечения горного производства

Задачи исследования:

- дать технологическую оценку состояния воспроизводства очистного фронта на шахтах ПО "Карагандауголь" ' с последующим расчетом издержек при несвоевременной подготовке забоев;

- разработать методологию имитационного моделирования процессов воспроизводства с критерием опенки их эффективности, позволяющую включать в математические модели неравномерность протекания их во времени и надежность составляющих элементов подсистем;

- разработать имитационные модели очистных, подготовительных, монтажно-демонтажных и дегазационных работ, позволяющие развить и усовершенствовать методы прогноза временных и прост-ранственых параметров подготовки и отработки забоев в годовой программе развития шахты;

- разработать моделирующий алгоритм, с автоматизированным раскроем шахтопластов на выемочные столбы, календарного планирования развития горных работ как в проектах новых горизонтов, так и для действующих шахт на компьютерной основе;

- построить имитационную модель определения продолжительности отработки выемочных полей в годовой программе развития шахты;

- построить экономико-математическую модель, оптимизирующую параметры очистных работ принятой последовательности ввода в эксплуатацию забоев в годовой программе шахты;

- синтезировать модели календарных планов и имитационные модели процессов воспроизводства, позволяющие прогнозировать и корректировать развитие годовой программы шахты для качественной подготовки очистных забоев;

- обосновать структуру и компьютерное обеспечение комплексной программы воспроизводства очистного фронта на угольных шахтах;

- разработать для действующих шахт комплексную методику тех-нолого-экономической оценки создания программы воспроизводства, учитывающей издержки от несвоевременной подготовки и необеспечения потребности поставки угля.

Научные положения защищаемые в диссертации:

- согласованность ввода-выбытия очистных забоев с учетом дополнительных издержек на поддержание подготавливающих столб выработок и арендную плату мехкомплекса при преждевременной подготовке лав, а при несвоевременной - рост условно-постоянных расходов и недополученная прибыль являются достаточной основой для техно-лого-экономической оценки развития горных работ при воспроизводстве очистного фронта;

- динамический прогноз развития взаимосвязанной инфраструктуры шахты, определяющий своевременную подготовку очистного фронта, заключается в учет* неравномерности протыкания в« времени

процессов воспроизводства и надежности составляющих элементе] подсистем;

- адекватность имитационных моделей процессов воспроизводства реалиям действующих шахт обеспечивается включением в моделирующий алгоритм разработанной процедуры статистического моделирования с привлечением специальных оценок параметров и технологических, ограничений их вариации во времени;

математические модели календарного планирования развита* горных работ в проектах новых горизонтов и шахт основываются не формализации задач и автоматизации процессов проектирования;

- корректность календарных планов в годовой программе шахть постулирована синтезом имитационных моделей процессов воспроизводства, обеспечивающих достоверный прогноз развития подсистем и математических моделей в проектах новых горизонтов, с построением их на компьютере;

■ - временные параметры отработки выемочных столбов, определяют. ,качество подготовки очистного фронта и распределены случайно, а их оценка обосновывается вероятностными, методами,, механизм которых включен в разработанную:'"модель; ..,

-для принятой 'последовательности ввода ь эксплуатацию очистных забоев в годовой^программе развития шахты параметры очистных работ существенно определяет.конечные показатели производственно-хозяйственной деятельности шахты и обуславливают стратегию их, оптимизации; . '

структура комплексной программы эффективного воспроизводства очистного фронта базируется на взаимоувязанных пакетах программ по построению календарных планов в проектах и годовой программе шахты о последующим оперативным управлением ее развития при реализации на действующем предприятии;

надежность и эффективность воспроизводства очистного фронта зависят от согласованности временных параметров ввода и выбытия комплексно-механизированных забоев, технико-экономических показателей очистной выемки, качества угля и возможности обеспечения потребности его поставки.

Методы исследований. Б разработку научных основ воспроизводства очистного фронта на угольных шахтах был заложи комплекс методов исследований: системного технико-экономического и структурно го .анализа; математической статистики., теорий вероятностей и надежности; математического, имитационного и экономике-математического моделирования, а также проектные проработки и обобщение опыта передовых предприятий отрасли.

Информационной базой работы служат данные статистической отчетности за 1977-1880гг. и плановая информация на перспективный период, проекты строительства новых горизонтов угольных шахт, фондовые материалы научно-исследовательских и проектных организаций, а так.ке отечественные и зарубежные публикации.

При разработке процедуры, трансформирующей математическую модель в имитационную, были использованы методы теории вероятностей, надежности и математической статистики. Для построения моделей очистных, подготовительных и сопутствующих воспроизводству работ применялись методы имитационного моделирования производственных процессов, теории надежности и восстановления.

При автоматизированном построении календарных планов в проектах шахт использовались методы математического моделирования, инженерного и структурного анализа, а также графического изображения планов горных работ и их развития на графопостроителе.

При оптимизации параметров очистных работ в принятой последовательности ввода забоев в эксплуатацию годовой программы шахты применялись методы целочисленного линейного программирования по заданному вектору конечных показателей производственно-хозяйственной деятельности предприятия.

При технолого-экономической оценке. качества подготовки очистного фронта использованы методы технико-экономического анализа, структурной пропорциональности распределения затрат в себестоимости продукции при определении ущерба у потребителя от недопоставок угля предприятием-поставщиком.

Достоверность научных полокекий подтверждаетея:

- статистическим анализом параметров развития горных работ по 73 подготавливаемым очистным забоям шахт ПО "Карагандауголь" с широкой вариацией входных переменных для разработанных моделей:

- хорошей сходимостью результатов имитационного моделирования развития подсистем и реальных процессов воспроизводства фактическими данными 18 действующих шахт ПО "Карагандауголь";

- экспериментально-аналитической проверкой научной обоснованности календарных планов в проекте нового горизонта шахты "Карагандинская" Г5П "Карагандауголь" и <;оаднни»?м комплексной программы воспроизводства очистного фронта для угольных шахт;

- апробацией разработанных моделей и пакетоь программ в производственных условиях, их практическим применением и утверждением в виде методик, инструкций и руководящих материалов подготовленных по материалам исследований.

- 8 -

Научная новизна работы заключается в: установлении, что технологические факторы нестабильности воспроизводства очистного фронта не локализуются в пределах подсистемы "Очистные работы", а всецело оказывают влияние на конечные технико-экономические показатели шахты;

разработке нового комплексного критерия эффективности воспроизводства очистного фронта, базирующегося на представлении о взаимосвязи процессов развития горных работ с параметрами инфраструктуры шахты по величине минимума отклонения отработки выемочных столбов от подготовки замещающих при минимуме себестоимости работ по каждой из подсистем;

- определении и имитации временных параметров моделей процессов очистных работ с оценкой их эффективности для одинарных, с одно- и двухкомбайновой выемкой, спаренных, спаренно-слоевых и совместно-работающих лав;

- разработке имитационной модели, отображающей процессы горно-проходческих работ, позволяющей определять временные параметры проведения подготавливающих столб выработок и их технико-экономические показатели, необходимые для своевременной подготовки забоя;

- построении имитационных моделей монтажных работ 1-Ш групп очистных механизированных комплексов с встроенным порогом учета вариации неравномерности протекания производственных процессов во времени, позволяющие установить их временные параметры, как одной ив подсистем воспроизводства;

разработке имитационной модели, отображающей процессы буровых и монтажных работ предварительной дегазации подготавливаемого выемочного столба, где одновременно формализованы нормативные расчеты длительности непосредственного каптажа метана из пласта. Модель позволяет уточнить длительность дегазационных работ, как одной из подсистем воспроизводства, в выемочных столбах, требующих предварительного каптажа метана;

разработке методов и моделей автоматизированного построения календарных планов, позволяющих установить порядок отработки пластов и их раскрой на выемочные столбы на компьютерной основе с учетом пожаро- и выбросоопасности, ..с- последующим определением очередности ввода их в эксплуатацию;/

построении и реализации ...имитационной модели определения продолжительности отработки, выемочных полей в годовой программе

шахты с учетом неравномерности, и надежности процессов очистных работ;

- разработке экономике-математической модели, оптимизирующей параметры очистных работ для различных вариантов очередностей ввода выемочных столбов в эксплуатацию;

- построении модели оперативного управления развитием горных работ в структуре годовой программы путем приведения фактического развития подсистем к планируемому состоянию на базе достоверного прогноза временных параметров воспроизводства очистного фронта;

- разработке методики экономической сценки качества подготовки очистных аабоев, где учитываются дополнительные затраты на поддержание подготавливающих выработок и аренду мехкомплексов при преждевременной подготовке и ростом условно-постоянных расходов и недополученной прибыли при несвоевременной;

- разработке комплексной методики технолого-экономической оценки созданий и внедрения программы воспроизводства очистного фронта, включающей пакеты программ по построению календарных планов в проектах новых горизонтов и годовой программе шахты. При этом производилась оценка потенциальных зкономичеких издержек от недопоставок угля у потребителя.

Личный вклад автора заключается в:

- аналитическом обосновании глобального влияния технологических факторов нестабильности воспроизводства очистного фронта на конечные технико-экономические показатели шахты;

- обосновании комплексного критерия качества подготовки очистного фронта, где влияние природных, технологических, .и технических факторов оценивается минимумом суммарных отклонений времени отработки и подготовки, а экономических - минимумом себестоимости работ по каждой из подсистем воспроизводства;

- аналитическом построении процедуры трансформации математической модели в имитационную, учитывающей случайный характер протекания во времени производственных процессов и надежность составляющих элементов подсистем воспроизводства;

- научно-обоснованном прогнозировании временных параметров развития подсистем воспроизводства на разработанных имитационных моделях очистных,_ горно-проходческих, монтажно-демонтажных и работ по предварительной дегазации подготавливаемого выемочного столба;

- установлении зависимостей развития подсистем воспроизводства во времени и пространстве в зависимости от природных, технических, технологических и организационных параметров и факторов, определяющих технологичекую схему и организацию работ;

- разработке методов автоматизированного построения календарных планов развития горных работ как в проектах, так и в ..годовой, программе шахты;

- доказательстве правомерности использования вероятностных методов для построения имитационной модели определения среднего времени отработки столба;

- оптимизации параметров очистных работ для различных вариантов последовательностей ввода в эксплуатацию комплексно-механизированных забоев в годовой программе шахты;

- построении модели оперативного управления развитием горных работ в процессе реализации годовой программы шахты;

- технолого-экйномической оценке качества подготовки очистного фронта, создания и внедрения комплексной программы воспроизводства на угольных шахтах.

Практическая ценность работы состоит в том, что результаты исследований позволяют:

- учитывать неравномерность протекания производственных процессов и надежность составляющих элементов подсистем воспроизводства при моделировании их развития во времени и пространстве;

- достоверно прогнозировать временные параметры развития подсистем воспроизводства для качественной подготовки очистного фронта;

- разрабатывать перспективные планы развития горных работ в проектах новых горизонтов и шахт;

- проектировать текущие календарные планы развития горных работ в годовой программе шахты;

оптимизировать параметры очистных работ в принятых к рассмотрению вариантах ввода в эксплуатацию подготавливаемых очистных забоях годовой программы шахты;

управлять качеством подготовки очистного фронта при реализации годовой программы в процессе ведения горных работ;

оценить качество подготовки очистного фронта по экономическим критериям в перспективных и текущих календарных планах развития горных работ.

Реализация работы Результаты исследований по разработке КГОВОФ на угольных шахтах отражены в 11 отраслевых и бассейновых нормативно-методических документах и инструкциях, утвержденных Минутлепромом СССР, Минхимпромом СССР, ПО "Карагандауголь" и институтом "Карагандагипрошахт". Рекомендованы к использованию при составлении плановой и проектной документации научно-исследовательских, пректно-конструкторских и действующих предприятий угольной промышленности.

Передача в использование горному отделу института Караганда-гипрошахт пакета программ по автоматизации построения КПРГР в проектах новых горизонтов и шахт сопровождалась' нарастающим годовым экономическим эффектом в ценах 1985 г. более 316 тыс. руб.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения на действующих шахтах комплексной программы воспроизводства очистного фронта более 800 тыс. рублей на одно предприятие.

Апробация работы Основные научно-методические положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 1-ой международной научно-практической конференции "Проблемы развития угольной промышленности Республики Казахстан" (Караганда, 1993), на VIII Всесоюзном семинаре "Оптимизация горных работ" (Новосибирск, 1989), региональной научно-практической конференции "Технико-экономические проблемы воссоздания очистного фронта на шахтах Кузбасса" (Кемерово, 1985), республиканской научно-технической конференции "Проблемы, опыт создания и использования средств контроля и АСУТП в техническом перевооружении производства" (Караганда, 1989), межведомственной научно-практической конференции "Совершенствование методов управления и хозяйствова,-ния" (Караганда, 1988), техническом Совете ТО "Карагандауголь" (Караганда, 1993), а также в проектном институте Карагандагипро-шахт (1993).

Публиоции. Основные положения диссертации опубликованы в 40 работах, в том числе 1 монографии, 3 брошюрах, 11 нормативно-методических документах, 20 научных статьях и 5 тезисах докладов на конференциях и семинарах.

Структура и объем диссертационной работ Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения, изложенных на 293 страницах машинописного текста: содержит 21 таблицу, 33 рисунка, библиографию из 426 наименований и 70 приложений в отдельном томе с описаниями алгоритмов и их схемами, таблицами, рисунками и актами внедрения результатов исследований в практику.

Список условных сокращений принятых в основном содержании реферата ВОЛ - восстановление очистной линии; ВОФ - воспроизводство очистного фронта; ГГТУ - горно-геологические и горно-технические условия; ГГУ - горно-геологические условия; ГПРГРШ - годовая программа развития горных работ на шахте: ГПРШ - годовая программа развития шахты; КМЗ - комплексно-механизированный забой; КПРГР - календарное планирование развития горных работ; КПлРГР - календарные планы развития горных работ; КПЭВОФ - комплексная программа эффективного воспроизводства очистного фронта;

- 12 -

■ЯПР ■- лицо принимающее решение;

лу вг^г ~ ОЧИСТНой механизированный комплекс:

иу ШФ - оперативное управление воспроизводством очистного фронта;

пил ш ~ 30на Повьщенного горного давления;

пйк ~ пРоекты новых горизонтов и шахт;

JKXP - подготовка очистного фронта;

шл - пакет прикладных программ;

ит" - планирование развития горных работ;

ШУ, - производственно-хозяйственная деятельность;

■auu ~ технико"3кономические показатели;

омм - экономико-математическая модель;

Ulli - центральная предельная теорема.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние проблей* Анализ ВОФ, как сложной производственной системы позволил установить, что при сложившейся практике планирования развития горных работ как в проектах новых горизонтов, так и на действующих шахтах разработка и построение календарных планов производится традиционными ручными способами без использования компьютеров, без применения специальных экономико-математических методов их оптимизации и достоверных методов прогноза протекания во времени производственных процессов.

Исследования по проблеме ВОФ развивались в последние годы в следующих направлениях: а) поставленные многовариантные задачи решались • методами экономико-математического моделирования; б) решение, задач было основано на применении методов сетевого планирования и теории графов; в) работы с использованием вероятностных методов, имитационного моделирования, инженерной эвристики и другие, не относящиеся к первым двум.

По первому направлению следует отметить прежде всего работы Курносова А. Ж , Зыкова В. Ы., Еремеева В. IL , Палаша А. С., Иванова н. И., Митейко А. И., Евдоюшова Ф. И. и др.

В разработку различных вопросов второго направления значительный вклад внесли Грицко Г. И. , Вылегжаюш В. Н., Стариков А- В., Вурчаков А. С., Кузнецов Kl Н.. Рогов Е. И., Устинов IL И., Петрович С. И. и др.

Наиболее перспективно третье направление, где достигнут наибольший прогресс в разработке и создании методов автоматизированного проектирования календарных планов развития горных работ. Фундаментальный вклад в развитие этого направления внесли такие ученые как Сатинов А. С., Адилов К. Н. , Квон С. С., Авдулов П. В., Кариман С. А. и др.

Повременная теория и практика КПРГР имеют ряд недостатков: на сегодня автоматизированы и доведены до законченных пакетов программ в основном экономические задачи, выполняемые в

процессе разработки ГПРШ. Начальные этапы планирования и, прежде всего, формирование вариантов годового плана в проектах и на шахтах выполняются традиционно ручными способами;

- большинству работ характерен некомплексный подход к построению календарных планов развития шахты, как основной задачи ВОФ. Как правило, не учитываются такие работы воспроизводства как монтаж мехкомплексов и дегазация подготавливаемого выемочного столба;

- отсутствует эффективная программа ВОФ, которая связала бы воедино и обеспечила преемственность календарных планов развития горных работ как в проектах, так и на действующих шахтах. Реализация такой программы обеспечила бы в процессе оперативного управления . процессами воспроизводства качественную подготовку новых очистных забоев;

- к настоящему времени наиболее полно разработаны методы КПРГР на основе экономико-математических и сетевых моделей в детерминированной постановке. Имитационные модели подсистем и процессов ВОФ практически отсутствуют. Кроме того предлагаемые методы в своем большинстве не учитывают динамику и надежность процессов воспроизводства;

- существующие методики оценки экономического ущерба не учитывают все экономические последствия как несвоевременной, так и преждевременной подготовки очистных забоев в процессе их воспроизводства. Также не учитываются и потенциальные издержки у потребителя угля от снижения его поставок.

Основное направление кардинального совершенствования календарного планирования развития горных работ на угольных шахтах связано с созданием комплекса имитационных, математических и экономике-математических моделей, позволяющих корректно прогнозировать временные параметры подсистем воспроизводства и автоматизировать построение планов на компьютерах, что лежит в основе КГОВОФ для угледобывающих предприятий.

На рис. 1 представлена схема решения научно-технической проблемы создания комплексной программы эффективного ВОФ на угольных шахтах. Иерархия структуры сложной системы "Воспроизводство очистного фронта", состоящей из взаимосвязанных подсистем и соответствующих им элементов предполагает четыре структурных уровня. Так создание комплексной программы с высокой степенью адекватности и глубоким технолого-экономическим смыслом, необходимо начать с анализа содержания проблемы, существующих методов разработки календарных планов в проектах и в ГПРГРШ, име-

1лтмуг>о ияииныу игплрлпваний по данному вопросу.

Дал<^е разрабатывается комплекс имитационных моделей, отображающих с высокой степенью адекватности реальные процессы в подсистемах ВОФ и обеспечивающие надежный прогноз их временных параметров.

Создается необходимая нормативная база данных для использования утвержденных нормативов при разработке календарных планов в проектах шахт и расчета его временных параметров. Нормативная база необходима также при разработке методик и инструкций по построению, календарных планов развития горных работ, удобных в практическом использовании проектировщиками.

Рис. 1. Структурная схема решения проблемы создания КПЭВОФ

На следующем уровне необходимо создать модели КПРГР для ПНГиШ с автоматизированным раскроем шахтопластов на выемочные поля, ..которые с высокой точностью решали бы все задачи, стоящи* перед-проектировщиком. Полученный в проекте календарный план является ..основой для разработки ГПРГРШ. Причем, если в первом для определения временных параметров календарного плана используется нормативная база, то во втором - комплекс имитационных моделей.

И, наконец, заключительным является разработка КПЭВОФ на основе моделей ГПРШ, которая, используя комплекс имитационных моделей, позволила бы в процессе ее реализации периодическую м"°ол...... ' ":тенсивностей развития подсистем воспроизводства во

времени, исходя из фактического их положения в пространстве шахтного поля.

Обеие положения воспроизводства очистного фронта. БОФ с технологической точки зрения представляет сложный производственный комплекс рабочих процессов организационно увязанных во времени и пространстве разрабатываемых шахтопластов, о различной технологией и средствами механизации, динамично протекающих во времени и направленный на надежное БОЛ в объеме, обеспечивающем выполнение плана добычи угля требуемого качества и марочного состава в соответствии с ПБ и ТТГЭ.

Качественное восстановление очистной линии, исключающее как несвоевременную, так и преждевременную подготовку нового выемочного столба, обеспечивается при следующем соотношении временных параметров отработки и подготовки

Товс ~ Тпс , (1)

где Товс - продолжительность отработки выемочного столба, начиная с момента подготовки замешэюиэго, сут. ;

Тпс - продолжительность подготовки нового выемочного столба, включаюшая все работы по проведению, монтажу, дегазации и наладке оборудования, сут.

В процессе воспроизводства очистного фронта на действующих шахтах можно выделить следующие его состояния.

1. Преждевременная, когда время отработки очистного столба превышает время подготовки замеищщего и само состояние определяется неравенством

Товс > Тпс; Товс > Тпгв + шиКТм; Тд>, (2)

где Тпгв - длительность проведения подготавливающих столб выработок, сут;

Тм - длительность работ по монтажу мехкомплекса и другого оборудования на участке, сут;

Тд - длительность предварительной дегазации выемочного столба, сут.

Наличие перерыва Рмэ при подготовке выемочного столба определяет преждевременную подготовку

Товс = Тпгв + шх{Тм; Тд} + Рмэ. 13)

Тогда промежуток времени между окончанием монтажа очистного механизированного комплекса, наладкой его оборудования и началом эксплуатации, устанавливает длительность преждевременной подготовки. В течение этого периода имеет место ущерб от дополнительных затрат на поддержание оконтуривающих выемочный столб выработок, на аренду мехкомплекса, на содержание лиц, обеспечивающих нахождение оборудования в новой лаве и прилегающих к ней выработок в работоспособном состоянии и другие затраты.

2. Своевременная, наиболее.оптимальная по минимуму ущерба, подготовка очистных забоев, при которой продолжительность отработки находящегося в эксплуатации выемочного столба и продолжительность подготовки нового равны между собой

Товс - Тле; Товс - Тпгв + яах{Тм; Тд>. (4)

' Здесь необходимо учитывать небольшой резерв на различного рода организационные задержки при пуске лавы в эксплуатацию равный по данным практики 3-7 суток.

3. Несвоевременная подготовка очистных забоев имеет место, когда продолжительность отработки находящегося в эксплуатации выемочного столба меньше, чем продолжительность подготовки замещающего

Товс < Тле; Товс < Тпгв + шах<Ты;Тд>. (5)

В данном случае имеет место перерыв в ведении очистных работ Рзэ, связанный с несвоевременной подготовкой нового выемочного столба, и следовательно,

Товс = Тпгв + мах-СТм; Тд> - Рзэ. (б)

Значимость' перерывов Рмэ и Рзэ можно проиллюстрировать следующими данными. Всего в 1990 г. на шахтах ПО "Карагандауголь" было преждевременно подготовлено 22 механизированных забоя и средняя продолжительность дополнительного поддержания выработок в каждом из них составила в среднем 43 суток, причем затраты определялись по монтажной камере, вентиляционным и конвейерным ходкам (просекам) и составили 247 тыс. руб. , а вместе с арендной платой свыше 1 млн. руб.

Соответственно за этот же период на шахтах 53 комплексно-механизированных забоя при переходе из отработанного выемочного столба в новый имели перерыв в ведении очистных работ с размахом вариации от 7 до 125 суток. Эти 53 механизированных забоя в течение года потеряли 2547 суток, которые могли быть использованы по добыче.

Из 53 забоев в 12 (22,6%) причиной несвоевременного перехода является отставание монтажных работ. В остальных 41 забоях (77,41) этой причиной является отставание в проведении горных выработок. Наиболее высокие потери добычи имели место на шахтах им Ностенко (138600- т), "Кировская" (192321 т), "Дубовская" (ЩЩгл),^ "Сокурская" (123690 т), "Долинская" (200696 т), им.уТени:ВД.(159375 т). Это крупные шахты, на которых количество эксплуатационных участков доходит до 10-12, и в течение года совершается значительное количество переходов, в течение которых имели место перерывы в ведении очистных работ.

Критерий эффективности воспроизводства. В практике для оценки эффективности воспроизводства используют, как правило, два критерия - минимум затрат и максимум эффекта. Любой из рассматриваемых критериев должен проверяться на соответствие конкретным условиям горного производства шахты в процесс* ВОЛ. которые формируются под влиянием большого числа внешних и внутренних факторов, что и обосновывает комплексный подход при определении структуры критерия. Из этого следует, что не может быть однозначного критерия оценки эффективности как для отдельных подсистем ВОФ, так и для всей системы в целом.

Исходя из того, что условием качественного ВОФ является соответствие времени отработки и подготовки выемочных столбов, комплексным критерием системы можно принять минимум отклонения сроков ввода в эксплуатацию новых комплексно-механизированных забоев, от сроков окончания отработки выбывающих выемочных полей, позволяющее минимизировать потери добычи угля по шахте и минимум эксплуатационных затрат по каждой из подсистем в процессе подготовки- очистной линии.

Иетодологкя имитационного моделирования процессов воспроизводства. Чтобы корректно и с достаточной точностью обосновать временные параметры развития подсистем воспроизводства в ГПРШ, необходимы имитационные модели с высокой степенью адекватности реалиям горного производства.

Имитационная модель определяется математической на основе формального представления процессов, -когда конечный результат, например, прогноз временных параметров подсистемы вычислить с достаточной точностью не представляется возможным из-за случайного характера их протекания. Для этого необходимо в процессе разработки алгоритма ввести специально разработанную процедуру, которая позволит включить в модель динамику развития процессов реальной подсистемы в течение заданного времени и надежность составляющих ее элементов. Вводя в модель исходные данные и начальные условия, можно имитировать различные производственные ситуации, оценивать эффективность функционирования подсистемы, по различным критериям провести сравнение и выбор рациональной структуры процессов, установить влияние изменения входных параметров и начальных условий на конечны-3 ррлультнт.ы функционирования подсистемы.

При разработке имитационных моделей производственных процессов и подсистем можно выделить следующие этапы: а) определение объекта имитации и его содержательное описание; б) составление

концептуальной модели объекта; в) формальное описание процессов имитируемой подсистемы; г) построение математической модели, описывающей протекание и взаимодействие процессов подсистемы;

д) разработка моделирующего алгоритма с включением процедуры имитации случайного характера процессов и надежности составляющих элементов подсистемы; программирование и отладка программы;

е) предварительные испытания имитационной модели; я) планирование имитационных экспериментов; з) эксплуатация модели. Рассмотрим каддый из этих этапов.

Содержательное описание подсистем воспроизводства начинается с анализа технической документации, используемой в условиях действующих шахт. При этом исходной информацией будет продолжительность и характер протекания во времени рабочих процессов, а также положение в пространстве элементов подсистемы на начальный момент моделирования. Вся остальная информация берется из проекта производства соответствующих работ в конкретных шахтных условиях.

Концептуальная модель представляет систематизированное описание особенностей и характера взаимодействия процессов между собой при развитии их во времени. Концептуальная модель отличается от содержательного описания более высоким уровнем формализации, однако не доходящим до состояния математической модели. Для сложных подсистем воспроизводства конкретизируется цель, производится декомпозиция подсистемы, устанавливаются начальные условия и ограничения, окончательно выбираются переменные и параметры модели, задается исходная информация, уточняются критерии эффективности и структура модели.

Рекомендуется производить декомпозицию подсистемы на конечное число элементов, сохраняя при атом логику их взаимосвязи, технологическую и организационную обособленность и специфику. В результате образуется элементы удобные для аналитического описания и при алгоритмизации закрепляются их взаимосвязи, определяющие функционирование подсистемы. Чтобы смоделировать развитие подсистемы во времени, вероятностные характеристики элементов также представляются во временном измерении, позволяя установить ее надежность.

На следующем этапе производится окончательная формализация процессов подсистемы, представляемые в виде математической модели. Под математической моделью понимают совокупность аналитических соотношений, однозначно связывающих характеристики состояний процессов с параметрами подсистемы, исходной информацией и начальными условиями. Эти соотношения могут быть представлены в

явном и неявном виде и помимо характеристики развития процессов, увязывают логику их взаимодействия. Здесь окончательно устанавливается структура и взаимодействие процессов подсистемы.

Верификация имитационной модели состоит в проверке соответствия ее алгоритма структуре реальной подсистемы и в случае подтверждения этого, созданная модель во всех ситуациях будет адекватно имитировать протекание реальных процессов во времени.

При испытании имитационной модели прежде всего сравнивают насколько адекватно отражает она реальную подсистему. Для этого надо иметь представительные статистические данные о входных переменных моделируемой подсистемы для конкретных условий действующих шахт. Проверка адекватности модели реальной подсистеме проводится путем сравнения: а) средних значений выходных переменных имитационной модели и параметров реальной подсистемы; б) дисперсий отклонений выходных параметров модели от дисперсий отклонений подсистемы; в) максимального значения абсолютных отклонений выходных переменных модели от выходных параметров подсистемы.

Трансфоршцкя мапеттической модели в *эстщкокную. Включение динамики протекания процессов подсистемы с учетом надежности составляющих ее элементов производится с помощью специальной процедуры и превращает математическую модель в имитационную.

Динамика или неравномерность процессов подсистем воспроизводства определяется увеличением или уменьшением длительности их протекания во времени. Случайность, присущи большинству процессов очистных и сопутствующих им работ, определяется размахом вариации их параметров во времени, относительно среднего, устанавливаемого на основе нормативов или хронометражных данных. Критерием учета случайного характера процесса может служить определенный уровень козффицента вариации, превышение которого при анализе и статистической обработке первичных данных позволит включить специальную процедуру статистического моделирования для получения случайной длительности изучаемого процесса или операции.

Тогда суммарное изменение длительности протекания во времени процессов отдельно взятой подсистемы ьТд в течение производственного цикла будет определяться выражением

при

лТд- (1рн1 - Ерн!) . (7)

где при - количество рабочих процессов в подсистеме, случайный характер протекания которых во времени необходимо учесть в модели, ед.; - случайное значение длительности протекания 1-го процесса, ед. вр. , 1-1, 2, ..., при;

■Ерн1 - среднее значение длительности протекания 1-го процесса подсистемы, ед. вр.

Кроме того, необходимо учитывать надежность составляющих элементов подсистемы, выражающуюся в потоке отказов к восстановлений и, соответственно, увеличивающую длительность протекания процессов в производственном цикле. Данная величина дТн определяется из выражения га

ДТн = /(5 , (8)

где Ял - средняя интенсивность поступления отказов от з~го элемента подсистемы, ед/ед. вр.; ад - среднее время восстановления отказа от д-го элемента

подсистемы, ед. вр.; пз - количество элементов подсистемы, образуемые'при ее декомпозиции, ед. , з=1, 2.....пз.

Тогда общее изменение длительности производственного цикла

подсистемы, позволяющее учитывать динамику процессов и надежность

составляющих ее элементов, определится из выражения

да ю- _ при

дтц = дТн + дТд = ^ГЛз ад + 1>Г - . (9)

3=1 1=1

Выражения (7-9), формализующие процедуру трансформации математической модели в имитационную, обобщены алгоритмом, унифицирующим его использование при моделировании различных подсистем ВО*. -

Последовательность алгоритма, описывающего данную процедуру, следующая.'-

1. Обнулёние индексированных переменных ,- где фиксируются суммарное общее время работы Подсистемы, чистое время ее функционирования и время восстановления, а также количество фактических реализаций. Тоб --- С; Тч - О; Те = 0; Нрф - 0.

2. Реализация алгоритма получения псевдослучайных чисел с заданными характеристиками и законами распределения для каждого из элементов подсистемы в виде наработки на отказ ад,

* ~ ^» » • • • лк, 3 = 1, 2, ... , пр,

где пк - количество элементов подсистемы, образуемых в результате ее декомпозиции, ед; пр - количество реализаций алгоритма получения псевдослучайных чисел с заданным законом распределения, ед.

3. Ранжировка полученных значений наработок на отказ- -ад по степени их возрастания с целью определения первого отказавшего элемента подсистемы

к 1 ад = шп { ад >,

где к - номер первого отказавшего элемента подсистемы.

4. Реализация алгоритма получения случайного значения времени восстановления отказавшего элемента подсистемы ад.

5. От всех значений наработки на отказ отнимается значение элемента с минимальным значением данного показателя

- 21 -1+1 1+1 к ОД » - Ън^

к к к к

6. Тоб = Тоб + ^ + Тч = Тч + Ьяj ; Тв = Тв + ^в.};

7. Проверка: Тоб > Тм ?

Да- переход в п. 10. Нет: переход в п. 8.

8. Реализация алгоритма получения случайного числа с заданным законом распределения и характеристиками ¿+1).

9. Ранжировка всех значений по возрастанию с определением к-Го номера отказавшего элемента. Переход п. 4.

10. Рассчитывается среднее значение €ц по одной случайной реализации априорно установленного времени моделирования имитируемых процессов.

11. НРФ - »РФ + 1,

где Кр$ - количество фактических реализаций выемочного цикла, ед.

12. Тч - Тч - Ъц.

13. Проверка: Тч < 0 ?

Да: переход в п. 14. Нет: переход в п. 11:

14. Проверка: Нрф > Нур ?

где Нур - количество запланированных реализаций выемочного цикла в лаве, ед.

Да: переход в п. 15.

Нет: переход в п. 1.

15. Определение среднего значения Тц по данным €д, полученных по каждой из реализаций моделирования исследуемых процессов.

Таким образом данная процедура позволяет учесть случайных характер протекания во времени рабочих процессов при определении средней длительности производственного цикла с учетом надежности составляющих подсистему элементов. Зная Ец, можно легко установить нагрузку на забой, трудоемкость добычи и производительность труда ГРОЗ на выход.

Оценка эффективности процессов очистных работ. Формализация процессов, протекающих в подсистемах воспроизводства, и в первую очередь, "Очистные работы" позволила установить их временные параметры, взаимосвязь и структуру всего комплекса рабочих процессов.

В качестве основного временного параметра, где завязан весь комплекс рабочих процессов принята продолжительность производственного цикла по выемке полосы угля в очистном забое.

Для односторонней схемы работы комбайна, выполнения концевых операций способом "Косой заезд" и конвейерной доставки угля формальное описание всех рабочих процессов примет вид, в совокупности образующие длительность производственного цикла в лаве

tBOK = шах itBK; tKp; tOH) + tKOB + taa4 + tuo, (10)

где t»c - длительность собственно выемки угля комбайном на машинной части лавы, мин;

t«p - длительность передвижки секций крепи и выполнение сопутствующих ей процессов, кроме не совмещенных с работой комбайна концевых секций, мин;

toH - длительность оформления ниши для выполнения концевых операций, мин;

tKOB - длительность выполнения операций с комбайном на верхнем сопряжении с вентиляционным просеком, передвижку верхней каретки или приводной головки и т. д. , мин;

tira - время на выполнение концевых операций по способу "Косой заезд", мин.

При формализации слагаемых (10) учитывалась длительность составляющих процессов и операций, скорости их протекания, существующие ограничения и т.д. Причем формализация каждого их слагаемых проводилась для различных типов механизированных комплексов и способов выполнения рассматриваемого процесса, т. е. возможной области применения данной техники и технологии. .

Так помимо односторонней схемы работы комбайна рассмотрена и формализована челноковая и уступная схемы выемки угля в лаве комбайном. Для всех трех схем выемки рассмотрена и формализована возможность локомотивной откатки угля из-под лавы.

При формализации tKp учитывалось предельно допустимое время обнажения кровли, для определенных интервалов которого рассмотрены различные схемы передвижки крепи в лаве - последовательная, последовательно-параллельная и групповая.

Формализация работ по оформлению ниш предусматривает буровзрывной и с помощью отбойных молотков способы их подготовки, а выполнение концевых операций предполагает такие способы как "Косой заезд", перевод комбайна на новую полосу в заранее подготовленную нишу и самозарубкой комбайна в пласт.

Синтез всех формализованных слагаемых (10) дает возможность построить математическую модель подсистемы "Очистные работы", где выходным параметром является продолжительность производственного цикла в лаве, что в конечном итоге позволяет рассчитать один из главных временных параметров воспроизводства - время отработки выемочного столба. Чтобы учесть влияние неравномерности протекания во времени процессов очистных работ и надежность составляющих элементов подсистемы "Очистные работы" в

моделирующий алгоритм при его построении встраивается специальная

процедура, превращающая математическую модель в имитационную.

а) б)

Ос,т/сут 1300 г

1л, м

1л,м

100 150 200 250

г)

Тр,чел-см/1000т

60 40 20

1л,м

1л,м

-j

Рис. 2.

100 150 200 250

в) - . ных работ

афики зависимостей средних показа ¡емки от длины очистного забоя Гл, комплексом КШЗО сутд^ной добычи Ос; 6) - длительности

100 150 200 250 ателей однокомбайновой оборудованного

коэффициента машинного врем« Тр при челноковой схемах выемки угля комбайном

(3)

На рис.2 приведены зависимости среднесуточной добычи из ла-вк, средней продолжительности выемочного цикла, среднего коэффициента машинного времени комбайна и средней трудоемкости работ в очистном забое на 1000т добычи от длины лавы для различных схем выемки. В благоприятных ГГУ челноковая схема более эффективна, чем односторонняя и уступная. При прочих равных условиях среднесуточная добыча по челноковой схеме превышает добычу при односторонней на 30-90 т (рис.2,а). В то же время удлинение длины лавы со 100 до 300 м дает среденесуточный прирост добычи 420 т, а изменение вынимаемой мощности с 2,8 до 3,2 м дает увеличение добычи на 440 т при длине лавы 75 м. Среднее значение длительности выемочного цикла с увеличением длины лавы также пропорционально растет, что видно из рис. 2,6.

Коэффициент машинного времени, определяющий эффективность очистных работ, с увеличением длины лавы растет (рис.2,в), причем его количественное изменение согласуется с шахтными данными. Увеличение длины лавы со 100 до 250м дает прирост коэффицента машинного времени комбайна с 0,33 до 0,47, что ошутимо повышает эффективность выемки. Трудоемкость работ с увеличением длины лавы со

100 до 300 м снижается более чем наполовину (рис.2.г) за счет уменьшения доли концевых операций в общем объеме.

С целью ликвидации простоев, связанных с несвоевременной подготовкой ниш и повышением времени работы выемочной машины рекомендуется использовать двухкомбайновую выемку, которая дает прирост добычи до 200-350 т/сут. С этой целью формализованы процессы очистных работ и последовательность их выполнения при использовании в лаве двух комбайнов, работающих по одностронней схеме.

Для имитации на компьютере процессов очистной' выемки в двухкомбайновой лаве разработан моделирующий алгоритм, куда встроена и сама процедура статистического моделирования случайного характера рабочих процессов.

Анализ результатов показывает, что двухкомбайновая выемка повышает нагрузку на забой на 21-37%, трудоемкость снижается до 27%, а коэффициент машинного времени увеличивается на 11-15%.

Оценка эффективности очистных работ при концентрации их в пределах выемочного участка Выполненные исследования по оценке эффективности различных схем очистной выемки в одинарных лавах, позволяют в дальнейшем рассмотреть и оценить эффективность применения технологических схем при концентрации работ в пределах выемочного участка, что является одним из направлений повышения качества В0Ф на шахтах. Это связано, в первую очередь, со снижением объемов подготовительных работ. Так применение спаренных и совместно-работающих лав позволяет снизить объем подготавливающих столб выработок до 25%, а поддержание одной из них в выработанном пространстве снижает дополнительно объем проходки еще на 20-30%.

Дальнейшей ступенью концентрации очистных работ в пределах выемочного участка является применение спаренно-слоевых лав. Так при равных подготавливаемых запасах, объем проведения подготавливающих столб выработок снижается при применении технологических схем разработки длинными столбами с 9-12 до 4-6 м/1000т при применении спаренно-слоевых лав.

Особенностью применения спаренных лав является неравномерность подвигания забоев, т.е. лавы могут опережать или отставать друг относительно друга в пределах допустимых границ. На неравномерность подвигания лав помимо влияния ГГТУ оказывает воздействие и случайный характер протекания во времени рабочих процессов, также как и надежность составляющих подсистему элементов, которые учитываются при определении £ц, каждой из них.

Использование технологии выемки спаренными лавами предъявляет к их работе специфические требования из-за неравномерности подвигания, учитываемые при анализе результатов моделирования и определении параметров очистной выемки, основным из которых является длина крепи сопряжения. В результате увеличения длины крепи сопряжения с 3 до 18м резко снижается количество остановок спаренных лав из-за неравномерности их подвигания (с 42 до 9) при продолжительности выемочного цикла 90 мин (рис. 3,а,б). Наиболее рациональная длина крепи сопряжения согласно графику будет 8-12м.

а) б)

Ыос N00

90 180 270 360 90 180 2?0 360

Рис. 3. Графики зависимостей числа остановок спаренных лав Noc от длины крепи сопряжения 1кр при средних квадратических отклонениях длительности выемочного цикла, равных <5Тц1 = сзгтц2 - (а) и не-

i^TnfHfyi^B) FSliA Ш^ТгУ ВЫеМ0ЧН0Г° М

1Л 2, 3 - длительность выемочного цикла соответственно 90. 180, ^0 м^н; 4, 5, б, 7 - длина крепи сопряжения соответственно 5, 9,

Фактором, оказывающим наибольшее влияние на неравномерность подвигания спаренных лав, является среднее квадратическое отклонение длительности выемочного цикла в лавах. Так, при равных значениях <5Тц1 - (5Тц2 количество остановок лав (см. рис. 3,а,б) меньше на 32-65%, чем при6Тц1 * <5ТЦ2.

Увеличение длительности выемочного цикла при одновременном ' снижении подвигания забоев уменьшает неравномерность подвигания ; лав (рис.3,в,г). Аналогичный результат имеет место при увеличении длины крепи сопряжения. Так, увеличение длины крепи сопряжения с 3 до 18м практически устраняет простои из-за нераномерности подвигания забоев.

место при одновременной наклонными слоями или при выемочных столбов с общей границе с выработанным

- 26 -

Совместная .работа лав имеет отработке мощного ■ пласта двумя отработке на одном шахтопласте двух выработкой, поддерживаемой на пространством, но со значительным отставанием друг от друга. При этом расстояние между лавами не должно быть менее На1п и в то же время не превышало. Ншах. В первом случае минимальная граница определяется возможностью технологической подработки, а максимальная - условиями проветривания забоев, возможности самовозгорания ¡¡ласта и г. Как и в случае спаренных лав .эффективность совместно-работающих забоев определяется минимумом остановок, когда одна из лав выйдет за предельно-допустимые границы.

Дальнейшая концентрация очистных работ в пределах выемочного участка возможна при использовании технологических схем со спаренно-слоевыми лавами. В атом случае отработка каждого из двух слоев мощного пласта производится совместно-работаюшйми лавами с ограничениями на подвигание лав нижележащего слоя относительно лав вышележащего, а забоев в одном слое как спаренных лав с ограничениями на . подвигание друг относительно друга. Данная технологическая схема была успешно внедрена при разработке мощного пласта К12 на шахте им. Костенко ПО "Карагандауголь".

Математическая модель, описывающая процессы в спаренно-слое-вых лавах, где совмещены ограничения на подвигание как спаренных, так и слоевых лав. имеет вид

<

1=1 к

1«1

' дпц131 =

ДПЦ31Л

ДпцЭД

£

1=1

к £

(пцП - пЦЗО < дпц13доп

- пцН) < дпЦ31доп

3=1 дпц12иш <

^Г (nц2j - геф) < ДПЦ24ДОП ■

(пц4з - 1щ2з) < дпц42доп

Л=1

(11)

ДпЦ34*ах

где к и

<

1=1 £

1-1

ПЦ121

ПЦ341

¿Г (пцН - пц20 < дпц12доп

1-1 _к_

1=1

(пцЗ! - пц41) < ДПЦ34ДОП

т - количество суток, в течение которых подвигание 1-й (пцН) и 3-й (пцЗО, 2-й (пц20 и 2-й (пц41) спаренных лав друг относительно друга находятся на расстоянии в допустимых пределах д пц13доп, дпц24доп, сут;

дпщ;;, дпцз4 - фактическое отставание лав ьетгнргп и нижг^гл

слоев. 1-й и 2-й, а также 3-й и 4-й относительно друг друга в циклах; дпи12ш1п, дпц34тах - минимальное и максимальное расстояния между слоевыми лавами; пщ, пц! - подвигание соответствующих лав соответственно за 1-е и л-е сутки в циклах.

Результаты моделирования процессов выемки пласта спарен-но-слоевыми лавами приведены в табл.1.

Таблица 1.

Оценю эффективности отработки пласта спаренно-слоевыми лавами

Средне-с^точ- скорость подвигания спарен-но-сло-евых лав 7л, м/сут Среднее квадратическое отклонение скорости подвигания спаренно-слоевых лав, м/сут Количество остановок спаренно-слоевых лав к Длительность простоя лавы тпс, сут

(57л1 67л2 67лЗ 67л4 1-я 2-я 1-я из-за 3-й 1-я 2-я 1-я из-за 3-й

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 13

1 0,3 0,3 0,3 0,3 0 0 0 0 0 0

0,3 0,6 0,3 0,6 1 1 2 1,9 1.7 0,6

^ 1,2 1,2 .1,2 1.2 1 2 3 1,8 3,4 1.7

2,2 1,2 •2,2 1.2 3 4 5 5,4 6,1 2,3

5 2,4 2,4 2,4 2,4 4 3 4 6,3 5,1 2,1

3,9 2,4 3,9 2,4 6 7 7 10,1 12,2 4,6

7 3,1 3,1 3,1 3,1 8 6 - б 14,5 13,9 4,2

5,8 3,1 5,8 3,1 10 12 10 19,3 22,7 6,4

9 4,3 4,3 4,3 4,3 12 13 10 23,1 24,2 6,7

7,8 4,3 7,8 4,3 18 20 16 37,5 39,7 9,9

Влияние параметров технологии очистной выемки на

неравномерность подвигания и надежность работы спаренных лав (1-й и 3-й, 2-й и 4-й лав) аналогично рассмотренному выше. В то же

время, при увеличении максимально допустимого расстояния между слоевыми лавами в пределах которого наблюдается их нормальная работа, количество остановок каждой из них снижается. Основным параметром, влияющим на неравномерность подвигания слоевых лав, является среднее квадратическое отклонение длительности производственного цикла очистных забоев, значительно меньшее влияние оказывает его среднее значение. Количественная оценка эффективности работы спаренно-слоевых лав при различных значениях исследуемых параметров приведена в диссертации.

Таким образом, модели имитирующие процессы очистных работ в одинарных лавах учитывают неравномерность их протекания внутри производственного цикла и надежность элементов подсистемы, средняя длительность которого является основой для расчета суточ-

ного подвигания, нагрузки на забой и временник параметров отработки выемочных полей.

Повышение эффективности ВОТ путем концентрации работ в пределах выемочного участка с приведенными выше технологическими схемами, требует учета неравномерности подвигания уже самих забоев друг относительно друга Разработанные о этой целью модели спаренных, совместно-работающих, спаренно-слоевых лав и других схем, имитируя протекание процессов, позволяют оценить и достоверно установить временные параметры отработки столбов, для качественной ПОФ на шахте.

Оценка эффективности процессов горно-проходческих работ. Подсистема "Горно-проходческие работы" является основной системы "Воспроизводство очистного фронта" т. к. только о их развитием появляется возможность осуществления других, сопутствующих проведению оконтуривающих столб выработок, работ таких как дегазация и монтаж оборудования комплекса

Анализ технологических схем .проведения подготавливающих столб выработок показывает, что наиболее применяемой на шахтах ПО "Карагандауголь" схемой является следующая: проходческий комбайн - скребковый конвейер - рельсовый путь (магистральный конвейер) -лебедка Комбайновый парк объединения почти полностью состоит из машин семейства ГПК и 4ПП-2.

Рассмотрено и формализовано протекание во времени рабочих процессов подсистемы "Горно-проходческие работы", установлена структура их взаимосвязи, произведена ее декомпозиция и построена математическая модель. Собраны и обработаны многочисленные статистические данные по затратам времени на проведение различных типов выработок, по процессам проходческого цикла, характеристикам надежности элементов подсистемы и т.д. , позволяющие как задавать достоверные исходные данные, так и верифицировать модель по конечным ее результатам.

Основным процессом проходческого цикла в забое является его обработка исполнительным органом комбайна и, поэтому весьма важным становится оценка дан'ного параметра ва^времени. С этой целью рассмотрены возможные способы обработки забоя как трапеци-, едального, так и арочного сечения выработок и на основании формализации ОСТ 12.44.197-81 для каждой из схем была определена скорость подачи исполнительного органа и время обработки забоя.

Так для трапециедального сечения забоя при его обработке горизонтальными резами

Мл

Тоз - Ъзк + 1_коа / 7п + пп Ьпер! / 60 + Ьвк, (12)

где Ъзк - длительность набуриканин колонки ь забой на первоначальном ¿тал* его обработки, мин; Нл

1лоз - (1лч - 21V + Е>раз), (13)

1=1

где Нл - количество резов исполнительным органом комбайна при обработке забоя, ед;

Нл = Ьв / Браз, (3 4)

где 1ш - высота выработки, мм;

Орав - диаметр разрушения забоя коронкой органа, мм;

1лч - ширина выработки по его почве, мм;

V - йраз / Ьеы , (15)

где оС - угол наклона боковой стенки выработки относительно его почвы, град. ; пп - множитель, определяющий количество переключений гидросистемы комбайна, ед;

Ьпер1 - длительность перерыва в разрушении забоя при переводе коронки комбайна с 1-й прямолинейной линии оезания на 1+1, с;

Ъвк - длительность обработки сечения водоотливной канавки, мин.

Такая же формализация с последующим построением математической модели произведена для семи схем обработки забоя тралециедального и восьми - арочного сечения.

Длительность проходческого цикла определяется из следующего выражения, считая , ■ что все доставочные работы производятся в ремонтную смену

Тпц = Тоз + Ткр + Тврк, (36)

где Ткр - длительность установки 1 рамы постоянной крепи с затяжкой кровли и боков выработки, мин;

Тврк - длительность установки временной крепи и ее приведение в исходное положение после обработки забоя, мин.

Вол три основных процесса проходческого цикла характеризуются случайностью протекания во времени, поэтому при построении имитационной модели проведения выработки в алгоритм была встроена известная процедура.

На рис. 4 представлены результаты моделирования процессов проходческого цикла в забое, оборудованном комбайном ГПК. Наиболее значительное влияние на конечные показатели проходки оказывает плотность установки крепи, т. к. в проходческом цикле доля мени на установку 1 рамы составляет до 60?. в общем объема. Так. изменение плотности с 0,66 до 1,33 рам/м снижает подьигание у«боя с 14,7 до 5,5 м/сут при увеличении вррм»-ни проходческого цикла с 26 до 43 мин (рис. 4,ч).

Б свою очередь изменение крепости пород о Г до 6 снижает скорость подачи исполнительного оргнна <• 3,9 до 1,1 м/мин (рис.4,6), а тгодвигание забоя о 12,1 до 3,0 м/сут. Производительность труда проходчиков на выход падает на О,Г м/внх., а трудоемкость растет на 0,12 чел-ем/м.

П, м/сут Т.мин 14,5-20,5 [ П 10,01- 16,Г. •■

П. м/сут VII, м/мин

5,5-1?,5- Т.

г

0,66 1,00 1,33

О

4

б

в)

П, м/сут Т.мин 10.7p46.gf' п 10,0 - 43,5 ■ 9,3-40,1- -,

г)

П,м/сут км 10,3 - 0,18 -1.0,?.-0,17- г 9,61-0,1(5- км

Тно,час

З.кв. м

X

10.fi 12,7 55,4

20 40 00

Рис.4, графики зависимостей средних показателей суточного, подвиг, гания и надежности проходческого забоя, оснащенного комбайном ГПК от: а) плотности установки рам крепи: б) крепости разрушаемых пород: в) сечения забоя: г! изменения впемени наработки на отказ комбайна.

Аналогичное влияние на конечные показатели проходки оказывают размеры ее сечения, где факторами увеличивающими длительность цикла являются увеличение времени обработки забоя и времени на установку крепи более тяжелого типа, показанные на рис. 4,в.

На показатели проходки влияют и показатели надежности составляющих элементов подсистемы, представленные на рис. 4,г. Так, изменение наработки на отказ комбайна с "0 до АО часов дает прирост коэффициентов машинного времени на 0,02, готовности подсистемы - на 0,05, а комбайна - на 0,06.

При разработке ГПРШ, варьируя исходными горно-геологическими и техническими факторами, находят вариант, отвечающий требованиям качественной подготовки забоя.

Оценка эффективности монтажных работ. Монтажные работы, являясь составной частью Е0Ф, характеризуются продолжительностью и жесткой взаимосвязью с другими подсистемами, отклонение но времени выполнения которых во многих случаях приводит к несвоевременной подготовке очистных забоев и значительному экономическому ущербу.

Формализация процессов подсистемы "Монтажные работы" производилась на основе разработанных в УСШМ ПО "Карагандауголь" технологических схем., синтезированных и» различных применяемых н бассейне способов ведения монтажа оборудования 0МК. Степень разборки комплексов при доставке в монтажную камеру определяется их конструктивными особенностями и подразделяются на три группы:

1. Всех типов с вынимаемой мощностью до 2 м (Донбасс, КМК97, 1КШ03, КМ87, 1МКМ), спускаемые в шахту и доставляемые к месту монтажа без какой-либо разборки секций крепи;

2. Всех типов, используемых для выемки пластов более 2 м (2МКЭ, МК-75 и т. д.), с частичной разборкой при спуске в шахту;

3. Поддерживаюеде-оградительного типа (КМВ1 , КШЗО), не имеющие основания, для выемки пластов мощностью 2,2-3,2 м,а также "Пиома", "Глиник", 2-30КП70 с полной разборкой секций крепи.

Технология монтажа оборудования очистного комплекса определяется порядком и последовательностью выполнения рабочих процессов и операций, степенью их совмещенности, взаимоувязанностью во времени и пространстве монтажной камеры и достаточных выработок. Применение той или иной технологии монтажных работ обусловлено конкретными условиями работ, типом применяемого оборудования и средств механизации.

Мэнтаж оборудования комплекса (комбайна, секций крепи, конвейера, крепи сопряжения), производится в основном монтажными лебедками. Секции крепи 1 и 2 группы, т. е. имеющие общее основание монтируются двумя лебедками типа ЛПК и ЛДЦ, установленными в монтажной камере. Масса секций крепи М130, "Пиома" и др. превышает 5-7 т и для их монтажа используют различного рода краны и станки поставляемые заводом-изготовителем вместе с крепью.

Общим при формализации процессов монтажа всех типов ОМК является время подготовки к монтажным работам

Тпф - вах Шдо; &Пфк>, (17)

где Ьпкр - продолжительность подготовки к /доставочным работам по прилегающим к камере выработкам, сут; ишрк - длительность подготовки к монтажным работам в камере, сут;

Ъпдр = вах 1Ьпж Ьопй, (18)

где Ълхх - продолжительность доставки лебедок-По выработкам, их установки и подключения, устройство настила и различного рода дорог, сут; , „ Ъонм - время на спуск и доставку начального количества секций, обеспечивающих начало монтажных работ," сует;

Общая продолжительность монтажных работ определяется

Тмр - Тпмр + вах {Тырк; Тмрпв}, (19)

где Тырк - длительность монтажных работ в камере, сут;

Тмрпв - длительность монтажа оборудования в прилегающих к камере выработках, сут.

Математическая модель, с помощью которой модно прогнозировать продолжительность монтажных работ оборудования ОМК П-ой монтажной группы (2МКЭ, МК75 и др.), секции которых спускаются в шахту в частично разобранном виде, представлена выражением

- 32 -

Тмрс - Тлю + кос {Ъвмг; Ьвшг> + Ьшж. +

+ тЙАЬк; Ыгс; (Ывпг + £кц)1 + (20)

+ шах^Ыэо; Ьку; Ьед> + ягхОжк, Ьтй. где Ъвмг - продолжительность монтажа временной гидромагистрали для подсоединения и распора монтируемых секций крепи и соединения рам конвейера, час.

Ь«с - продолжительность монтажа конвейерного става, час;

Ьшпг - продолжительность монтажа верхней приводной головки забойного конвейера, час;

Ьск - продолжительность монтажа секций крепи, час;

Ъмк - продолжительность монтажа комбайна, час;

Ынпг - продолжительность монтажа нижней приводной головки, час;

- продолжительность натяжки цепи лавного конвейера, включающая доставку, укладку верхней цепи на рештаки, соединение нижней и верхней ветвей с последующим укорачиванием,. час. ;

Ьмгс - .продолжительность монтажа гидросистемы комплекса,

включающая замену временной маслостанции и гидроразводки на постоянную, замену отдельных высоконапорных рукавов и труб, наладку маслостанции и тарировку давления в системе, час. Сюда можно отнести и работы по установке резервуара для перекачки эмульсии из передвижного контейнера в маслостанцию;

ивсу - длительность монтажа кабелеукладчика, час;

Ыэо - продолжительность монтажа электрооборудования распределительного пункта или энергопоезда, включающего две маслостанции, установку для пылеподавления типа НУМС и электрическую аппаратуру станции управления всем очистным комплексом, час;

Ьтя - продолжительность монтажа освещения в лаве и автоматической говорящей связи, час;

Ыксн - продолжительность монтажа крепи сопряжения зависит от применяемого типа (Т6К, М31С и др.), час. Штрековые секции крепи ТбК монтируются аналогично секциям крепи ОКП, а М31С - 2М81Э;

Ъддо - продолжительность демонтажа средств механизации дос-тавочных и монтажных работ, час.

Ьюк - продолжительность наладки и опробования оборудования, час.

.Монтаж секций .осуществляется, как правило, снизу вверх, а при расположении камеры по падению пласта может производиться со стороны как конвейерного, так и вентиляционного ходков.

При таком направлении монтажа секций крепи вначале производится монтаж крепи сопряжения и нижней приводной головки забойного конвейера, далее доставляют части комбайна на место сборки и начинают монтаж секций крепи, после окончания которых производится монтаж комбайна и другого оборудования.

Аналогично формализованы все процессы монтажных работ для мехкомплексов 1 и Ш группы, причем для последней также и процессы сборки секций в единое целое (КМ81, КМ130, "Пиома") на комплектовочной площадке или в сборочной камере. Построенные математические модели, позволяют однозначно, но не достаточно точно оценить длительность монтажных работ, как одной из подсистем ВОФ.

Чтобы повысить точность моделей при построении моделирующего алгоритма встраивается известная процедура, позволяющая учесть надежность составляющих элементов подсистемы и неравномерность протекания во времени процессов монтажа. Однако алгоритм моделирования подсистемы "Монтажные работы" имеет свои особенности. Так, наличие большого количества элементов оборудования монтируемого QMK обусловило множество рабочих процессов и операций, которые необходимо имитировать, что потребовало введения технологического порога на учет неравномерности и динамики каждого из них в процессе моделирования.

С этой целью, чтобы сократить количество относительно незначимых по уровню неравномерности протекания во времени процессов и операций устанавливается порог вариаций (до 10%), ниже которого случайность присущая данному процессу не учитывается. Таким образом размерность модели снижается на 60-70%, и она становится более простой и управляемой. При разработке моделирующего алгоритма в процессы и операции, уровень вариации которых превышал установленный порог, встраивалась процедура статистического моделирования и учитывалась надежность составляющих элементов подсистемы в соответсвии с произведенной декомпозицией.

Результаты моделирования процессов монтажа ОМК КМГ представлены на рис. 5. Так, время монтажа комбайна Тк и крепи сопряжения Ткс остается постоянным, что показано на рис. 5,а. Все остальные выходные переменные модели с увеличением длины монтируемого комплекса со 100 до 170м растут. Наиболее значительно изменяется общее время монтажа Тоб с 24 до 28,7 суток", также как и секций крепи Тек с 5,2 до 9,6 сут. Обиря длительность монтажа оборудования в камере Тме увеличивается с 10,3 до 18,0 суток.

а)

Тоб,сут Т.сут

б)

Тпм,сут

Тоб,сут

27 - 15 - 10 ■ 28 -

26 - 8 ' 8 ,, г ' - 27 -

25 - 1 1 1 - 6 -— 1л,м 1 1 - 26-

Ьд,м

100 125 150 175 300 600 900 1200

Рис. 5. Графики зависимостей длительности монтажа оборудования и в целом ОМК типа КмТ от длины лавы 1л (а) и продолжительности подготовки к доставочным работам от длины доставки (б). 1 -комбайн, 2 - крепь сопряжения, 3 - секции крепи, 4 - конвейер, 5 - общее время монтажа

Длина доставки оборудования в монтажную камеру оказывает заметное влияние (рис.5,6) на время подготовки к достаточным работам Тпы и общее время монтажа. Так, изменение 1_д с 300 до 1100м увеличивает время подготовки с 6,8 до 9,6 суток, а обвдэе время монтажа - с 26,3 до 28,7 суток.

При разработке ГПРШ на модели можно прогнозировать продолжительность монтажных работ как отдельного оборудования, так и всего комплекса в целом. Подготовив исходные данные и план эксперимента на модели, можно получить такой вариант ведения монтажных работ, который отвечал бы требованиям качественного ВОФ на шахте.

Оценка эффективности работ по дегазации пласта. Требованию качественной и своевременной подготовки новых выемочных столбов сопутствует не менее жесткое требование обеспечения безопасности ведения очистных и других работ как по газовому режиму выработок, так и по внезапным выбросам угля и газа Кроме того, нагрузка по газовому фактору, не должна быть ограничением для подготавливаемого очистного забоя, где данный показатель рассчитывается по утвержденным нормативам или другой методике.

Отличительной особенностью предварительной дегазации являются необходимость длительного и непрерывного каптажа метана, определяемого руководствами по дегазации и проектированию вентиляций угольных шахт, а целесообразность ее проведения устанавливается на основе предлагаемых ими расчетов и рекомендаций.

Чтобы построить модель подсистемы "Дегазационные работы", были формализированы расчеты по определению относительной метано-обильности выемочного столба, представляющей суммарное метановы-деление из разрабатываемого, надрабатываемых и подрабатываемых пластов, а также из вмещзкщих пород. После чего можно формализовать абсолютную метанообильность выемочного участка и проверить целесообразность проведения предварительной дегазации.

Формализовав максимальное количество воздуха подаваемого в очистной забой, в зависимости от применяемой схемы проветривания, определяется коэффициент необходимой дегазации, позволяющий рассчитать время каптажа метана из выемочного столба без учета продолжительности буровых и сопутствующих им монтажных работ. Неучет их в нормативных документах и руководствах, с присущей любому рабочему процессу неравномерностью протекания во времени, приводит к значительным отклонениям в прогнозе длительности предварительной дегазации, и, как следствие, к некачественной -»дготовке очистного забоя.

Основным параметром подсистемы "Дегазационные работы" является их длительность, которая помимо непосредственного каптажа метана включает продолжительность бурения скважин, а в случае необходимости и скважин гидроразрыва, их герметизацию и подключение к участковому газопроводу.

Длительность буровых работ определяется продолжительностью бурового цикла на одну скважину

Тбс - Тис + Тбсс + Тпп + Тире, (21)

где Тпс - продолжительность подготовки станка к работе,мин;

Тбсс - длительность бурения скважины, мин;

Тпп - длительность перевода станка в положение для переброски, мин;

Тирс - продолжительность переброски станка на место бурения следующей скважины, мин.

Формализуя процессы и составляющие их операции (21), и прежде всего Тбос, можно сформировать соотвествующие им математические модели. Так, длительность одной из составляющих Тбсс операций - забуривание скважины снарядом, может быть представлена моделью к (1к+1от)/1х

taaö - пах { ! (lxi / Vrra + tar + tor +

i-1

(1к+1от)/1тр

+ lxi / Vrai + tarn + tpr); tornj} + (22)

J-l

(1к+1от)/1тр

+ —Г=-" (tocBj + tHij + tncBj + tnej), j=l

где 1тр - длина одной штанги бурового става, м ; ход шпинделя станка СБГ-Im, м; скорость подачи бурового става вперед и назад, м/мин;

длительность зажима и разлития бурового става гидрозахватом, мин;

длительность зажима и разжатия става гидравлическим и ручным патронами, мин;

длительность свертывания и навертывания сальника-вертлюга на буровой став, мин; длительность наращивания бурового става на одну j-ую штангу, мин;

tornj - продолжительность осмотра,очистки и смазывания ленточной резьбы j-ой штанги бурового става, мин;

tncj - длительность промывки скважины (1-2 мин) после наращивания очередной пгганги,мин.

Аналогичным образом были формализованы процессы и операции в

выражении (21), И тогда общие затраты времени на длительность

ведения работ по дегазации подготавливаемого столба составят

Lct/Rk Lct/Кд ain

Тд - аах f T6cci; TmtJ> + Тик , (23)

i-1 j-l где Leap - длина подготавливаемого выемочного столба, м;

Нд - расчетное расстояние между скважинами, м;

lx -

Vim, Vim -

tar, tor

tpr, tarn -

tocB, tisoa -

tHTj -

- 35 -

Ticrj - длительность установки задвижки на герметизатор, водоотделителя и подсоединения j-й скважины к участковому газопроводу, мин; так - минимальное время непосредственного каптажа метана из скважины, мин.

Чтобы учесть каптаж метана из подсоединенных к газопроводу скважин уже в процессе ведения горных работ выражение (23) корректируется на специальный коэффициент.

В качестве основных параметров при моделировании буровых и монтажных работ приняты продолжительность непосредственного каптажа метана из скважин, переходящая из первой части алгоритма, где формализованы все требования руководств по дегазации и проектированию вентиляции угольных шахт, частота бурения сети скважин и составляющие слагаемые выражения (21). Построенный моделирующий алгоритм, реализует логическую последовательность и взаимодействие буровых и монтажных процессов дегазационных работ с учетом динамики их протекания во времени и надежности составляющих подсистему элементов, установленных в результате ее декомпозиции.

Апробация разработанной модели производилась на конкретном подготавливаемом столбе ' 26К12-1с шахты "Стахановская" ПО "КараГандауголь" и показала высокую степень адекватности фактическим параметрам выемочного участка. Результаты моделирования, представленные на рис.6 показывают, что основными факторами, влияющими на продолжительность предварительной дегазации, ранжируя по степени убывания, являются геометрические размеры выемочного участка, такие как длина лавы и самого столба, а среди природных факторов - природная метаноносность пласта и выход летучих веществ.

Длина выемочного столба оказывает непосредственное влияние на увеличение объема бурения скважин и монтажных работ при постоянном сроке непосредственного каптажа метана из скважин, что показано на рис.6,а. При этом существенную роль играет длина лавы. Так, при изменении длины столба с 400 до 1200м при длине лавы 1л=100м, дает увеличение времени предварительной дегазации Тд со 193 до 255 суток, а при Lb-200m с 290 до 562 суток, что объясняется ростом объема буромонтажных работ и времени непосредственного каптажа метана из скважин.

Также значительно влияние на Тд природной метаноноеностй пласта Хд. Увеличение длительности дегазации для 1л=100м при изменении Хх от 10 до 30 куб. м/т составляет всего 26 суток, а в лаве 1л=200м - 115 суток, что показано на рис. 6,6.

а)

Тд,сут

б)

Тд.сут

Хд,м"

Хд,м3/т

100

150

Рис. 6. Графики зависимостей продолжительности

30

_ _ ______ведения работ по

предварительной дегазации подготавливаемого к выемке столба от: длины столба (а) при Сл - уаг; природной метаноносности пласта (б) при Ьл - таг; длины лавы'(в) при Хд - уаг; природной метаноносности пласта (г) при V - уаг.

Влияние изменения, длины лавы на продолжительность Тд с учетом вынимаемой мощности пласта, представленное на рис. 6,в, а степень влияния Хд совместно с изменением процентного содержания выхода летучих веществ У*^ показано на рис. б,г. Так, изменение Хд с 10 до 30 куб. м/т дает прирост времени Тд при V(1а^=14% с 216 до 273 суток. В то же время изменение У<1аГ до 42% дает прирост 73 суток, что незначительно превышает вариант с

Если полученное значение времени предварительной дегазации не удовлетворяет требованиям качественной подготовки нового забоя, то в программе предусмотрена возможность применения гидроразрыва пласта, что снижает время непосредственного каптажа метана, при последующей дегазации столба

Таким образом, разработанный комплекс моделей позволяет с высокой степенью адекватности прогнозировать развитие во времени процессов как отработки запасов находящегося в эксплуатации столба, так и подготовки нового, обеспечив тем самым эффективное восстановление очистной линии лишь одного забоя. Однако добиться той же цели в пределах всего угледобывающего предприятия возможно только на основе КПлРГР, объединяющих отработку и подготовку всех забоев, с учетом основных требований и ограничений развития основных звеньев угледобычи шахты.

Календарные планы в проектах новых горизонтов и вахт. КПлРГР, разрабатываемые в проектах новых горизонтов, представляют

ту основу на

которой должны строиться ГПРШ. Планы в проектах Должны обеспечить преемственность принятых решений в годовой программе шахты с последующей их корректировкой при ее реализации. Многие недостатки присущие традиционно ручным методам построения ИЫРГР могут быть устранены, если автоматизировать весь процесс их формирования на компьютерной основе в виде пакета программ. Имеющееся при этом существенное снижение трудоемкости позволит значительно увеличить количество вариантов, т.е. перейти к их оптимизации, качество разрабатываемых проектов.

Задачи пакета программ по автоматизированному построению КШРГР на компьютерной основе в проектах новых горизонтов и шахт представлены на рис. 7. Прежде всего был создан комплекс программ по вводу в компьютер графической информации с первичных геологических планов с последующим ее отображением на графопостроителе автоматизированному раскрою шахтопластов на выемочные столбы! подсчету балансовых и промышленных запасов, их потерь и проектной мощности горизонта

рассматриваемых повысить точность и

ППП КПРГР

Комплексы программ по

1 '1.....

раскрою шахтопластов

решаемые задачи

1* £Р,2д в компьютер и вывод графической

инд

Грс

зрмации на ропостроителе

Р|с£рой шахтопластов на выемочные столбы

а ?2йЯ,чет балансовых,

иРЖ$1ННЫХ Зап^6в

4- проектной

мощности шахты

С

построению перспективных календарных планов

решаемые задачи

1. Определение порядка отработки шахтопластов

2. Расчет максимально допустимого количества очистных забоев по шахтопластам

3. Определение количества действующих очистных забоев по шахтопластам

4. Расчет последовательности и очередности ввода в эксплуатацию выемочных столбов по шахтопластам

5. Соотнесение запасов шахтопластов по годам эксплуатации горизонта и его графическое изображение

6. Расчет годовых объемов горн. ходческих работ и других

Выходные формы КПРГР

Рис. 7. Структура задач пакета КПРГР Вторая часть пакета КПРГР потребовала разработки методов автоматизированного проектирования более сложных задач, где учи-

тываются ограничения и условия развития всей шахты. К ним относятся: определение порядка отработки шахтопластов нового горизонта с учетом их группирования и обеспечения безопасности ведения горных работ на пластах опасных по внезапным выбросам угля и газа; определение количества действующих очистных забоев по каждому шахтопласту; нумерация выемочных столбов и определение последовательности ввода их в эксплуатацию; соотнесение запасов выемочных полей по годам эксплуатации горизонта

Исходя из требований норм технологического проектирования и руководства по борьбе с внезапными выбросами угля и газа, была формализована последовательность выбора порядка отработки шахтопластов нового горизонта с учетом: а) группирования пластов в свите; б) использования невыбросоопасных пластов в качестве защитных, а в группе пластов - двойной защиты; в) технологической подработки одного пласта другим как в группе, так и одиночного пласта

Разработанный алгоритм при его реализации показал высокую степень адекватности решениям принимаемым проектировщиками в процессе оформления горной части проекта

Расчет количества действующих очистных забоев по шахте подразделяется на две тесно связанные между собой задачи. Первая включает определение максимально-допустимого количества очистных забоев по каждому из шахтопластов, исходя из ограничений по фактору вентиляции и транспорта Так

Но§£ = Bin OileHk; Нтр£>, (24)

где нИнк - максимально возможное количество очистных забоев на k-ом пласте по фактору вентиляции, ед;

- то же по транспорту, ед.

Вторая задача включает определение количества действующих очистных забоев, где первым условием становится обеспечение проектной мощности предприятия с одновременным установлением количества пластов находящихся в работе, в соответствии с принятым порядком их отработки, а также выполнения установленного уровня зольности по шахте и равномерности отработки запасов.

Так, если количество пластов принятых к первоначальной

отработке равно двум ,

вах вах

Hioa loa Н2оа 2оз в

прд ( : 0ян1 + ^ ! 0лн1 ) > 0,9 Огд, (25)

i=l i=l где прд - количество рабочих дней предприятия в году, сут;

Олн? - нагрузка на i-очистной аабой по 1-му принятому к отработке пласту, т/сут;

&

- ТО № по Г-му пласту. т/сут;

в

{уд - годовой объем добычи по шахте или гориаонту из очистных и подготовительных забоев, т; 0,9 - коэффициент учитывающий добычу из подготовительных забоев.

Условие непревышения средневзвешенной зольности разрабатываемых пластов установленному нормативу определяется выражением

ыГо! 1оз 1ф н5оз Еоз 2ф Qshí Asi + ЗП Олк! Аз! i-i i-i па

--:- < Аз . (26)

К^аз loa кВоз 2оз 1>"~1 qhhí + qhhí

i=l i-1

- фактическая зольность i-ro забоя по 1-му принятому к отработке пласту, %;

- тоже по 2-му пласту, %;

- проектный уровень зольности по шахте, X.

Если условия (25-26) выполняются, то производится проверка

на равномерность отработки запасов пластов

[(£в + ¿1,3 - [(£! + £§ )3 < ¿то . (27)

где 8"в, Sв - удельный вес времени отработки 1-го и 2-го пласта ^ . . в общем сроке службы горизонта, доли ед..;

В а, 8.а - то же запасов, доли ед.; дТо заданная предельно-допустимая неравномероность

отработки запасов пласта по отношению к запасам горизонта, доли ед.

В случае невыполнения условия (27) производится корректировка годовой добычи с шахтопластов, путем изменения либо нагрузок на забой, либо самого их количества после чего окончательно принимается действующее количество очистных забоев по шахте.

Формализация процесса выбора последовательности и очередности вовлечения в отработку выемочных столбов начинается с их нумерации, где заложена следующая информация: а) номер пласта в соответствии с принятым порядком их отработки; б) симметричность пласта; в) схема подготовки пласта; г.) порядок отработки столбов; д) нумерация слоев мощного пласта; е) собственно номер столба; ж.) координаты столба для определения границ подработки, защищенных зон на опасных пластах., границ пожароопасных зон на сближенных пластах.

При выборе последовательности ввода в эксплуатацию столбов учитываются следующие условия и ограничения: а) объема суточной добычи горной массы по горизонту с учетом необходимого резерва

1.2 Аз

где

aII

.ГШ

Аз

мощности регламентируемого ЛБ и ГТГЭ; б) непревышение границ минимума и максимума средней зольности по горизонту с целью исключения отработки в первую о^редь низкозольных пластов.

Разработаны алгоритмы, которые реализованы в выборе последовательности и очередности ввода в эксплуатацию выемочных столбов на пластах одиночных, входящих в группу пластов, и входящих в группу, где учитывается возможность технологической подработки вышележащего пласта, а также их пожаро- и выбросоопаскость.

На рис. 8 показан раскроенный на компьютере календарный план отработки пласта К7 в проекте нового горизонта шахты "Карагандинская" ГО "Карагандауголь".

Чтобы завершить построение календарного плана необходимо разнести запасы выемочных полей пластов горизонта по годам его эксплуатации. Для этого разработан алгоритм, позволяющий в соответствии с принятой последовательностью ввода выемочных столбов и формализованной процедурой соотнести их запасы путем набора определенного объема на каждый планируемый период. Конечные результаты • отображаются графопостроителем на планах горных работ и в виде двух таблиц, прикладываемых к горной части проекта

. Построение календарных планов в ПНГиШ основано на нормативной информации, которая, как правило, неформализована и, с этой целью были разработаны программы по определению: а) типа мехкомплекса; б) нормативной нагрузки на забой; в) месячных темпов проходки; г) длительности монтажных и дегазационных работ; д) объемов проведения выработок для различных технологических схем разработки пластов и т. д.

Пакет КПРГР включает более ста программ и подпрограмм, описание которых, последовательность и взаимодействие,, а также запуск пакета на компьютере приведено в работе.

Календарные планы в годовой программе вахты. Годовая программа развития шахты регламентирует всю ПХД предприятия на планируемый период, главным назначением которой является качественное ВОФ. По своей структуре пакет ГПРГРШ является календарным планом, в котором устанавливается оптимальная последовательность ввода в работу выемочных столбов и календарные сроки их отработки и подготовки. Детальный анализ разработки ГПРШ позволил установить и обосновать задачи ее автоматизированного построения на компьютере.

Чтобы обеспечить преемственность и взаимосвязь между пакетами КПРГР и ГПРГРШ в последний была также включена задача по обеспечению между ними обратной связи, путем корректировки раскроя шахтопластов на выемочные столбы в первом пакете в соответствии с действительным пространственным положением очистных и подготовительных забоев перед началом составления окончательного варианта ТОРИ

Для обеспечения достоверного прогноза временных параметров очистного фронта в ГПРШ и, в частности, отработки выемочных столбов, на основании ЦПТ разработана модель позволяющая определить среднюю длительность его отработки, формализованная ■ запись которой имеет вид

с

Тст = 0: ё (£ки + СГОД) , (28)

Р1 1-1

где пу - количество участков с относительно одинаковыми условиями очистной выемки, на которые разбит выемочный столб, ед. ;

пц - количество очистных циклов по выемке при отработке столба, ед.;

€цЦ - средняя длительность 1-го выемочного цикла в лаве на ^м участке столба, мин.; - среднее квадратическое отклонение длительности выемочного цикла на Д-м участке столба, мин.

ЦПТ регламентируя определение среднего времени отработки столба как сумму времен отдельных значений выемочных циклов, также представляет и среднее квадратическое отклонение этой величины. В то же время вследствие нормальности распределения длительности цикла отклонения могут располагаться по обе стороны относительно среднего, т. е. могут с одинаковой вероятностью в каждом конкретном случае как увеличивать, так и уменьшать величину цикла, что учтено в модели. Извлекая равномерно распределенное число, принимают для <оЬц знак "+", если оно находится в интервале от 0 до 0,5, и "-", если извлеченное число более чем 0,5. Для построения имитационной модели разработан алгоритм, показавший при реализации достаточно высокую точность.

Проектирование замещаемых выемочных столбов и соответствующих им объемов подготовительных выработок по каждому пласту производится путем задания координат выемочных столбов на неотработанных участках пласта, в соответствии с утвержденой инструкцией по согласованию и утверждению планов развития горных работ. Нагрузки на проектируемые выемочные столбы определяются применяемым типом комплекса по утвержденным нормативам,

рекомендациям бассейновых НИИ или по приведенной ранее программной продукции, в соответствии с принятой технологической схемой разработки пласта.

Определение максимально допустимого количества очистных забоев по каждому пласту в ГПРШ изменено по сравнению с пакетом КПРГР, вследствие наличия на каждом из них действующих очистных и подготовительных забоев с определенной топологией связывающих их выработок.

Если переход из отработанного столба во вновь подготавливаемый осуществляется на одном и том же пласте, то количество их считается неизменным. Если по пласту вводится дополнительный очистной забой, то максимально допустимое на нем дополнительное

количество забоев определится из выражения , «ах шт поз оз ппз га оз

Нвенк - (Ов - 2Юв1 - ОД ) / (куд Ов ), (29)

1=1 3=1

где (¿в - количество воздуха подаваемого на весь шахтопласт, куб. м/мин;

количество воздуха подаваемого в 1-й очистной забой, действующий на момент пуска в эксплуатацию первого из подготавливаемых забоев, куб. м/мин; (1 = 1,2.....поа);

Ов? - количество воздуха подаваемого в ¿-й подготовительный забой по пласту, куб. м/мин; 'и = 1, 2, ... , ппв);

оз

Ов - среднее количество воздуха, обеспечивающее принятую нагрузку на один очистной забой, куб. м/мин;

куд - коэффициент, учитывающий различные потери воздуха, в т. ч. на аэродинамическое сопротивление выработок, доли. ед.

Так как топология сети выработок известна, то при расчете пропускной способности магистральных откаточных выработок • необходимо учитывать схему грузопотоков по пласту и надежность имеющих место разветвленных звеньев сборной конвейерной линии. Для решения этой задачи в пакете разработан алгоритм, позволяющий на основе произведенной ранее программной продукции автоматизировать этот процесс. 'Полученное значение в дальнейшем сравнивается с. максимальным значением по фактору вентиляции, из которых для последующих расчетов выбирается минимальное.

В отличие от пакета КПРГР при разработке годовой программы определение количества действующих очистных забоев по пласту значительно упрощается и сводится к проверке непревышения 'максимально допустимой численности забоев при вводе дополнительных забоев по данному пласту. Вводимый забой должен удовлетворять требованию непревышения средневзвешенной зольности всей

совокупности лав по пласту и в целом по шахте, а объем добычи с пласта - условию равномерности отработки запасов.

В отличие от выбора последовательности ввода в работу очистных забоев в пакете КПРГР данная процедура при разработке ГПРШ имеет следующие особенности, которые были учтены при составлении соответствующего алгоритма: а) прогноз на разработанных имитационных моделях временных параметров отработки и подготовки каждого выемочого столба; б) ранжирование и подбор каждому отрабатываемому столбу замещаемого, с - проверкой на качественность его подготовки, что в принципе определяет порядок ввода столбов в работу; в) корректировка.порядка ввода столбов в работу с учетом возможности технологической подработки, выбросо-и пожароопасности пластов.

Оптимизация параметров очкетньк работ в ГПРШ Поэтапное построение календарного плана по разработанному алгоритму, где главным критерием выступает соответствие времени отработки и подготовки столба, позволяет получить рациональный план развития горных работ. Однако отсутствие экономических критериев, которые могли бы для той или иной последовательности выемочных столбов проварьировать и оценить конечными показателями предприятия, параметры технологии и организации очистных работ в ГПРШ, могут в конечном итоге привести к значительным издержкам.

О этой целью разработана ЭММ, где в качестве критерия оптимальности принят вектор конечных показателей предприятия, формализованных в виде функции пели (себестоимость 1т рядового угля по шахте; удельные приведенные затраты; расчетная прибыль, рентабельность и среднемесячная производительность труда на одного работающего). Разработаны и формализованы ограничения и условия модели, определяющие развитие очистных работ на шахте.

Базой для формирования вариантов календарного плана в ГПРШ является установленная последовательность ввода-выбытия очистных забоев, относительно которой варьируются технологические, технические, организационные и социальные параметры и факторы. Реализуя их на ЭММ, получают компромисный оптимальный план развития горных работ.

Затем определяются "узкие места" в сопряжении основных звеньев угледобычи, сдерживающие развитие предприятия. Пределом расширения звена является величина снижения диспропорции в наименьшем по пропускной способности звене, которую можно скомпенсировать путем разработки мероприятий, окончательные результаты внедрения которых могут быть получены до начала

планируемого периода Вслед .за этим производится окончательный выбор варианта календарного плана в ГПРШ.

Создание КГВВОФ требует разработки дополнительной программной продукции, позволяющей в процессе реализации ГПРШ корректировать ее развитие по фактическим данный отработки к подготовки выемочных столбов.

Огарахишюе ущамвимв подготовкой очистного франта. Оперативное управление ВОФ предназначено для поддержания в допустимых границах отклонений при реализации календарного плана отработки и подготовки столбов и базируется на фактической подекадной маркшейдерской информации. Оно включает комплекс задач, связанных с периодической оценкой развития подсистем воспроизводства во времени и пространстве, анализом этих оценок, корректировкой временных параметров _отработки и подготовки выемочных столбов с разработкой оргтехмероприятий по обеспечению своевременного восстановления очистной линии забоев.

С этой целью разработан алгоритм, реализованный в программе оперативного управления ВОФ, позволяющий анализировать и характеризовать состояние подготовки отдельного забоя и в целом восстановление очистной линии по шахте. В случае некачественной подготовки столба лицу принимающему решение выдается стандартное меню оргтехмероприятий по обеспечению своевременного ВОФ.

Комплексная программа воспроизводства очистного франта. Структура комплексной программы, приведенная на рис. 9 предполагает формальное объединение пакетов и программы в единый комплекс с помощью специальной программы координатора Кодированная информация о раскрое шахтопластов на столбы и календарных планах ввода-выбытия забоев передается из пакета КПРГР для использования при разработке годовой программы в пакете ГПРГРШ.

В свою очередь пополненная маркшейдерская информация о состоянии развития горных работ по разрабатываемым пластам передается в пакет КПРГР с целью корректировки принятого раскроя шахтопластов в данном пакете.

После проектирования выемочных столбов, выбора очередности их отработки и оптимизации календарного плана в годовой программе, координатором производится передача всей информации на начало планируемого периода в программу по оперативному управлению ВОФ.

После съема координат подекадного фактического развития горных работ, т.е. отработки и подготовки, путем сопоставления с запланированными, производится выработка соответствующего

управляющего воздействия и коррекция развития подсистем воспроизводства с целью обеспечения своевременного ВОФ.

Уровни календарного планирования

Проект нового горизонта или пахты Годовая программа развития шахты Воспроизводство очистного фронта

Типы планов

Перспективный

Текущий

Оперативный

Пакет КПРГР

Пакет ГПРГРШ

Программа ОУ ВОФ

Рис.9. Структура Ш1ЭВ0Ф Таким образом КПЭВОФ представляет синтез пакетов и программ, с разработкой методов автоматизированного проектирования КПлРГР на компьютерной основе, начиная от проекта и кончая оперативным управлением при их реализации.

Зкокодяческав оценка качества шдготшэш очистного С

целью оценить возможный ущерб от некачественного ВОФ на угольных шахтах, который в случае несвоевременной подготовки может привести к недопоставкам угля потребителем, разработана методика, учитывающая также и преждевременную подготовку новых забоев, представленная следующим образом

Уш - Асс ппэр it Asse / (Aac - ьАес) - 13 У д d / 100 + + (Цр - СЁ) У,

С 30)

где ппгр - длительность перехода очистного забоя из отработанного столба в подготавливаемый, в течение которого имеет место перерыв в ведении очистных работ, сут;

Авс - средняя суточная добыча по шахте до окончания отработки запасов в рассматриваемом очистном забое, т/сут;

дАас - ежесуточные потери угля по шахте в период перехода

еассматриваемого очистного забоя в подготавливаемый, ринимаются равными средней суточной нагрузке забоя отработавшего запасы,т/сут;

ад- доля условно-постоянных расходов производственной себестоимости 1 т угля, 7.;

сЙ - фактическая производственная себестоимость 1 т угля по шахте до начала перехода рассматриваемого забоя, руб/т;

Цр - расчетная отпускная цена 1 т угля, руб/т.

В свою очередь оценка ущерба при преждевременной подготовке нового очистного забоя исходит из роста условно-постоянных расходов, вследствие снижения добычи по шахте и недополученной прибыли

no ka

Упп - плр [( 21 Arai Ookí Кнр + ¿Z Lj Rej) / 365 + ЗмзЗ, (31)

1-1 ЯГ

где гшр - длительность простоя сданного в эксплуатацию НМЗ до начала очистных работ, сут;

Aral - годовая норма амортизационных отчислений на i-e оборудование участка, доли ед.;

Ookí - первоначальная стоимость 1-го оборудования участка, руб;

по - количество единиц амортизируемого оборудования на участке, ед;

Lj - длина j-ой поддерживаемой выработки, оконтуривающей подготовленный к отработке выемочный столб, м;

Rej - средняя стоимость поддержания 1 м j-ой выработки в год, руб/м;

Зю - дополнительные затраты на арендную и заработную плату, материалы, электроэнергию по обеспечению сданного в эксплуатацию забоя в рабочем состоянии, руб/сут;

Кнр - коэффициент, учитывающий накладные расходы УСШМ ПО "Карагандауголь";

кв - количество подготавливающих столб выработок, ед.

Экономическая оценка потенциального ущерба от недопоставок угля. Оценка экономических издержек от недопоставок угля шахтой потребителям, вследствие несвоевременой подготовки очистной линии производилась для предприятий отраслей Минпромстроя, Минхимпрома, Минчермета и Минэнерго. Для первых двух оценка производилась исходя из условного норматива расхода условного топлива на получении 1 Гкая тепловой энергии и ее расхода на выпуск единицы доброкачественной продукции.

Для Минэнерго расчет базировался на определении количества тепловой и электрической энергии вырабатываемой из 1 т угля поставляемой на теплоэлектростанции. При этом учитывалось изменение качества поставляемых углей в частности, их зольность и влажность.

Коксохимическое производство Карметкомбината перерабатывает в-Г°Д До 12 млн. т в основном на кокс и побочные продукты. Издержки рассчитывались исходя из удельного выхода кокса с 1 т угля и получаемого с этого количества^чугуна и побочных продуктов для дальнейшей реализации. - i.. •

Исходя из структуры производимой продукции-этих .министерств в общем объеме в 1990 году по Карагандинской области, непроизводительные издержки от недопоставки угля устанавливались как средневзвешенная величина, "где взвешиваемым признаком является

удельный вес в выпуске продукции каждого из них. Средние взвешенные экономические издержи в ценах 1985г. составили от недопоставки 1 т угля предприятиям перечисленных министерств 37,9-49,1 руб/т.

Эффективность создания пакетов программ по построению календарных планов и КГОВОФ. Эффективность компьютеризации построения календарных планов в ПНГиШ складывается из следующих составляющих: а) замены неавтоматизированных операций и процессов при проектировании календарных планов. Это относительная годовая экономия текущих затрат за счет снижения их трудоемкости; б) сокращения сроков выполнения проектов шахт и новых горизонтов, вследствие чего увеличивается выполненный объем работ с соответствующим ростом прибыли; в) снижение затрат на материалы, тиражирование планов горных работ и другой документации, сопровождающей их построение.

В состав капитальных затрат заказчика для использования пакета КПРГР входят составляющие на приобретение программной продукции и необходимой вычислительной техники, включая периферийное оборудование. Фактический годовой экономический эффект от внедрения пакета программ в горном отделе института Карагандагипрошахт составил более 316 тыс. руб. в ценах 1985г.

. Источниками формирования экономического эффекта при автоматизации процессов расчета и компьютерного построения календарных планов в ГПРШ являются следующие: а) снижение или полное устранение экономического ущерба от некачественной ПОФ по шахте; б) условная экономия трудозатрат при выборе оптимального календарного плана развития горных работ, который бы давал минимальные затраты на его осуществление.

И наконец, эффективность создания КГСЭВОФ и ее использования на угольных шахтах определяется, соотношением между экономическими издержками от некачественного ВОЛ и затратами на приобретение программной продукции и вычислительной техники, следующим выражением

г ко

Зкп = Кс (Упп + Унп) + ^г Унуп! - Зютр - Згпр - Ен ак, (32)

где Кс - коэффициент снижения потерь добычи из-за некачественной подготовки очистной линии по шахте, вследствие внедрения комплексной программы, доли, ед; Упп - усредненный ущерб от преждевременной подготовки _ очистного фронта по одной шахте объединения, руб; Унп - то же при несвоевременной подготовке, руб;

Унуп1 - усредненные издержки от недопоставок угля шахтой предприятиям потребителям ¡-ой отрасли, руб; ко - количество отраслей принимаемых к рассмотрению при определении Экп. ед;

__ - 50 -

згтр - затраты на приобретение пакета программ КПРГР, руб;

Згщ> - то же пакета ГПРГРШ, руб;

Ен - нормативный коэффициент эффективности капвложений,. доли ед. ;

дк - затраты на приобретение вычислительной техники и другого периферийного оборудования, руб.

Ожидаемый условный годовой экономический эффект от создания и внедрения КПЭВОФ по одной из шахт ПО "Карагандауголь" составил более 800 тыс. руб. в ценах 1985 г.

Апробация пакета КПРГР была произведена в проекте нового горизонта шахты "Карагандинская" ПО "Карагандауголь". Полученные результаты в виде основных горно-технических и экономических показателей включены в проект "Вскрытие и подготовка пластов К9, К7, Кб и К4" на период до 2005г. и будут реализованы при вводе горизонта в эксплуатацию в 1995г.

Апробация пакета программ ГПРГРШ производилась в условиях шахты им. 50-летия СССР ПО "Карагандауголь" на 1992-1993гг. В процессе анализа планов горных работ и используя приведенную выше программную продукцию были спроектированы для выбывающих лав замещающие столбы, для которых был определен тип комплекса и соответствующая нагрузка. Сделан прогноз временных параметров подсистем воспроизводства и выбрана оптимальная последовательность ввода в эксплуатацию выемочных столбов. При этом установлено, что оптимальная подготовка очистной линиии с высокими ТЭП ПХД имеют место при следующих основных технических, технологических, организационных и социальных параметрах и факторах:

1. Схема выемки - челноковая при вынимаемной мощности до ,5м, а свыше 2,5 - уступная; 2. Наиболее эффективны технологические схемы с одинарными и спаренными лавами, бесцеликовым способом охраны и одним комбайном в лаве; 3. Наиболее эффективна нижняя граница качества добываемого угля при его реализации, т. к. дает прирост прибыли по сравнению с верхней до 10 4. Доставка угля из забоя до ствола конвейерным транспортром; 5. Наличие крепи сопряжения на обеих бортовых выработках; 6. Организация выполнения рабочих процессов в лаве -последовательная вслед за проходом комбайна; 7. Система оплаты труда - повременная; 8. Режим работы участка - 3x6+2.

В соответствии с оптимальной последовательностью построен график ввода и выбытия очистных забоев на 1992-93гг. , представленный на рис. Ю, который значительно эффективнее построенного традиционными способами и обеспечивает качественную ПОФ.

р

Наименование лав Тип комплекса График работы комплексно-механизированных забоев по кварталам

19 9 2 19 9 3

I II III IV I II {III IV

32-Ю 2-1 в КМ-130 ====== -———О |

32-К13-3 Глиник 0— 1 :===== г;гяг=г= > =0 #Мс

36-К14-3 Глиник =======

13-К8-7-3 КМ-130

12-Н8-7-3 КМ-130 ===== = = = = = =

18-К14-В Глиник «~о###о 1

16-К13-В Глиник гав=5гвЗ!Яие ===== = ===== :скавг:= ======

ЗбБ-КЮ-з 20КП-70 1 =====0 1 1 |

21-К7-В. Глиник иг>—"

22-К7-В Глиник ! 1 > 1 Г " 1 1 » с « ======

Условные обозначения: о~Л""Ла - монтаж механизированного комплекса о####о - демонтаж механизированного комплекса; о=«=о - очистные работы: о~~- горно-проходчекие„работы -

Рис.10. График ввода и выбытия забоев на 1992-93 гг. по шахте им. 50-летия СССР ПО "карагандауголь

Анализ развития горных работ по шахте за 1992г. и 5 0 месяцев 1993г. показал незначительные отклонения фактических временных параметров развития подсистем воспроизводства от рассчитанных в пакете.

ЭЛЮЕОЧККНВ

В диссертации на основании выполненных автором исследований по моделированию процессов подготовки новых забоев разработаны теоретические положения''развития подсистем воспроизводства очистного фронта на угольных шахтах, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии перспективного направления исследований по оптимизации горных работ. Основные научные выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Установлено, что на протяжении последних 10 лет показатели и качество ВОФ на шахтах ПО "Карагандауголь" непрерывно падают, вследствие, в первую очередь, снижения объемов и скоростей проведения выработок (19-35%.), а также долговременного негативного влияния ухудшающихся ГГТУ эксплуатации шахт. Экономический ущерб от несвоевременной подготовки только в 1990г. составил более 17 млн. руб. Существенное улучшение показателей и качества подготовки новых забоев может быть обеспечено созданием КПЭВОФ, что требует комплексного рассмотрения и управления процессом ВОФ на

Ji - 52 -

Щ .x шахтах на всех этапах его планирования и проектирования.

W t. Экспериментально установлено, что использование традици-

J .х методов определения временных параметров календарных планов ■ ПРШ приводит к значительным (до 68%) отклонениям от фактических. Использование в разработанных имитационных моделях процедуры, учитывающей неравномерность протекания производственных процессов во времени и надежность составляющих элементов подсистем воспроизводства, позволяет снизить ошибку прогноза временных параметров отработки и подготовки КМЗ до 5-?%.

3. Доказано, что эффективная подготовка очистного фронта обеспечивается преемственностью взаимосвязанных календарных планов, разрабатываемых в проектах и в годовой программе шахты, на основе синтеза моделей перспективного планирования горных работ и имитационных моделей подсистем воспроизводства, позволяющие достоверно прогнозировать и корректировать их развитие путем оперативного управления процессами воспроизводства.

4. Для применяемых технологических схем, на основании разработанных имитационных моделей процесссов воспроизводства получены зависимости временных параметров развития подсистем инфраструктуры, шахты и их надежности от природных, технических, технологических, организационных и социальных параметров и факторов:

- очистных работ в одинарных лавах с одно- и двухкомбайновой выемкой пласта при односторонней, челноковой и уступной обработках забоя;

очистных работ в спаренных, спаренно-слоевьгх и совместно работающих лавах, концентрирующих процессы в пределах выемочного участка и повышающих качество подготовки нового забоя;

- горно-проходческих работ для технологических схем комбайнового проведения подготавливающих столб выработок с использованием комбайнов типа ГПК и 4ПП2;

работ по подготовке и монтажу ОМЕ I-Ш групп, в том числе "Пиома", требующей предварительной сборки в специально подготовленной камере;

работ по предварительной дегазации подготавливаемого выемочного столба, где помимо длительности непосредственного каптажа метана из пласта учитывается продолжительность буровых и монтажных работ.

5. Применение пакета КПРГР позволяет построить на компьютерной основе перспективные календарные планы, включающие определение порядка отработки пластов с учетом пожаро- и выброеоо-пасности, произвести их раскрой на выемочные столбы, определить

очередность ввода их в эксплуатацию с учетом мощности предприятия, условий подработки и надработки, равномерности отработки запасов, плановой зольности с последующим соотнесением запасов столбов по годам эксплуатации горизонта.

6. Использование имитационной модели для прогноза продолжительности отработки выемочного столба в ГПРШ дает среднеквадрати-ческую ошибку не более 7-9% и обеспечивает помимо правомерности ее применения надежную и стабильную подготовку очистного фронта.

7. Применение пакета ГПРГРШ. базирующемся на программной продукции пакета КПРГР, позволяет на компьютерной основе строить эффективные текущие календарные планы в годовой программе шахты, где дополнительно учитывается надежность транспортно-технологи-ческих схем доставки угля с оперативным управлением воспроизводством очистного фронта.

8. Определены оптимальные параметры очистных работ выемочных участков в принятой последовательности ввода их в эксплуатацию ГПРШ, обеспечивающие высокие конечные ТЭП предприятия при своевременной ПОФ на шахте.

9. Синтез пакетов программ по автоматизированному построению календарных планов в проектах и годовой программе шахты дает практическую возможность создания КЛЭВОФ и позволит при ее реализации:

- повысить объем добычи по отдельным угледобывающим предприятиям на 7-15% и ПО "Карагандауголь" до 5% от фактической добычи;

- снизить себестоимость добычи 1т угля по шахтам объединения на 4-12%.

10. Максимальная эффективность КПЗВОФ при восстановлении очистной линии забоев достигается при постоянном пополнении и обмене информацией календарных планов о пространственном и временном положении очистных и других сопутствующих воспроизводству работ в проектах и годовой программе развития шахты, с периодической ее коррекцией при оперативном управлении ВОФ на угледобывающем предприятии;

11. Разработаны методики и сделаны оценки экономических издержек от: преждевременного ВОЛ забоев; несвоевременной подготовки новых лав; недопоставок угля шахтами-поставщиками потребителю, вследствие некачественной подготовки очистного фронта;

а также оценки эффективности при внедрении: пакета программ по компьютерному построению календарных планов развития горных работ в ПНГиШ; пакета программ по компьютерному построению ГПРШ; комплексной программы эффективного ВОФ на угольных шахтах.

IS. Результаты диссертационной работы включены в 11 нормативных документов и используются на шахтах ПО "Карагандауголь", а также в проектном институте Карагандагипрошахт для компьютерного построения календарных планов на перспективный и текущий периоды работы угледобывающих предприятий.

13. Фактический годовой экономический эффект от внедрения пакета КПРГР в ПНГиШ в институте Карагандагипрошахт составил в ценах 19S5 г. более 316 тыс. рублей. Ожидаемый экономический эффект от внедрения КПЭВОФ на угольных шахтах составляет более 800 тыс. рублей на одно предприятие.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

а) Монографии:

пцигтк^^ло.ДтИ Повышение эффективности технологических схем очистных работ на шахтах. - М.: Недра, 1988. - 182с

б) Броиоры:

оч Н-А., в^амко В. М. , Муров В. VL Воспроизводство

MSSb.*S§ga -Hto с™ КаРагандинокого бассейна - М.:

кпгп перевооружение действующих шахт Карагандинс-

М. Г цНИЭИуголь, itsz. -Ж00™' RLi АДКЛаВ' ** «Ä и £Р. -

нма Ä- . Ткаченко А. а , Муров В. М. Резервы улучше-

показателей^ахт KapalWLLoro

в) Научные статьи:

вьтабптп£д£!^и£Л' "УР^® 8- Исследование надежности горных ний ппл^^^0?11"^ шахт- /Сб-: Технология разработки месторождений полезных ископаемых. - Караганда: КПТИ, 1975, с. 2-9.

ния спаренных неравномерности подвига-

B^THfiloB^b^li^^aïe-io63006^3- ' Горный журнал' Из~ впемечи * В. IL ' Определение оптимального резерва

ВрЗов 197? N з с 4-9ОЧНЫХ столбов- " Г°РНЫЙ *УРнал. Известия

дмпяяпфп^ЯРЯ?? K-ILi Муров В.М. Эффективность поддержания горных Жв? 1981 N 2 c^ï-II3 наделшости- " Г°РНЫЙ «УРнал. Известия

ватнпй0' Ь й" ' МУРов В. 11 Надежность технологии узкозах-

ЦНИЭИуго^^эт, Ne?lf:c.^14a УГЛЯ подземным способом. - М. :

лрконп-Ùa^^?^?- 11 -1 Муров B.R Параметры технологии комп-с 35-37механизированной добычи угля. - Уголь, 1981, N 10,

трунптги^"??^,,15-^ ' Муров В. М. Комплексная оптимизация поточной урлпвияий доб^и угля при разработке пластов с неблагоприятными

И™, 19alfN3, Йьгг.™ подземным способом. - М.:

но-трунпп^Й?^,, ^ 11 • НУР°в В. М. Оценка надежности транспорт-Nlc 77-81 СХеМ" " ГоРНый журнал. Известия ВУЗов, 1982,

пования' f^SSJ-Е ' ИУ!*5® r 11 • ~Ким В. В. Надежность функциони-?Q74 ы О°паренно-слоевых лав. - Горный журнал. Известия Е/Зов,

1с '"к С.Ici. 10.

ологице™£?м?)™?-11 ' lferpOB R к i ОЫенглер В. Н. Влияние горно-ге-мошнооти^вяуф KPHO-технических факторов на освоение проектной тЖ™ги^^Жндинск2Г0 6acce™a. "/Сб. : Исследование новых местоппжпАнмй с£ем Разработки и охраны угольных и калийных месторождений. - Караганда: КПТИ, 1979; с1.9-12.

- дд

16. Аднлов К.Н. , Муров В.Ц. , Тигай А. X. Оценка надежности очистной выемки при разработке пластов наклонными слоями. / Научные труды: Автоматизированное проектирование горных предприятий.

- Новосибирск: МГД СО АН СССР. 1983. с.10-19.

17. Адилов К. К. , Муров В. М. , Тигай А. X. Влияние своевременного воспроизводства очистной линии на эффективность.работы шахт Карагандинского бассейна. /Серия: Добыча угля подземным способом.

- М.: ЦШШуголь, 1981. N 9. с. 1-5.

18. Адилов К. Н. , Муров В. М., Тигай А. X. Оценка влияния неравномерности отработки целиков в процессе их погашения на надежность очистной выемки. / Научные труды: Автоматизированные методы проектирования шахт. - Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1982,

19. Зьков В.А., Муров В.М. Повышение эффективности и надежности проходческо-очистных комплексов. - Горный журнал. Известия ВУЗов, 1982, N 1, с.30-35.

20. Муров К Ы., Еремин Е. П. , Богодухов С. И. Имитационное моделирование процессов очистной выемки пластов призабойными комплексами. /Сб. трудов ВНИИГА: Повышение извлечения и качества руды при, разработке калийных месторождений. - Л: ВНИИГ, 1985,

21! Муров а М. , Тигай А. X., Шпенглер В. Н. Состояние и использование промышленных запасов на шахтах ПО "Карагандауголь" /Сб-„: Охрана природы и совершенствование строительного производства. - Караганда: КПТИ. 1981. с. 29-31.

22. Муров В. М., Тигай А. X. , Ведрин А. а Надежность процессов очистной выемки при разработке мощных пластов. - Горный журнал. Известия ВУЗов, 1984, N 5, с. 28-35.

23. Муров а М., йюнглер а Н. Оптимизация параметров очистной выемки при разработке нарушенных пластов /Сб.: Оптимизация и автоматизация проектных решений в горном-деле. - Новосибирск: СО ИГД АН .СССР, 1987. с. 1-7.

24. Муров а М. , Тигай А. X., Когай Г. Д. Подготовка очистного фронта на угольных шахтах. Труды Карагандинского политехнического института. Горное дело. Вып. 1. Караганда: ОПО "Полиграфия", цех КарГУ, КарПТ1С 1993, с. 83-87.

г) Доклады на конференциях, семинарах: ,

25. Муров а М., Ермак И. а , Тигай А. X. Оптимизация календарного, плана развития горных работ в условиях перехода на хозрасчет и самоокупаемость. ■ Тезисы докладов межведомственной научно-практической конференции "Совершенствование методов хозяйствования и планирования". 24-25 июня 1988г., - Караганда: ОГЩБ НПО "Черметав-томатика". 1988. ...

26. Муров а М., Тигай А. X. Автоматизированный раскрой шах-топластов в проектах новых горизонтов действующих шахт. . Тезисы докладов VII] Всесоюзного семинара "Оптимизация горных работ" 28-30 августа 1989г. ИГД СО АН СССР. - Новосибирск: ИГД СО АН СССР 1989.

' 27. Муров а М., Еродк И. а , Тигай А. X. Комплекс программ по автоматизации проектирования развития горных работ. Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции "Проблемы, опыт создания и использования средств контроля и АСУТП в техниче-ком перевооружении производства". 14-15 сентября 1989г. - Караганда: ОПКБ НПО "Черметавтоматика", 1989.

28. Адилов К. Н. , Муров а М., Тигай А. X. Динамика процессов воспроизводства очистного фронта на угольных шахтах. Тезисы докладов 1-ой международной научно-практической конференции "Проблемы развития угольной промышленности Республики Казахстан". 5-7.05.93. - Караганда: ПО "Карагандауголь", КШУИ. 1993.

29. Муров В. М., Мирный И. Я , Теслин К. а Анализ воспроизводства очистного фронта на угольных шахтах. Тезисы докладов 1-ой международной научно-практической конференции "Проблемы развития угольной промышленности Республики Казахстан". 5-7.05.93. - Караганда: ПО Карагандауголь", КНИУИ. 1993.

30. Муров а М. Тигай А. X. , Еремин Е. П. Управление воспроизводством очистного фронта на угольных шахтах. Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конференции "Технико-экономические

проолены воссоздания очистного фронта на шахтах Кузбасса". Кемерово: -ВПО "Кузбассуголь". ИУ ТО АН СССР. 1988. Д> Нормативные документы

п1' Инструкция по определению параметров воспроизводства и £х™рва 8ЧИСТНЫХ работ при установлении производственной мощности шахт. - Караганда: ПО "Карагандауголь", 1978. - 36с.

■ Временная методика оценки надежности технологии очистных пр,и, концентрации их в пределах выемочного участка. / Ут~ nf ESSSf ^нхимпромом СССР. - Караганда: Ротапринт ВЦ облстатуп-

ycLDJitihilH, 1У (О. - «¿1С.

инструкция по определению производственных К^ийных рудников с учетом резерва очистных работ. / Утверждена Минхимпромом СССР. - Караганда: Ротапринт ВЦ облста-туправления, 1978. - 20с.

,..IV „34- Нормативы нагрузки на очистные забои действующих уголь-SKLS0^ при Различных горно-геологических условиях и средств механизации выемки. п Утверждены приказом Министра УП СССР 31.03.82 За N „_ М-: МУП СССР, 1982. - 71с.

Инструкция по автоматизированному раскрою шахтопластов в 5821?™.. Новых^горизонтах и шахт. - Караганда Карагандагипро-

ШЗХ1, 1УУ1. - ¿ОС.

w™J?6- Инструкции по кодированию графической информации для календарного планирования развития горных работ в проектах новых горизонтов и шахт. - Караганда Карагандагипрошахт, 1989,- 16с.

"иструкция по разработке календарных планов развития горных работ в проектах новых горизонтов и шахт. - Караганда Карагандагипрошахт, 1991. - 53с.

к вРеме1{нь*5 нормативы продолжительности монтажа (демон-оборудования участка с комплексно-механизированными очистными забоями. - М.: ИГД им. А. А. Скочинского. 1986. - 11с.

методика экономической оценки автоматизации процессов 5Р?1®?ти£ования календарных планов развития горных работ. - Кара-ганда'_Кашгандагипрошахт, 1991. - Юс.

4U- методика определения оптимальных параметров очистной вы-•niSSeSSSoE^PSx^S6 нарушенных пластов. Утверждена директором по производству ПО "Карагандауголь". - КарагандаПШиУИ? 1091. - 44с. rrrv^J;?;; инструкция по применению норм продолжительности освоения "ошдастей новыми и реконструируемыми угольными и слан-Swii^iiLS^3"11' Р^Резами и обогатительными фабриками и определе-ппй осв°ения и объемов добычи (переработки) угля и сланца

^еп,-^персйеК£ИВН0М планировании. Утвеождена приказом Ми-03- 78 за N 386. в соответствии с постановлением Госплана СССР от 10.05. 78 за N 63.